Кібернетика як галузь науки

Размещено на http://www.allbest.ru/

6

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат на тему:

«Кібернетика як галузь науки»

Вступ

Поява кібернетики як самостійного наукового напрямку належить до 1948 p., коли американський учений, професор математики Массачусетського технологічного інституту Норберт Вінер (1894-1964) опублікував книгу «Кібернетика, або Управління й зв'язок у тварині й машині». У цій книзі Вінер узагальнив закономірності, що належать до систем управління різної природи - біологічних, технічних і соціальних. Питання управління в соціальних системах були більш докладно розглянуті ним у книзі «Кібернетика й суспільство», опублікованій у 1954 р.

Назва «кібернетика» походить від грецького «кюбернетес», що спочатку означало «кермовий», «кормчий», але згодом почало означати і «правитель над людьми». Так, давньогрецький філософ Платон у своїх творах в одних випадках називає кібернетикою мистецтво керування кораблем або колісницею, а в інших - мистецтво правити людьми. Показово, що римлянами слово «кюбернетес» було перетворене на «губернатор».

Відомий французький вчений-фізик А.М. Ампер (1775-1836) у своїй праці «Досвід про філософію наук, або Аналітичний виклад природної класифікації всіх людських знань», перша частина якої вийшла в 1834 p., назвав кібернетикою науку про поточне управління державою (народом), що допомагає урядові вирішувати конкретні завдання, що постають перед ним, з урахуванням різноманітних обставин у світлі загального завдання принести країні мир і процвітання.

Однак незабаром термін «кібернетика» був забутий і, як зазначалося раніше відроджений у 1948 р. Вінером як назва науки про управління технічними, біологічними і соціальними системами.

1. Розвиток кібернетики

Становлення й успішний розвиток будь-якого наукового напрямку пов'язані, з одного боку, з нагромадженням достатньої кількості знань, на базі яких може розвиватися ця наука, і, з іншого боку - із потребами суспільства в її розвитку. Тому невипадково, що міркування про кібернетику Платона й Ампера не одержали свого часу подальшого розвитку і були, власне, забуті. Досить солідна наукова база для становлення кібернетики створювалася лише протягом XIX-XX століть, а технологічна база безпосередньо пов'язана з розвитком електроніки за період останніх 50-60 років.

Соціальна потреба в розвитку кібернетики на сучасному етапі суспільного розвитку визначається насамперед бурхливим зростанням технологічного рівня виробництва, у результаті чого частка сумарних фізичних зусиль людини й тварин складає сьогодні менше 1% світового енергетичного балансу. Зниження Цієї величини обумовлено стрімким зростанням енергооснащеності працівників фізичної праці, що супроводжується і значним підвищенням її продуктивності, газом із тим керування сучасною технікою вимагає чимраз більших витрат нервової енергії, а психофізичні можливості людини обмежені, тому виявилося, що саме вони значною мірою обмежували повноцінне використання досягнень технічного прогресу.

З іншого боку, у розвинутих країнах частка працівників розумової праці щодо всіх працюючих наближається вже до 50%, причому подальше її зростання є об'єктивним законом суспільного розвитку. А продуктивність розумової праці, у процесі якої донедавна використовувалися лише найпримітивніші технічні засоби підвищення її ефективності (арифмометри, конторська рахівниця, логарифмічні лінійки, друкарські машинки), практично залишалася на рівні XIX століття.

Якщо враховувати також безперервне зростання складності технологічних процесів, що характеризуються великою кількістю різноманітних показників, то стає зрозумілим, що відсутність механізації інформаційних процесів гальмує подальший науково-технічний прогрес. Перелічені фактори в сукупності і обумовили швидкий розвиток кібернетики і її технічної бази - кібернетичної техніки.

Необхідність або доцільність заміщення людини автоматом визначається однією з таких причин.

По-перше, функціонування об'єкта управління може характеризуватися такими великими швидкостями, що людина через нейрофізіологічні обмеження швидкості своєї реакції не може досить швидко, в темпі функціонування об'єкта або, як прийнято казати, у реальному масштабі часу, здійснювати необхідні керуючі впливи. Це обмеження стосується тією чи іншою мірою, наприклад, процесів керування літаками, космічними кораблями, ракетами, атомними й хімічними реакціями. -

По-друге, керуючий автомат виявляється необхідним, коли керування повинне здійснюватися в тих місцях, де присутність людини або неможлива, або пов'язана з великими труднощами й витратами (космічні апарати, інші планети, небезпечні й шкідливі виробничі приміщення), а телекерування з тих або інших причин неможливе або недоцільне.

По-третє, у ряді виробничих процесів автоматичне керування здатне забезпечити вищі показники точності виготовлення виробів і поліпшення інших якісних показників.

Нарешті, по-четверте, навіть у тих випадках, коли людина може успішно і керувати певним виробничим процесом, застосування керуючих автоматів дасть значний економічний ефект за рахунок істотного зниження трудових затрат.

2. Кібернетика й інформація

У дослідженні кібернетикою засобів зв'язку і моделей управління їй знадобилося ще одне поняття, яке було давно відомим, але вперше одержало фундаментальний статус у природознавстві - поняття інформації (із латини - ознайомлення), як міри організованості системи на противагу поняттю ентропії як міри неорганізованості.

Що, зрозумілішим стало значення інформації, розглянемо діяльність ідеальної істоти, яка отримала ім'я «демон Максвелла». Ідею такої істоти, що порушує другий закон термодинаміки, Максвелл виклав у «Теорії теплоти», яка вийшла в 1871 р. «Коли частка зі швидкістю, вищою за середню, підходить до дверцят з відділення А або частка зі швидкістю, нижчою за середню, підходить до дверцят з відділення В, воротар відкриває дверцята і частка проходить крізь отвір; коли ж частка зі швидкістю, нижчою за середню, підходить з відділення А або частка зі швидкістю, вищою за середню, підходить із відділення В, дверцята закриваються. Таким чином, у відділенні А їхня концентрація зменшується. Це викликає очевидне зменшення ентропії, і якщо з'єднати обидва відділення тепловим двигуном, ми начебто одержимо вічний двигун другого роду».

Кібернетика виявляє залежності між інформацією й іншими характеристиками систем. Робота «демона Максвелла» дозволяє встановити обернено пропорційну залежність між інформацією й ентропією. З підвищенням ентропії зменшується інформація і, навпаки, зниження ентропії збільшує інформацію. Зв'язок інформації з ентропією свідчить і про зв'язок інформації з енергією.

Енергія (від грецького energeia - діяльність) характеризує загальну міру різних видів руху й взаємодії у формах: механічній, тепловій, електромагнітній, хімічній, гравітаційній, ядерній. Точність сигналу, що передає інформацію, не залежить від кількості енергії, яка використовується для передачі сигналу. Проте енергія й інформація пов'язані між собою. Вінер наводить такий приклад: «Кров, що відтікає від мозку, на частку градуса тепліша, ніж кров, що притікає до нього».

кібернетика інформація економічний

3. Місце кібернетики в системі наук

Усередині самої кібернетики існує кілька основних напрямків.

Теоретична кібернетика, подібно до математики, є, власне кажучи, абстрактною наукою. її завдання - розробка наукового апарата й методів дослідження систем управління незалежно від їхньої конкретної природи. У теоретичну кібернетику ввійшли й одержали подальший розвиток такі розділи прикладної математики як теорія інформації й теорія алгоритмів, теорія ігор, дослідження операцій та ін. Ряд проблем теоретичної кібернетики розроблений уже безпосередньо в надрах цього наукового напрямку, а саме: теорія логічних мереж, теорія автоматів, теорія формальних мов і граматик, теорія перетворювачів інформації і т.д.

Теоретична кібернетика включає також загально методологічні й філософські проблеми цієї науки.

Прикладна кібернетика, у залежності від типу досліджуваних систем управління, поділяється на технічну, біологічну і соціальну кібернетику.

Технічна кібернетика - наука про управління технічними системами. Технічну кібернетику часто ототожнюють із сучасною теорією автоматичного регулювання й управління. Ця теорія, звичайно, служить важливою складовою частиною технічної кібернетики, але остання разом з тим включає питання розробки і конструювання автоматів (у тому числі сучасних ЕОМ і роботів), а також проблеми технічних засобів збирання, передачі, зберігання й перетворення інформації, розпізнання образів і т.д.

Біологічна кібернетика вивчає загальні закони зберігання, передачі й переробки інформації у біологічних системах. Біологічну кібернетику у свою чергу поділяють: на медичну, котра займається головним чином моделюванням захворювань і використанням цих моделей для діагностики, прогнозування і лікування; фізіологічну, що вивчає і моделює функції клітин і органів у нормі й патології; нейрокібернетику, у якій моделюються процеси переробки інформації у нервовій системі; психологічну, що моделює психіку на основі вивчення поведінки людини. Проміжною ланкою між біологічною й технічною кібернетикою є біоніка - наука про використання моделей біологічних процесів і механізмів як прототипів для удосконалювання існуючих і створення нових технічних пристроїв.

Соціальна кібернетика - наука, у якій використовуються методи й засоби кібернетики з метою дослідження й організації процесів управління в соціальних системах. Необхідно, однак, ураховувати, що соціальна кібернетика, яка вивчає закономірності управління суспільством у кількісному аспекті, не може стати всеосяжною наукою про управління суспільством, у якому є явища і процеси, що значною мірою не піддаються формалізації.

У зв'язку з цим найбільші практичні успіхи в сучасних умовах можуть бути досягнуті в результаті застосування кібернетики в області управління економікою, виробничою діяльністю як найважливішими основами розвитку суспільства. Серед соціальних підсистем саме економіка характеризується найбільш розвинутою системою кількісних показників і співвідношень. Сферою економічної кібернетики є проблеми оптимізації управління економікою загалом, її окремими галузями, економічними районами, промисловими комплексами, підприємствами і т.д.

Як основний метод економічної кібернетики використовується економіко-математичне моделювання, що дозволяє представити динаміку розвитку виробничо-економічних систем, розробляти заходи для поліпшення їхньої структури й методи економічного прогнозування й управління. Основним напрямком і однією з найважливіших задач економічної кібернетики сьогодні стала розробка теорії побудови й функціонування автоматизованих систем управління (АСУ). Необхідність створення АСУ обумовлюється високими темпами зростання виробництва, поглибленням його спеціалізації, розширенням кооперування підприємств, істотним збільшенням кількості міжгосподарських зв'язків і їхнім ускладненням. У ході розвитку цих процесів відбувається зниження ефективності традиційних методів управління виробництвом, виникає нагальна потреба залучення на допомогу керівникові кібернетичної техніки, тобто створення систем управління «людина - машина», які знайшли реальне втілення у формі АСУ. Особливості сільськогосподарського виробництва (територіальне розосередження, довготривалість виробничих циклів, сильний вплив випадкових факторів та ін.) підвищують значення АСУ в управлінні ним.

Кібернетика - узагальнююча наука, що досліджує біологічні, технічні й соціальні системи. Однак предметом її дослідження служать не всі питання структури й поводження цих систем, а тільки ті з них, що пов'язані з процесами управління. Отже, як міждисциплінарна наука кібернетика не претендує на роль над дисциплінарної науки. Якщо, наприклад, філософія оперує такими універсальними категоріями як матерія, час, простір, то кібернетика має справу безпосередньо лише з категорією інформації, що є властивістю особливим чином організованої матерії.

Таким чином, місце кібернетики в системі наук можна визначити в такий спосіб. Кібернетика охоплює всі науки, але не повністю, а лише в тій частині, що стосується сфери процесів управління, пов'язаних із цими науками і відповідно з досліджуваними ними системами. Філософія, пояснюючи ці закономірності, спільні для всіх наук, розглядає поряд із ними і кібернетику як сферу дії загально філософських законів діалектичного матеріалізму.

Які ж основні філософські проблеми, що виникли у зв'язку з появою й розвитком кібернетики як нового наукового напрямку? Це насамперед питання про природу і властивості інформації як основної категорії кібернетики, питання діалектики структури і розвитку складних систем, їхньої ієрархії, залежності їхніх властивостей від кількості елементів, взаємодії із зовнішнім середовищем. Ряд методологічних і філософських питань виникає у зв'язку з проблемами моделювання - про сутність, типи й властивості матеріальних та ідеальних моделей, їхню адекватність і межі застосування. Із завданнями біонічного моделювання і створенням універсальних кібернетичних автоматів, роботів і штучного інтелекту пов'язана проблема про граничні можливості таких систем і про порівняння можливостей переробки інформації кібернетичними машинами й людиною. Створення автоматизованих людино-машинних систем управління ставить філософські проблеми про роль людини в цих системах і про характер своєрідного симбіозу людини й машини.

4. Роль і значення кібернетики

Загальне значення кібернетики полягає в таких напрямках:; 1. Філософське, оскільки кібернетика дає нове уявлення про світ, що ґрунтується на ролі зв'язку, управління, інформації, організованості, зворотного зв'язку й імовірності.

2. Соціальне, оскільки кібернетика дає нове уявлення про суспільство як організоване ціле. Про користь кібернетики для вивчення суспільства чимало було сказано вже в момент виникнення цієї науки.

3. Загальнонаукове в трьох розуміннях: по-перше, у зв'язку з тим, що кібернетика дає загальнонаукові поняття, які виявляються важливими в інших областях науки - поняття управління, складної динамічної системи тощо; по-друге, у зв'язку з тим, що дає науці нові методи дослідження: імовірнісні, стохастичні, моделювання на ЕОМ і так далі; по-третє, у зв'язку з тим, що на основі функціонального підходу «сигнал-відгук» кібернетика формує гіпотези про внутрішній склад і будову систем, які потім можуть бути перевірені в процесі змістовного дослідження.

4. Методологічне, яке визначається тим, що вивчення функціонування простіших технічних систем використовується для висування гіпотез про механізм роботи якісно складніших систем із метою пізнання процесів, що відбуваються в них - відтворення життя, навчання і так далі.

5. Найвідоміше технічне значення кібернетики - створення на основі кібернетичних принципів ЕОМ, роботів, ПЕОМ, що породило тенденцію кібернетизації й інформатизації не тільки наукового пізнання, але й усіх сфер життя.

5. Кібернетика й комп'ютери

З числа складних технічних перетворювачів інформації найбільше значення мають комп'ютери. Комп'ютери мають властивість універсальності. Це означає, Що будь-які перетворення буквено-цифрової інформації, які можуть визначатися довільною кінцевою системою правил будь-якої природи (арифметичних, граматичних тощо), можуть бути виконані комп'ютером після введення в нього складеної належним чином програми. Іншим відомим прикладом універсального перетворювача інформації (хоча і заснованого на зовсім інших принципах) є людський мозок. Властивість універсальності сучасних комп'ютерів відкриває можливість моделювання з їхньою допомогою будь-яких інших перетворювачів інформації, у тому числі розумових процесів. Така можливість ставить комп'ютери в особливе положення: з моменту свого виникнення вони представляють основний технічний засіб, основний апарат дослідження, який має кібернетика.

Так само, як різноманітні машини і механізми полегшують фізичну працю людей, комп'ютери полегшують їх розумову працю, заміняючи людський мозок у його найбільш простих і рутинних функціях. Комп'ютери діють за принципом «так - ні», і цього досить для того, щоб створити обчислювальні машини, які хоча й поступаються людському мозку в гнучкості, але переважають його за швидкістю виконання обчислювальних операцій. Аналогія між комп'ютерами й мозком людини доповнюється тим, що комп'ютери ніби відіграють роль центральної нервової системи для пристроїв автоматичного управління.

Введене-в кібернетику поняття самонавчальних машин аналогічне до відтворення живих систем. І те, і інше має на увазі створення систем, подібних або ідентичних родителю. Це стосується як машин, так і живих систем.

Процес відтворення - це завжди динамічний процес, що включає якісь сили або їхні еквіваленти. Вінер так сформулював гіпотезу відтворення, що дозволяє запропонувати єдиний механізм самовідтворення для живих і неживих систем: «Один із можливих способів представлення цих сил полягає в тому, щоб помістити активний носій специфіки молекули в частотній будові її молекулярного випромінювання, значна частина якого лежить, очевидно, в області інфрачервоних електромагнітних частот або навіть нижче. Може виявитися, що специфічні речовини (віруси) при деяких обставинах випромінюють інфрачервоні коливання, які мають здатність сприяти формуванню інших молекул вірусу з невизначеної магми амінокислот і нуклеїнових кислот. Цілком можливо, що таке явище можна розглядати як певну притягальну взаємодію частот».

Сучасні ЕОМ значно перевершують ті, котрі з'явилися на зорі кібернетики. Ще 10 років тому фахівці сумнівалися, що шаховий комп'ютер коли-небудь зможе обіграти пристойного шахіста, однак тепер він майже на рівних бореться з чемпіоном світу. Те, що машина ледь не вигравала в Каспарова за рахунок величезної швидкості перебору варіантів (100 мільйонів на секунду проти двох у людини), гостро ставить питання не тільки про можливості комп'ютерів, але і про те, що таке людський розум.

Передбачалося два десятиліття тому, що ЕОМ будуть з роками чимраз більш могутніми й масивними, але всупереч прогнозам найвидатніших учених, були створені персональні комп'ютери, які стали повсякденним атрибутом нашого життя. У перспективі нас чекає загальна комп'ютеризація й створення людиноподібних роботів.

Однак слід мати на увазі, що людина не тільки логічно мисляча істота, але й творча, і ця здатність є результатом усієї попередньої еволюції. Якщо ж будуть побудовані не просто людиноподібні роботи, але й такі, що переважатимуть її за розумом, то це привід не тільки для радості, але і для занепокоєння, пов'язаного як з роботизацією самої людини, так і з проблемою можливого «бунту машин», виходу їх з-під контролю людей і навіть поневолення ними людини. Звичайно, у XX столітті це була не більш ніж далека від реальності фантастика.

6. Загальна характеристика економічної кібернетики

Виникнення економічної кібернетики як самостійного наукового напрямку відносять до 60-х років ХХ ст., що було значною мірою зумовлено розвитком як якісних, так і кількісних уявлень про економічні процеси, розширенням досліджень у галузі системного аналізу економіки, економіко-математичного моделювання, розширенням використання ЕОМ в обробці економічної інформації. Вперше термін «економічна кібернетика» з'явився майже одночасно й незалежно у працях академіка В. Немчинова, польських вчених О. Ланге і Г. Гриневського, англійського вченого С. Біра. Саме вони окреслили первісне коло проблем цієї науки, приділивши особливу увагу зв'язку системного аналізу економіки з теорією регулювання, логічними та математичними моделями, теорією інформації. Магістральну лінію формування цього напрямку становив синтез економіко-математичного моделювання із загальними принципами кібернетики. Значний внесок у розвиток економічної кібернетики зробили Н. Кобринський, Є. Майминас, О. Смирнов, О. Гранберг, Ю. Черняк, М. Мойсеєв та інші.

Економічна кібернетика розглядає економіку, а також її структурні й функціональні ланки як системи, в яких відбуваються процеси управління, що реалізуються за допомогою руху та перетворення інформації.

Об'єктом вивчення економічної кібернетики є економіка в цілому, галузі та сектори економіки, окремі підприємства та організації тощо.

Предметом дослідження - функціонування й розвиток економіки як керованої системи і, насамперед, інформаційні за своїм змістом механізми управління економічними процесами. Економічна кібернетика тісно пов'язана, з одного боку, з теорією управління, економіко-математичним моделюванням, сучасними інформаційними системами та технологіями, а з другого - з широким колом конкретних економічних дисциплін (економічною теорією, макро - та мікроекономікою, менеджментом тощо), а також соціологією, соціальною психологією, правознавством. Використовуючи результати цих наук, економічна кібернетика формує цілісне уявлення про економіку як складну динамічну систему, вивчає взаємодію її виробничо-технічної, соціально-економічної та організаційно-господарської структури у процесах управління, функціонування та розвитку економіки як системи.

7. Напрямки економічної кібернетики

Одним з визначаючих напрямків в економічній кібернетиці є розробка нових інформаційних технологій та теорії управління проектами побудови інтегрованих систем обробки даних у виробничо-економічних системах, яке стало ефективно реалізовуватися тільки у зв'язку зі створенням сучасних технічних засобів обробки даних, особливо систем з розподілом часу. Методи аналізу, що використовуються в економічній кібернетиці, допомагають знаходити оптимальні режими управління та будувати раціональні системи обробки економічних даних, що основані на використанні комп'ютерних технологій. Ці напрямки надзвичайно актуальні для нинішньої високо комп'ютеризованої економіки і економічної освіти. Необхідність створення таких систем обумовлюється не тільки їх ефективністю в плані вдосконалення економічних систем, зростання продуктивності управлінської праці, але і в плані ефективного використання технічних засобів обробки даних, в організації інформаційних процесів в цілому, соціальними вимогами. Управління зростанням виробництва, поглибленням спеціалізації, розширенням кооперування виробництва, оновленням продукції, ефективним використанням ресурсів неможливі без впровадження сучасних інформаційних технологій та комп'ютерної техніки, кількість якої на промислових підприємствах України налічує вже сотні тисяч, а використовується вона в кращому випадку для рішень облікових задач. В рамках економічної кібернетики розробляються загальні питання структури, побудови та функціонування автоматизованих систем обробки даних у виробничо-економічних системах. Таким чином, інформація у виробничо-економічних системах стає предметом глибокого вивчення.

8. Методи економічної кібернетики

Кібернетичні підходи в економіці використовуються, насамперед, тією мірою, якою виявляються спільні риси й аналогії в її функціонуванні та процесах управління в системах різних типів. Але самі по собі ці аналогії не дають змоги розкрити зміст процесів, що відбуваються в економіці. Кожний тип динамічних систем - технічних, біологічних, соціальних - має свою якісну специфіку. Без її врахування скласти цілісне уявлення про функціонування та управління відповідним типом систем практично неможливо. Тому економічна кібернетика використовує досягнення інших економічних дисциплін.

Оскільки економічна кібернетика вивчає реальні економічні об'єкти за допомогою моделей, то залучаються досягнення інших дисциплін із галузі моделювання, зокрема економіко-математичного, результати системного аналізу, теорії управління, теорії автоматичного регулювання тощо.

Економічна кібернетика досліджує інформаційні процеси та процеси перетворення інформації в процесах управління, тому вона використовує результати теорії інформації та передавання повідомлень. З метою обробки економічної інформації застосовуються методи статистики та широко використовуються сучасні інформаційні системи й технології.

Таким чином, економічна кібернетика є прикладним розділом теоретичної кібернетики і разом із тим частиною комплексу економічних наук, і тому вона виступає сполучною ланкою між ними. Застосування кібернетичного підходу в економіці дає змогу синтезувати й використовувати багато методів і результати соціальних, природних і технічних наук. Насамперед, це стосується комплексного застосування математичних методів і моделей.

Висновок

Існує велика кількість різних визначень поняття «кібернетика», однак усі вони зводяться до того, що кібернетика - це наука, яка вивчає загальні закономірності будови складних систем управління й протікання в них процесів управління. У зв'язку з тим, що будь-які процеси управління пов'язані з прийняттям рішень на основі одержуваної інформації, то кібернетику часто визначають також як науку про загальні закони одержання, зберігання, передачі й перетворення інформації у складних керуючих системах.

Размещено на Allbest.ru