Что такое кибернетика? Что изучает и для чего нужна Кибернетика простыми словами

Кибернетика - наука, изучающая общие принципы управления в объектах различной природы.

Несколько слов из истории кибернетики. Почти сто пятьдесят лет назад французский физик и математик Андре Мари Ампер закончил обширный труд - «Очерки по философии наук». В нем знаменитый ученый попытался привести в стройную систему все человеческие знания. Каждой из известных в то время наук было отведено свое место в системе. В рубрику за номером 83 Ампер поместил предполагаемую им науку, которая должна изучать способы управления обществом.

Ученый заимствовал ее название из греческого языка, в котором слово «кибернетес» означает «рулевой», «кормчий». Кибернетику Ампер сопроводил такими словами, звучащими весьма символично: «...et secura cives ut pace fruantur» («...и обеспечивает гражданам возможность наслаждаться миром»).

Долгое время после Ампера термин «кибернетика» был забыт. Но вот в 1948 году известный американский математик Норберт Винер опубликовал книгу под названием «Кибернетика, или Управление и связь в живых организмах и машинах». Она вызвала большой интерес ученых, хотя законы, которые Винер положил в основу кибернетики, были открыты и исследованы задолго до появления книги.

Таким образом, считается, что кибернетика возникла в конце 40-х гг., когда Н. Винер выдвинул идею о том, что системы управления в живых, неживых и искусственных системах обладают многими общими чертами. Установление аналогий обещало создание «общей теории управления», результаты которой могли бы использоваться в самых разнообразных системах. Идея получила подкрепление, когда появились компьютеры, способные единообразно решать самые разные задачи. Универсальность компьютерных вычислений наталкивала на справедливость гипотезы о существовании универсальных схем управления.

Эта гипотеза не выдержала проверку временем, но накопленные в кибернетике сведения о самых разных системах управления, общие принципы, которые частично все-таки удалось обнаружить, замена узкопрофессиональной точки зрения специалиста в какой-либо области на взгляд с позиции общности внешне разнородных объектов и систем принесли большую пользу.

Связь между понятиями «информатика» и «кибернетика» можно истолковать следующим образом. Суть информатики - в изучении информационных связей в различных системах, объединенных целями управления. А суть кибернетики - в изучении управления как информационного процесса.

На ранних этапах своего становления кибернетика включала в себя те задачи, которые сейчас решаются в информатике. Сегодня же общепринято, что кибернетические исследования заключаются в изучении общих свойств, присущих различным системам управления. Эти свойства могут проявляться и в живой природе, и в органическом мире, и в коллективах людей.

Основными в кибернетике являются понятия управления и информации.

Система управления (кибернетическая система) может рассматриваться как совокупность двух систем - объекта управления и управляющей системы. При этом управление есть процесс целенаправленного воздействия на объект управления, который обеспечивает требуемое поведение или работу. Из рисунка видно, что управляющая система воздействует на объект управления, подавая на него управляющие сигналы, содержащие информацию (управляющие решения) о том, как должен вести себя объект управления. Заметим, что для того, чтобы выработать управляющие решения, обеспечивающие достижение цели управления, управляющая система должна иметь информацию о состоянии внешней среды и о состоянии объекта управления. Канал (или каналы) передачи информации о состоянии внешней среды и о состоянии объекта управления носят название каналов цепей обратной связи . Наличие обратной связи, т.е. информации в ответ на сигнал, полученный управляемым объектом, является характерной особенностью всех управляющих систем.

Объект управления (будь то машина или автоматическая линия, предприятие или войсковое соединение, живая клетка, синтезирующая белок или мышца, текст, подлежащий переводу, или набор символов, преобразуемый в художественное произведение) и управляющее устройство (мозг и нервная ткань живого организма или управляющий автомат) обмениваются между собой информацией. Таким образом, процесс управления сопряжен с передачей, накоплением, хранением и переработкой информации, характеризующей управляемый объект, ход процесса, внешние условия, программу работы и т. д.

В различных системах могут быть различными по своей природе носители информации: звуковые, световые, механические, электрические, химические сигналы, документы, пленки. Однако вне зависимости от материального носителя информации процессы ее передачи подчиняются общим количественным закономерностям. Об этом вы узнаете в следующих параграфах.

Реальные системы управления отличаются большой сложностью и большим разнообразием. Они могут содержать несколько каналов управляющей информации и обратной связи. Свойства каналов и способы кодирования и переработки информации в них также отличаются большим разнообразием. По-разному формируются и управляющие решения. Тем не менее, общая модель, приведенная на рисунке, сохраняется для всех систем. Такая общность позволяет успешно описывать функционирование различных систем едиными формальными средствами. Однако выделение общих структурно-информационных свойств систем различной природы требует часто высоких профессиональных знаний в той области, которая соответствует содержательной природе исследуемых систем.

В кибернетике выделяют два основных направления исследований: теоретическую и техническую кибернетику. Теоретическая кибернетика занимается общими проблемами теории управления, вопросами передачи, защиты, хранения и использования информации в системах управления. Многие проблемы теоретической кибернетики изучаются в теоретической информатике. Специалисты, работающие в технической кибернетике, исследуют и проектируют различные технические управляющие системы, начиная от достаточно простых систем автоматического регулирования и управления до сложных автоматизированных систем управления - АСУ. В рамках технической кибернетики развивается и теория построения вычислительных машин, а также логические методы синтеза дискретных управляющих устройств. Для решения возникающих тут задач специалисты в области технической кибернетики используют модели алгебры логики, многозначных логик и теории автоматов.

Решающим в становлении кибернетики был бурный рост электронной автоматики и особенно появление быстродействующих вычислительных машин. Они открыли невиданные возможности в обработке информации и в моделировании систем управления.

На протяжении столетий трудами ученых закладывался фундамент, формировались принципиальные основы кибернетики, формировался методологический аппарат, включающий теорию информации, теорию алгоритмов, теорию вероятностей, математическую логику и многие другие разделы, как теоретической информатики, так и математики.

Выдающееся значение для ее развития имели труды К. Шеннона, Дж. Неймана, И. П. Павлова. Историки отмечают заслуги и таких выдающихся инженеров и математиков, как И. А. Вышнеградский, А. М. Ляпунов, А. Н. Колмогоров. В среде ученых считается, что в 1948 году состоялось не рождение, а крещение кибернетики - науки об управлении. Именно к этому времени с наибольшей остротой встал вопрос о повышении качества управления в нашем усложненном мире. И кибернетика дала специалистам самого разного профиля возможность применять точный научный анализ для решения проблем управления.

Сегодня достижениями кибернетики пользуются математики и физики, биологи, физиологи и психиатры, экономисты и философы, инженеры различных специальностей.

Перенос идей и моделей из одних областей в другие, общение между co6ой специалистов разного профиля на некотором едином языке кибернетики сделали свое дело. Появились кибернетические по своему духу модели в науках, доселе не знавших точных методов и расчетов. Возникли научные направления, получившие характерные названия: химическая кибернетика, юридическая кибернетика, техническая кибернетика и т.п. Все эти «кибернетики» изучают использование информации при управлении в том классе систем, который изучает соответствующая наука. Наиболее активно развивается техническая кибернетика.\ В ее состав входит теория автоматического управления, которая стала теоретическим фундаментом автоматики.

Заметное место в кибернетике занимает теория распознавания образов. Основная задача этой дисциплины - поиск решающих правил, с помощью которых можно было бы классифицировать многочисленные явления реальности, соотносить их с некоторыми эталонными классами. Распознавание образов - это пограничная наука между кибернетикой и искусственным интеллектом, так как поиск решающих правил чаще всего осуществляется путем обучения, а обучение, конечно, интеллектуальная процедура. В кибернетике выделяется даже специальная область исследований, получившая название обучение на примерах.

В последнее время объектом самого пристального изучения, самого детального исследования стал живой организм: сам человек как управляющая система высшего типа, те или иные функции которой инженеры и ученые стремятся воспроизвести в автоматах. Насколько принципы работы живых систем могут быть использованы в искусственных объектах? Ответ на этот вопрос ищут бионика и нейрокибернетика - пограничные науки между кибернетикой и биологией. Нейрокибернетика – наука, изучающая процессы переработки информации в нервной ткани животных и человека. Бионика – наука о том, как находки живой природы, реализованные в живых организмах, можно переносить в искусственные системы, создаваемые человеком.

Кибернетику также весьма интересуют равновесные состояния в различных системах и способы их достижения. Этими вопросами занимается гомеостатика, недавно возникшая и еще находящаяся в стадии оформления наука. Гомеостатика - наука о достижении равновесных состояний при наличии многих действующих одновременно факторов.

Быстро развивающиеся области кибернетики – экономическая кибернетика и социальная кибернетика, изучающие, соответственно, процессы управления, протекающие в экономике и человеческом обществе.

Кибернетику иногда рассматривают как прикладную информатику в области создания и использования автоматических или автоматизированных систем управления разной степени сложности, от управления отдельным объектом (станком, промышленной установкой, автомобилем и т. п.) до сложнейших систем управления целыми отраслями промышленности, банковскими системами, системами связи и даже сообществами людей.

Специфика этой науки заключается в том, что она изучает не вещественный состав систем и не их структуру, а результат работы данного класса систем. В кибернетике впервые было сформулировано понятие «черного ящика» как устройства, которое выполняет определенную операцию над настоящим и прошлым входного потенциала, но для которого мы необязательно располагаем информацией о структуре, обеспечивающей выполнение этой операции.

Кибернетика как наука об управлении объектом своего изучения имеет управляющие системы. Для того чтобы в системе могли протекать процессы управления, она должна обладать определенной степенью сложности. С другой стороны, осуществление процессов управления в системе имеет смысл только в том случае, если эта система изменяется, движется, т. е. если речь идет о динамической системе. Поэтому можно уточнить, что объектом изучения кибернетики являются сложные динамические системы. К сложным динамическим системам относятся: живые организмы (животные и растения), социально-экономические комплексы (организованные группы людей, бригады, подразделения, предприятия, отрасли промышленности, государства) и технические агрегаты (поточные линии, транспортные средства, системы агрегатов). Однако, рассматривая сложные динамические системы, кибернетика не ставит перед собой задач всестороннего изучения их функционирования. Хотя кибернетика и изучает общие закономерности управляющих систем, их конкретные физические особенности находятся вне поля ее зрения. Так, при исследовании с позиций кибернетической науки такой сложной динамической системы, как мощная электростанция, мы не сосредоточиваем внимание непосредственно на вопросе о коэффициенте ее полезного действия, габаритах генераторов, физических процессах генерирования энергии и т. д. .

Рассматривая работу сложного электронного автомата, мы не интересуемся, на основе каких элементов (электромеханические реле, ламповые или транзисторные триггеры, ферритовые сердечники, полупроводниковые интегральные схемы) функционируют его арифметические и логические устройства, память и др. Нас интересует, какие логические функции выполняют эти устройства, как они участвуют в процессах управления.

Изучая, наконец, с кибернетической точки зрения работу некоторого социального коллектива, мы не вникаем в биофизические и биохимические процессы, происходящие внутри организма индивидуумов, образующих этот коллектив.

Изучением всех перечисленных вопросов занимаются механика, электротехника, физика, химия, биология. Предмет кибернетики составляют только те стороны функционирования систем, которыми определяется протекание в них процессов управления, т. е. процессов сбора, обработки, хранения информации и ее использования для целей управления. Однако когда те или иные частные физико-химические процессы начинают существенно влиять на процессы управления системой, кибернетика должна включать их в сферу своего исследования, но не всестороннего, а именно с позиций их воздействия на процессы управления .

Основная цель кибернетики как науки об управлении -- добиваться построения на основе изучения структур и механизмов управления таких систем, такой организации их работы, такого взаимодействия элементов внутри этих систем и такого взаимодействия с внешней средой, чтобы результаты функционирования этих систем были наилучшими, т. е. приводили бы наиболее быстро к заданной цели функционирования при минимальных затратах тех или иных ресурсов (сырья, человеческого труда, машинного времени, горючего и т. д.).

Все это можно определить кратко термином «оптимизация». К главным задачам кибернетики относятся:

а) установление фактов, общих для всех управляемых систем или, по крайней мере, для некоторых их совокупностей;
б) выявление ограничений, свойственных управляемым системам, и установление их происхождения;
в) нахождение общих законов, которым подчиняются управляемые системы;
г) определение путей практического использования установленных фактов и найденных закономерностей .

Таким образом, основной целью кибернетики является оптимизация систем управления. Предметом изучения кибернетики являются процессы управления в сложных динамических системах.

Всеобщим методом познания, в равной степени применимым к исследованию всех явлений природы и общественной жизни, служит материалистическая диалектика. Однако, кроме общефилософского метода, в различных областях науки применяется большое количество специальных методов. До недавнего времени в биологических и социально-экономических науках современные математические методы применялись в весьма ограниченных масштабах.

Только последние десятилетия характеризуются значительным расширением использования в этих областях теории вероятностей и математической статистики, математической логики и теории алгоритмов, теории множеств и теории графов, теории игр и исследования операций, корреляционного анализа, математического программирования и других математических методов.

Теория и практика кибернетики непосредственно базируются на применении математических методов при описании и исследовании систем и процессов управления, на построении адекватных им математических моделей и решении этих моделей на быстродействующих ЭВМ.

Системы изучаются в кибернетике по их реакциям на внешние воздействия, другими словами, по тем функциям, которые они выполняют. Наряду с вещественным и структурным подходами, кибернетика ввела в научный обиход функциональный подход как вариант системного подхода в широком смысле слова. Применение системного и функционального подходов при описании и исследовании сложных систем относится к основным методологическим принципам кибернетики.

Системный подход выражается в комплексном изучении системы с позиций системного анализа, т. е. анализа проблем и объектов как совокупности взаимосвязанных элементов, исходя из представлений об определенной целостности системы .

Функциональный анализ имеет своей целью выявление и изучение функциональных последствий тех или иных явлений или событий для исследуемого объекта.

Соответственно, функциональный подход предполагает учет результатов функционального анализа при исследовании и синтезе систем управления. Для исследования систем кибернетика использует три принципиально различных метода: математический анализ, физический эксперимент и вычислительный эксперимент.

Первые два из них широко применяются и в других науках. Сущность первого метода состоит в описании изучаемого объекта в рамках того или иного математического аппарата (например, в виде системы уравнений) и последующего извлечения различных следствий из этого описания путем математической дедукции (например, путем решения соответствующей системы уравнений). Сущность второго метода состоит в проведении различных экспериментов либо с самим объектом, либо с его реальной физической моделью. В случае уникальности исследуемого объекта и невозможности существенного влияния на него (как, например, в случае Солнечной системы или процесса биологической эволюции) активный эксперимент переходит в пассивное наблюдение.

Таким образом, одним из основных методов кибернетики является метод математического моделирования систем и процессов управления.

В динамических системах, которая основывается на теоретической базе логики, математики и широкого использования в этих целях

Андре Мари Ампер около двухсот лет назад завершил труд под названием «Очерки по философии наук». В работе французский математик и физик стремился привести в систему все существующие научные знания. В отдельную рубрику ученый поместил науку, которая по его предположению должна была заниматься изучением способов управления обществом. Название этой науки он образовал от греческого слова «кибернетес», означающее «рулевой», «кормчий».

Наука кибернетика была помещена Ампером в раздел «Политика». Долгое время термином вообще не пользовались, по сути о нем забыв.

Лишь в 1948 году Норберт Винер , американский математик, издал труд «Кибернетика, или Управление и связь в живых организмах и машинах». Книга вызвала живой интерес общественности.

Краеугольными камнями кибернетики назывались автоматов и теория алгоритмов, которые изучали способы построения систем, предназначенных для Математический аппарат науки кибернетики очень широк. Он включает теорию вероятностей, теорию функций, математическую логику и другие разделы математики.

В развитии научных подходов к кибернетике большую роль сыграла биология, изучающая процессы управления, свойственные живой природе. Решающим же в развитии кибернетики стал рост автоматики и электроники, которые привели к появлению вычислительных машин с высокой скоростью работы. Это открыло невиданные возможности для обработки информации и моделирования систем управления.

Услугами новой науки начали пользоваться физика, математика, биология, психиатрия, физиология, экономика, философия, инженерия различных направлений.

Поскольку кибернетика изучает процессы управления, то эти науки стремились развивать процессы управления в сферах собственных интересов. В результате самое пристальное внимание при изучении было привлечено к живому организму - самому человеку, который представлял собой управляющую систему высшего типа, функции которой ученые и инженеры стремились воспроизвести с помощью автоматов.

Кибернетика исследует общие свойства различных систем управления, которые присущи и живой природе, и органическому миру, и коллективу людей.

Объект управления (машина, автоматизированная линия, живая клетка, набор символов) и устройство по управлению (мозг или машина-автомат) постоянно обмениваются информацией.

Управление связано с передачей, хранением, накоплением, переработкой данных, информации, которая характеризует объект, внешние условия, ход процессов, рабочую программу.

Разные системы отличаются друг от друга природой (свет, звук, химические, механические, электрические сигналы, документы). Но в любом случае эти процессы подчиняются общим закономерностям. Всем им характерно наличие обратной связи. Также все управляющие устройства включают элементы и функции, которые имеют общие черты, свойственные и живым организмам и искусственным машинам. Они способны воспринимать информацию, накапливать ее, запоминать и т.д.

Кибернетика развивалась чрезвычайно быстро. Примерно за четверть века она превратилась в одну из ведущих дисциплин, получившую научное признание и всеобщее значение.

Сегодня кибернетика - полноправная наука о принципах управления в отдельных сферах наук и жизни общества (экономическая, техническая, ядерная кибернетика и т.д.) Кибернетика разрабатывает концепции и строит

Кибернетическим называется такой тип управления, который рассматривает организацию как систему, элементы которой взаимосвязаны; обеспечивает оптимальное решение динамичных задач; использует специфичные методы кибернетики (обратная связь, самоорганизация и т.д.); применяет автоматизацию и механизацию работ по управлению на основе управляющей и вычислительной техники и компьютеров.

Кибернетик - это специалист, который занимается изучением управления информационными процессами в системах, а также механизмами ее передачи там. Кибернетика возникла на стыке большого количества наук. Она имеет свои связи с огромным количеством всевозможных дисциплин: психологией, социологией, биологией, информатикой и так далее. Можно сказать, что кибернетика - которая изучает управляющие системы.

Немного о системах

Система - это упорядоченная совокупность элементов, между которыми происходит какое-то взаимодействие и которая направлена на реализацию определенной задачи. Основное правило систем - это то, что ни одна из них не является банальной совокупностью всех элементов. В качестве примера можно привести любую систему. Если бы компьютер был банальной совокупностью деталей, он бы просто не работал.

Кибернетик - это специалист, который изучает и компьютер в том числе. Также в сферу его научных интересов входят задачи, которые компьютером выполняются. Исходя из того, насколько это эффективно, оцениваются возможности для совершенствования определенной системы. Компьютер является управляемой системой. Это означает, что она может изменяться под воздействием человека. Есть и неуправляемые системы, например Вселенная. Она не входит в сферу интересов кибернетиков по той причине, что не может управляться людьми.

Чем занимаются кибернетики?

Кибернетик - это ученый, который занимается целым спектром разнообразных исследований:

Искусственный интеллект.
Человеческий организм.
Сложные информационные системы, такие как компьютеры и их сети.

Кибернетика делится на множество разнообразных отраслей, которые базируются на связях между определенными научными дисциплинами. Например, есть психологичная или техническая. В общем, существует целый спектр отраслей, на которые распространяется кибернетика. Это очень распространённая наука, которая используется везде. Давайте более детально разберемся с ветками данной дисциплины.

Психологическая кибернетика

Психологическая кибернетика - предмет которой во многом схож с общей психологией, а также нейрофизиологией. Но это уже другой разговор. Данная отрасль изучает взаимодействие между разными анализаторными системами и обменом информации внутри человеческого мозга. Также данная наука занимается построением реалистичных моделей определённых психических функций. Давайте рассмотрим более детально их, чтобы было немного понятнее:

Мышление. Каждый человек по-своему мыслит. По своей природе данный психический процесс является способом отражения окружающей действительности человеческой психикой, которое выражается в суждениях, умозаключениях и понятиях. Каждый человек имеет свой стиль мышления, специфичный конкретно для него. Поэтому можно говорить о том, что данный стиль имеет определенные характеристики, смоделировать которые и пытаются кибернетики.
Память. Не все человек может запомнить, равно как и механизм запоминания у каждого человека индивидуальный. При этом кибернетики стараются выделить какие-то общие свойства и построить на их основе реалистичные модели, которые помогут психологам более эффективно взаимодействовать с человеком.
Ощущение - действительности, которое основано на непосредственном воздействии отдельных частей окружающей действительности на наши органы чувств. Для того чтобы человек мог что-то ощущать, ему нужно перед этим переработать информацию. И данные механизмы переработки изучаются психологической кибернетикой.

Естественно, это не все сферы, которые входят в круг интересов психологической кибернетики. Но и этих достаточно для того, чтобы раскрыть данную отрасль.

Экономическая кибернетика

Также достаточно часто экономические вопросы изучает кибернетика. кибернетика" такое: данная сфера старается использовать открытие кибернетиков по отношению к разнообразным экономическим системам. Поскольку последние являются в целом управляемыми, то рассматриваемая дисциплина имеет к ним непосредственное отношение.

Если брать более расширенное определение, то экономическая кибернетика - это наука, которая была образована на стыке целых трех наук: математики, экономики и непосредственно кибернетики. И этим она ценна.

Выводы

Мы разобрались, что такое кибернетика. Значение этого слова стало нам понятно. И это прекрасно. Не нужно теперь думать, что означает слово "кибернетика", так как некоторые люди, возможно, даже решили посвятить данной науке свою жизнь после прочтения этой статьи. Хочется на это надеяться. Ученый-кибернетик может считаться универсальным специалистом в любой сфере. Ведь большая часть областей нашей жизни базируется на управляемых системах, которые входят в сферу изучения этой науки. Поскольку она становится с каждым днем все популярнее, то можно смело говорить: за искусственным интеллектом - будущее. Кибернетик - это настоящий универсал. Этим он и ценен.

Кибернетика - наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в машинах, живых организмах и их объединениях. Кибернетика является теоретической основой .

Основные положения кибернетики сформулировал в 1948 американский ученый Норберт Винер в книге «Кибернетика, или управление и связь в машинах и живых организмах».

Возникновение кибернетики обусловлено, с одной стороны, потребностями практики, выдвинувшей задачи создания сложных устройств автоматических управления, и, с другой стороны - развитием научных дисциплин, изучающих процессы управления в различных физических областях в подготовивших создание общей теории этих процессов.

К числу таких наук относятся: теория автоматического регулирования и следящих систем, теория электронных программно-управляемых вычислительных машин, статистическая теория передачи сообщений, теория игр и оптимальных решений и т. д., а также комплекс биологических наук, изучающих процессы управления в живой природе (рефлексология, генетика и др.).

В отличие от указанных наук, занимающихся конкретными процессами управления, кибернетика изучает то общее, что свойственно всем процессам управления, независимо от их физической природы, и ставит своей задачей создание единой теории этих процессов.

Для любых процессов управления характерно:

наличие организованной системы, состоящей из управляющих и управляемых (исполнительных) органов;

взаимодействие данной организованной системы с внешней средой, являющейся источником случайных или систематических возмущений;

осуществление управления на основе приема и передачи информации;

наличие цели и алгоритма управления.

Изучение проблемы естественно-причинного возникновения целесообразных управляющих систем живой природы является важной задачей кибернетики, которая позволит глубже выяснить соотношения причинности и целесообразности в живой природе.

В задачу кибернетики входит также систематическое сравнительное изучение структуры и различных физических принципов работы систем управления с точки зрения их способности воспринимать и перерабатывать информацию.

Кибернетика по своим методам является наукой, широко использующей разнообразный математический аппарат, а также сравнительный подход при изучении различных процессов управления.

В качестве основных разделов кибернетики могут быть выделены:

теория информации;

теория методов управления (программирования);

теория систем управления.

Теория информации изучает способы восприятия, преобразования и передачи информации. Информация передается при помощи сигналов - физических процессов, у которых определенные параметры находятся в однозначном соответствии с передаваемой информацией. Установление такого соответствия называется кодированием .

Центральным понятием теории информации является мера количества информации, определяемая как изменение степени неопределенности в ожидании некоторого события, о котором говорится в сообщении до и после получения сообщения. Эта мера позволяет измерять количество информации в сообщениях подобно тому, как в физике измеряется количество энергии или количество веществ. Смысл и ценность передаваемой информации для получателя при этом не учитываются.

Теория программирования занимается изучением и разработкой методов переработки и использования информации для управления. Программирование работы любой системы управления в общем случае включает в себя:

определение алгоритма нахождения решений;

составление программы в коде, воспринимаемом данной системой.

Нахождение решений сводится к переработке заданной входной информации в соответствующую выходную информацию (команды управления), обеспечивающую достижение поставленные цели. Оно осуществляется на основе некоторого математического метода, представленного в виде алгоритма. Наиболее развитыми являются математические методы определения оптимальных решений, такие, как линейное программирование и динамическое программирование, а также методы выработки статистических решений в теории игр.

Теория алгоритмов , используемая в кибернетике, изучает формальные способы описания процессов переработки информации в виде условных математических схем - алгоритмов . Основное место занимают здесь вопросы построения алгоритмов для различных классов процессов и вопросы тождественных (равносильных) преобразований алгоритмов.

Основной задачей теории программирования является выработка методов автоматизации процессов переработки информации на электронных программно-управляемых машинах. Основную роль играют здесь вопросы автоматизации программирования, т. е. вопросы составления программ решения различных задач на машинах с помощью этих машин.

С точки зрения сравнительного анализа процессов переработки информации в различных естественно и искусственно организованных системах кибернетика выделяет следующие основные классы процессов:

мышление и рефлекторная деятельность живых организмов;

изменение наследственной информации в процессе эволюции биологических видов;

переработка информации в автоматических системах;

переработка информации в экономических и административных системах;

переработка информации в процессе развития науки.

Выяснение общих закономерностей этих процессов составляет одну из основную задач кибернетики.

Теория систем управления изучает структуру и принципы построения таких систем и их связи с управляемыми системами и внешней средой. Системой управления в общем случае может быть назван любой физический объект, осуществляющий целенаправленную переработку информации (нервная система животного, система автоматического управления движением самолета и др.).

Кибернетика изучает абстрактные системы управления, представленные в виде математических схем (моделей), сохраняющих информационные свойства соответствующих классов реальных систем. В рамках кибернетики возникла специальная математическая дисциплина - теория автоматов , изучающая специальный класс дискретных систем переработки информации, включающих в себя большое число элементов и моделирующих работу нейронных сетей.

Большое теоретическое и практическое значение имеет выяснение на этой основе механизмов мышления и структуры мозга, обеспечивающих возможность восприятия и переработки огромных количеств информации в органах малого объема с ничтожной затратой энергии и с исключительно высокой надежностью.

Кибернетика выделяет два общих принципа построения систем управления: обратной связи и многоступенчатости (иерархичности) управления. Принцип обратной связи позволяет системе управления постоянно учитывать фактическое состояние всех управляемых органов и реальных воздействий внешней среды. Многоступенчатая схема управления обеспечивает экономичность и устойчивость системы управления.

Кибернетика и автоматизации технологических процессов

Комплексная автоматизация при применении принципов самонастраивающихся и самообучающихся систем позволяет обеспечить достижение наивыгоднейших режимов управления, что особенно важно для сложных производств. Необходимой предпосылкой такой автоматизации является наличие для данного производств, процесса детального математического описания (математической модели), которое вводится в ЭВМ, управляющую процессом, в виде программы ее работы.

В эту машину поступает информация о ходе процесса от различных измерительных устройств и датчиков, и машина на основе имеющейся математические модели процесса рассчитывает его дальнейший ход при тех или иных командах управления.

Если подобное моделирование и прогнозирование протекает значительно быстрее реального процесса, то имеется возможность путем расчета и сравнения ряда вариантов выбирать наивыгоднейший режим управления. Оценка и выбор вариантов могут производиться как самой машиной полностью автоматически, так и с помощью человека-оператора. Важную роль при этом играет проблема оптимального сопряжения человека-оператора и управляющей машины.

Большое практическое значение имеет выработанный кибернетикой единый подход к анализу и описанию (алгоритмизации) различных процессов управления и переработки информации путем последовательного расчленения этих процессов на элементарные акты, представляющие собой альтернативные выборы («да» или «нет»).

Систематическое применение этого метода позволяет формализовывать все более сложные процессы умственной деятельности, что является первым необходимым этапом для их последующей автоматизации. Большие перспективы для повышения эффективности научной работы имеет проблема информационного симбиоза машины и человека, т. е. непосредственного взаимодействия человека и информационно-логической машины в процессе творчества при решении научных задач.

Наука об управлении техническими системами. Методы и идеи технической кибернетики вырастали вначале параллельно и независимо в отдельных технических дисциплинах, относящихся к связи и управлению, - в автоматике, радиоэлектронике, телеуправлении, вычислительной технике и т. д. По мере выяснения общности основной задач теории и методов их решения формировались положения технической кибернетики, образующей единую теоретическую базу для всех областей техники связи и управления.

Техническая кибернетика, как и кибернетика вообще, изучает процессы управления безотносительно к физическим природе систем, в которых происходят эти процессы. Центральная задача технической кибернетики - синтез эффективных алгоритмов управления с целью определения их структуры, характеристик и параметров. Под эффективными алгоритмами понимаются правила переработки входной информации в выходные сигналы управления, которые являются успешными в определенном смысле.

Техническая кибернетика теснейшим образом связана с , по не совпадает с ними, поскольку в технической кибернетике не рассматриваются вопросы конструирования конкретной аппаратуры. Техническая кибернетика связана также с другими направлениями кибернетики, например, добытые биологическими науками сведения облегчают разработку новых принципов управления, в т. ч. принципов построения новых типов автоматов, моделирующих сложные функции умственной деятельности человека.

Техническая кибернетика возникшая из потребностей практики, широко использующая математический аппарат, является сейчас одним из наиболее разработанных разделов кибернетики. Поэтому прогресс технической кибернетики существенно способствует развитию других ветвей, направлений и разделов кибернетики.

Значительное место в технической кибернетике занимает теория оптимальных алгоритмов или, что по существу то же, теория оптимальной стратегии автоматического управления, обеспечивающей экстремум некоторого критерия оптимальности.

В различных случаях критерии оптимальности могут быть разными. Например, в одном случае может потребоваться максимальная быстрота переходных процессов, в другом - минимальный разброс значений некоторой величины и т. д. Однако существуют общие методы формулировки и решения самых разнообразных задач этого рода.

В результате решения задачи определяется оптимальный алгоритм управления в автоматической системе, либо оптимальный алгоритм распознавания сигналов на фоне шумов в приемнике системы связи и т. д.

Другое важное направление в технической кибернетике - разработка теории и принципов действия систем с автоматическим приспособлением, которое заключается в целенаправленном изменении свойств системы или ее частей, обеспечивающем возрастающую успешность ее действий. В этой области имеют большое значение системы автоматической оптимизации , приводимые поиском автоматическим к оптимальному режиму функционирования и поддерживаемые вблизи этого режима при непредвиденных заранее внешних воздействиях.

Третьим направлением является разработка теории сложных систем управления , состоящих из большого количества элементов, включающих сложные взаимосвязи частей и работающих в трудных условиях.

Большое значение для технической кибернетики имеют теория информации и теория алгоритмов, в частности теория конечных автоматов .

Теория конечных автоматов занимается синтезом автоматов по заданным условиям работы и в том числе решением проблемы «черного ящика» - определением возможной внутренней структуры автомата по результатам изучения его входов и выходов, а также другими проблемами, например, вопросами осуществимости автоматов определенного типа.

Любые системы управления так или иначе связаны с человеком, который их проектирует, налаживает, контролирует, управляет их работой и использует результаты работы систем в своих целях. Отсюда возникают проблемы взаимодействия человека с комплексом автоматических устройств и обмена информации между ними.

Решение этих проблем необходимо для разгрузки нервной системы человека от напряженной и рутинной работы и обеспечения макс, эффективности всей системы «человек - автомат». Важнейшая задача технической кибернетики - моделирование все более сложных форм умственной деятельности человека с целью замены человека автоматами там, где это возможно и разумно. Поэтому в технической кибернетике развиваются теории и принципы построения различного рода обучающихся систем, которые путем тренировки или обучения целенаправленно изменяют свой алгоритм.

Кибернетика электроэнергетических систем - научное применение кибернетики к решению задач управления , регулирования их режимов и выявления технико-экономических характеристик при проектировании и эксплуатации.

Отдельные элементы электроэнергетической системы, взаимодействуя между собой, имеют весьма глубокие внутренние связи, не позволяющие расчленить систему на независимые составляющие и при определении ее характеристик изменять влияющие факторы по одному. По методологии исследований электроэнергетическая система должна рассматриваться как кибернетическая система, т. к. при ее исследовании применяются обобщающие методы: теория подобия, физическое, математическое, цифровое и логическое моделирование.