История развития кибернетики

Введение

Современное поколение является свидетелем стремительного развития науки и техники. За последние три века человечество сделало стремительный скачек от простейших паровых машин до атомных электростанций.
Однако до середины 20 века почти все создаваемые человеком механизмы предназначались для выполнения хотя и весьма разнообразных, но в основном исполнительных функций. Их конструкция предусматривала всегда более или менее сложное управление, осуществляемое человеком, который должен оценивать множество условий и процессов, чтобы управлять машинами. Область умственной деятельности, психики, сфера логических функций человеческого мозга казались до недавнего времени совершенно недоступными механизации.
Писатели фантасты, описывая картины жизни будущего общества, писали, что машины заменят человеческий труд, а человек будет лишь наблюдателем за работой этих машин.
В настоящее время, уровень развития технических устройств позволяет обозначать и выполнять задачи по созданию новых устройств, которые освободили бы человека от управления производственных процессов и наблюдения за ними. Поэтому, создание управляющих машин позволит человеку уйти от автоматизации конкретного оборудования и перейти к комплексной автоматизации производственных активов и сооружений.
Вычислительная техника используется не только для управления технологическими процессами и решения многочисленных трудоемких научно-теоретических и конструкторских вычислительных задач, но и в сфере управления народным хозяйством, экономики и планирования.

1 Основные понятия
Кибернетика – прикладная наука об управлении, связи и переработке информации. Главным объектов исследования науки «кибернетика» являются кибернетические системы. В теоретической кибернетике данные системы рассматриваются абстрактно. Благодаря высокому уровню абстракции кибернетика способна обнаружить общие методы подхода к изучению систем качественно различной природы .
В следующих направлениях выделяют значение кибернетики:
- философское, так как кибернетика предоставляет новое представление о мире, в котором преобладает роль связи, информации, вероятности, управления, обратной связи и организованности;
- социальное, так как кибернетика предоставляет новое представление об обществе, как организованном целом. С самого раннего момента возникновения науки было не мало сказано о пользе кибернетики для изучения общества;
- общенаучное, в трех смыслах:
- предоставляет общенаучные понятия, которые играют большую роль в других областях науки;
- предоставляет новые, еще не известные ранее методы исследования;
- кибернетика формирует гипотезы о строении и составе систем на основе функционального подхода, которые могут быть проверены в процессе содержательного исследования;
- методологическое, гипотезы о механизмах работы сложных систем с целью изучения происходящих в них процессов выдвигаются из изучения функционирования более простых технических систем.
- техническое – создание на основе кибернетических принципов ЭВМ, роботов, ПЭВМ, породившее тенденцию кибернетизации и информатизации не только научного познания, но и всех сфер жизни.
Еще до появления кибернетики человек постоянно имел дело со сложными системами управления. Кибернетика же смогла выделить общие закономерности управления в различных процессах и системах, а не их специфику. Человекоподобное понимание информации в период, когда кибернетика еще не состоялась как наука, представляет лишь составную часть того объема информации, которое в настоящее время вкладывается в этот термин. Следует отметить, что разными исследователями далеко не однозначно понимается и сам термин «информация». Знаменитый физик Ампер в своей книге «Опыт философских наук» привел классификацию наук, среди которых кибернетика занимает одну из лидирующих позиций – наука о текущей политике и практическом управлении государством.
Путем накопления, суммирования конкретных данных проходила эволюция представлений об управлении. Был создан устойчивый фундамент для рассмотрения проблем управления с помощью кибернетики, так же привнося в науку совершенно новый понятийный и категориальный аппарат, новейшие теоретические предпосылки для последующего развития науки. Так же к кибернетике относят:
- теорию информации;
- теорию автоматов;
- теорию игр;
- теорию алгоритмов.
Наука, которая занимается изучение технических систем управления называется, технической кибернетикой. По сути единственной задачей исследований в этой области является разработка автоматизированных и автоматических систем управления, а также автоматизированных машин для выполнения различных манипуляций с информацией.
К основным задачам кибернетики относятся:
- установление фактов, общих для совокупностей управляемых систем;
- установление ограничений и выяснение их происхождения;
- поиск обобщенных законов, которым будут подчиняются управляемые системы;
- определение направлений практического использования полученный фактов и установленных закономерностей.
Основные понятия кибернетики: алгоритм, обратная связь, управление, управляемая система, управляющая система, модель, организация, оптимизация, и др. Для систем различного назначения понятие «управление» можно понимать следующим образом: управление понимается, как воздействие на объект, которое выбирается на основе имеющейся для этого информации из большого количества вероятных воздействий, которое улучшит развитие и функционирование системы. У управляемых систем в любой момент времени существует некоторое множество возможных изменений, среди которых происходит выбор предпочтительного изменения. Если система не имеет выбора, то об управлении не может быть и речи.
Управлять, это то же самое, что и предсказывать изменения, которые происходят в системах управления после получения управляющих воздействий. Системы управления определяют, как единство управляемой системы и управляющей системы, то есть объекта управления. Внешняя среда всегда используется для управления объектом или системой. Связь каждой управляемой системы с окружающей средой влияет на её поведение. Выделяя какой-либо объект, необходимо понимать, как среда влияет на этот объект и наоборот так как все объекты, процессы и явления взаимосвязаны и влияют друг на друга. Не любая система обладает управляемостью. Организованность является главным условием наличия в системе потенциальных возможностей для управления.
Первопроходец кибернетики Н. Винер писал, что действие или поведение можно понимать, как направленность на достижение некоторой цели, т.е. некоторого конечного состояния, при котором объект вступает в определенную связь в пространстве и во времени с некоторым другим объектом или событием. Определение цели, это совокупность потребностей внешней среды, так и внутренних потребностей субъекта управления. Цель не может быть не достижимой, она должна точно соответствовать возможностям системы и реальной ситуации. Поведение управляемой системы строго зависит от поступающих управляющих воздействий. Управляемая система может целенаправленно изменять свое поведение, за счет управляющих воздействий. В процессе эволюционного развития живой природы сформировалась целенаправленность управления биологических управляемых систем. Она обозначает стремление организмов к их размножению и выживанию. Целенаправленность искусственных управляемых систем определяют их пользователи и разработчики.

1.1 Обратная связь
Науку о кибернетике сформировало понятие обратной связи. Необходимость в использовании обратной связи появилась, когда стали очевидны ограничения при решении различного вида нелинейных задач. Для их решения Норберт Винер предложил особый подход. До это аналитический подход был основополагающим для решения таких задач. Данный подход Винер изложил в своей работе, в дальнейшем же он преобразовался и развился в целую науку — кибернетику.
Обратная связь — это наличие схематичных циклов в неизменяемой части машины, и условных инструкций в её изменяемой части

. Обратная связь выделяет особый класс автоматов, которые участвуют научных экспериментах или используются на практике.

1.2. Информация
Информация – сведения, воспринимаемые человеком или специальными устройствами как отражение фактов материального или духовного мира в процессе коммуникации, для дальнейшего использования в управлении. Отсюда, кибернетика так же является наукой, об информации, об информационных процессах и системах. Быстрое развитие средств массовой коммуникации требовало повышения эффективности процессов передачи, хранения и обработки, передаваемых получаемых сообщении информации. До появления кибернетики, понятие информации связывали с совокупностью данных, знаний и сведений. С возникновением кибернетики, понятие информации стало явно непонятным, неопределенным. В кибернетики понятие информации уточняется в математических "теориях информации.
В своём общем смысле понятие информации обязано включать в себя различные определения, по каждому виду информации. К сожалению, на данный момент обобщенного понятия информации не существует до сих пор.
Основные свойства информации:
- управление различными процессами;
- передаваемость на расстоянии;
- подверженность переработке;
- хранение в течение любых промежутков времени и изменение во времени;
- переход из пассивной формы в активную и обратно.
На ускоренное развитие науки, систем управления, техники и различных отраслей народного хозяйства важное влияние имеет информация. Экономика, политика – это концентрированная смысловая информация, она обрабатывается сознанием человека и применяется в различных социальных сферах. Обусловлена политическими, экономическими потребностями общества и циркулирует в процессе управления обществом и производством. Социальная информация имеет значимую роль в работе правоохранительных органов, в образование и воспитание новых поколений. Информация есть неограниченный ресурс общества. Информация, то на, чем -основан мир, все сущее. Современная обобщенная законах и природе информации, которая включает в себя современное научное обобщение всего множества информационных процессов называется информациологией.

1.3 Самоорганизация
Понятие самоорганизации появилось в современной науке благодаря идеям кибернетики. Управление это неэнтропийный процесс, которым обусловлен процесс самоорганизации систем. Понятия энтропия означает меру беспорядка, хаоса. Энтропия обычно рассматриваются вместе с понятием информация. Под информацией понимается уменьшение неопределенности. Тенденция к определенности, к повышению информативности является негэнтропийным процессом.
Кибернетик У. Росс Эшби для описания кибернетических систем ввел термин «самоорганизующаяся система». Для самоорганизующихся систем характерны следующие способности:
- взаимодействие со средой, ее изменение в направлении, обеспечивающем наилучшее функционирование системы;
- гибкость структуры или наличие адаптивных механизмов, выработанных в ходе эволюции;
- непредсказуемое поведение;
- возможность обучения, самообучения.
Основными признаками общества, как самоорганизующейся системы являются оптимальная надежность, самоорганизующейся активность и вероятностная детерминация. Социальные системы, так же можно охарактеризовать данными признаками.
Система будет являться самоорганизующейся, если без применения специального воздействия от окружающей среды она обретает некую, временную функциональную или пространственную структуру. Под таким воздействием понимается воздействие, которое навязывает системе структуру или функционирование. Самоорганизующиеся системы же испытывают неспециальные воздействия от отгружающей среды.
Под социальной кибернетикой, понимают науку, которая использует средства и методы кибернетики для исследования и организации процессов управления в социальных системах. Так же не надо забывать, что наука не может стать всеобъемлющей для общества, характеризующегося в большой степени не нормализующимися явлениями и процессами, изучая лишь закономерности управления обществом в количественном аспекте. Во всем множестве социальных подсистем самой развитой в плане количественных показателей и соотношений является экономика. Сфера, которую охваты экономическая кибернетика, являются проблемы оптимизации управления народным хозяйством в целом.
Познание общества, как самоорганизующейся кибернетической системы стало целью создания модели управления социальными процессами, что в общем и является предметом социальной кибернетики. Специфика состоит в кибернетическом обеспечении процессов управления в общественных самоорганизующихся системах, в кибернетическом описании таких атрибутов, как внутренняя целенаправленность, вероятностная детерминация, оптимальная надежность и самоорганизующаяся активность. На исследование структурно – информационных связей в социальных системах ориентированы принципы социальной кибернетики. становится Ядром социо – кибернетической проблематики является информационная структура жизнедеятельности социального организма; кибернетика полностью отвлекается от вещественно – энергетической стороны. Отсюда, исследование кибернетических систем предполагает привлечение и развитие соответствующего математического аппарата, способного отображать количественные законы функционирования и развития социальных систем.
Превосходные результаты получились от использования понятий и идей кибернетики в вопросах биологии, психологии, химии, философии, физики, социологии и других науках. Использование кибернетики позволили глубоко продвинуться в сущность процессов, протекающих в живой и неживой природе.


2 История кибернетики
Первым кто применил термин «кибернетика» для управления в общем смысле был Платон. Однако, как науки становление кибернетики произошло много позже. Это обусловлено развитием технических средств управления и обработки информации. Слово кибернетика использовалось практически в современном смысле в 1830 году французским физиком и систематизатором наук Андре Ампером, который предложил собственную систему классификации человеческого знания в которой дал определение науке управления, как «искусства управления вообще». В дальнейшем этот термин был забыт и вновь возрожден силами американского ученого Н. Винера в названии его книги, опубликованной в 1948 году. Эту дату и принято считать датой рождения кибернетики как отдельной науки.
Многовековой прогресс человечества на пути научно-технического прогресса, особенно научные открытия рубежа 19 - 20 века, способствовали написанию Н. Винером своей выдающейся работы. Можно добавить, что, решающее значение для становления кибернетики имело создание в 40-х годах 20 века электронных вычислительных машин. Благодаря им возникли абсолютно новые возможности для исследования и фактического создания действительно сложных систем управления.
Параллельно исследованиям Н. Винера свои поиски вели другие ученые, которых, как и Винера, называют «отцами кибернетики»: Уорен Мак-Калок и Уильям Росс Эшби.
Мак-Калок вместе с молодым исследователем У. Питтсом работали в области нейротехнологий и выдвинули гипотезу, согласно которой нейроны головного мозга упрощенно рассматривались как устройство, которое оперирует двоичными числами. Их гипотеза означала, что их сеть из нейронов теоретически могла выполнять логические или числовые операции любой сложности. Это оказало значительное влияние на дальнейшее развитие кибернетики так называемой второй волны и исследования С. Бира.
В. Р. Эшби занимался разработкой теории сложных кибернетических систем и вопросам самоорганизации таких систем. Так же его заслугой считает, формулировка и упорядочения идей Н. Винера, которые у самого Винера были не систематизированы.
До 50-х годов кибернетика развивалась в основном, сосредотачиваясь на философские и методологические аспекты. Обычно большинство дискуссий строилось вокруг неоднозначной трактовки идей Винера и на том какой резонанс они имели