ПЛАН

Поняття складної системи
Поняття зворотного зв'язку
Поняття доцільності
Кибернетика
ЕОМ і персональні комп'ютери
Моделі світу

Поняття складної системи

Теорія відносності, що вивчає універсальні фізичнізакономірності, що відносяться до всього Всесвіту, і квантова механіка,що вивчає закони мікросвіту, нелегкі для розуміння, і тим не менше вони маютьсправу з системами, які з точки зору сучасного природознавствавважаються простими. Простими в тому сенсі, що в них входить невелике числозмінних, і тому взаємовідносини між ними піддається математичноїобробці і виведенню універсальних законів.

Однак, крім простих, існують складні системи, які складаються звеликого числа змінних і стало бути великої кількості зв'язків міжними. Чим воно більше, тим складніше піддається предмет дослідження досягненнюкінцевого результату - виведенню закономірностей функціонування даногооб'єкта. Труднощі вивчення даних систем пов'язані і з тією обставиною,що чим складніше система, тим більше у неї так званих емерджентнимвластивостей, тобто властивостей, яких немає у її частин і які єнаслідком ефекту цілісності системи.

Такі складні системи вивчає, наприклад, метеорологія - наука прокліматичних процесах. Саме тому, що метеорологія вивчає складнісистеми, процеси утворення погоди набагато менш відомі, ніжгравітаційні процеси, що, на перший погляд, здається парадоксом.
Дійсно, чому ми точно можемо визначити, в якій точці будезнаходитися Земля або яке-небудь інше небесне тіло через мільйони років, алене можемо точно передбачити погоду на завтра? Тому, що кліматичніпроцеси становлять набагато більш складні системи, що складаються з величезноїкількості змінних і взаємодій між ними.

Поділ систем на прості і складні є фундаментальним вприродознавстві. Серед усіх складних систем найбільший інтерес представляютьсистеми з так званої «зворотним зв'язком». Це ще одне важливе поняттясучасного природознавства.

Поняття зворотного зв'язку

Якщо ми вдаримо з більярдного шару, то він полетить у тому напрямку, вякому ми його направили, і з тією швидкістю, з якою ми хотіли. Політкинутого каменя теж відповідає нашому бажанню, якщо нічого неперешкоджає цьому. Сам камінь абсолютно індиферентний по відношенню до нас.
Він не чинить опір, якщо тільки не мати на увазі закону інерції.

Зовсім іншою буде поведінка кішки, яка активно реагує на нашевплив. Так ось, якщо поведінка об'єкта (поведінкою будемо називатибудь-яка зміна об'єкта по відношенню до навколишнього середовища) залежить відвпливу на нього, ми говоримо, що в такій системі є зворотній зв'язок
- Між впливом і її реакцією.

Поведінка системи може підсилювати зовнішній вплив: це називаєтьсяпозитивним зворотним зв'язком. Якщо ж воно зменшує зовнішній вплив,то це негативний зворотний зв'язок. Особливий випадок - гомеостатичнізворотні зв'язки, які діють, щоб звести зовнішній вплив до нуля.
Приклад: температура тіла людини, яка залишається постійною завдякигомеостатичні зворотним зв'язкам. Таких механізмів у живому тілі величезнекількість. Властивість системи, яке залишається без змін у потоці подій,називається інваріантом системи.

У будь-якому нашому русі з певною метою беруть участь механізмизворотного зв'язку. Ми не помічаємо їх дії, тому що вони включаютьсяавтоматично. Але іноді ми користуємося ними свідомо. Скажімо, одинчоловік пропонує місце зустрічі, а другий повторює: так, ми зустрічаємосятам-то і в стільки-то. Це зворотний зв'язок, що робить домовленість більшенадійною. Механізм зворотного зв'язку і покликаний зробити систему більшстійкою, надійною і ефективною.

У широкому розумінні поняття зворотного зв'язку «означає, що частина вихіднийенергії апарата або машини повертається на вхід ... Позитивний зворотнийзв'язок додається до вхідних сигналів, вона не коригує їх. Термін
«Зворотний зв'язок» застосовується також в більш вузькому сенсі для позначеннятого, що поведінка об'єкта управляється величиною помилки в положенніоб'єкта по відношенню до деякої специфічної мети »(Н. Вінер.
Кібернетіка.-М., 1968 .- С.288). Механізм зворотного зв'язку робить системупринципово інший, підвищуючи ступінь її внутрішньої організованості і даючиможливість говорити про самоорганізацію в даній системі.

Отже, всі системи можна розділити на системи зі зворотним зв'язком і безтакої. Наявність механізму зворотного зв'язку дозволяє зробити висновок про те, щосистема переслідує якісь цілі, тобто що її поведінка доцільно.

Поняття доцільності

Активне поведінка системи може бути випадковим або за доцільне,якщо «дія або поведінка допускає тлумачення як спрямоване надосягнення певної мети, тобто деякого кінцевого стану, приякому об'єкт набуває певний зв'язок в просторі або в часіз деяким іншим об'єктом або подією. Не цілеспрямовано поведінкоює таке, яке не можна витлумачити подібним чином »(Там же .- С.
286).

Для позначення машин із внутрішньо цілеспрямованим поведінкою бувспеціально викований термін «сервомеханізми». Наприклад, торпеда, забезпеченамеханізмом пошуку мети. Усяке цілеспрямоване поведінка вимагаєнегативного зворотного зв'язку. Воно може бути пророкує абонепредсказивающім. Прогноз може бути першим, другим і наступнихпорядків в залежності від того, на скільки параметрів поширюєтьсяпророкування. Чим їх більше, тим досконаліша система.

Поняття доцільності зазнало тривалу еволюцію в історіїлюдської культури. За часів панування міфологічного мисленнядіяльність будь-яких, у тому числі неживих, тел могла бути визнанадоцільною на основі антропоморфізму, тобто приписування явищамприроди причин за аналогією з діяльністю людини. Філософ Аристотель учислі причин функціонування світу, разом з матеріальної, формальної,діючою, назвав і цільову. Релігійне розуміння доцільностігрунтується на уявленні про те, що Бог створив світ з певноюметою, і стало бути світ в цілому доцільний.

Наукове розуміння доцільності будувалося на виявленні вдосліджуваних предметах об'єктивних механізмів целепола-ня. Оскільки в
Новий час наука вивчала прості системи, остільки вона скептичноставилася до поняття мети. Положення змінилося в XX столітті, колиприродознавство перейшло до вивчення складних систем зі зворотним зв'язком, тому щосаме в таких системах існує внутрішній механізм цілепокладання.
Наука, яка першою почала дослідження подібних систем, отрималаназва кібернетики.

Кибернетика

Кібернетика (від грец. kybernetike - мистецтво управління) - це наукапро управління складними системами зі зворотним зв'язком. Вона виникла на стикуматематики, техніки та нейрофізіології, і її цікавив цілий клас систем,як живих, так і неживих, в яких існував механізм зворотного зв'язку.
Засновником кібернетики по праву вважається американський математик Н. Вінер
(1894-1964), що випустив в 1948 році книгу, яка так і називалася
«Кібернетика».

Оригінальність цієї науки полягає в тому, що вона вивчає неречовий склад систем і не їх структуру (будова), а результат роботиданого класу систем. У кібернетиці вперше було сформульоване поняття
«Чорного ящика» як пристрою, що виконує певну операцію надсьогоденням і минулим вхідного потенціалу, але для якого ми не обов'язковомаємо інформацію про структуру, що забезпечує виконання цієїоперації.

Системи вивчаються в кібернетиці по їх реакцій на зовнішні впливи,іншими словами, за тими функціями, які вони виконують. Поряд зсубстратною (речовим) і структурним підходом, кібернетика ввела внауковий обіг функціональний підхід як ще один варіант системногопідходу в широкому сенсі слова.

Якщо XVII століття і початок XVIII століття - століття годин, а кінець XVII івсі XIX століття - вік парових машин, то нині є вік зв'язку тауправління. У вивчення цих процесів кібернетика внесла значнийвклад. Вона вивчає способи зв'язку та моделі управління, і в цьому дослідженніїй знадобилося ще одне поняття, яке було давно відомим, але впершеодержало фундаментальний статус у природознавстві - поняття інформації (відлат. informatio - ознайомлення, роз'яснення) як міри організованостісистеми на противагу поняттю ентропії як міри неорганізованості.

Аби краще стало значення інформації, розглянемо діяльністьідеального істоти, що отримав назву «демон Максвелла». Ідею такогоістоти, що порушує другий початок термодинаміки, Максвелл виклав у
«Теорії теплоти» вийшла в 1871 році. «Коли частка зі швидкістю вищесередньої підходить до дверцят з відділення А або частка зі швидкістю нижчесередньої підходить до дверцят з відділення В, воротар відкриває дверцята ічастинка проходить через отвір, коли ж частка зі швидкістю нижчесередньої підходить з відділення А або частка зі швидкістю вище середньоїпідходить з відділення В, дверцята закривається. Таким чином, частки більшоїшвидкості зосереджуються у відділенні В, а у відділенні А їхня концентраціязменшується. Це викликає очевидне зменшення ентропії, і якщо з'єднатиобидва відділення тепловим двигуном, ми, начебто, одержимо вічний двигундругого роду »(Там само .- С. 112).

Чи може діяти« демон Максвелла »? Так, якщо отримує віднаближаються часток інформацію про їх швидкості і точці удару об стінку. Це і дає можливість зв'язати інформацію з ентропією. Можливо в живихсистемах діють аналоги таких «демонів» (на це можуть претендувати, доНаприклад, ферменти). Поняття інформації має таке велике значення, щовоно ввійшло в заголовок нового наукового напрямку, що виник на базікібернетики - інформатики (назва походить із з'єднання слів інформаціяі математика).

Кібернетика виявляє залежності між інформацією та іншимихарактеристиками систем. Робота «демона Максвелла» дозволяє встановитиназад пропорційну залежність між інформацією і ентропією. Зпідвищенням ентропії зменшується інформація (оскільки всі усереднюється) інавпаки, зниження ентропії збільшує інформацію. Зв'язок інформації зентропією свідчить і про зв'язок інформації з енергією.

Енергія (від грец. energeia - діяльність) характеризує загальну мірурізних видів руху й взаємодії у формах: механічної, теплової, електромагнітної, хімічної, гравітаційної, ядерної. Інформаціяхарактеризує міру різноманітності систем. Ці два фундаментальних параметрасистеми (нарівні з її речовим складом) щодо відособлені одинвід одного. Точність сигналу, що передає інформацію, не залежить відкількості енергії, яка використовується для передачі сигналу. Тим не меншеенергія та інформація пов'язані між собою. Вінер наводить такий приклад:
«Кров, відтікає від мозку, на частку градуса тепліше, ніж кров, притікає до нього» (Там само .- С. 201).

Інформація зростає з підвищенням різноманітності системи, але на цьому їїзв'язок з різноманітністю не кінчається. Одним з основних законів кібернетикиє закон «необхідного різноманіття». Відповідно до ньогоефективне управління будь-якою системою можливо тільки в тому випадку,коли розмаїтість керуючої системи більше різноманітності керованоїсистеми. З огляду на зв'язок між різноманітністю та управлінням, можна сказати,що чим більше ми маємо інформації про систему, якій збираємося керувати, тим ефективніше буде цей процес.

Загальне значення кібернетики позначається в таких напрямках:

1. Філософське значення, оскільки кібернетика дає нове уявлення про світ, засноване на ролі зв'язку, управління,інформації, організованості, зворотного зв'язку, доцільності, імовірності.

2. Соціальне значення, оскільки кіоернетіка дає нове поданняпро суспільство як організованому цілому. Про користь кібернетики для вивченнясуспільства чимало було сказано вже в момент виникнення цієї науки.

3. Загальнонаукове значення в трьох значеннях: по-перше, тому щокібернетика дає загальнонаукові поняття, які виявляються важливими в іншихгалузях науки - поняття управління, складно-динамічної системи тощо;по-друге, тому що дає науці нові методи дослідження: імовірнісні,стохастичні, моделювання на ЕОМ і т. д.; по-третє, тому що наоснові функціонального підходу «сигнал - відгук» кібернетика формуєгіпотези про внутрішній склад і будову систем, які потім можуть бутиперевірені в процесі змістовного дослідження. Наприклад, у кібернетицівироблено правило (вперше для технічних систем), відповідно дояким для того, щоб знайти помилку в роботі системи, необхідна перевіркароботи трьох однакових систем. По роботі двох знаходять помилки в третій.
Можливо так діє і мозок.

4. Методологічне значення кібернетики визначається тимобставиною, що вивчення функціонування більш простих технічнихсистем використовується для висунення гіпотез про механізм роботи якіснобільш складних систем (живих організмів, мислення людини) з метою пізнаннящо відбуваються в них процесів - відтворення життя, навчання і т. п.
Подібне кібернетичного моделювання особливо важливо в даний час убагатьох галузях науки, оскільки відсутні математичні теоріїпроцесів, що протікають у складних системах і доводиться обмежуватися їхпростими моделями.

5. Найбільш відоме технічне значення кібернетики - створення наоснові кібернетичних принципів електронно-обчислювальних машин, роботів,персональних комп'ютерів, що породило тенденцію кібернетизації іінформатизації не тільки наукового пізнання, а й усіх сфер життя.

ЕОМ і персональні комп'ютери

Точно так само, як різноманітні машини і механізми полегшуютьфізична праця людей, ЕОМ і персональні комп'ютери полегшують йогорозумову працю, заміняючи людський мозок у його найбільш простих ірутинних функціях. ЕОМ діють за принципом «так-ні», і цього виявилосядостатньо для того, щоб створити обчислювальні машини, хоча і поступаютьсялюдському мозку в гнучкості, але перевершують його по швидкості виконанняобчислювальних операцій. Аналогія між ЕОМ і мозком людини доповнюєтьсятим, 'що ЕОМ як би виконує роль центральної нервової системи дляпристроїв автоматичного керування.

ввели, трохи пізніше в кібернетиці поняття самонавчається машинаналогічно відтворення живих систем. І те, й інше є творення себе
(в собі і в іншому), можливе відносно машин, як і живих систем.
Навчання онтогенетично є те ж саме, що й самовідтворенняфилогенетично.

Як би не протікав процес відтворення, «це - динамічнийпроцес, що включає якісь сили або їх еквіваленти. Один з можливихспособів подання цих сил полягає в тому, щоб помістити активнийносій специфіки молекули в частотному будові її молекулярноговипромінювання, значна частина якого лежить, мабуть, в областіінфрачервоних електромагнітних частот або навіть нижче. Може виявитися, щоспецифічні речовини вірусу при деяких обставинах випромінюютьінфрачервоні коливання, які мають здатність сприятиформуванню інших молекул вірусу з невизначеної магми амінокислот інуклеїнових кислот. Цілком можливо, що таке явище дозволенорозглядати як деякий привабливе взаємодію частот »(Там же .-
С. 281-282).

Така гіпотеза відтворення Вінера, яка дозволяє запропонуватиєдиний механізм самовідтворення для живих і неживих систем.

Сучасні ЕОМ значно перевершують ті, які з'явилися на зорікібернетики. Ще 10 років тому фахівці сумнівалися, що шаховийкомп'ютер коли-небудь зможе обіграти пристойного шахіста, але тепер вінмайже на рівних бореться з чемпіоном світу. Те, що машина трохи невиграла у Каспарова за рахунок величезної швидкості перебору варіантів (100млн. в сек. проти двох у людини) гостро ставить питання не тільки проможливості ЕОМ, а й про те, що таке людський розум.

Передбачалося два десятиліття тому, що ЕОМ будуть з роками все більшепотужними і масивними, але всупереч прогнозам найбільших вчених, були створеніперсональні комп'ютери, які стали повсюдним атрибутом нашого життя.
Уперспективі нас чекає загальна комп'ютеризація й створення людиноподібнихроботів.

Треба, втім, мати на увазі, що людина не тільки логічно мислячаістота, але й творче, і ця здатність - результат усієїпопередньої еволюції. Якщо ж будуть побудовані не просто людиноподібні роботи, але і перевершують його по розуму, то це привід не тільки длярадості, а й для занепокоєння, пов'язаного як з роботизації самоголюдини, так і з проблемою можливого «бунту машин», виходу їх з-підконтролю людей і навіть поневолення ними людини. Звичайно, у XX столітті це небільше, ніж далека від реальності фантастика.

Моделі світу

Завдяки кібернетиці й створенню ЕОМ одним з основних способівпізнання, нарівні зі спостереженням і експериментом, став метод моделювання.
Застосовувані моделі стають все більш масштабними: від моделейфункціонування підприємства й економічної галузі до комплексних моделейуправління біогеоценозами, еколого-економічних моделей раціональногоприродокористування в межах цілих регіонів, до глобальних моделей.

У 1972 році на основі методу «системної динаміки» Дж. Форрестера булипобудовані перші так звані "моделі світу», націлені на виробленнясценаріїв розвитку всього людства в його взаєминах з біосферою.
Їхні недоліки полягали в надмірно високому ступені узагальнення змінних,характеризують процеси, що протікають у світі; відсутності даних проособливості і традиції різних культур і т.д. Проте, це виявилосядуже багатообіцяючим напрямком. Поступово зазначені недолікидолалися в процесі створення наступних глобальних моделей, якібрали все більш конструктивний характер, орієнтуючись на розглядпитань поліпшення існуючого еколого-економічного становища напланеті.

М. Месаровічем і Е. Пестелем були побудовані глобальні моделі наоснові теорії ієрархічних систем, а В. Леонтьєвим - на основірозробленого ним в економіці методу «витрати - випуск». Подальшийпрогрес у глобальному моделюванні очікується на шляхах побудови моделей,все більш адекватних реальності, що поєднують в собі глобальний, регіональніі локальні моменти.

Спори щодо ефективності застосування кібернетичних моделей углобальних дослідженнях не замовкають і понині. Творець методу системноїдинаміки Дж. Форрестер висунув так званий «контрінтуітівний принцип»,відповідно до якого складні системи функціонують таким чином, щоце принципово суперечить людської інтуїції, і таким чиноммашини можуть дати більш точний прогноз їхньої поведінки, ніж людина. Іншідослідники вважають, що «контрінтуітівное поведінку» властиво тимсистемам, які перебувають у критичній ситуації.

Труднощі формалізації багатьох важливих даних, необхідних дляпобудови глобальних моделей, а також ряд інших моментів свідчатьпро те, що значення машинного моделювання не слід абсолютизувати.
Моделювання може принести найбільшу користь у тому випадку, якщо будепоєднуватися з іншими видами досліджень.

Простираючись на вивчення все більш складних систем метод моделюваннястає необхідним засобом як пізнання, так і перетвореннядійсності. В даний час можна говорити як про одну з основнихпро перетворювальної функції моделювання, виконуючи яку воно вноситьпрямий внесок в оптимізацію складних систем. Перетворювальна функціямоделювання сприяє уточненню цілей і засобів реконструкціїреальності. Властива моделювання трансляційна функція сприяєсинтезу знань - завданню, що має першорядне значення на сучасномуетапі вивчення світу.

Прогрес у галузі моделювання слід чекати не на шляхупротиставлення одних типів моделей іншим, а на основі їх синтезу.
Універсальний характер моделювання на ЕОМ дає можливість синтезу самихрізноманітних знань, а властивий моделювання на ЕОМ функціональнийпідхід має на меті сприяння управління складними системами.
Список літератури

Вінер Н. Кибернетика. М., 1968.
Кендра Дж. Нитка життя. М., 1968.
Ешбі У. Р. Конструкція мозку. М., 1964.
Ешбі У. Р. Введение в кібернетику. М., 1959.