Предмет кибернетики. Основным объектом исследования в К. являются так называемые кибернетические системы. В общей (или теоретической) К. такие системы рассматриваются абстрактно, безотносительно к их реальной физической природе. Высокий уровень абстракции позволяет К. находить общие методы подхода к изучению систем качественно различной природы, например технических, биологических и даже социальных.
Абстрактная кибернетическая система представляет собой множество взаимосвязанных объектов, называемых элементами системы, способных воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию, а также обмениваться информацией. Примерами кибернетических систем могут служить разного рода автоматические регуляторы в технике (например, автопилот или регулятор, обеспечивающий поддержание постоянной температуры в помещении), электронные вычислительные машины (ЭВМ), человеческий мозг, биологические популяции, человеческое общество.
Элементы абстрактной кибернетической системы представляют собой объекты любой природы, состояние которых может быть полностью охарактеризовано значениями некоторого множества параметров. Для подавляющего большинства конкретных приложений К. оказывается достаточным рассматривать параметры двух родов. Параметры 1-го рода, называемые непрерывными, способны принимать любые вещественные значения на том или ином интервале, например на интервале от — 1 до 2 или от —¥ до +¥. Параметры 2-го рода, называемые дискретными, принимают конечные множества значений, например значение, равное любой десятичной цифре, значения «да» или «нет» и т.п.
С помощью последовательностей дискретных параметров можно представить любое целое или рациональное число. Вместе с тем дискретные параметры могут служить и для оперирования величинами качественной природы, которые обычно не выражаются числами. Для этой цели достаточно перечислить и как-то обозначить (например, по пятибалльной системе) все различимые состояния соответствующей величины. Таким образом могут быть охарактеризованы и введены в рассмотрение такие факторы, как темперамент, настроение, отношение одного человека к другому и т.п. Тем самым область приложений кибернетических систем и К. в целом расширяется далеко за пределы строго «математизированных»
областей знаний.
Состояние элемента кибернетической системы может меняться как самопроизвольно, так и под воздействием тех или иных входных сигналов, получаемых им извне (из-за пределов рассматриваемой системы), либо от других элементов системы. В свою очередь каждый элемент системы может формировать выходные сигналы, зависящие в общем случае от состояния элемента и воспринимаемых им в рассматриваемый момент времени входных сигналов. Эти сигналы либо передаются на др. элементы системы (служа для них входными сигналами), либо входят в качестве составной части в передаваемые за пределы системы выходные сигналы всей системы в целом.
Организация связей между элементами кибернетической системы носит название структуры этой системы. Различают системы с постоянной и переменной структурой. Изменения структуры задаются в общем случае как функция от состояний всех составляющих систему элементов и от входных сигналов всей системы в целом.
Таким образом, описание знаков функционирования системы задается тремя семействами функций: функций, определяющих изменения состояний всех элементов системы, функций, задающих их выходные сигналы, и, наконец, функций, вызывающих изменения в структуре системы. Система называется детерминированной, если все эти функции являются обычными (однозначными) функциями. Если же все эти функции, или хотя бы часть их, представляют собой случайные функции, то система носит название вероятностной, или стохастической. Полное описание кибернетической системы получается, если к указанному описанию знаков функционирования системы добавляется описание её начального состояния, т. е. начальной структуры системы и начальных состояний всех её элементов.
1.6. Основы гомеостатики и её применение в моделировании систем
Вопросы для рассмотрения: Гомеостатика как ветвь кибернетики. Понятия гомеостаза и гомеостата. Гомеостат как техническая система, поддерживающая гомеостаз, у У.Р. Эшби и информационное определение гомеостаза и гомеостата Ю.М. Горским.
Принцип внутреннего противоречия его роль для управления системами гомеостатического типа. Компенсационный гомеостат. Развёрнутая модель гомеостата. Применение гомеостатических моделей в системном анализе.
Рекомендуемая литература: 2.
Перечень дополнительных ресурсов: 1,3,4.
Наименование вида самостоятельной работы: Изучение ли-
тературы, подготовка к лабораторным работам; подготовка докладов; выполнение заданий для самостоятельной работы
Гомеостатика — новая ветвь кибернетики, изучающая системы с внутренними противоречиями, наука, изучающая явления гомеостаза, механизмы иерархического управления сложными системами различной природы (клетка, организм, сложные технические системы, социальные системы) , обеспечивающие поддержание динамического постоянства жизненно важных функций, параметров, ритмов и тенденций развития.
Противоречие, как диалектическая причина развития систем всех уровней организации, кроме этой эволюционной функции, позволяет системе быть не только весьма чувствительной к изменениям внутренней и внешней среды, но и ультрастабильной, в том числе, по отношению к проникающим помехам. Стабильность возникает за счет такого регулирования противоречием, когда в системах по всем жизненно важным параметрам возникают так называемые широкие зоны компенсаторного и адаптивного регулирования под изменившиеся условия — норма реакции, а также структурно обусловленной компенсации помех. Такое явление в биологии получило название гомеостаза — явление динамического поддержания постоянства внутренней среды.
Таким образом, в отличие от технических систем, развиваемых человеком, Природа не избегает противоречий, а использует их как конструктивный принцип многомерной гармонизации на всех иерархических уровнях своего строения.
Гомеостатика сумела построить модель, наиболее близко отражающую общие принципы природной регуляции в системах. Так как гомеостатический принцип управления един для всех иерархических уровней природных систем, не зависимо от конструктивных материальных элементов и энергетических
носителей, он формирует функциональные фракталы.
В 1990 году в Нью-Йорке на международном конгрессе по кибернетике и системам для данной науки была создана новая секция.
Отсюда - Гомеостат – структура управления материальными объектами, содержащая прямые, обратные и перекрестные связи, обеспечивающая в процессе своей работы поддержание Гомеостаза. Гомеостаты могут соединяться между собой, вновь образуя гомеостатическую структуру. Гомеостат является информационной единицией жизни.
1.7. Постановка и решение проблем в категориально-системной методологии (КСМ)
Вопросы для рассмотрения: Категориально-системная методология как когнитивный инструмент для работы со знаниями. Важнейшие модели КСМ: противоречие гомеостатического типа, категориально-символьные схемы (пентаграмма, гексаграмма и др.), порядок следования целей, ряд информационных критериев, категориальный ряд и его модификации. Применение КСМ в междисциплинарных исследованиях и проектировании. Использование моделей на базе КСМ в подготовке курсового проекта.
Рекомендуемая литература: 2.
Перечень дополнительных ресурсов: 1,3,4.
Наименование вида самостоятельной работы: Изучение ли-
тературы, подготовка к лабораторным работам; подготовка докладов; выполнение заданий для самостоятельной работы
Категориально-системная методология (КСМ) –это инструмент системной визуализации познавательного процесса построения теоретических, практических, эмпирических и априорных процедур деятельности, способствующих созданию, изучению, осмыслению классов знаний, этапов, факторов и прогнозированию ожидаемого результата исследования, реализующегося в виде различных интеллектуальных схем
Для восприятия, осмысления и переработки материала необходимо выделять предметные области, закономерности, связи, структурировать информацию инструментами КСМ (по В.И. Разумову) при помощи различных схем, что позволяет наиболее глубоко и качественно проникнуть в категории и категориальные
конструкции изучения методов исследования. Визуальный процесс рассуждения играет важную роль в формировании опыта для проведения экспериментального изучения. Каждая блок схема представляет особую область восприятия, в данном случае изучения токсичности дезинфицирующих средств на примере глиоксаля. Вопрос о построении критериев категориальных схем очень непростой. Ответ зависит от того, насколько визуальное моделирование облегчает решение исследовательских задач. Как известно, одна и та же система может иметь множество различных вариантов схем и в то же время существовать как единое целое
1.8 Понятие о теории динамических информационных систем (ДИС, ТДИС)
Вопросы для рассмотрения: Формирование основ информа- ционно-полевой парадигмы. Понятие о динамической информационной системе (ДИС) как орграфе с двумя типами рёбер (ведущими, контролирующими) и с определённым на нём процессом информационного функционирования. Определение произвольных систем как ДИС, описанных как генетически обусловленные структуры. Понятие о ДИС-компьютере, ДИС-технологии. Моделирование систем на базе теории ДИС (ТДИС). Знакомство с компьютерной программой
– Когнитивный ассистент. Деловая игра – Инсейфинг.
Рекомендуемая литература: 2.
Перечень дополнительных ресурсов: 1,3,4.
Наименование вида самостоятельной работы: Изучение ли-
тературы, подготовка к лабораторным работам; подготовка докладов; выполнение заданий для самостоятельной работы
Теория динамических информационных систем (ДИС) (ТДИС) позволяет сформировать онтологические предпосылки (ОП) и развить информационный подход к математическому моделированию (ММ) неравновесных систем (НС). Первой ОП является то, что феномен неравновесности обусловлен преобладанием функциональных описаний систем над структурными. Вторая ОП заключена в неадекватности когнитивного инструментария, в частности, метрик изучаемым объектам. Наконец, эффект неравновесности возникает как следствие искусственной локализации системы, превращение ее в предмет познания или инженерный объект. ТДИС позволяет рассматривать объекты на структурном и функциональном уровнях, а