Кибернетика и синергетика

1. Кибернетика и синергетика

Презентацию выполнили студенты
1 курса 115 группы Жухлистов
Николай и Русиняк Степан

2. Синергетика

Междисциплинарное направление науки,
объясняющее образование и самоорганизацию
моделей и структур в открытых система
Основное понятие синергетики - структура

3. Структура

Структура (в синергетике) –
состояние, возникающее в
результате многовариантного и
неоднозначного поведения таких многоэлементных
систем, которые развиваются вследствие
своей открытости, воздействия извне

4. История Синергетики

• И.Забуский, убедившись на практике в ограниченности
как аналитического, так и численного подходов к
исследованию сложных систем, пришел к выводу о
необходимости единого подхода, объединяющего эти
два, который получил название синергетического
• Автором термина, в современном его понимании стал
Герман Хакен, опубликовавший в 1977 году
книгу «Синергетика»

5. Синергетика в естествознании Основные принципы

• Природа иерархически структурирована
в несколько видов открытых нелинейных систем
разных уровней организации
• Связь между ними осуществляется в результате
хаотического, неравновесного состояния систем
соседствующих уровней
• Неравновесность является
необходимым условием для появления новых
систем, то есть развития

6.

• Системы можно разделить на три вида: динамически
стабильные, адаптивные и эволюционирующие системы
• Динамически стабильные практически не изменяются,
адаптивные подвержены изменениям под влиянием
извне, эволюционирующие изменяются сами по
себе, стремясь к наиболее выгодному положению
• Общими для всех эволюционирующих систем являются
следующие факторы: неравновесность, спонтанное
образование новых локальных образований внутри
себя, изменения на макроскопическом
уровне, возникновение новых свойств системы

7. Кибернетика

- это наука об общих
закономерностях получения,
хранения, преобразования и
передачи информации в
сложных управляющих
системах, будь то машины,
живые организмы или
общество.

8. Развитие науки

Считается, что слово «кибернетика»
впервые употреблено Платоном в
диалоге «Законы» (4 в. до н. э.) для
обозначения «управления людьми» В
1834А. Ампер в своей классификации
наук употребил этот термин для обозначения «практики управления государством». В современную науку термин ввёл Н. Винер (1947).

9.

Кибернетический принцип автоматического регулирования на основе обратной связи был реализован в автоматических устройствах Ктесибием (ок. 2 – 1 вв. до н.
э.; поплавковые водяные часы) и Героном Александрийским (ок. 1 в. н. э.). В средние века было создано
множество автоматических и полуавтоматических устройств, использовавшихся в часовых и навигационных
механизмах, а также в водяных мельницах. Систематическая работа над созданием телеологических механизмов, т. е. машин, демонстрирующих целесообразное поведение, снабжённых корректирующей обратной связью, началась в 18 в. в связи с необходимостью
регулировать работу паровых машин.

10.

В 1784 Дж. Уатт запатентовал
паровую машину с автоматическим регулятором, сыгравшую большую роль в переходе
к индустриальному производству. Началом разработки теории автоматического регулирования считается статья Дж. К.
Максвелла, посвящённая регуляторам (1868). К родоначальникам теории автоматического
регулирования относят И. А.
Вышнеградского. В 1930-е гг. в
трудах И. П. Павлова наметилось сравнение мозга и электрич. переключательных схем.

11.

П. К. Анохин изучал деятельность организма на основе разработанной им теории функциональных систем, в 1935 предложил т. н. метод обратной афферентации – физиологический
аналог обратной связи при
управлении поведением организма. Окончательно необходимые предпосылки развития математической кибернетики были
созданы в 1930-е гг. работами А.
Н. Колмогорова, В. А. Котельникова, Э. Л. Поста, А. М. Тьюринга,
А. Чёрча.

12.

С начала войны в разработке вычислительных устройств участвовал Н. Винер
(вместе с амер. конструктором В. Бушем).
С 1943 он начал разработку ЭВМ
совместно с Дж. фон Нейманом. В связи с
этим в Принстонском институте перспективных исследований (США) в 1943–44 были проведены совещания с участием представителей разных специальностей – математиков, физиков, инженеров, физиологов, неврологов. Здесь окончательно сформировалась группа Винера – фон Неймана,
в которую входили учёные У. Мак-Каллок
(США) и А. Розенблют (Мексика); работа
этой группы позволила сформулировать и
развить кибернетические идеи применительно к реальным техническим и
медицинским задачам. Итог этим исследованиям подвёл Винер в опубликованной в
1948 кн. «Кибернетика».

13.

Развитие кибернетики сопровождалось поглощением ею отдельных наук,
научных направлений и их разделов и,
в свою очередь, зарождением в
кибернетике и последующим отделением от неё новых наук, многие из которых образовали функциональные и
прикладные разделы информатики (в
частности, распознавание образов, изображений анализ, искусственный интеллект). Кибернетика имеет
достаточно сложную структуру, и в научном сообществе не достигнуто полного согласия относительно направлений и разделов, являющихся её неотъемлемыми частями.

14.

Большинство из ведущих специалистов
соглашается с тем, что кибернетика посвящена информации, практике её обработки и технике, связанной с информационными системами; изучает структуру, поведение и взаимодействие естественных и искусственных систем, хранящих, обрабатывающих и передающих
информацию; развивает собств. концептуальные и теоретические основания;
имеет вычислительные, когнитивные и
социальные аспекты, включая социальное значение информационных технологий, поскольку и ЭВМ, и отдельные
люди, и организации обрабатывают информацию.

15.

С 1980-х гг. наблюдается некоторое снижение интереса к кибернетике.
Оно связано с двумя основными факторами:
1) в период становления кибернетики создание искусственного интеллекта многим казалось задачей более простой, чем она являлась в
действительности, а перспектива её решения относилась к обозримому будущему;
2) на базе кибернетики, унаследовав её основные методы, в частности
математические, и практически полностью поглотив кибернетику,
возникла новая наука – информатика.

16. Важнейшие методы исследования и связь с другими науками

Важнейшие методы исследования
и связь с другими науками
Кибернетика – междисциплинарная наука. В кибернетике существенное значение
имеют задачи анализа и синтеза кибернетических систем. Задача анализа состоит в
нахождении свойств преобразования информации, осуществляемых системой. Задача синтеза состоит в построении системы по описанию преобразования, которое она должна осуществлять; при этом
класс элементов, из которых может состоять система, фиксирован.

17.

Важное значение имеет задача нахождения кибернетических систем,
задающих одно и то же преобразование, т. е. задача об эквивалентности
кибернетических систем. Если задать функционал качества работы кибернетических систем, то возникают задачи нахождения в классе эквивалентных кибернетических систем наилучшей системы, т. е. системы с
макс. значением функционала качества. В кибернетике рассматриваются также задачи надёжности кибернетических систем, решение которых
направлено на повышение надёжности функционирования систем за
счёт совершенствования их структуры.

18.

Для достаточно простых систем перечисленные задачи обычно могут
быть решены классическими средствами математики. Трудности вызывает анализ и синтез сложных систем, под которыми в К. понимаются
системы, не имеющие простых описаний. Такими обычно являются кибернетические системы, изучаемые в биологии. Направление исследований, за которым закрепилось назв. «теория больших (сложных) систем», развивается в кибернетике, начиная с 1950-х гг. Кроме сложных
систем в живой природе, изучаются сложные системы автоматизации
производства, системы экономического планирования,
административные и экономические системы, системы военного назначения. Методы исследования сложных систем управления составляют
основу системного анализа и исследования операций.

19.

Для изучения сложных систем в кибернетике применяют как подход, использующий математические методы, так и экспериментальный подход, использующий различные эксперименты либо с самим изучаемым объектом, либо с его
реальной физической моделью. К основным методам кибернетики относятся
алгоритмизация, использование обратной связи, метод машинного эксперимента, метод «чёрного ящика», системный подход, формализация. Одним из важнейших достижений кибернетики является разработка нового подхода – метода
моделирования математического. Он состоит в том, что эксперименты проводятся не с реальной физической моделью, а с компьютерной реализацией модели изучаемого объекта, построенной по его описанию. Эта компьютерная модель, включающая программы, реализующие изменения параметров объекта в
соответствии с его описанием, реализуется на ЭВМ, что даёт возможность проводить с моделью различные эксперименты, регистрировать её поведение в
различных условиях, менять те или иные структуры модели и т. п.

20.

Теоретическую основу кибернетики составляет математическая
кибернетика, посвящённая методам исследования широких классов кибернетических систем. В математической кибернетике используется ряд
разделов математики, таких как математическая логика, дискретная математика, теория вероятностей, вычислительная математика, теория информации, теория кодирования, теория чисел, теория автоматов, теория
сложности, а также математическое моделирование и программирование

21.

В зависимости от области применения в кибернетике выделяют:
1. техническую кибернетику, включающую автоматизацию технологических процессов, теорию систем автоматического управления, компьютерные технологии,
теорию вычислительных машин, системы автоматического проектирования, теорию надёжности;
2. экономическую кибернетику;
3. биологическую кибернетику, включающую бионику, математические
и машинные модели биосистем, нейрокибернетику, биоинженерию;
4. медицинскую кибернетику, занимающуюся процессом управления в
медицине и здравоохранении, разработкой имитационных и математических моделей заболеваний, автоматизацией диагностики и планирования лечения;

22.

5. психологическую кибернетику, включающую изучение и моделирование психических функций на основе изучения поведения человека;
6. физиологическую кибернетику, включающую изучение и моделирование функций клеток, органов и систем в условиях нормы и патологии
для целей медицины;
7. лингвистическую кибернетику, включающую разработку машинного
перевода и общения с ЭВМ на естественном языке, а также структурных
моделей обработки, анализа и оценивания информации.
Одно из важнейших достижений кибернетики – выделение и постановка проблемы моделирования процессов мышления человека.

23. Сравнение кибернетики и синергетики

Сравнение кибернетики
и синергетики
Кибернетика
Синергетика
Предполагает наличие цели, к
которой движется система
Не требует цели,
система самоорганизована
Разрабатывает методы, с
помощью которых системой можно
управлять
Стремится изменить параметры,
при которых существует система,
чтобы изменить ее поведение
Результатом воздействия извне
на систему будет скорейшее
достижение её первоначальной
цели
Результатом воздействия
будет достижение цели,
которая была поставлена перед
целью
Преобразует систему
в кибернетическую систему,
изменяя её сущность
Лишь запускает механизмы
внутренней самоорганизации в
нужном направлении

24. Библиография:

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Эшби У. Р. Введение в кибернетику. М., 1959
Анохин П. К. Физиология и кибернетика
Философские вопросы кибернетики. М., 1961
Глушков В. М. Введение в кибернетику. К., 1964
Винер Н. Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине. 2-е изд. М., 1983
Журавлев Ю. И. Избранные научные труды. М., 1998
Глушков В. М. Кибернетика. Вопросы теории и практики. М., 1986