Наддисплинарных идей и подходов по исследованию

ВЕДЕНИЕ В КИБЕРНЕТИКУ

(курс лекций – 36 час) 1 курс,2 семестр       .

Данный курс готовит к восприятию других, более сложных дисциплин по кафедре Информационных и управляющих систем, которые и составят суть вашего высшего образования.

ВВЕДЕНИЕ  

Кибернетика - это исследование общих закономерностей управления и передачи информации в различных системах, будь то техника, живые организмы, общество.

В этом определении минимум три термина нуждаются в строгом определении – управление, информация, система. Это будет сделано в курсе. Но пока будем понимать их на упрощённом, иногда говорят «ненаучном» уровне, вы же наверняка пользовались ими.

Если исследовать, как строится управление и как информация превращается в управление в самых различных системах, то выделяются схожие идеи, методы, подходы и, стало быть, можно использовать одинаковые понятия и формулировать одинаковые утверждения.

Именно в общности идей в разных областях знания и состоит смысл введения кибернетики; так она исторически и возникла. Смотрите, сказали её авторы, в технике, обществе и организме управление основано на одних и тех же принципах и закономерностях. В конце 40-ых гг. XX это произвело большое впечатление на научное и даже просто общество; все заговорили о кибернетике, а многие, в разных областях знания, стали её развивать.

Из приведённых рассуждений следует   наддисциплинарный  характер кибернетики.

Специальных методов кибернетики мало, в зависимости от вида задачи в ней применяются микроэлектроника, механика, методы биологии (физиологии), психологии и других наук. Везде применяется логика, почти везде есть математика.

В кибернетике имеется свой понятийный аппарат, он удобен в задачах управления и преобразования информации.

Всё это позволяет дать другое, более современное определение кибернетики (не последнее в данном курсе):

КИБЕРНЕТИКА – это КОМПЛЕКС

НАДДИСПЛИНАРНЫХ ИДЕЙ и ПОДХОДОВ по ИССЛЕДОВАНИЮ

ОБЩИХ ПРОБЛЕМ УПРАВЛЕНИЯ и ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ

Отметим, что по ряду квалификационных признаков, кибернетика не является наукой в полном смысле (хотя признаки науки существуют). Кибернетику и называют, и не называют наукой, а в учебниках по кибернетике многое поясняется на обширных примерах из других наук.

Приведём (но пока не определим) важные понятия кибернетики. Сначала более простые:

система, связь, процесс, алгоритм, обратная связь, чёрный ящик.

Более сложные:

информация, управление, автомат, самоорганизация, интеллект.

Именно эти понятия выделяются в машинах, живых организмах, обществе и общественных явлениях.

При этом именно в кибернетике появились такие понятия как: обратная связ ь, чёрный ящик, самоорганизация; другие понятия существовали до кибернетики. Из них резко усилилось и приобрело важную роль понятие информации.

Философское  определение кибернетики: «искусство обеспечения эффективного управления».

Слово «искусство» указывает на роль человека.

Объектом кибернетики является управляемая система.

Системы без управления существуют (брошенный автомобиль, лежащий камень, отказывающийся лечится больной), но, в принципе, они не являются объектами изучения кибернетики.

 

Гл.1 ОСНОВНЫ  КИБЕРНЕТИКИ

Информация, управление, система управления

Информация

Подходы к понятию информации Q 2

К определению широко используемого понятия информации существует несколько подходов.

Первый подход: Во многих источниках информация определяется как

данные, сведения, сообщения, сигналы, факты.

Также к информации относят знания.

У казанные понятия являются синонимами информации или её частными случаями.

С точки зрения науковедения, всё это   не   определения, поскольку они просто вводят вместо понятия информации некоторые другие термины, определять которые не легче, чем исходное.

Например, что такое данные?

Второй подход: Информация – это первичное (аксиоматическое) понятие, находящееся в одном ряду с понятиями материи и  энергии.

Считается, что материя, энергия и информация – основные понятия внешнего мира. Говорят и более смело: Мир состоит из материи, энергии и информации (и их комбинаций). Это перечисление считается полным – к нему ничего не добавить.

Третий подход: 

Информация – это структурированное отображение свойств объекта

 

Проанализируем это определение. В нем говорится, что информация – это соответствие (отображение). Говорится также, что каждая конкретная информации соответствует   определённому свойству определённого объекта:

объект

свойство

информация

Важным является понятие «структурированное». В общем случае это означает, что надо знать правила расположения информации (среди чего она расположена, какова структура документа и пр.), а также часто обладать знаниями для понимания данной информации.

Поясним это простым примером. Например, про любую цифру в таблице бухгалтерского отчёта (никто не сомневается, что это информация) надо знать, какому свойству какого объекта она соответствует – т.е. знать, что стоит в данной строке и данном столбце. Это и есть знание структуры документа. В общем случае надо знать, к какому свойству какого объекта относится информация.  

Вместо «структурированный» в приведённом определении можно говорить также: «пригодный для восприятия». Или ещё проще: надо знать, к чему относится помещённая в данном месте информация.

Это третье определение мы будем считать в данном курсе основным. Оно отвечает требованиям науковедения, если за более простые понятия принять понятия объекта, свойства, структуры, отображения. Такой путь возможен.

Приведём полезные для анализа понятия информации примеры.

EX Информация это или нет: 02.19.16; 2-ТИДА-3, м.ч.х.п.305 5441? Без дополнительных сведений ответить на эти вопросы нельзя. Но можно догадаться, что первое – это дата в американской транскрипции, второе – сокращение групп в нашем институте, третье – текст в газете объявлений «Молодой человек хочет познакомиться+телефон», сделанный в сокращённом виде для экономии оплаты.

Всего встречается более десятка попыток определить информацию. Приведем такие нетривиальные способы, как

«нечто нематериальное, влияющее на принятие решений»

«условие для начала изменений во внешней среде».

Актуальная и потенциальная информация Q 3

Различают актуальную и потенциальную информацию. Актуальной является та информация, которая нам известна, которой мы прямо сейчас можем воспользоваться.

Потенциальна та информация, которая где-либо имеется, при необходимости мы до нее доберемся и воспользуемся.

Потенциальная информация, хранится в энциклопедиях и словарях, базах данных, в т.ч. в Интернете, в нашей бумажной или электронной записной книжке, в дальней памяти мозга (напряжёмся и вспомним). Можно воспользоваться помощью друга.

Актуальна информация, которую мы вот сейчас берём из того же списка, или из ближней (быстрой) памяти мозга.

Потенциальной можно считать и ту информацию, которая пока неизвестна науке. До неё можно добраться, но неизвестно когда и какими усилиями. Для конкретного человека потенциальна и та информация, до которой он собирается добраться, например, при помощи обучения в вузе.

Понятие управления

Понятие состояния. Изменение состояния Q 4

Рассмотрим объект и его свойства. Фиксируем все свойства объекта: местоположение и ориентацию по отношению к другим объектам, температуру, цвет, размеры, физическое состояние и настроение (если это человек) и пр.

Состояние объекта определим как фиксированный набор его свойств (параметров, характеристик).

EX: Рассмотрим состояние компьютера. Для пользователя это включено\выключено; какой пакет открыт, какое окно открыто, какая операция выполняется, какие внешние устройства подсоединены через порты (флешки, диски). Для системщика параметры состояния резко расширяются: это также будут объем занятой в данный момент оперативной и дисковой памяти, используемые параметры настройки операционной системы (более 10) и многое другое. Фиксация всего этого и определяет текущее состояние компьютера.

Естественно, что свойства объекта могут изменяться. Если хоть один параметр объекта изменился, это уже другое состояние. Отсюда понятно, что состояния объекта редко бывают неизменными. В объектах постоянно происходят изменения.

Важно: в объекте что-то изменяется, но сам объект остаётся тем же.

EX: техническое средство движется – изменяет свое положение, механизм изнашивается, аппарат модернизируется; человек меняет настроение, мнение; человек тренируется и изменяет свои физические характеристики, фрукт созревает, падает; кадры в фильме меняются. Сложный случай: надкусанное яблоко ещё яблоко. Но когда остался один огрызок …

Изменение объекта можно рассматривать как чередование его состояний. Эти изменения могут быть:

· непрерывными (при любом уменьшении промежутков времени или чего-либо другого можно рассматривать чередование состояний)

· дискретными  (меняться скачкообразно).

EX: дискретными изменением из перечисленных выше будут, например, модернизация аппарата, кадры в фильме. Смену настроения и тренировку также удобней рассматривать как дискретные.

В любом случае состояния образуют некоторые   последовательности. Эти последовательности графически будем изображаться точками для дискретного случая и линиями для непрерывного.

Назовем эту последовательность состояний   траекторией.

Последовательности состояний могут   ветвиться, т.е. с некоторого места события пойдут либо по одному, либо по иному пути (см. рис.).

На Рис. точки или линии – дискретные и непрерывные последовательности состояний объекта. ○ - точки ветвления. В точках ветвления присутствуют внешние воздействия (они не изображены).

1

2

0

1

2

2

1

3

0

 

Варианты событий на верхнем Рис. имеет вид: 0-1,  0-2 (левый Рис.); 0-1-3. 0-1-2. 0-1-1; 0-2 (правый Рис.).

EX: (везде есть или могут быть точки ветвления)

а) сеть тропинок – на каждой развилке вы решаете, куда пойти;

б) движение ракеты – при различных воздействиях на сопла и закрылки будут разные траектории;

в) траектория болезни

г) траектория развития отношений

д) траектория развития экономики

События для вас будут развиваться по-другому, если вы встретите старого знакомого, выиграете в лотерею и пр.;

Вычерчивание линии – непрерывное воздействие на карандаш, в любой момент вы можете поменять направление (точки ветвления здесь – все состояния).

Воздействия в точках ветвления могут иметь различный характер, например, целенаправленный, случайный, интуитивный. Среди них выделяются действия по принципу «если так, то так», т.е., если объект Â находится в состоянии А, то будет совершено действие a, если объект Â находится в состоянии В, то будет совершено действие b и т.д.

Действия по принципу «если так, то так» называются логическими.

EX: в компьютере при нажатии какого-либо символа (даже просто буквы) начинают работать несколько подпрограмм; перед красным светофором автомобиль останавливается; изменение цены на нефть вызывает изменение котировки акций.

   Цель. Понятие управления Q 5

Возможность воздействий на изменения в объекте позволяет поставить задачу достижения заранее выделенного (желаемого, требуемого) состояния объекта. Пусть объект находится в некотором текущем, известном нам состоянии. Пусть существует другое, желаемое для нас состояние.

желаемое состояние ЦЕЛЬ

текущее состояние

Воздействия, переводящие объект из текущего состояния в желаемое

Воздействия, не переводящие объект из текущего состояния в желаемое

Желаемое состояние объекта назовёмцелью

 

Теперь мы готовы дать важное определение.

Управлениемназывается специально организованное изменение состояния объекта, ведущее к выполнению поставленной цели

 

Управление – это всегда воздействие на объект. И наоборот – любой вид воздействия может быть управлением (если приведет к цели). Для нахождения управления необходимо уметь предвидеть (рассчитать), последствия воздействия. Способов управления столько, сколько способов воздействия, изменяющих состояние объекта в направлении выполнения цели.

EX: Самые типичные способы управления: приложение силы, включение/выключение какого-либо двигателя или прибора, электромагнитное и иное физическое воздействие, убеждение, поощрение, наказание, выдача распоряжений и приказов, распределение финансов.

Вырабатывать и выполнять управление может как человек, так и техническое средство.

Системы управления

Системы управления. Управляемый и управляющий объекты   Q 6

Для реализации выбранных воздействий обычно необходимо иметь специальные технические приспособления и организационные возможности.

EX: Это, например, рычаги и другие механические приспособления типа руля и тормоза для транспорта; это рычаги, тумблеры  и кнопки для механизма; это алгоритмы и программы для компьютера; это заместители и секретари у руководителя; это финансовые и организационные возможности в фирме и пр., пр.

Вся требуемая для реализации управления совокупность имеющихся технических приспособлений и организационных возможностей называется системой управления.

 

 

Система управления обычно является частью того объекта, которым необходимо управлять

EX  Руль и тормоз на велосипеде. Ректорат, ученый совет, деканаты, бухгалтерия и пр. в Вузе

Тем не менее, систему управления почти всегда можно   отделить  от основного объекта и считать другим, специальным объектом. Вводятся термины – управляемая система (основной объект) и управляющая  система (другой, дополнительный объект - это система управления).

Управляющая система также называется органами управления

EX Употребляются выражения: органы управления фирмой, городом, транспортным средством.

Часто также говорят, что система управления наложена  на управляемый объект (или: управляющая система наложена на управляемую). Эта ситуация представлена на Рис.

другой объект (управляющий) = система управления

основной объект (управляемый)

 

 

Основой управления, как уже говорилось в предыдущем пункте, является логический выбор  (принцип «если так, то так»). Такой выбор делается на основе информации. Покажем это. Когда мы используем рассуждение «если объект Â находится в состоянии А, то будет сделано действие a», то всегда необходимо определить, в каком состоянии находится объект, т.е. обладать соответствующей информацией. Т.о. управление тесно связано с понятием информации и, более того, управление   не существует  без информации.

1.2 Автоматическое и автоматизированное управление

   Понятие алгоритма. Автоматическое управление Q 7

Кибернетика

Определение кибернетики

Определение кибернетики. Кибернетический подход Q 10

Существует много общих положений, связанных с понятиями управления и информации. Они формулируются безотносительно к конкретным объектам, с ними можно работать в общем виде, в т.ч. производить мыслительные операции.

Дадим ещё одно понятие кибернетики

Научная дисциплина, изучающая общие закономерности управления в его связи с понятием информации называется кибернетикой

 

 

Таким образом, на первом месте в кибернетике должно быть понятие управления, но всегда надо иметь в виду, что управление невозможно без информации.

Кибернетика (древнегреч. kybernао κιβερναο] — «управляю рулем»)

Отрешенно-философское определение, принятое на 1-м Конгрессе по кибернетике (Париж, 1956): «искусство эффективного воздействия»

Термин «кибернетика» употреблял Платон (4 век до н.э.), понимая под этим сложное, многоаспектное искусство управления государством. В этом же смысле кибернетику понимал физик Андре Ампер (Франция, нач. XIX века).

Специальное внимание к тому, как исходная информация преобразуется в управление) во второй половине XX века стали называть кибернетическим подходом.

По причине сходства методов нередко кибернетикой называют и изучение того, как информация превращается в информацию

Норберт Винер

Норберт Винер и его вклад в кибернетику Q 11

Норберт Винер (США, сер. XX века) показал единство законов управления и информационного взаимодействия в системах разных типов. Он сравнивал законы управления в живых системах (организм, стадо), неживых (технических, природных), смешанных (общество, государство) и делал вывод, что эти законы в своей сути   одинаковы. Общее знание о них и было названо им   кибернетикой. Строго говоря, Винер был достаточно известным математиком, а его статьи и книги по кибернетике являются, вообще говоря, научной популяризацией. Но после работ Винера весь мир заговорил о кибернетике.

В СССР до начала 60-х гг. кибернетика считалась лженаукой, т.к. противоречила учению Маркса-Ленина. Дело в том, что из кибернетики следовало, что законы управления государством и обществом независимы от общественного строя, согласно кибернетике они объективны и не могут быть установлены произвольно.

Сам Винер в своих первых работах определял кибернетику как   науку об управлении и связи в живом организме и машине, а впоследствии как законы взаимосвязи и управления в целенаправленных (организованных) системах.

Со времени Н.Винера единство кибернетического подхода только еще более подтвердилось. Было указано на эффективность использования утверждений кибернетики в биологии (вплоть до клеточного уровня), в экономике, психологии, медицине. Эффективное сочетание решений человека с автоматическим управлением также подчиняется утверждением кибернетики.

В технике существенный вклад в развитие идей кибернетики внесло решение таких проблем как управление запуском ракеты; задача построения системы ПВО, создание и работа   атомной электростанции, проектирование и анализ работы   компьютера  и компьютерных систем.

Работы Винер, их перевод на все основные языки, стимулировали исследование законов управления в самых различных системах. Кибернетика подчеркнула важность понятия информации (хотя сам Винер его почти не применял и говорил только об управлении). Само слово «информация» стало чрезвычайно популярным с конца 50-х гг. ХХ века.

Как уже отмечалось, Винер особенно подчеркивал общность  законов управления в системах совершенно различной природы. Такое единство привело к тому, что практически во всех классических науках и областях знания наряду с другими (свойственными именно   данным  наукам) стал широко использоваться  кибернетический подход. Отсюда последовало множество разновидностей новой науки: кибернетика техническая, экономическая, биологическая, медицинская, математическая и др.

Можно согласиться с журналистским штампом «Винер – отец кибернетики».

 

1.3.3 Триада “ hard - soft - human ”

Триада «hard-soft-human» Q1 2

Компьютер – это аппаратно-программное устройство для работы с информацией

Термин «аппаратное» в применении к компьютеру означает «техническое». Аппаратной частью  компьютера называют его составные физические части (на профессиональном жаргоне – «железо», английский термин – “ hardware ”, дословный перевод – «жесткое оборудование»). Слово – “ware” часто опускают и говорят просто “hard”.  Существует перевод hard -служебный.

Вторая важнейшая часть компьютера – это программное обеспечение (англ. – “ software ”, мягкое оборудование, или просто “soft”). Это набор реализованных в специальном виде алгоритмов, по которым компьютер выполняет последовательности операций. Каждый отдельный алгоритм, записанный на языке программирования (т.е. в виде, понятном компьютеру), называется программой. В современном компьютере хранятся и готовы к работе десятки тысяч взаимодействующих друг с другом программ.

Компьютер без программ – это просто физический предмет. Только дополненный программами, он становится собственно компьютером и пригоден для использования.

Но в использовании компьютера всегда присутствует пользователь.

Что имеется в виду, когда говорят: «эту задачу можно решить на компьютере»? Что к компьютеру подойдет человек (англ. – “ human ”) и будет способен решить поставленную задачу.

Аппаратная и программная части компьютера сами по себе не решают ваши задачи, они лишь производят манипуляции с заложенной в компьютер информацией. Человек заказывает работу с информацией; является ли то, что сделал компьютер, решением нужной задачи, определяет человек.

Неотъемлемая связь техники и программ отражена в диаде (двух неразрывных частях) “ hard - soft ”. Эту диаду придумали программисты. Наличие человека, т.е. себя, они считают само собой разумеющимся.

Но с более общей точки зрения, компьютер как понятие включает в себя три важные часть – технику, программы, человека. Таким образом, работающий компьютер - это триада

“ hard – soft - human ”

 

Триадой называется что-то из трёх частей, которые нельзя оторвать друг от друга, не разрушив целое (др.триады: материя-энергия-информация; триада для пения: слова-музыка-исполнитель).

От человека требуется понимать физическую (отраслевую, прикладную) суть поставленной задачи и владеть необходимым программным обеспечением. Если в одной из компонент “hard-soft-human” будут существенные пробелы, то эффективной или вообще никакой работы на компьютере не будет.

EX Пусть, например, имеются необходимое программное обеспечение и обученный пользователь, но мощности компьютера недостаточно для решения поставленных задач. Это проблемы с hard. Пусть нет нужной программы – это проблемы с soft. Пусть есть и суперкомпьютер и новейшее программное обеспечение, но нет пользователя, обученного работать со всем этим. Это проблемы с human.

При работе коллектива пользователей на основе набора компьютеров, т.е. в компьютерной системе, триада “hard-soft-human” расширяется до квадриады “hard-soft-human-link”. Четвертая составляющая (link – связь) определяет правила совместной работы. Если работа неправильно разделена по исполнителям, нет строго отслеживания, как она собирается в единое целое, и просто нет контроля и руководства, то результата не будет даже при идеальных “hard-soft-human”.

 

Кибернетика и компьютер

Связь кибернетики и компьютера Q 13

Мы уже дали определение компьютера как аппаратно-программного средства для работы с информацией. Или образно: это «лопата», чтобы копаться в информации.

Главные операции, которые компьютер производит с информацией:

• хранение, • переработка, • передача

Существуют ещё две функции, которые нужны при работе с компьютером, и которые удобно понимать как служебные:

1) ввод информации в компьютер;  2) вывод информации из компьютера.

Отметим, что сейчас правильней говорить не о компьютере, а о компьютерной системе   и о   компьютеризированном оборудовании.

Какова же связь компьютера и кибернетики?

Глобальная роль компьютеризации в современном мире следует из:

а) важности и всеобщности понятия информации;

б) удобства компьютера для работы с информацией.

Т.е. цепочка рассуждений о связи кибернетики и компьютера имеет вид:

Кибернетика имеет дело с исследованием управления

Для управления нужна информация

Лучше всего с работой с информацией справляется компьютер

 

Вывод: при применении кибернетики к реальным задачам сейчас практически всегда речь идет о компьютерных системах.

Развитие компьютерных средств позволило решать задачи сверхбыстрой и сверхдешёвой переработки огромных массивов информации, что привело нас в конце XX века к понятию информационного общества.

Общество называется информационным, если в нём основные производственные, социальные, организационные и др. вопросы принято решать на основе переработке больших массивов информации. При этом важно, что информация является   дешевой  и   легкодоступной (современный интернет).

Предметная область

Объект и внешняя среда. Предметная область Q 14

Во вводной части курса было введено аксиоматическое понятие объекта. Из данных там поясняющих определений нам будет наиболее удобно следующее:

Объект – та часть реального или вымышленного мира, на которой в данный момент сосредоточено наше внимание.

Уточним, что в качестве объекта, кроме предметов, можно рассматривать явления и процессы (говорят: объект наблюдения, объект изучения, объект внимания). Объектами также могут быть знания, мышление человека, религия, психические явления, творчество и др.

Всё, что не включено в данный объект, но необходимо учитывать при его рассмотрении, называется внешней средой. Употребляются также схожие термины: окружающая среда, внешний мир,   несистема.

Что именно надо учитывать или можно не учитывать при рассмотрении объекта определяется целью исследования.

Среда для нас важна не сама по себе (тогда она – объект), а в качестве того, что влияет на происходящее в данном объекте и что необходимо учитывать, при рассмотрении данного объекта

Практически не бывает объектов, для которых не надо рассматривать их окружение. Внешняя среда   влияет  на состояние и поведение объекта, и поэтому должна учитываться.

Редкие примеры, когда внешнюю среду можно не рассматривать: человек в закрытом пространстве; солнечная система; атом в ядерной физике.

Введём понятие предметной области.

а) (практическое определение) Предметная область – это совокупность связанных друг с другом, объектов, понятий, приёмов работы, суждений. Считается, что входящие в предметную область  объекты и суждения объединены чем-то общим и связаны друг с другом сильнее, чем со всем остальными. 

б) (философское определение): «среда определения и реализации взаимосвязанных целей».

Из приведенных определений следует, что предметная область обладает своими специфическими понятиями, типичными объектами, связями, методами исследования. Поэтому исследования в данной предметной области практически всегда порождают определенную ветвь знания или науки. Работники в каждой отдельной предметной области обладают специфическими сведениями.

Различные предметные области могут быть в большей или меньшей степени связанными друг с другом, они нередко пересекаются по понятиям и методам исследования.

EX: физика в большей степени связана с химией, чем с психологией. Физика в значительной степени опирается на математику. Методы исследования в биологии и медицине схожи. Предметная область Computer Science пересекается с предметной областью науки кибернетики, а также с теорией сложных систем.

Входы/выходы объекта

Входы и выходы объекта Q 16

Отдельный акт влияния внешней среды на состояние объекта называется воздействием.

Типы воздействий на объект (они же – типы связей):

· энергетическое (передача энергии, силы или отбор энергии)

· материальное (передача или забор вещества)

· информационное (передача или приём информации)

Типичные воздействия в технике – механические, электромагнитные. В виде последних обычно происходит передача сигналов, сообщений, т.е. передача информации.

Информацию также можно передавать другими способами – звуком, т.е. колебаниями среды; записью на твёрдом носителе (в т.ч. на бумаге), морскими флагами, световым телеграфом и пр.

При рассмотрении человека как элемента социума (что важно в автоматизированном управлении) воздействием, в частности, является и переданные мысль, идея.

Подчеркнем: воздействие – это   причина изменений  в объекте. Если воздействие не оказывает влияния на объект (более строго: не оказывает влияния, существенного с точки зрения целей рассмотрения объекта), то оно не учитывается.

EX: Температура не влияет на цвет одежды. Изложенная в книге мысль не зависит от качества бумаги. Действия профессионала не должны зависеть о его настроения.

Важнейшие понятия кибернетики:

Вся совокупность воздействий на объект, важная с точки зрения текущего рассмотрения, называется входами  данного объекта

Вся совокупность воздействий объекта на внешнюю среду, важная с точки зрения текущего рассмотрения, называется выходами  данного объекта

 

 

Изобразим это графически:

объект

вход

выход

(воздействия на объект)

(воздействия от объекта)

 

 

EX: Примеры входов/выходов.

Компьютер: входы – команды пользователя; выходы – изменения в тексте, изображении, звуке.

В коллективе: входы – указания, распоряжения, задания, передача информации; выходы – результаты работы, обучение, и, например, изменение психологического состояния коллектива.

В движении транспорта: входы – управление; выходы – траектория движения.

В лекции: входы – слова, рисунки, интонация, движение лектора; выходы – усвоение и запоминание, запись в тетрадь. Другие выходы лекции: запись на портативный компьютер; оценка лектора; сон, нулевой выход.

Включение в определение входов/выходов такое поправки, как «важная с точки зрения текущего рассмотрения», позволяет в данный момент не учитывать определенные воздействия. Но при необходимости можно принять их во внимание и, например, тем самым формировать уровни глубины исследования объекта.

ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ

Общее определение обратной связи. Пример сложной связи

Влияние выходов на происходящее в объекте Q 21

А

В

Рассмотрим ситуацию, когда кроме объекта В с обратной связью, рассматривается объект А с прямой связью на В:

С

Представим объекты А и В как один объект С. Получим: Трактовка

полученного: влияние выходов на происходящее в объекте можно рассматривать как обратную связь

И наоборот, из второй картинки можно получить первую, разделив объект С на две части.

EX:Влияние выходов на происходящее – см. Рис.

сдача зачета

ответы

изучение реакции преподавателя

вопросы

процесс печати

оттиск

регулировка при оттиске с браком

подача бумаги и краски

 

 

Возможность влияния выходов не только на входы, но и непосредственно на происходящее в объекте, порождает   общее  определение обратной связи:

Обратной связью называется воздействие результатов процесса на его протекание

Это   общее  определение обратной связи. Влияние выходов на входы является здесь частным случаем.

Сказанное выше можно трактовать и так, что обратная связь имеет две интерпретации:

объект

объект

 

В любом случае обратная связь имеет четыре составляющих:

· процесс,

· вход,

· выход,

· влияние выхода на происходящее.

Любая из них может иметь усложненную структуру. Может быть p  входов и q  выходов. Процесс может делиться на части, может быть указана связь входов и выходов с этими частями. Влияние выхода может раздеться и идти, например, и на входы, и в составляющие процесса. Может бить указана необходимость обработки выходов и др.

Приведем пример сложной обратной связи.

ВХ 1

ВХ 2

ВХ 3

СОСТАВНОЙ ОБЪЕКТ

ВЫХ 1

ВЫХ 2

обратная связь на вход

обратная связь на объект

 

 

Пример усложненной обратной связи        

Виды обратной связи

Виды обратной связи: отрицательная и положительная;

искусственная и естественная Q 22

Существуют многочисленные классификации обратной связи. Приведём важнейшие из них.

1) Положительная и отрицательная. Положительная обратная связь усиливает входы. Отрицательная – уменьшает или ликвидирует их.

Отрицательная обратная связь обычно означает противодействие тем факторам, которые считаются вредными, ненужными. Такая связь позволяет сохранять важные свойства системы, например, удерживает ее от разрегулирования, выхода из строя, разрушения.

EX: Отрицательная связь – рассмотренное выше управление по отклонению (вход – отклонение, его надо уменьшить). Др. примеры отрицательной связи – пилот или автомат выравнивает самолет после порыва ветра; радиотехнический фильтр уменьшает помехи, уборщица в больнице два раза в день делает мокрую уборку для уменьшения завирусованности помещений.

Положительная обратная связь либо должна когда-нибудь кончиться. Это объясняется тем, что входы всё время усиливаются, и система, скорее всего, их не выдержит. Правда, возможно, что усиление становиться всё время меньше и меньше, т.е. стремиться к пределу. Отметим также, что положительная обратная связь распространена существенно меньше отрицательной.

EX: Положительная связь. а) При тренировке выдерживание нагрузки организмом позволяет увеличивать нагрузку. При этом увеличение нагрузки стремится к пределу. б) Финансовая пирамида: увеличение числа членов позволяет увеличивать выплаты. Здесь положительная связь заканчивается ломкой системы.

Возвратимся к примеру с компьютером в начале п.2.2.1. Какая здесь связь? Положительная? Отрицательная? Ответ – в том примере связь не может быть классифицирована ни тем, ни другим образом. Этот пример показывает, что деление связи на положительную и отрицательную не носит абсолютный характер.

2) Искусственная и естественная. Искусственная обратная связь организуется специал