Войти
Принципиальная схема кибернетической системы с петлей обратной связи Кибернетика - это трансдисциплинарный подход для исследования регуляторных систем - их структур, ограничений и возможностей. Норберт Винер определил кибернетику в 1948 году как «научное исследование управления и коммуникации между животными и машиной».
Кибернетика применима, когда анализируемая система включает замкнутый сигнальный контур - первоначально называется «круговой причинно-следственной связью», то есть когда действие системы вызывает некоторое изменение в ее среде, и это изменение каким-то образом отражается в системе (обратная связь ), которое запускает изменение системы. Кибернетика имеет отношение, например, к механическим, физическим, биологическим, когнитивным и социальным системам. Основная цель широкой области кибернетики состоит в том, чтобы понять и определить функции и процессы систем, которые имеют цели и которые участвуют в круговых причинных цепочках, которые переходят от действия к восприятию и сравнению с желаемой целью, и снова к действию. Он фокусируется на том, как что-либо (цифровое, механическое или биологическое) обрабатывает информацию, реагирует на информацию и изменяет или может быть изменено для лучшего выполнения первых двух задач. Кибернетика включает изучение обратной связи, черных ящиков и производных понятий, таких как коммуникация и контроль в живых организмах, машины и организации, включая самоорганизацию.
. Понятия, изучаемые кибернетиками, включают, но не ограничиваются: обучение, познание, адаптация, социальный контроль, возникновение, конвергенция, общение, эффективность, эффективность и возможность подключения. В кибернетике эти концепции (иначе уже объекты изучения в других дисциплинах, таких как биология и инженерия ) абстрагируются от контекста конкретного организма или устройство.
Слово кибернетика происходит от греческого κυβερνητική (kybernētikḗ), что означает «управление», то есть все, что имеет отношение к κυβερνάω (kybernáō), последнее означает «управлять, направлять или управлять», следовательно, κυβέρνησις (kybérnēsis), что означает «правительство», является правительством, в то время как κυβερνήτης (kybernḗtēs) - губернатором или «рулевым» «корабля». Современная кибернетика началась как междисциплинарное исследование, объединяющее области систем управления, теории электрических сетей, машиностроения, логического моделирования, эволюционная биология, нейробиология, антропология и психология в 1940-х годах, часто приписываемые Macy Conferences. Во второй половине 20-го века кибернетика развивалась способами, которые отличают кибернетику первого порядка (о наблюдаемых системах) от кибернетики второго порядка (о системах наблюдения). Совсем недавно стали говорить о кибернетике третьего порядка (действующей способами, охватывающими первый и второй порядок).
Исследования в области кибернетики предоставляют средства для изучения конструкции и функционирования любой системы, включая социальные системы, такие как как управление бизнесом и организационное обучение, в том числе с целью сделать их более эффективными и эффективными. Области исследований, на которые повлияла или на которые повлияла кибернетика, включают теорию игр, теорию систем (математический аналог кибернетики), теорию управления восприятием, социология, психология (особенно нейропсихология, поведенческая психология, когнитивная психология ), философия, архитектура и организационная теория. Системная динамика, возникшая в результате применения электротехники теории управления к другим видам имитационных моделей (особенно бизнес-системы) от Джея Форрестера в MIT в 1950-е годы, это смежная область.
Кибернетика была определяется по-разному, разными людьми, из разных дисциплин. Кибернетик Стюарт Амплби сообщает о некоторых примечательных определениях:
Другие известные определения включают:
Простая модель обратной связи. AB <0 для отрицательной обратной связи.Термин кибернетика происходит от κυβερνήτης (kybernḗtēs) «рулевой, губернатор, пилот или руль направления». Как и в случае с древнегреческим летчиком, в кибернетике важна независимость мысли. Французский физик и математик Андре-Мари Ампер впервые ввел в употребление слово «кибернетика» в своем эссе 1834 года «Эссе о философии науки» для описания науки о гражданском управлении. Этот термин использовал Норберт Винер в своей книге Кибернетика для определения изучения управления и коммуникации между животными и машинами. В книге он заявляет: «Хотя термин« кибернетика »появился не раньше лета 1947 года, мы сочтем его удобным использовать для обозначения более ранних эпох развития этой области».
Слово кибернетика было впервые использовано в контексте «изучения самоуправления» Платоном в Алкивиаде для обозначения управления людьми. Слово «кибернетика» также использовалось в 1834 г. физиком Андре-Мари Ампером (1775–1836) для обозначения управленческих наук в его системе классификации человеческих знаний.
Джеймс Ватт Первой искусственной автоматической системой регулирования были водяные часы, изобретенные механиком Ктесибиосом ; основанный на резервуаре, который наливал воду в резервуар перед использованием его для запуска механизма, он использовал конусообразный поплавок для контроля уровня воды в резервуаре и регулировки скорости потока воды соответственно для поддержания постоянного уровня воды в резервуаре. Это было первое искусственное по-настоящему автоматическое саморегулирующееся устройство, которое не требовало внешнего вмешательства между обратной связью и органами управления механизма. Хотя они считали эту часть инженерной мысли (термин кибернетика используется гораздо позже), Ктесибиос и другие, такие как Херон и Су Сонг, считаются одни из первых, кто изучал кибернетические принципы.
Изучение телеологических механизмов (от греческого τέλος или télos для конечной цели или цели) в машинах с корректирующей обратной связью датируется еще конец 18 века, когда паровая машина Джеймса Уатта была оснащена регулятором (1775–1800), центробежным клапаном обратной связи для управления скоростью двигателя. Альфред Рассел Уоллес определил это как принцип эволюции в своей знаменитой статье 1858 года. В 1868 году Джеймс Клерк Максвелл опубликовал теоретическую статью о регуляторах, одну из первых, в которой обсуждались и уточнялись принципы саморегулирующихся устройств. Якоб фон Икскюлл применил механизм обратной связи через свою модель функционального цикла (Funktionskreis), чтобы объяснить поведение животных и происхождение смысла в целом.
Современная кибернетика началась как междисциплинарное исследование, объединяющее области систем управления, теории электрических сетей, машиностроения., логическое моделирование, эволюционная биология и нейробиология в 1940-х годах; эти идеи также связаны с биологической работой Людвига фон Берталанфи по общей теории систем. Электронные системы управления возникли в 1927 году, когда Bell Telephone Laboratories инженер Гарольд С. Блэк использовал отрицательную обратную связь для управления усилителями.
Раннее применение отрицательной обратной связи в электронных схемах включало управление артиллерийскими установками и радарной антенной во время Второй мировой войны. Основатель System Dynamics, Джей Форрестер, работал с Гордоном С. Брауном во время Второй мировой войны в качестве аспиранта в лаборатории сервомеханизмов Массачусетского технологического института над разработкой электронных систем управления. для ВМС США. Позже Форрестер применил эти идеи к общественным организациям, таким как корпорации и города, и стал одним из первых организаторов Школы промышленного менеджмента Массачусетского технологического института при Школе менеджмента Слоуна при Массачусетском технологическом институте.
W. Эдвардс Деминг, гуру Total Quality Management, в честь которого Япония назвала свой главный послевоенный промышленный приз, был стажером в Bell Telephone Labs в 1927 году. и, возможно, находился под влиянием теории сетей ; Деминг сделал «Системы понимания» одним из четырех столпов того, что он назвал «глубоким знанием» в своей книге «Новая экономика».
Множество статей были инициаторами объединения области. В 1935 году русский физиолог П. К. Анохин опубликовал книгу, в которой изучалось понятие обратной связи («обратная афферентация»). Изучение и математическое моделирование регуляторных процессов стало продолжением исследований, и в 1943 году были опубликованы две ключевые статьи: «Поведение, цель и телеология» Артуро Розенблют, Норберта Винера и Джулиан Бигелоу ; и статья Уоррена МакКаллока и Уолтера Питтса.
«Логическое исчисление идей, присущих нервной деятельности». В 1936 году Штефан Одоблея опубликовал «Фоноскопия и клиническая семиотика". В 1937 г. он участвовал в IX Международном конгрессе военной медицины с «Demonstration de phonoscopie»; в газете он распространил проспект, объявляющий о своей будущей работе "Psychologie consonantiste", наиболее важной из его работ, в которой он закладывает теоретические основы обобщенной кибернетики. Книга, изданная в Париже Librairie Maloine (том I в 1938 году и том II в 1939 году), содержит почти 900 страниц и включает 300 рисунков в тексте. В то время автор писал, что «эта книга... оглавление, указатель или словарь психологии, [для]... великого трактата по психологии, который должен содержать 20–30 томов». В связи с началом Второй мировой войны публикация осталась незамеченной (первое румынское издание этой работы появилось только в 1982 году).
Норберт Винер Кибернетика как дисциплина была прочно утверждена Норбертом Винером, Маккаллоком, Артуро Розенблютом и другими, такими как В.. Росс Эшби, математик Алан Тьюринг и У. Грей Уолтер (один из первых, кто построил автономных роботов для помощи в изучении поведения животных). Весной 1947 года Винер был приглашен на конгресс по гармоническому анализу, проходивший в Нанси (Франция была важным географическим центром ранней кибернетики вместе с US.>и Великобритания ); мероприятие было организовано французским научным обществом Бурбаки и математиком Солем Мандельбройт (1899–1983), дядей всемирно известного математика Бенуа Мандельбро. Во время своего пребывания во Франции Винер получил предложение написать рукопись об объединяющем характере этой части прикладной математики, которая проявляется в исследовании броуновского движения и в телекоммуникационной технике. Следующим летом, вернувшись в США, Винер решил ввести кибернетику неологизма, придуманную для обозначения изучения «телеологических механизмов», в свою научную теорию: она была популяризирована в его книге Кибернетика: или управление и коммуникация в животное и машина (MIT Press / John Wiley and Sons, NY, 1948). В Великобритании это стало центром внимания Ratio Club.
Джон фон Нейман В начале 1940-х Джон фон Нейман внес уникальное и необычное дополнение в мир кибернетики: клеточные автоматы фон Неймана и их логическое продолжение, универсальный конструктор фон Неймана. Результатом этих обманчиво простых мысленных экспериментов стала концепция самовоспроизведения, которую кибернетика приняла в качестве основной концепции. Представление о том, что те же свойства генетического воспроизводства применимы к социальным мемам, живым клеткам и даже компьютерным вирусам, является еще одним доказательством несколько удивительной универсальности кибернетических исследований.
В 1950 году Винер популяризировал социальные последствия кибернетики, проводя аналогии между автоматическими системами (такими как регулируемый паровой двигатель) и человеческими институтами в своем бестселлере Использование человека человеком : Кибернетика и общество (Houghton-Mifflin).
Кибернетика в Советском Союзе изначально считалась «лженаукой» и «идеологическим оружием» «империалистических реакционеров» (Советский философский словарь, 1954), а затем критиковалась как узкая форма кибернетики. В середине-конце 1950-х гг. Виктор Глушков и другие спасли репутацию отрасли. Советская кибернетика включала в себя многое из того, что на Западе стало известно как информатика.
Биологическая компьютерная лаборатория при Университете штата Иллинойс в Урбана-Шампейн - не единственный пример исследовательской организации, сосредоточенной на кибернетике. под руководством Хайнца фон Ферстера был крупным центром кибернетических исследований в течение почти 20 лет, начиная с 1958 года.
Искусственный интеллект (AI) был основан как отдельная дисциплина в Дартмутской мастерской. После непростого сосуществования ИИ получил финансирование и известность. Следовательно, кибернетические науки, такие как исследование искусственных нейронных сетей, были преуменьшены; дисциплина переместилась в мир социальных наук и терапии.
Среди выдающихся кибернетиков того периода Грегори Бейтсон и Аксель Берг.
В В 1970-е годы новые кибернетики появились во многих областях, но особенно в биологии. Идеи Матураны, Варела и Атланта, согласно Жан-Пьеру Дюпюи (1986), «осознали, что кибернетические метафоры программы, лежащей в основе молекулярной биологии. были основаны на невозможной концепции автономии живого существа. Следовательно, эти мыслители были вынуждены изобрести новую кибернетику, более подходящую для организаций, которые человечество обнаруживает в природе, - организаций, которые он сам не изобрел ». Однако в течение 1980-х годов вопрос о том, можно ли применить особенности этой новой кибернетики к социальным формам организации, оставался открытым.
В политологии, Project Cybersyn пытались ввести кибернетически управляемую экономику в начале 1970-х годов. В 1980-х, согласно Харрис-Джонсу (1988), «в отличие от своей предшественницы, новая кибернетика занимается взаимодействием автономных политических акторов и подгрупп, а также практическим и рефлексивным сознанием субъектов, которые производят и воспроизводить структуру политического сообщества. Доминирующим фактором является рекурсивность или самоотнесение политических действий как в отношении выражения политического сознания, так и в отношении способов, которыми системы строят сами себя ".
Одной из характерных черт зарождающейся новой кибернетики, рассматриваемой в то время Феликсом Гейером и Гансом ван дер Зувеном, согласно Бейли (1994), было «то, что она рассматривает информацию как сконструированную и реконструированную с помощью человека, взаимодействующего с окружающей средой. Это обеспечивает эпистемологическую основу науки, рассматривая ее как зависимую от наблюдателя. Еще одной характеристикой новой кибернетики является ее вклад в преодоление микро-макро разрыв. То есть она связывает человека с обществом ». Другой отмеченной характеристикой был« переход от классической кибернетики к новой кибернетике, [которая] предполагает переход от классических проблем к новым проблемам. Эти сдвиги в мышлении включают, среди прочего, (а) переход от акцента на управляемой системе к системе, выполняющей управление, и фактору, который определяет решения по управлению; и (b) новый акцент на коммуникации между несколькими системами, которые пытаются управлять друг другом ».
Недавние попытки в истинном фокусе кибернетики, систем контроля и эмерджентного поведения в таких родственных областях, как теория игр (анализ группового взаимодействия), системы обратной связи в эволюции и метаматериалы (изучение материалов, свойства которых превосходят ньютоновские свойства составляющих их атомов), привели к возрождению интереса к этой все более актуальной области.
Экономист исследовал дизайн саморегулирующихся систем управления для плановой экономики в реальном времени. Оскар Ланге, кибернетик Виктор Глушков и другие советские кибернетики в 1960-е. К тому времени, когда информационные технологии были достаточно развиты, чтобы сделать возможным экономическое планирование на основе на компьютерах Советский Союз и страны восточного блока начали отходить от пла nning и в конце концов рухнул.
Более поздние предложения по социализму включают «новый социализм», описанный компьютерными учеными Полом Кокшоттом и, где компьютеры определяют и управляют потоками и распределением ресурсов между предприятиями, находящимися в общественной собственности.
С другой стороны, Фридрих Хайек также упоминает кибернетику как дисциплину, которая может помочь экономистам понять «самоорганизующиеся или самогенерирующиеся системы», называемые рынками. Будучи «сложными явлениями», лучший способ изучить рыночные функции - это использовать механизм обратной связи, объясненный теоретиками кибернетики. Таким образом, экономисты могут делать «предсказания закономерностей».
Следовательно, рынок для Хайека - это «система связи», «эффективный механизм для усвоения разрозненной информации». Экономист и кибернетик подобны садовникам, которые «создают подходящую среду». Определение информации Хайеком является идиосинкразическим и предшествует теории информации, используемой в кибернетике и естественных науках.
Наконец, Хайек также рассматривает идею Адама Смита о невидимой руке как предвосхищение работы механизма обратной связи в кибернетике. В той же книге Закон, законодательство и свобода Хайек упоминает, наряду с кибернетикой, что экономисты должны полагаться на научные открытия Людвига фон Берталанфи общей теории систем, наряду с информацией и теорией коммуникации и семиотикой.
Кибернетика иногда используется как общий термин, который служит зонтиком для многих систем. смежные области науки.
ASIMO использует датчики и сложные алгоритмы, чтобы избегать препятствий и перемещаться по лестнице. Кибернетика изучает системы управления как концепцию, пытаясь обнаружить основные принципы, лежащие в основе таких вещей, как
Кибернетика в биологии - это изучение кибернетических систем, присутствующих в биологических организмах, с упором прежде всего на то, как животные адаптируются к окружающей среде и как информация в форме генов передается из поколения в поколение. Второстепенное внимание уделяется объединению искусственных систем с биологическими системами. Заметным приложением к миру биологии было бы то, что в 1955 году физик Джордж Гамов опубликовал в Scientific American проницательную статью под названием «Передача информации в живой клетке», а кибернетика дала биологи Жак Моно и Франсуа Жакоб язык для формулирования своей ранней теории сетей регуляции генов в 1960-х.
Информатика напрямую применяет концепции кибернетики к управлению устройствами и анализу информации.
Кибернетика в инженерии используется для анализа каскадных отказов и системных аварий, при которых небольшие ошибки и недостатки в системе могут вызвать сбои. Среди других изученных тем:
искусственное сердце, продукт биомедицинской инженерии. Математическая кибернетика фокусируется на факторах информации, взаимодействии частей в системах и структуре систем.
Изучая групповое поведение через призму кибернетики, социологи могут искать причины таких спонтанных событий, как умная толпа и бунты, а также то, как сообщества разрабатывают такие правила, как этикет, на основе консенсуса без формального обсуждения. Теория контроля за воздействием объясняет роль поведения, эмоции и теория маркировки с точки зрения гомеостатического поддержания настроений, связанных с культурными категориями. Наиболее исчерпывающая попытка, когда-либо сделанная в социальных науках, по развитию кибернетики в обобщенной теории общества была сделана Талкоттом Парсонсом. Таким образом, кибернетика устанавливает базовую иерархию в парадигме AGIL Парсонса, которая является упорядочивающим системным измерением его теории действия. Эти и другие кибернетические модели в социологии рассматриваются в книге под редакцией Макклелланда и Фараро.
Николас Шёффер "CYSP I" (1956) был, пожалуй, первым произведением искусства, в котором явно использовались кибернетические принципы (CYSP - это аббревиатура, объединяющая первые две буквы слов "кибернетический" и "пространственно-динамический"). Знаменитая и влиятельная выставка Cybernetic Serendipity проходила в Институте современного искусства в 1968 году под куратором Ясией Рейхард, включая CYSP I Шёффера и Colloquy of Mobiles Гордона Паскса. установка. Размышления Паска о Colloquy связали его с его более ранней установкой Musicolour и с тем, что он назвал «эстетически мощной средой», концепцией, которая связала эту художественную работу с его заботами о преподавании и обучении. Художник Рой Эскотт разработал обширную теорию кибернетического искусства в книге «Бихевиористское искусство и кибернетическое видение» (Cybernetica, Journal of the International Association for Cybernetics (Namur), Volume IX, No. 4, 1966; Volume) X № 1, 1967) и в «Кибернетической позиции: мой процесс и цель» (Леонардо Том 1, № 2, 1968). Историк искусства Эдвард А. Шенкен написал об истории искусства и кибернетике в эссе, включая «Кибернетика и искусство: культурная конвергенция в 1960-е годы» и «От кибернетики к телематике: искусство, педагогика и теория Роя». Аскотт (2003), в котором прослеживается траектория творчества Аскотта от кибернетического искусства к телематическому искусству (искусство, использующее компьютерные сети в качестве среды, предшественник net.art.)
Кибернетика оказала влияние на мышление в архитектуре и дизайне в десятилетия после Второй мировой войны. Эшби и Паск были привлечены теоретиками дизайна, такими как Хорст Риттель, Кристофер Александр и Брюс Арчер. Паск был консультантом компании Николаса Негропонте Architecture Machine Group, предшественницы MIT Media Lab, и сотрудничал с архитектором Седриком Прайсом и театром Режиссер Джоан Литтлвуд о влиятельном проекте 1960-х годов. Инсталляция Паска Musicolour 1950-х годов послужила источником вдохновения для работы Джона и Джулии Фрейзер над проектом Price's Generator. В последние десятилетия наблюдается возрождение интереса к кибернетике и системному мышлению среди дизайнеров в связи с развитием технологий и все более сложными задачами проектирования. Такие люди, как Клаус Криппендорф и Ранульф Гланвилл, внесли значительный вклад как в кибернетику, так и в исследования дизайна. Связи между этими двумя областями стали пониматься не столько с точки зрения приложения, сколько как отражение друг друга.
Геокибернетика направлена на изучение и контроль сложных совместных действий. эволюция экосферы и антропосферы, например, для решения планетарных проблем, таких как антропогенное глобальное потепление. Геокибернетика применяет перспективу динамических систем к анализу земных систем. Он обеспечивает теоретическую основу для изучения последствий следования различным парадигмам устойчивости на коэволюционные траектории планетарной социально-экологической системы с целью выявления аттракторов в этой системе., их стабильность, устойчивость и доступность. Такие концепции, как переломные моменты в климатической системе, планетарные границы, безопасное рабочее пространство для человечества и предложения по управлению динамикой земной системы в глобальном масштабе, такие как геоинженерия, были сформулированы на языке анализа геокибернетических систем Земли.
Модель кибернетики в спорте была представлена Юрием Верхошанским и Мэлом Сиффом в 1999 году в их книге «Супертренинг».
Как форма регулирования, кибернетика всегда была близка к закону, особенно в регулировании и юридических науках, по следующим темам:
Наука о сложности пытается понять природу сложных систем.
Aspects of complexity science include:
Biomechatronics relates to linking mechatronics to biological organisms, leading to systems that conform to A. N. Kolmogorov's definition of Cybernetics: "Science concerned with the study of systems of any nature which are capable of receiving, storing and processing information so as to use it for control". From this perspective mechatronics are considered technical cybernetics or engineering cybernetics.
