Войти
В кибернетике термин разнообразие обозначает общее количество различных состояний системы .
Термин «разнообразие» ввел У. Росс Эшби для обозначения общего числа состояний системы. Условие динамической устойчивости при возмущении (или входе) было описано его Законом необходимого разнообразия. Эшби говорит:
Таким образом, если порядок появления игнорируется, набор. c, b, c, a, c, c, a, b, c, b, b, a., который содержит двенадцать elements, содержит только три различных элемента - a, b, c. Будем говорить, что такой набор имеет разнообразие из трех элементов.
Он добавляет:
Наблюдатель и его способности различения могут быть уточнены, если разнообразие должно быть четко определено.
Разнообразие может быть указано как целое число, как указано выше, или как логарифм с основанием 2 числа, то есть в битах.
Если система должна быть стабильно, количество состояний его механизма управления должно быть больше или равно количеству состояний в управляемой системе. Эшби утверждает, что «разнообразие может уничтожить разнообразие». Он видит в этом помощь в изучении проблем биологии и «множество возможных приложений». Он считает свой подход вводным в информацию Шеннона Теория (1948), которая имеет дело со случаем «непрерывных колебаний» или шума. Условие необходимого разнообразия можно рассматривать как простую формулировку необходимого условия динамического равновесия в терминах теории информации ср. Третий закон Ньютона, Принцип Ле Шателье.
17/13. Этот закон (...) гласит, что если определенное количество возмущений не позволяет регулятору достичь некоторых существенных переменных, то этот регулятор должен быть способен осуществлять выбор по крайней мере в этом количестве. (Если бы закон был нарушен, у нас был бы случай соответствующих последствий без соответствующих причин, например, когда испытуемый дал правильные ответы до того, как ему были заданы вопросы (S.7 / 8).
A система имеет хороший контроль тогда и только тогда, когда зависимые переменные остаются теми же самыми, даже когда независимые переменные или функция состояния изменились. В реальной системе это означает, что функция состояния представляет собой композицию двух функций, так что вторая является обратной из (возможных изменений) первого:
y = F (G (x)), где
F = функция состояния системы контроллера
G = функция управляемой системы состояния
x = входы, или независимые переменные
y = выходы, или зависимые переменные.
Позже, в 1970 году, Конант, работая с Эшби, выпустил продукт теорема о регуляторе, которая требовала, чтобы автономные системы приобрели внутреннюю модель своей среды для сохранения и достижения стабильности (например, стабильность Найквиста критерий ) или динамическое равновесие.
Стаффорд Бир определяет разнообразие как «общее количество возможных состояний системы или элемента системы», ср. Людвиг Больцман 's Wahrscheinlichkeit. Пиво повторяет закон необходимого разнообразия как «Разнообразие поглощает разнообразие». Проще говоря, логарифмическая мера разнообразия представляет собой минимальное количество вариантов выбора (по двоичной дроби ), необходимое для разрешения неопределенности. Бир использовал это для распределения управленческих ресурсов, необходимых для поддержания жизнеспособности процесса.
Разнообразие - это один из девяти требований, которые требуются этическим регулятором.
Как правило, составляется описание требуемых входов и выходов, которое затем кодируется с минимальным разнообразием. необходимо. Отображение входных битов в выходные биты может затем дать оценку минимального количества аппаратных или программных компонентов, необходимых для получения желаемого поведения управления ; Например, в части компьютерного программного обеспечения или компьютерного оборудования.
Кибернетик Фрэнк Джордж обсуждал различные команды, соревнующиеся в таких играх, как футбол или регби, чтобы забивать голы или пытается. Можно сказать, что у выигрывающего шахматиста больше разнообразия, чем у проигравшего. Здесь подразумевается простое упорядочивание. Разнообразные затухание и усиление были главными темами в работе Стаффорда Бира в области управления (профессия контролера, как он ее называл). Количество персонала, необходимого для ответа на телефонные звонки, контроля толпы или ухода за пациентами, является ярким примером.
Применение естественных и аналоговых сигналов для анализа разнообразия требует оценки «способности различения» Эшби (см. Цитату выше). Учитывая эффект бабочки динамических систем, необходимо проявлять осторожность, прежде чем можно будет произвести количественные измерения. Небольшие количества, на которые можно не обращать внимания, могут иметь большие последствия. В своей книге «Создавая свободу» Стаффорд Бир обсуждает больного пациента с температурой, обозначающей лихорадку. Необходимо немедленно принять меры для изоляции пациента. Здесь никакое количество разнообразных записей средней температуры пациентов не обнаружит этот слабый сигнал, который может иметь большой эффект. Мониторинг требуется для отдельных лиц, что увеличивает разнообразие (см. Алгедонические предупреждения в модели жизнеспособной системы или VSM). Работа Бира в области управленческой кибернетики и VSM в значительной степени основана на разнообразии инженерии.
Другие приложения, использующие взгляд Эшби на подсчет состояний, включают анализ требований цифровой полосы пропускания, избыточности и раздувания программного обеспечения, битового представления типы данных и индексы, аналогово-цифровое преобразование, границы конечных автоматов и сжатия данных. См. Также, например, возбужденное состояние, состояние (информатика), шаблон состояния, состояние (элементы управления) и сотовая связь. автомат. Необходимое разнообразие можно увидеть в теории алгоритмической информации Чейтина, где более длинная программа с большим разнообразием или конечный автомат производят несжимаемый результат с большим разнообразием или информационным содержанием.
В 2009 году Джеймс Лавлок предложил сжигать и закапывать обугленные сельскохозяйственные отходы, чтобы изолировать углерод. Для расчета разнообразия требуются оценки глобального годового производства сельскохозяйственных отходов, их захоронения и эффективности пиролиза для оценки массы углерода, таким образом улавливаемого из атмосферы.
