Статья:Кибернетика как основное направление 20 века.
статья

Кибернетика

Термин «кибернетика» изначально ввёл в научный оборот Ампер, который в своём фундаментальном труде «Опыт о философии наук» (1834—1843) определил кибернетику как науку об управлении государством, которая должна обеспечить гражданам разнообразные блага. В современном понимании — как наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в машинах, живых организмах и обществе, термин впервые был предложен Норбертом Винером в 1948 году.

Кибернетика включает изучение обратной связи, чёрных ящиков и производных концептов, таких как управление и коммуникация в живых организмах, машинах и организациях, включая самоорганизации. Она фокусирует внимание на том, как что-либо (цифровое, механическое или биологическое) обрабатывает информацию, реагирует на неё и изменяется или может быть изменено, для того чтобы лучше выполнять первые две задачи. Стаффорд Бир назвал её наукой эффективной организации, а Гордон Паск расширил определение, включив потоки информации «из любых источников», начиная со звёзд и заканчивая мозгом.

​​​​

Теоретические основы кибернетики

​​​​Практически в каждой науке есть фундамент, без которого ее прикладные аспекты лишены основ. Для математики такой фундамент составляют теория множеств, теория чисел, математическая логика и некоторые другие разделы; для физики — это основные законы классической и квантовой механики, статистической физики, релятивистской теории; для химии — периодический закон, его теоретические основы и т.д. Можно, конечно, научиться считать и пользоваться калькулятором, даже не подозревая о существовании указанных выше разделов математики, делать химические анализы без понимания существа химических законов, но при этом не следует думать, что ты знаешь математику или химию. Примерно то же с информатикой: можно изучить  несколько программ и даже освоить некоторое ремесло, но это отнюдь не вся информатика, точнее, даже не самая главная и интересная ее часть. 
Теоретические основы информатики — пока не вполне сложившийся, устоявшийся раздел науки. Он возникает на наших глазах, что делает его особенно интересным: нечасто мы наблюдаем и даже можем участвовать в рождении новой науки!  Как и теоретические разделы других наук теоретическая информатика формируется в основном под влиянием потребностей обучения информатике.
Теоретическая информатика - наука математизированная. Она складывается из ряда разделов математики, которые прежде казались мало связанными друг с другом: теорий автоматов и алгоритмов, математической логики, теории формальных языков и грамматик, реляционной алгебры, теории информации и др. Она старается методами точного анализа ответить на основные вопросы, возникающие при хранении и обработке информации, например, вопрос о количестве информации, сосредоточенной в той или иной информационной системе, наиболее рациональной ее организации для хранения или поиска, а также о существовании и свойствах алгоритмов преобразования информации. Конструкторы устройств хранения данных проявляют чудеса изобретательности, увеличивая объем и плотность хранения данных на дисках, но в основе этой деятельности лежат теория информации и теория кодирования. Для решения прикладных задач существуют замечательные программы, но для  того, чтобы грамотно поставить прикладную задачу, привести ее к виду, который подвластен компьютеру, нужно знать основы информационного и математического моделирования и т.д. Только освоив эти разделы информатики, можно считать себя специалистом в этой науке. Другое дело — с какой глубиной осваивать; многие разделы теоретической информатики достаточно сложны и требуют основательной математической подготовки. В большинстве случаев они излагаются ниже, скорее, в ознакомительном порядке, с целью составить о них отчетливое представление.

равда и мифы о гонениях на кибернетику в СССР техника   политика   В начале 1950-х годов в советской прессе вышел ряд критических статей, направленных против кибернетики, что дало повод говорить о существовании гонений на эту науку. Однако, в то же время советское руководство прикладывало большие усилия для развития ЭВМ в СССР. Откуда же тогда взялись данные критические статьи? Об этом читайте в статье главного специалиста РГАНИ (Российский государственный архив новейшей истории) Никиты Пивоварова. Первые десятилетия после окончания Второй мировой войны современники называли «новой волной рационализации» и сравнивали их с эпохой Ренессанса. Холодная война, гонка вооружений требовали прорывных открытий в науке. Новая система научных знаний получила название «кибернетика». Сущность кибернетики трактовалась по-разному. Одни называли ее наукой, изучающей математические методы и процессы управления. Другие — наукой о передаче, переработке, хранении и использовании информации. Были и те, кто видел суть ее в изучении способов создания, раскрытия, строения и тождественного преобразования алгоритмов, описывающих процессы управления в реальности. В основе кибернетики лежали достижения математической логики, теории вероятности и электроники. Она позволяла выявлять количественные аналогии в работе электронной машины, деятельности живого организма или общественного явления. С момента ввода в эксплуатацию в 1945 году первой электронной машины — американской «ENIAK» - кибернетика вступила в новую фазу развития. Математические машины стали важным инструментом науки. Они позволяли производить автоматически, качественно и быстро большой объем вычислений, необходимый в аэродинамике, ядерной физике или артиллерии. Появление этого изобретения было настолько значимым и стратегически важным, что факт этот хранился в полном секрете в Пентагоне в течение полутора лет. Но как только создание электронной машины получило огласку, ее преимущества стали использоваться именно в области вооружения. Например, американская фирма «Hughes», один из пионеров мировой электроники. В конце 1940 — начале 1950-х годов она занималась производством и внедрением электронного прицела А-1, который позволял решать баллистические задачи, связанные со стрельбой, бомбометанием и пуском ракет. Фирма «Sperry» спроектировала оборудование для одного из первых беспилотников. Однако возможности электроники далеко не исчерпывались ее применением в гонке вооружения. Довольно скоро достижения кибернетики и в первую очередь электронные вычислительные машины, ставшие ее символом, стали широко использоваться в науке и экономике. академик Михаил Алексеевич Лаврентьев СССР не остался в стороне от последних достижений науки, но его взгляд на целесообразность кибернетики устоялся не сразу. Так, в 1948 г. Совет Министров СССР принял постановление о необходимости развития вычислительной техники. Однако под давлением директора Института точной механики и вычислительной техники академика Н.Г. Бруевича главный упор предполагалось сделать на создание механических и электрических вычислительных устройств, тогда как реальная работа по созданию цифровых машин была отодвинута на неопределенный срок1. Как отмечал спустя несколько лет будущий основатель Новосибирского Академгородка академик М.А. Лаврентьев: «Бруевич всеми возможными для него способами старался направить усилия научных работников на создание вычислительных машин непрерывного действия, чем объективно задерживалось создание электронных цифровых машин»2. В начале 1949 г. М.А. Лаврентьев даже обратился с ныне широко известном письмом к И.В. Сталину, в котором писал о необходимости ускорения развития вычислительной техники и ее использования в советской экономике. В результате в апреле того же года было утверждено новое постановление Совета Министров СССР «О механизации учета и вычислительных работ и развитии производства счетных, счетно-аналитических и математических машин»3. В частности, по этому постановлению на Академию наук (АН) СССР было возложено задание по разработке схем для проектирования математических машин4. В 1950-м году в ССССР была создана Малая электронная счётная машина (МЭСМ), которая разрабатывалась лабораторией С. А. Лебедева на базе киевского Института электротехники АН УССР. Её быстродействие составляло 50 операций в секунду. МЭСМ, за пультом Л.Н.Дашевский и С.Б.Погребинский На протяжении 1950 – 1952 гг. Советом Министров был принят целый ряд постановлений, таких, например, как «О проектировании и строительстве автоматической быстродействующей цифровой вычислительной машины» (от 11.01.1950 г. № 133), «О мероприятиях, обеспечивающих выполнение работ Академией наук СССР по созданию быстродействующих электронных вычислительных машин» (от 1.08.1951 г. № 2759), «О мероприятиях по обеспечению проектирования и строительства быстродействующих математических вычислительных машин» (от 19.05.1952 г. № 2373) и другие. В 1951 г. правительственная комиссия рассмотрела эскизы цифровых вычислительных машин, разработанных АН СССР и Министерством машиностроения и приборостроения СССР (ММиП). Осенью 1952 г. в опытную эксплуатацию была запущена БЭСМ-1 (Быстродействующая электронно-счётная машина), на тот момент — самая быстрая в Европе (8—10 тыс. оп./с). Она, как МЭСМ, была создана под руководством академика С.А. Лебедева. С.А. Лебедев у одной из стоек БЭСМ-1 В начале 1954 г. вышла в свет «Стрела», созданная конструктором Ю.Я. Базилевским в СКБ-245 МмиП. К середине года была запущена т.н. малая электронная машина ЭВ-80 (конструктор В.Н. Рязанкин). А в 1955 г. вышла еще одна малогабаритная машина АВЦМ-3, сконструированная членом-корреспондентом И.С. Бруком в Энергетическом институте им. Крижановского. В начале 1950-х годов стали появляться первые публикации о советской электронной технике. Так, в 1951 г. в журнале «Вестник машиностроения» была опубликована обширная статья инженера Н.А. Игнатова, в которой наряду с подробным освещением новых советских счетных машин, говорилось и о создании машин электронных. Однако популяризация темы в массовых журналах имела и негативные последствия для развития кибернетики. В первой половине 1950-х годов в советской прессе вышел ряд статей, направленных против кибернетики.

Предмет, методы  и цели кибернетики

​​​​Специфика этой науки заключается в том, что она изучает не вещественный состав систем и не их структуру, а результат работы данного класса систем. В кибернетике впервые было сформулировано понятие «черного ящика» как устройства, которое выполняет определенную операцию над настоящим и прошлым входного потенциала, но для которого мы необязательно располагаем информацией о структуре, обеспечивающей выполнение этой операции.

Кибернетика как наука об управлении объектом своего изучения имеет управляющие системы. Для того чтобы в системе могли протекать процессы управления, она должна обладать определенной степенью сложности. С другой стороны, осуществление процессов управления в системе имеет смысл только в том случае, если эта система изменяется, движется, т. е. если речь идет о динамической системе. Поэтому можно уточнить, что объектом изучения кибернетики являются сложные динамические системы. К сложным динамическим системам относятся и живые организмы (животные и растения), и социально-экономические комплексы (организованные группы людей, бригады, подразделения, предприятия, отрасли промышленности, государства), и технические агрегаты (поточные линии, транспортные средства, системы агрегатов).

Однако, рассматривая сложные динамические системы, кибернетика не ставит перед собой задач всестороннего изучения их функционирования. Хотя кибернетика и изучает общие закономерности управляющих систем, их конкретные физические особенности находятся вне поля ее зрения. Так, при исследовании с позиций кибернетической науки такой сложной динамической системы, как мощная электростанция, мы не сосредоточиваем внимание непосредственно на вопросе о коэффициенте ее полезного действия, габаритах генераторов, физических процессах генерирования энергии и т. д. Рассматривая работу сложного электронного автомата, МЫ не интересуемся, на основе каких элементов (электромеханические реле, ламповые или транзисторные триггеры, ферритовые сердечники, полупроводниковые интегральные схемы) функционируют его арифметические и логические устройства, память и др. Нас интересует, какие логические функции выполняют эти устройства, как они участвуют в процессах управления. Изучая, наконец, с кибернетической точки зрения работу некоторого социального коллектива, мы не вникаем в биофизические и биохимические процессы, происходящие внутри организма индивидуумов, образующих этот коллектив.

Изучением всех перечисленных вопросов занимаются механика, электротехника, физика, химия, биология. Предмет кибернетики составляют только те стороны функционирования систем, которыми определяется протекание в них процессов управления, т. е. процессов сбора, обработки, хранения информации и ее использования для целей управления. Однако когда те или иные частные физико-химические процессы начинают существенно влиять на процессы управления системой, кибернетика должна включать их в сферу своего исследования, но не всестороннего, а именно с позиций их воздействия на процессы управления. Таким образом, предметом изучения кибернетик!! являются процессы управления в сложных динамических системах.

Всеобщим методом познания, в равной степени применимым к исследованию всех явлений природы и общественной жизни, служит материалистическая диалектика. Однако, кроме общефилософского метода, в различных областях науки применяется большое количество специальных методов.

До недавнего времени в биологических и социально-экономических науках современные математические методы применялись в весьма ограниченных масштабах. Только последние десятилетия характеризуются значительным расширением использования в этих областях теории вероятностей и математической статистики, математической логики и теории алгоритмов, теории множеств и теории графов, теории игр и исследования операций, корреляционного анализа, математического программирования и других математических методов. Теория и практика кибернетики непосредственно базируются на применении математических методов при описании и исследовании систем и процессов управления, на построении адекватных им математических моделей и решении этих моделей на быстродействующих ЭВМ. Таким образом, одним из основных методов кибернетики является метод математического моделирования систем и процессов управления.

Системы изучаются в кибернетике по их реакциям на внешние воздействия, другими словами, по тем функциям, которые они выполняют. Наряду с вещественным и структурным подходами, кибернетика ввела в научный обиход функциональный подход как вариант системного подхода в широком смысле слова. Применение системного и функционального подходов при описании и исследовании сложных систем относится к основным методологическим принципам кибернетики.

Системный подход выражается в комплексном изучении системы с позиций системного анализа, т. е. анализа проблем и объектов как совокупности взаимосвязанных элементов, исходя из представлений об определенной целостности системы.

Функциональный анализ имеет своей целью выявление и изучение функциональных последствий тех или иных явлений или событий для исследуемого объекта. Соответственно, функциональный подход предполагает учет результатов функционального анализа при исследовании и синтезе систем управления.

​​​​Основная цель кибернетики как науки об управлении — добиваться построения на основе изучения структур и механизмов управления таких систем, такой организации их работы, такого взаимодействия элементов внутри этих систем и такого взаимодействия с внешней средой, чтобы результаты функционирования этих систем были наилучшими, т. е. приводили бы наиболее быстро к заданной цели функционирования при минимальных затратах тех или иных ресурсов (сырья, Л(рргии, человеческого труда, машинного времени, горючего и т. д.). Все это можно определить кратко термином «оптимизация». Таким образом, основной целью кибернетики является оптимизация систем управления.

Для исследования систем кибернетика использует три

принципиально различных метода: математический анализ, физический эксперимент и вычислительный эксперимент.

Первые два из них широко применяются и в других науках. Сущность первого метода состоит в описании изучаемого объекта в рамках того или иного математического аппарата (например, в виде системы уравнений) и последующего извлечения различных следствий из этого описания путем математической дедукции (например, путем решения соответствующей системы уравнений). Сущность второго метода состоит в проведении различных экспериментов либо с самим объектом, либо с его реальной физической моделью.

Достижением кибернетики является разработка и широкое использование нового метода исследования, получившего название вычислительного или машинного эксперимента, иначе называемого математическим моделированием. Смысл его в том, что эксперименты производятся не с реальной физической моделью изучаемого объекта, а с его математическим описанием, реализованным в компьютере. Огромное быстродействие современных компьютеров зачастую позволяет моделировать процессы в более быстром темпе, чем они происходят в действительности.