Понятійний апарат терміну "кібернетика"

Поняття терміну "кібернетика" та її джерела, закони одержання, збереження, передачі і перетворення інформації в складних керуючих системах. Методологічні проблеми кібернетики, функціональний і системний підходи, інформаційний аспект матерії й енергії.

Понятійний апарат терміну «кібернетика»


План

1. Поняття терміну «кібернетика». Джерела кібернетики

2. Кібернетика як наука

3. Методологічні проблеми кібернетики

1. Поняття терміну «кібернетика». Джерела кібернетики

Кібернетика – це наука про загальні закони одержання, збереження, передачі і перетворення інформації в складних керуючих системах. Під керуючою системою розуміють будь-які біологічні, адміністративні, соціальні й економічні системи.

Економічна кібернетика – напрямок кібернетики, що використовує методи і засоби з метою дослідження й організації процесів в економічних системах. Економічна кібернетика вивчає процеси збору, нагромадження і переробки інформації про економічні об'єкти і явища. Предметом економічної кібернетики є процеси керування економікою країни, галузі, району, промислового комплексу, виробництва окремого підприємства. Методи аналізу, застосовувані в економічній кібернетиці, допомагають знаходити оптимальні рішення і режими керування і будувати раціональні системи обробки економічних даних, заснованих на використанні новітніх інформаційних технологій.

Дослідження з економічної кібернетики зводяться до вибору показників, необхідних для керування економічними об'єктами, до вибору способів одержання, передачі й обробки цих показників з найменшими витратами засобів, до вибору технічних пристроїв обробки інформації на різних рівнях керування, вибір техніки зв'язку (обчислювальної техніки), до вивчення і рекомендації алгоритмів і програми обробки інформації, що дозволяють на основі отриманих показників, знайти необхідне рішення в найбільш раціональному, з економічної точки зору, виді і довести його до виконавців, до вивчення способів контролю й обліку виконуваних рішень.

Економічна кібернетика займається питаннями прийняття рішень і керування економічними системами, застосування математичних моделей і одержуваних на їхній основі машинно-формальних висновків для прийняття рішень у реальних ситуаціях і постановках. У рамках економічної кібернетики розробляються загальні питання структури, побудови і функціонування інформаційно керованих систем (ІКС). Особлива увага приділяється питанням ефективного збору інформації, її представлення, зміни, інтерпретації, виконання і циркуляції в ІКС.

Вперше слово "кібернетика" було введено давньогрецьким філософом Платоном. У грецькій мові воно означає "кермовий", "керманич". Кібернетикою же в Древній Греції називали мистецтво керування кораблем чи кораблеводіння.

У 1843 р. французький вчений Андре Марі Ампер опублікував велику працю "Нариси про філософію наук", в якій намагався привести в струнку систему всі людські знання, якими розташовувало людство на той час. У цій системі було відведене місце кожної з відомої на той час наук. Під номером 83 Амперів помістив передбачувану їм науку 3-го порядку, що повинний вивчати способи керування суспільством. Цю науку Ампер назвав кібернетикою, запозичивши цю назву з давньогрецької мови. Цікаво, що кожній науці відповідав девіз латинською мовою, і кібернетику Ампер супроводив такими словами: "... і забезпечує громадянам можливість насолоджуватися світом".

Після Ампера терміном "кібернетика" ніхто не користався і він був забутий. Наприкінці першої половини XX сторіччя цей термін був відроджений незалежно від Ампера. Початок офіційної історії науки "кібернетика" поклав учений професор математики Масачусетского технологічного інституту в США Норберт Вінер. У 1948 р. він опублікував свою знамениту книгу " Кібернетика або керування і зв'язок у тварині і машині". У цій праці була викладена головна сутність його навчання. Ця книга проголосила народження нової науки, хоча закони, що Н. Вінер поклав в основу своєї книги, були відкриті і досліджені задовго до появи його книги.

У своїй книзі П. Вінер виклав ранню історію кібернетики. Він підвів підсумки всьому того, що було зроблено до нього. Виникнення кібернетики не було випадковим. Воно було підготовлено розвитком науки і продуктивних силсуспільства. Протягом сторіч працями математиків, фізиків, інженерів, біологів і медиків закладався фундамент і формувалися принципові основи кібернетики.

Піонером кібернетики можна вважати французького вченого Блеза Паскаля. У 1642 р. він сконструював лічильну машину. В наступні роки Паскаль виготовив ще 7 машин, деякі з них збереглися до нашого часу.

У першій половині XX ст. були досягнуті великі успіхи в області теорії машин, теорії зв'язку, математики, теорії алгоритмів, теорії імовірності, математичному програмуванні. Велике значення в становленні науки кібернетики мали праці американських учених К. Шеннона і Дж. Неймана. Важливе значення для становлення кібернетики мало вчення І. П. Павлова про вищу нервову діяльність. Видатний росіянин учений І. М. Сєченов у своїх роботах указував на подібність деяких функцій у живому організмі з роботою машини.

Праці радянських фізіологів були основою головного положення кібернетики - вчення про зворотні зв'язки. Величезні заслуги належать вітчизняним ученим - І.А. Вишнєградському, А.М. Ляпунову, А.А. Андронову, А.І. Бергу, В.М. Глушкову, А.В. Канторовичу, А.Н. Колмогорову та ін.

В даний час кібернетичними дослідженнями займаються математики і фізики, біологи, фізіологи, психіатри й економісти, лінгвісти і філософи, інженери різних спеціальностей. Дослідження з кібернетики підлеглі однієї мети: сприяти максимальної автоматизації процесів керування в різних сферах людської діяльності, підвищення продуктивності управлінської праці. Для розв’язання цієї задачі глибоко вивчати об'єкти керування, знаходити закономірності, яким підкоряються процеси керування, розкривати принципи організації і структури керуючих систем.

2. Кібернетика як наука

Що собою являє кібернетика, яка сутність цієї науки? Чітке визначення сутності будь-якої науки має першочергове значення не тільки для її розвитку, але і для успішного практичного застосування ідей, методів і технічних засобів цієї науки в людській діяльності. Однак дотепер єдиної думки про зміст кібернетики не склалося. Ця невизначеність про представлення кібернетики як науки, зумовлюється рядом причин.

Насамперед, кібернетика складається з багатьох напрямків, що включають конструювання ЕОМ, технічні засоби зв'язку, обробку, передачу і збереження інформації, логіку, теорію алгоритмів; проникає в біологію, психологію, семантику, лінгвістику, медицину, педагогіку, фізіологію, економіку, керування підприємствами і т.д. У зв'язку з цим визначення кібернетики формулюються по-різному, при цьому підкреслюються її різні сторони.

Основоположник кібернетики Н. Вінер визначив її як науку про керування і зв'язок у живих організмах і машинах. Відомий англійський кібернетик У. Р. Ешбі вважає, що предметом кібернетики є область "усіх можливих машин", які вже існують, так і тих, котрі ще не створені ні людиною, ні природою. Німецький філософ Г. Клаус пропонує таке формулювання: "кібернетика є теорія зв'язків можливих динамічних саморегулюючих систем зі своїми підсистемами". На думку англійського кібернетика Ст. Віра, справжньою областю дослідження кібернетики є дуже складні ймовірнісні системи. Він вважає кібернетику наукою про правильне керування в будь-якій сукупності, розглянутої як єдине ціле. Польський вчений Г. Гриневський вважає, що основну роль у кібернетику повинні відігравати відносно відокремлені системи. Предметом кібернетики, на його думку, є усі відносно відокремлені системи.

Ряд вдалих концепцій предмету кібернетики висунули радянські вчені. С.А. Соболєв і А.А. Ляпунов вважають, що кібернетика може бути описана як наука про збереження, передачу і переробку інформації з метою керування за визначеними алгоритмами. А.Н. Колмогоров вважає кібернетику наукою, що "займається вивченням систем будь-якої природи, здатних сприймати, зберігати і переробляти інформацію і використовувати її для керування і регулювання". На думку А.І. Берга, "кібернетика - наука про керування складними динамічними системами". Він включає в кібернетику не тільки вивчення загальних принципів керування, але і розробку технічних засобів керування, а також використання цих принципів і засобів у техніку, суспільстві і живих організмах. Ці концепції вчених дозволили висвітлити важливі риси кібернетики. Наведені визначення сутності кібернетики в основному збігаються з трактуванням її як науки про керування й інформацію. Багатоплановість же додаткових характеристик підкреслюють лише специфіку різних сфер застосування цієї науки в діяльності людини.

Кібернетика абстрагується від речовинних субстратів і тому вона є формальною наукою. Вона являє собою теорію, що описує зміст і конструкцію реальних об'єктів, і тому вона є змістовною наукою. Тому кібернетику варто розглядати як науку формально-змістовну. Вона, здійснюючи визначений абстрактний підхід до об'єктів різної природи (технічної, біологічної, соціальної), вивчає реальні структури, структурні рівні організації матерії і їхніх атрибутів. Конкретними об'єктами дослідження кібернетики є складні динамічні системи. Саме ці системи є матеріальними носіями тих процесів, що досліджуються кібернетикою.

Предметом вивчення кібернетики є інформаційні процеси, що описують поводження складних динамічних систем. Ці процеси притаманні різним системам, отже, кібернетика вивчає ці загальні властивості, що не залежать від матеріальної основи системи. Вони можуть з'являтися в живій і в неживій природі, а також і в суспільстві. Об'єкт керування будь-якої природи має керуючий пристрій, наприклад, людський організм і головний мозок, частини автомата. Об'єкт керування і керуючий пристрій обмінюються між собою інформаційною і керуючою інформацією. Усюди процес керування сполучений з передачею, нагромадженням, збереженням і переробкою інформації, що характеризує керований об'єкт, хід процесу, зовнішні умови, програму роботи і т.д.

У різних системах можуть бути різними за своєю природою носії інформації: світлові, звукові, хімічні, електричні, механічні, плівки і паперові документи. Але, незалежно від природи носія, інформаційні процеси підкоряються загальним кількісним закономірностям. Ця аналогія між інформаційними процесами і керуванням у системах різної природи і виявилась основою для створення науки кібернетики і вивчення математичними методами керуючих систем і процесів керування.

Предметом дослідження кібернетики є, насамперед, кількісні закономірності, кількісні співвідношення в процесах керування. При цьому кібернетика не ототожнює процеси, що відбуваються в живому організмі, машині і суспільстві. Її не цікавить специфічні біофізичні чи біохімічні, чи процеси суспільного явища. Вона не наголошує на фізичну, біологічну, фізичну чи яку-небудь іншу природу процесів керування, а прагне використовувати закономірності функціонування різних класів систем і обмежується вивченням питання тільки про те, як живий організм, машина або інші об'єкти здійснюють переробку інформації, пов'язану з процесом керування. Метою цього вивчення є розробка принципів і методів, а також створення технічних засобів для досягнення найбільш ефективних результатів керування складними динамічними системами.

Кібернетика (її методологія) внесла серйозний вклад у розвиток науки керування різними системами. Першочергове значення має вчення про зворотний зв'язок, що представляється в замкнутих системах у вигляді інформаційних потоків, які замикають систему, Ступінь обґрунтованості керування визначається глибиною пізнання якісних і кількісних закономірностей розвитку і функціонування об'єктів керування. Вона збагатила арсенал засобів технології керування, поставивши на службу їй теорію інформації, обчислювальну техніку, математичні методи аналізу і синтезу, методи людино-машинного моделювання. Але основне значення кібернетики полягає в її концептуальному, тобто понятійному апараті, в її ідеях, підході й установках, які характеризують кібернетичне мислення працівників апарату керування.

Складні динамічні системи являють собою широке поняття. У зв'язку з цим і кібернетика, яка вивчає такі системи, має винятково велику область застосування. Деякі дослідники вважають, що кібернетика незастосовна в області неживої природи, інші ж відстоюють принцип загальності її застосування. Але з іншого боку, оскільки кібернетика проникає в природу, суспільство і мислення, нею обвинувачують у претензії на науку й у підміні діалектичного матеріалізму.

У дійсності як необґрунтоване розширення предмета кібернетики, так і невиправдане звуження сфери її застосування позбавлені будь-яких основ. Справа в тім, що у всіх областях людської діяльності існують складні динамічні системи. У закономірностях керування цими системами міститься щось загальне. Ось це загальне вивчається кібернетикою. Вона ні на що більше не претендує і не підмінює ні філософію, ні інші які-небудь науки.

Разом з тим, слід зазначити, що кібернетика безсумнівно має велике синтетичне значення. Їй притаманна загальна тенденція до інтегрального об'єднання багатьох наук. Вона протистоїть іншій тенденції прогресуючого роздроблення й ізоляції окремих наук. У цьому питанні кібернетиці належить особлива роль. Вона висуває багато проблем, загальних для всіляких спеціальних наук. Кібернетика вивчає, як уже було сказано, складні динамічні системи, що є в будь-якій людській діяльності. Це стимулює дослідження конкретних питань керування, що приводить до розвитку існуючих і створенню нових напрямків у математичних підставах кібернетики й у розробці її технічних засобів. У результаті цього з'явилися і виникають нові конкретні аспекти кібернетики. У даний час кібернетику можна підрозділити в такий спосіб: теоретична кібернетика, що розробляє математико-логічні основи і філософські питання; технічна кібернетика, що займається конструюванням і експлуатацією технічних засобів, застосовуваних у керуючих і обчислювальних пристроях; прикладна кібернетика, що вирішує проблеми додатка результатів дослідження теоретичної і технічної кібернетики до розв’язання задач керування в промисловості, енергетиці, на транспорті, у біології, сільському господарстві, економіці, медицині, лінгвістиці, зв'язку і т.д. Методи і ідеї кібернетики широко застосовуються у використанні процесів керування в народному господарстві. Цей напрямок досліджень виділився в самостійну наукову дисципліну - економічну кібернетику, яка вивчає процеси збору, нагромадження, збереження і переробки інформації про економічні об'єкти і явища. Предметом економічної кібернетики є процеси керування в економічних системах, реалізованих рухом і перетворенням інформації. Як такі системи, може розглядатися економіка країни, галузі, району, агропромислового комплексу, окремі підприємства (промислові, сільськогосподарські). Отже, економічна кібернетика - це наука про керування складними економічними системами.

В даний час в економічній кібернетиці можна виділити три основних напрямки досліджень. Первісне становлення цієї науки пов'язано з розробкою математичних моделей економічних систем, використанням електронної обчислювальної техніки для дослідження цих моделей і розв’язання відповідних задач. Другий напрямок пов'язаний з дослідженням економічної інформації: потоків інформації, що циркулюють у народному господарстві, характеристик інформаційних процесів, питань організації обробки даних на всіх рівнях. Однак визначальним напрямком в економічній кібернетиці є розробка теорії і побудова автоматизованих систем керування в народному господарстві. Цей напрямок конкретизує і зводить воєдино дослідження інших розділів економічної кібернетики.

Прикладна кібернетика має важливе значення. Кібернетика не задовольняється знанням самим собою, а пропонує як необхідний додаток цих знань. Для неї важливо скористатися добутими знаннями для розв’язання практичних задач. Одночасно фундаментальні ідеї і методи кібернетики розширюють і збагачують наукові уявлення про взаємозв'язок різних галузей знань і сприяють математизації природних і гуманітарних наук.

Кібернетика висуває багато проблем, загальних для всіляких наук, і найтісніше пов'язується з ними. Кібернетика пропонує комплексний підхід до аналізу різних явищ. Вона привела до створення своєрідної наукової мови, єдиної термінології, завдяки якій поєднуються багато моментів різних наук, підводиться фундамент для їхньої інтеграції. Мова кібернетики стає, певною мірою, універсальною і доступною фахівцям різних областей людської діяльності. Кібернетика сприяє перетворенню наук з переважно описових у науки точні, що оперують кількісними характеристиками і математичними закономірностями.

3. Методологічні проблеми кібернетики

Кібернетики істотно поглиблює наші пізнання про навколишній світ. Вона внесла в наш світогляд ідею про інформаційний аспект матерії й енергії. Колишнє класичне уявлення про світ, що складається з матерії й енергії, поступилося місцем новому уявленню про світ, що складається з трьох складових: матерії, енергії та породжуваної інформації.

Кібернетика не тільки використовує загальні закони діалектичного матеріалізму для вивчення явищ і їхніх закономірностей, як і всі інші науки, але і створює штучні системи, що володіють властивостями, властивим природним системам, наприклад, автомати.

Фундаментальним поняттям кібернетики є звертаючий зв'язок. Це найважливіше поняття діалектичного матеріалізму конкретизувалося в кібернетику.

Усі ці особливості кібернетики визначають і методи її дослідження. Їм притаманні такі основні риси: функціональний і системний підходи, конкретність, математизація, моделювання та автоматизація. Широкі узагальнення кібернетики пояснюються тим, що вона здійснює комплексний підхід до досліджуваних об'єктів. Але кібернетиці притаманний і функціональний підхід. Можливість і необхідність функціонального підходу пояснюється трьома обставинами. По-перше, складні динамічні системи мають здатність зберігати стійкість у визначених границях змін зовнішнього середовища; по-друге, системи, що складаються з різних речовинних елементів, можуть мати великий ступінь подібності і виконувати однакові логічні функції; по-третє, ті самі форми поводження властиві системам з різними внутрішніми структурами.

Особливо важливе значення для кібернетики має системний підхід. Він виражається в комплексному вивченні керованої системи з позицій системного аналізу. При цьому кожна складова частина системи розглядається локально, але не ізольовано від усієї системи.

Кібернетика не тільки сприяє пізнанню навколишнього світу, але і допомагає здійснювати за допомогою технічних засобів процеси керування, у зв'язку з цим її методи характеризуються зробленою конкретністю. Без конкретного знання відтворити систему керування у виді технічних засобів неможливо.

Вивчення процесів керування неможливо здійснити без кількісної характеристики і застосування математики. У кібернетиці застосовується великий арсенал математичних засобів: теорія інформації, математична логіка, математична статистика, теорія алгоритмів і ігор, теорія масового обслуговування, дослідження операцій, лінійне і динамічне програмування й ін. Математика все більше проникає й у конкретні додатки кібернетики: економіку, біологію, медицину, лінгвістику, юстицію, торгівлю, зв'язок і ін. Кібернетика внесла точність у вивчення всіх сфер діяльності. Вона включила в сферу своїх інтересів такі питання, як спеціальні і штучні мови для запису інформації, різного роду датчики для знімання інформації, методи класифікації й обробки інформації. Вимоги точності викликало необхідність створення алгоритмів. Наприклад, для додатка методів кібернетики з метою керування економічними процесами необхідно глибоко досліджувати закономірності точною мовою математики і логіки. Це пов'язано з відволіканням від якісних сторін змісту цих процесів. Таке уявлення виражає собою формалізацію, тобто подання керування у вигляді деякої системи команд, що описують необхідні впливи на ті чи інші параметри системи керування.

Кібернетичний підхід до вивчення керування системами тісно пов'язаний з моделюванням, що є надзвичайно важливим засобом поглиблення пізнання навколишнього нас світу. Моделювання - це дослідження будь-яких об'єктів пізнання на їхніх моделях. Воно виникло задовго до появи кібернетики, але, зробивши його найважливішим своїм методом, кібернетика надзвичайно розширила для моделювання сферу застосування. У більшості випадків воно застосовується для дослідження поводження керованих систем, тому його часто називають функціональним моделюванням.

Кібернетика тісно пов'язана з автоматизацією. Першочергове значення для неї мають сучасні обчислювальні машини (ЕОМ) і автомати, що дозволяють автоматизувати логічні й арифметичні операції, ЕОМ вносить у кібернетику специфіку застосування математичних методів і відкриває широкі можливості системного підходу до вивчення навколишнього світу. Тільки там, де з'являється сучасна обчислювальна техніка, там і успішно застосовуються кібернетичні методи дослідження і керування.

Найважливішою задачею кібернетики є розробка технічних пристроїв, необхідних для технічного відтворення й оптимізації процесів керування.

Кібернетика обумовила перехід різних наук від описів до встановлення математичних закономірностей, що дозволяють застосовувати сучасні ЕОМ. Особливо важливо, що математизація і технізація все більше і більше проникають у сферу дослідження соціальних явищ.