Исследования продолжались, в особенности
в области математического моделирования
регулирующих процессов, и две ключевые
статьи были опубликованы в 1943 году «Поведение, цель и
телеология» и работа «Логическое исчисление
идей, относящихся к нервной активности».
Были построены автономные роботы
в помощь исследованию поведения животных.
В начале 1940-х Джон фон Нейман, более известный
работами по математике и информатике,
внёс уникальное и необычное дополнение
в мир кибернетики: понятие клеточного автомата и «универсального
конструктора» (самовоспроизводящегося
клеточного автомата). Результатом этих
обманчиво простых мысленных экспериментов
стало точное понятие самовоспроизведения,
которое кибернетика приняла как основное
понятие. Понятие, что те же самые свойства
генетического воспроизводства относились
к социальному миру, живым клеткам и даже
компьютерным вирусам, является дальнейшим
доказательством универсальности кибернетических
исследований.
Винер популяризировал социальные
значения кибернетики, проведя аналогии
между автоматическими системами
(такими как регулируемый паровой двигатель)
и человеческими институтами.
Упадок
и возрождение
В течение последних 30 лет кибернетика
прошла через взлёты и падения, становилась
всё более значимой в области
изучения искусственного интеллекта
и биологических машинных интерфейсов
(то есть киборгов), но, лишившись поддержки,
потеряла ориентиры дальнейшего развития.
В 1970-х новая кибернетика проявилась
в различных областях, но особенно —
в биологии. Некоторые биологи осознали,
что кибернетические метафоры программы,
на которых базировалась молекулярная
биология, представляли собой концепцию
автономии, невозможную для живого
существа. Следовательно, этим мыслителям
пришлось изобрести новую кибернетику,
более подходящую для организаций, которые
человечество обнаруживает в природе —
организаций, не изобретённых им самим».
В 1980-х новая кибернетика, в отличие
от её предшественницы, интересуется
«взаимодействием автономных политических
фигур и подгрупп, а также практического
и рефлексивного сознания предметов, создающих
и воспроизводящих структуру политического
сообщества. Основное мнение — рассмотрение
рекурсивности, или самозависимости политических
выступлений, как в отношении выражения
политического сознания, так и путями,
в которых системы создаются на основе
самих себя».
Одной из особенностей новой
кибернетики является то, что она рассматривает
информацию как построенную и восстановленную человеком, взаимодействующим
с окружающей средой. Это обеспечивает
эпистемологическое (то же что и теория
познания, раздел философии, в котором
изучаются закономерности и возможности
познания, отношения знания к (ощущений,
представлений, понятий) объективной реальности,
исследуются ступени и формы процесса
познания, условия и критерии его достоверности
и истинности) основание науки, если смотреть
на это с точки зрения наблюдателя. Другая
особенность новой кибернетики — её вклад
в преодоление проблемы редукции (противоречий
между макро- и микроанализом). Таким образом,
это связывает индивидуума с обществом.
Последние усилия в изучении
кибернетики, систем управления и поведения
в условиях изменений, а также
в таких смежных областях, как теория игр (анализ группового взаимодействия),
системы обратной связи в эволюции и исследование
метаматериалов (материалов со свойствами
атомов, их составляющих, за пределами
ньютоновых свойств), привели к возрождению
интереса к этой всё более актуальной
области.
Сфера кибернетики
Объектом кибернетики являются
все управляемые системы. Системы, не поддающиеся управлению,
в принципе, не являются объектами изучения
кибернетики. Кибернетика вводит такие
понятия, как кибернетический подход, кибернетическая система.
Кибернетические системы рассматриваются
абстрактно, вне зависимости от их материальной
природы. Примеры кибернетических систем
— автоматические регуляторы в технике,
ЭВМ, человеческий мозг, биологические
популяции, человеческое общество. Каждая
такая система представляет собой множество
взаимосвязанных объектов (элементов
системы), способных воспринимать, запоминать
и перерабатывать информацию, а также
обмениваться ею. Кибернетика разрабатывает
общие принципы создания систем управления
и систем для автоматизации умственного
труда. Основные технические средства
для решения задач кибернетики — ЭВМ. Поэтому
возникновение кибернетики как самостоятельной
науки (Н. Винер, 1948) связано с созданием
в 40-х гг. XX века этих машин, а развитие
кибернетики в теоретических и практических
аспектах — с прогрессом электронной вычислительной
техники.
Кибернетика является междисциплинарной
наукой. Она возникла на стыке математики (количественные отношения), логики (наука
о способах доказательств и опровержений),
семиотики (наука, исследующая способы
передачи информации, свойства знаков
и знаковых систем в человеческом обществе
(главным образом естественные и искусственные
языки, а также некоторые явления культуры,
системы мифа, ритуала), природе (коммуникация
в мире животных) или в самом человеке
(зрительное и слуховое восприятие и др.)),
физиологии (наука о жизнедеятельности
целостного организма и его отдельных
частей — клеток, органов, функциональных
систем), биологии (совокупность наук о
живой природе — об огромном многообразии
вымерших и ныне населяющих Землю живых
существ, их строении и функциях, происхождении,
распространении и развитии, связях друг
с другом и с неживой природой), социологии
(наука об обществе как целостной системе
и об отдельных социальных институтах,
процессах, социальных группах и общностях,
отношениях личности и общества, закономерностях
массового поведения людей). Ей присущ
анализ и выявление общих принципов и
подходов в процессе научного познания.
Наиболее весомыми теориями, объединяемыми
кибернетикой, можно назвать следующие:
- Теория передачи сигналов
- Теория управления (наука о принципах и методах управления различными системами, процессами и объектами)
- Теория автоматов (раздел дискретной математики, изучающий абстрактные автоматы — вычислительные машины, представленные в виде математических моделей — и задачи, которые они могут решать)
- Теория принятия решений (область исследования, вовлекающая понятия и методы математики, статистики, экономики, менеджмента и психологии; изучает закономерности выбора людьми путей решения разного рода задач, а также исследует способы поиска наиболее выгодных из возможных решений)
Синергетика (направление, которое занимается изучением
систем, состоящих из многих подсистем
различной природы (электронов, атомов,
молекул, клеток, нейронов, механических
элементов, органов животных, людей, транспортных
средств и т.д.), и выявлением того, каким
образом взаимодействие таких подсистем
приводит к возникновению пространственных,
временных или пространственно-временных
структур в макроскопическом масштабе)
- Теория алгоритмов (наука, изучающая общие свойства и закономерности алгоритмов и разнообразные формальные модели их представления)
- Распознавание образов (раздел кибернетики, развивающий теоретические основы и методы классификации и идентификации предметов, явлений, процессов, сигналов, ситуаций и т. п. объектов, которые характеризуются конечным набором некоторых свойств и признаков. Такие задачи решаются довольно часто, например, при переходе или проезде улицы по сигналам светофора. Распознавание цвета загоревшейся лампы светофора и знание правил дорожного движения позволяет принять правильное решение о том, можно или нельзя переходить улицу в данный момент.)
- Теория оптимального управления
Кроме средств анализа, в кибернетике используются
мощные инструменты для синтеза решений, предоставляемые
аппаратами математического анализа, линейной алгебры, геометрии выпуклых множеств, теории вероятностей и математической статистики,
а также более прикладными областями математики,
такими как математическое программирование, эконометрика, информатика и прочие производные
дисциплины.
Направления
Кибернетика — более раннее, но всё
ещё используемое общее обозначение для
многих предметов. Эти предметы также
простираются в области многих других
наук, но объединены при исследовании
управления системами.
Чистая
кибернетика
Чистая кибернетика изучает
системы управления как понятие, пытаясь
обнаружить основные её принципы.
- Искусственный интеллект (наука и технология создания интеллектуальных машин)
- Компьютерное зрение (теория и технология создания машин, которые могут видеть. Одним из наиболее важных применений является обработка изображений в медицине. Эта область характеризуется получением информации из видеоданных для постановки медицинского диагноза пациентам. В большинстве случаев, видеоданные получают с помощью микроскопии, рентгенографии, ангиографии, ультразвуковых исследований и томографии. Примером информации, которая может быть получена из таких видеоданных является обнаружение опухолей, атеросклероза или других злокачественных изменений. Также примеров может быть измерение размеров органов, кровотока и т. д.)
- Системы управления (систематизированный набор средств влияния на подконтрольный объект для достижения определённых целей данным объектом)
- Эмерджентность (наличие у какой-либо системы особых свойств, не присущих её подсистемам и блокам, а также сумме элементов, не связанных особыми системообразующими связями; несводимость свойств системы к сумме свойств её компонентов)
В биологии
Кибернетика в биологии — исследование
кибернетических систем в биологических
организмах, прежде всего сосредотачиваясь
на том, как животные приспосабливаются
к их окружающей среде, и как информация
в форме генов передаются от поколения
к поколению. Также имеется второе направление — киборги (биологический организм,
содержащий механические или электронные
компоненты. Замена органов механическими
приспособлениями (протезами, имплантатами)
создаёт условия для постепенного превращения
человека в киборга. Техника по сути является
проекцией человека: одежда — проекция
кожи, молоток — проекция кулака, кастрюля
— органопроекция желудка. В технике человек
проецирует себя, поэтому совместная эволюция
человека и техники в киборга процесс
объективный.).
- Биологическая кибернетика (Биологическая кибернетика состоит из теоретической и практической частей. Задачей теоретической части является изучение общих вопросов управления, хранения, переработки и передачи информации в живых системах. Важнейшей задачей практической части является методы моделирования структур и поведения биологических систем. В развитии этих методов включаются вопросы конструирования искусственных систем, воспроизводящих деятельность отдельных органов, их внутренних связей и внешних взаимодействий.)
- Биоинформатика (основные области исследований: анализ генетических последовательностей; аннотация геномов (процесс маркировки генов и других объектов в последовательности ДНК); эволюционная биология (исследует происхождение и появление видов, также как их развитие с течением времени. Информатика помогает эволюционным биологам в нескольких аспектах: изучать эволюцию большого числа организмов, измеряя изменения в их ДНК, а не только в строении или физиологии; сравнивать целые геномы (совокупность генов, содержащихся в одинарном наборе хромосом данного организма), что позволяет изучать более комплексные эволюционные события, такие как: дупликация генов (хромосомной перестройки (мутации), заключающейся в удвоении какого-либо участка хромосомы), латеральный перенос генов (расположенный сбоку, удаленный от срединной продольной плоскости тела), и предсказывать бактериальные специализирующие факторы; строить компьютерные модели популяций, чтобы предсказать поведение системы во времени; Оценка биологического разнообразия (Биологическое разнообразие экосистемы (ЭКОСИСТ˜ЕМА (от греч. oikos — жилище, местопребывание и система), единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания (атмосфера, почва, водоем и т. п.), в котором живые и косные компоненты связаны между собой обменом вещества и энергии) может быть определено как полная генетическая совокупность определённой среды, состоящая из всех обитающих видов, была бы это биоплёнка в заброшенной шахте, капля морской воды, горсть земли или вся биосфера планеты Земля. Для сбора видовых имён, описаний, ареала распространения, генетической информации используются базы данных. Специализированное программное обеспечение применяется для поиска, визуализации и анализа информации, и, что более важно, предоставления её другим людям. Компьютерные симуляторы моделируют такие вещи, как популяционная динамика, или вычисляют общее генетическое здоровье культуры в агрономии. Один из важнейших потенциалов этой области заключается в анализе последовательностей ДНК или полных геномов целых вымирающих видов, позволяя запомнить результаты генетического эксперимента природы в компьютере и возможно использовать вновь в будущем, даже если эти виды полностью вымрут);
- Бионика (изучает особенности строения и жизнедеятельности организмов для создания новых приборов, механизмов, систем и совершенствования существующих. Перспективные направления: изучение нервной системы человека и животных, органов чувств, принципов навигации, ориентации и локации, используемых животными, для совершенствования вычислительной техники, разработки новых датчиков и систем обнаружения и т. д.)
- Медицинская кибернетика (осн.направление - вычислительная диагностика заболеваний)
- Нейрокибернетика (научное направление, изучающее основные закономерности организации и функционирования нейронов (нервная клетка) и нейронных образований)
- Гомеостаз (саморегуляция, способность открытой системы сохранять постоянство своего внутреннего состояния посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание динамического равновесия; Гомеостаз популяции — способность популяции поддерживать определённую численность своих особей длительное время)
- Синтетическая биология (термин, долго использовавшийся для описания подходов в биологии, стремящихся интегрировать различные области исследования для того, чтобы создать более целостный подход к пониманию концепции жизни; В последнее время термин используется в другом значении, сигнализируя о новой области исследования, которая объединяет науку и инженерию с целью проектирования и построения новых (несуществующих в природе) биологических функций и систем. Синтетическая биология — это новое направление генной инженерии. Развивается небольшой плеядой учёных. Главные цели следующие: Узнать о жизни больше, строя её из атомов и молекул, а не разбирая на части, как это делалось ранее. Сделать генную инженерию достойной её названия — превратить её из искусства в строгую дисциплину, которая непрерывно развивается, стандартизируя предыдущие искусственные создания и повторно комбинируя их, чтобы делать новые, более сложные живые системы, которых раньше не существовало в природе. Стереть границу между живым и машинами, чтобы прийти к действительно программируемым организмам);
- Системная биология (Направлена на изучение сложных взаимодействий в живых системах. Использует новый подход в биологии: холизм («философия целостности») вместо редукционизма (методологический принцип, согласно которому сложные явления могут быть полностью объяснены на основе законов, свойственных более простым). Основное внимание в системной биологии уделяется так называемым эмерджентным свойствам, то есть свойствам биологических систем, которые невозможно объяснить только с точки зрения свойств ее компонентов. Таким образом задачами системной биологии являются исследование и моделирование свойств сложных биологических систем, которые нельзя объяснить суммой свойств ее составляющих.
В компьютерной
науке
Компьютерная наука напрямую применяет
концепты кибернетики для управления
устройствами и анализа информации.
- Робототехника (прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем)
- Система поддержки принятия
решений (компьютерная автоматизированная система, целью которой является помощь людям, принимающим решение в сложных условиях для полного и объективного анализа предметной деятельности. СППР возникли в результате слияния управленческих информационных систем и систем управления базами данных.Для анализа и выработок предложений в СППР используются разные методы. Это могут быть: информационный поиск, интеллектуальный анализ данных, поиск знаний в базах данных, рассуждение на основе прецедентов, имитационное моделирование, эволюционные вычисления и генетические алгоритмы, нейронные сети, ситуационный анализ, когнитивное моделирование и др.)
- Клеточный автомат (набор клеток, образующих некоторую периодическую решетку с заданными правилами перехода, определяющими состояние клетки в следующий момент времени через состояние клеток, находящимися от нее на расстоянии не больше некоторого, в текущий момент времени. Как правило, рассматриваются автоматы, где состояние определяется самой клеткой и ближайшими соседями.)
- Симуляция (Симуляторы — имитаторы, механические или компьютерные, имитирующие управление каким-либо процессом, аппаратом или транспортным средством. Чаще всего сейчас слово «симулятор» используется применительно к компьютерным программам (обычно играм). С помощью компьютерно-механических симуляторов, абсолютно точно воспроизводящих интерьер кабины аппарата, тренируются пилоты, космонавты, машинисты высокоскоростных поездов. Симуляторы — программные и аппаратные средства, создающие впечатление действительности, отображая часть реальных явлений и свойств в виртуальной среде.)
В инженерии
- Кибернетика в инженерии используется, чтобы проанализировать отказы систем, в которых маленькие ошибки и недостатки могут привести к сбою всей системы
- Адаптивная система (Адаптивная система (самоприспосабливающаяся система) — система, автоматически изменяющая алгоритмы своего функционирования и (иногда) свою структуру с целью сохранения или достижения оптимального состояния при изменении внешних условий.) Примеры адаптивных систем: «Живые»: человек, семья, организация. Механические: системы контроля и управления (за счет механизма обратной связи). Компьютерные: роботы, искусственная нейронная сеть.
- Эргономика (наука о приспособлении должностных обязанностей, рабочих мест, оборудования и компьютерных программ для наиболее безопасного и эффективного труда работника, исходя из физических и психических особенностей человеческого организма.) Эргономика изучает действия человека в процессе работы, скорость освоения им новой <span class="dash0