2. Кибернетика и структурно-синтаксический аспект информации
Большая российская энциклопедия определяет кибернетику (от греч. kybernetike - искусство управления, от kybernao - правлю рулём, управляю) как науку об управлении, связи и переработке информации. Первым, кто применил термин «кибернетика» для управления в общем смысле, был, по-видимому, древнегреческий философ Платон. Однако реальное становление кибернетики как науки произошло много позже. Оно было предопределено развитием технических средств управления и преобразования информации. Ещё в средние века в Европе стали создавать так называемые андроиды - человекоподобные игрушки, представляющие собой механические, программно управляемые устройства. Первые промышленные регуляторы уровня воды в паровом котле и скорости вращения вала паровой машины были изобретены И. И. Ползуновым (Россия) и Дж. Уаттом (Англия) в 18 веке. Решающее значение для становления кибернетики имело создание в 40-х годах 20 столетия ЭВМ (Дж. фон Нейман). Оставалось только объединить весь полученный к этому времени материал и дать название новой науке. Этот шаг был сделан американским математиком Норбертом Винером, опубликовавшим в 1948 году свою знаменитую книгу "Кибернетика". Винер определил кибернетику как "науку об управлении и связи в животном, машине и обществе" [4].
Предметом исследования кибернетики являются общие закономерности процессов управления в природе и обществе. Основной объект исследования кибернетики – так называемые кибернетические системы, рассматриваемые абстрактно, вне зависимости от их материальной природы. В качестве примеров кибернетических систем можно привести автоматические регулирующие устройства в технике; электронно-вычислительные машины; человеческий мозг и другие. Каждая такая система представляет собой множество взаимосвязанных элементов, способных воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию, а также обмениваться ею.
Любую кибернетическую систему рассматривают как совокупность двух систем: объект управления и управляющая система. По принципу управления кибернетические системы бывают разомкнутые и замкнутые. Разомкнутая система (рисунок 1.4) может оказаться неспособной к управлению в случае перехода управляемого объекта в неустойчивое состояние.
Диктатор
Народ
Законы
Управляющая
система Объект
управления
Управляющие воздействия
Рис. 1.4. Схема разомкнутой системы управления
Важной составляющей процесса управления является обратная связь, обеспечивающая управляющую систему сигналами о состоянии объекта управления. Принцип замкнутой системы управления (рисунок 1.5), или принцип управления с обратной связью, лежит в основе действия большинства современных систем управления, а также сохраняется для всех систем – в живой природе, обществе и технике.
Дума
Народ
Законы
Управляющая
система Объект
управления
Управляющие воздействия
Обратная связь (выборы в Думу)
Рис. 1.5. Схема замкнутой системы управления
Оставаясь на позициях шенноновского подхода, кибернетика формулирует принцип единства информации и управления, который особенно важен для анализа сути процессов, протекающих в кибернетических системах. Кибернетика выявила некоторые общие законы информации и управления в самоуправляющихся системах. Сходство между этими системами в самом общем виде состоит в том, что все они, по словам Н. Винера, «в качестве одной из ступеней цикла своей работы имеют действие сенсорных рецепторов»; у всех их «внешние сигналы не применяются в чистом виде, а проходят через преобразующую силу аппаратов»; «информация затем преобразуется в новую форму, пригодную для дальнейших ступеней выполнения приказов, … имеющих своей целью оказание воздействия на внешний мир»; и, наконец, «их осуществленное воздействие на внешний мир, а не просто предполагаемое действие возвращается в центральный регулирующий аппарат» [4].
Кибернетика не останавливается на простой констатации общих законов информации и управления. Она вскрывает, синтезируя достижения теории информации, теории алгоритмов3 и теории управления, общие свойства информации и ее переработки в сложных динамических системах. Особенно важное значение имеет при этом установление кибернетикой замечательного свойства информации оставаться неизменной, хотя природа ее носителя, способы модуляции и кодирования могут изменяться в процессе передачи информации. Опираясь на абстрактную теорию алгоритмов, кибернетика любой реальный преобразователь информации рассматривает как прибор (автомат), реализующий некоторый алгоритм, представляющий систему правил преобразования информации. Теория алгоритмов дает возможность проникнуть в структуру соответствующих процессов, алгоритмически выразить самоизменение, самосовершенствование этих систем. В то же время эта теория не может не опираться при анализе сложных систем на результаты теории информации и теории управления.
Таким образом, кибернетический подход к информации с точки зрения ее единства с управлением выявляет и обобщает алгоритмический характер переработки, преобразования информации и тем самым обогащает понятие структурно-синтаксической информации. При анализе информационных процессов в самоуправляющихся и самоорганизующихся системах кибернетика не ограничивается использованием количественной меры информации, выдвинутой Шенноном. Уже такие простейшие количественные характеристики приема, передачи, хранения и переработки информации, как объем памяти, число операций в секунду, количество команд в программе и т.д. выходят за рамки величин статистического типа, которыми оперирует теория Шеннона. Специфика решаемых в этих случаях задач преобразования информации порождает необходимость алгоритмического подхода к оцениванию количества информации и нестатистических подходов вообще. Важно отметить, что кибернетика развивает не вообще алгоритмический подход к оцениванию количества информации, а логико-алгоритмический, для которого характерно широкое применение элементов математической логики при анализе и синтезе информационных устройств. С возникновением кибернетики все приложения логики к технике стали осуществляться в рамках ее идей и с помощью ее технических средств. Релейно-контактные схемы (область, в которой впервые была применена логика в технике) являются в настоящее время лишь одним из тех видов технических систем, к которым применяются методы логики. Говоря о приложениях логики в технике, невозможно не упомянуть о теории автоматов, теории логических сетей, теории нейронных сетей и т.д. Для всех этих применений характерно логико-алгоритмическое описание процессов управления и переработки информации в кибернетических устройствах. Единство логики и кибернетики лежит в основе кибернетического моделирования и уже на синтаксическом уровне вносит вклад в выявление природы информации как свойства самоорганизующихся и самоуправляющихся систем. Значение математической логики в развитии структурно-синтаксического аспекта понятия «информация» состоит в том, что она подвергла анализу логико-алгоритмическую сторону этого аспекта.