Когнитология

51

формальной и математической логики (Величковский Б. Когнитивная наука: Основы психологии познания).

Таблица 4. Основные атрибуты пяти системных метафор в

методологии Флада и Джексона (Flood R.L., Jackson M.C., 1991).

	Метафора	Атрибуты
	Машина	Стандартизированные	Эффективность
		части	Рациональный
		Рутинные операции	подход
		Повторяющиеся	Внутренний
		операции	контроль
		Цели предопределены	Замкнутая система
		Варианты действий
		заданы
	Организм	Потребности	Обратная связь
		Выживание	Саморегулирование
		Адаптапия	Пассивное
		Организация	управление
			Открытая система
	Мозг	Те же атрибуты, что и	Жизнеспособность
	(нейрокибернети-	для организма, а также:	Разделение целого
	ческая модель)	активное обучение	на части
		сбор информации
	Культура	Коалиция	Общий язык
		Сотрудничество	Мода
		Общепринятые цен-	Социальные
		ности	практики
		Нормы	История
	Политика	Конфликт	Распределение
		Принуждение	власти
		Доминирование	Карьера
		Дезинтеграция	Интересы

Кибернетика стала первым опытом широкого синтеза научных дисциплин в 20-м веке, прообразом современной когнитивной науки. Многое в кибернетике было подготовлено

52

работами не только математиков и физиков, но и философов, физиологов, психологов.

Появление кибернетики как самостоятельного научного направления относится к 1948 г., когда американский ученый, профессор математики Массачусетского технологического института Норберт Винер (1894—1964 гг.) опубликовал книгу «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине». В этой книге Винер обобщил закономерности, относящиеся к системам управления различной природы — биологическим, техническим и социальным. Вопросы управления в социальных системах были более подробно рассмотрены им в книге «Кибернетика и общество», опубликованной в 1954 г.

Кибернетика (от др.-греч. κυβερνητική — «искусство управления» — наука об общих закономерностях получения, хранения, передачи и преобразования информации в сложных управляющих системах, будь то машины, живые организмы или общество («Энциклопедия кибернетики» под ред. В. М.

Глушкова, т.1., Киев, 1974 — с. 440.).

Согласно другому определению кибернетики, предложенному в 1956 году Л. Куффиньялем (англ.), одним из пионеров кибернетики, кибернетика — это «искусство обеспечения эффективности действия» (Couffignal Louis, 1958).

Ещё одно определение предложено Льюисом Кауфманом (англ.): «Кибернетика — это исследование систем и процессов, которые взаимодействуют сами с собой и воспроизводят себя».

Современная кибернетика зарождалась как междисциплинарные исследования, объединяя области систем управления, теории электрических цепей, машиностроения, математического моделирования, математической логики, эволюционной биологии, неврологии, антропологии. Эти исследования появились в 1940 году, в основном, в трудах учёных на т. н. конференциях Мэйси (англ.).

Другие области исследований, повлиявшие на развитие кибернетики или оказавшиеся под её влиянием, — теория управления, теория игр, теория систем (математический эквивалент кибернетики), психология (особенно нейропсихология, бихевиоризм, познавательная психология) и философия.

53

В основе формирования кибернетики, как науки также были положены две исходные идеи (А.А.Крушанов, 2006):

1. Идея выделения процессов управления и сопутствующих им сетей связи как нового специфического предмета науки.

2. Идея существования наддисциплинарных закономерностей - “Винер не просто заметил внешнее сходство между животными и машинами. Если бы это было так, он не сделал бы ничего по-настоящему нового, так как линия преемственности такого рода аналогий прослеживается далеко назад через тех, кто уподоблял психику телефонной станции, до

Рис. 14. Норберт Винер (англ. Norbert Wiener; 26 ноября 1894, Колумбия, штат Миссури, США — 18 марта 1964, Стокгольм, Швеция) — американский учёный, выдающийся математик и философ, основоположник кибернетики и теории искусственного интеллекта.

Ламетри... и, конечно, далее до Декарта... Винер показал, что как животные, так и машины могут быть включены в новый и более обширный класс вещей” (Аптер М. 1970). Было констатировано, что кибернетика “вообще не относится ни к одной из существующих конкретных наук, изучающих строго определенные формы движения материи” (Моисеев В.Д., 1965). Кибернетика — обобщающая наука, исследующая биологические, технические и социальные системы. Однако предметом ее исследования служат не все вопросы структуры и поведения этих систем, а только те из них, которые связаны с процессами управления. Следовательно, являясь междисциплинарной наукой, кибернетика не претендует на

54

роль наддисциплинарной науки. Если, например, философия оперирует такими универсальными категориями, как материя, время, пространство, то кибернетика имеет дело непосредственно лишь с категорией информации, являющейся свойством особым образом организованной материи.

Управление реализуется не во всяких, а только в высокоорганизованных системах. «…Управление может быть определено как упорядочение системы, т.е. приведение её в соответствии с определенной объективной закономерностью, действующей в данной среде» (Новик Б.И., 1963). Реализуется управление с помощью информации в форме сигналов, и сигнальная форма информации непременная черта процессов управления. Непрерывная циркуляция сигнальной информации как между системой и средой, так и между элементами системы является одним из самых существенных признаков управления (Афанасьев В.Г., 1986).

В исследовании кибернетикой способов связи и моделей управления ей понадобилось еще одно понятие, которое было давно известно, но впервые получило фундаментальный статус в естествознании — понятие информации (с латинского — ознакомление) как меры организованности системы в противоположность понятию энтропии как меры неорганизованности.

Чтобы яснее стало значение информации, рассмотрим деятельность идеального существа, получившего название «демон Максвелла». Идею такого существа, нарушающего второе начало термодинамики, Максвелл изложил в «Теории теплоты», вышедшей в 1871 г.: «Когда частица со скоростью выше средней подходит к дверце из отделения А или частица со скоростью ниже средней подходит к дверце из отделения В, привратник открывает дверцу и частица проходит через отверстие; когда же частица со скоростью ниже средней подходит из отделения А или частица со скоростью выше средней подходит из отделения В, дверца закрывается. Таким образом, в отделении А их концентрация уменьшается. Это вызывает очевидное уменьшение энтропии, и если соединить оба отделения тепловым двигателем, мы как будто получим вечный двигатель второго рода».

55

Кибернетика выявляет зависимости между информацией и другими характеристиками систем. Работа «демона Максвелла» позволяет установить обратно пропорциональную зависимость между информацией и энтропией. С повышением энтропии уменьшается информация, и наоборот — понижение энтропии увеличивает информацию. Связь информации с энтропией свидетельствует и о связи информации с энергией.

Общее значение кибернетики заключается в следующих направлениях:

1.Философское значение, поскольку кибернетика дает новое представление о мире, основанное на роли связи, управления, информации, организованности, обратной связи и вероятности.

2.Социальное, поскольку кибернетика дает новое представление об обществе как организованном целом.

3.Общенаучное в трех смыслах: во-первых, потому что кибернетика дает общенаучные понятия, которые оказываются важными в других областях науки — понятия управления, сложнодинамической системы и тому подобное; во-вторых, потому что дает науке новые методы исследования: вероятностные, стохастические, моделирования на ЭВМ и т. д.; в-третьих, по тому что на основе функционального подхода «сигнал/от клик» кибернетика формирует гипотезы о внутреннем составе и строении систем, которые затем могут быть проверены в процессе содержательного исследования.

4.Методологическое, определяющееся тем, что изучение функционирования более простых технических систем используется для выдвижения гипотез о механизме работы качественно более сложных систем с целью познания происходящих в них процессов — воспроизводства жизни, обучения и так далее.

5.Наиболее известно техническое значение кибернетики — создание на основе кибернетических принципов ЭВМ, роботов, ПЭВМ, породившее тенденцию кибернетизации и информатизации не только научного познания, но и всех сфер жизни.

Кибернетика является междисциплинарной наукой. Она возникла на стыке математики, логики, семиотики, физиологии, биологии, социологии. Ей присущ анализ и выявление общих принципов и подходов в процессе научного познания. Наиболее

56

весомыми теориями, объединяемыми кибернетикой, можно назвать следующие:

Теория передачи сигналов Теория управления Теория автоматов Теория принятия решений Синергетика Теория алгоритмов

Распознавание образов Теория оптимального управления Теория обучающихся систем

В настоящее время сформировалась психологическая кибернетика — раздел биологической кибернетики, изучающий структурно-функциональную организацию взаимодействия различных анализаторных систем, сфер сознания и бессознательного в процессе формирования поведения, в процессе взаимодействия людей между собой, с техническими, экологическими, социальными системами.

Задачами и проблемами психологической кибернетики являются моделирование психических свойств, составляющих личность человека, включает решение специфических задач: построение моделей различной трудовой деятельности, моделей памяти, мышления, сознания и бессознательного. На этой базе могут быть созданы методы управления телом и мышлением человека в различных ситуациях (физический труд, научная деятельность, спорт, преподавание, йога и т. п.). Большой круг задач входит в решение проблемы моделирования взаимодействия человека с техническими системами (Википедия).

Кибернетика - наука о процессах управления в сложных динамических системах, основывающаяся на теоретическом фундаменте математики и логики (вообще на формальных языках), а также на применении вычислительной техники (компьютеров).

Основной метод кибернетики - метод моделирования систем и процессов управления.

Кибернетика как бы существует независимо от технических средств - компьютеров, занимающих по

57

отношению к ней такое же положение, как физические приборы по отношению к физике.

Кибернетика изучает, как в живом организме, в машине и в обществе осуществляется переработка информации, связанная с процессом управления.

Кибернетика изучает мышление человека, чтобы создавать алгоритмы, более или менее близко описывающие деятельность мозга - живой управляющей системы.

«Логик-теоретик», «Универсальный решатель задач»

General Problem Solver (GPS , буквально Общий Решатель задач) — компьютерная программа, созданная в 1959 году Гербертом Саймоном (Herbert Simon), Дж. Шоу (J.C. Shaw), и

Алленом Ньюэллом (Allen Newell), предназначена для работы в качестве универсальной машины для решения задач.

С помощью GPS можно решить, в принципе, любую символически формализованную задачу. Например: доказательство теорем , геометрические задачи и игра в шахматы . Она была основана на теоретической работе Саймона и Ньюэлла о логических машинах. GPS была первой компьютерной программой, которая разделила свои знания о задачах (правила, которые подавались на вход программы) от своей стратегии решения задач (общий решающий поисковый движок). Это было реализовано на низкоуровневом языке программирования IPL .

Теория информации и связи К. Э. Шеннона

Из многочисленных достижений и нововведений кибернетики в психологию проникли первоначально, пожалуй, только положения статистической теории связи, изложенной в доступной для психологов форме Шенноном и Уивером (Shannon & Weaver, 1949). Эта теория — она стала известна потом как теория информации — предлагала простой формальный аппарат для оценки количества информации, содержащейся в том или ином сообщении.

Понятие информации – одно из фундаментальных в современной науке. Наряду с такими понятиями, как вещество, энергия, пространство и время, оно составляет основу

58

современной научной картины мира. Информация – от латинского informatio – сведения, разъяснения, изложение.

Информация является неопределяемым понятием. Под словом информация понимают:

Сведения, обмениваемые между людьми, человеком и автоматом, автоматом и автоматом, обмен сигналами в растительном и животном мире, передача признаков от клетки к клетке, от организма к организму.

Под информацией понимают:

вфилософии - отраженное многообразие, возникающее

врезультате взаимодействия объектов;

вбыту - интересующие нас сведения об окружающем мире и протекающих в нём процессах, воспринимаемые и интерпретируемые человеком или специальными устройствами;

втехнике - сообщения в форме знаков или сигналов, хранимые, передаваемые и обрабатываемые с помощью технических средств;

втеории информации – не любые сведения, а лишь те, которые снимают полностью или уменьшают существующую до их получения неопределенность;

вдокументалистике – всё то, что так или иначе зафиксировано в знаковой форме в виде документов.

вкибернетике (теории управления) – ту часть знаний, которая используется для ориентирования, активного действия, управления, то есть в целях сохранения, совершенствования, развития системы;

всемантической теории (смысл сообщения) – сведения, обладающие новизной;

винформатике информацию рассматривают как продукт взаимодействия данных и методов для их обработки, адекватных решаемой задаче.

Процесс, происходящий при установлении связи между

источником (генератором) и её получателем (приемником), называется информационным процессом.

«Математическая теория связи» (англ. A Mathematical Theory of Communication) — статья, опубликованная Клодом Шенноном в 1948 году в реферативном журнале американской телефонной компании «Bell System» (Shannon C. E., 1948)

59

сделавшая его всемирно известным. Содержа в себе большое количество инновационных и плодотворных идей, эта работа инициировала многие научные исследования по всему миру, продолжающиеся по сей день, положив начало развитию методов обработки передачи и хранения информации (Википедия).

Основные положения «Математическая теория связи»

К. Э. Шеннона:

1. «Вводится логарифмическая функция как мера информации, и показывается её удобство:

Она удобна практически. Параметры, важные в инженерных приложениях — такие, как время, пропускная способность, число переключателей и так далее — обычно меняются линейно при логарифмическом изменении числа возможных вариантов. К примеру, добавление одного переключателя удваивает число возможных состояний их группы, увеличивая на единицу его логарифм по основанию 2. Увеличение в два раза времени приводит к квадратичному росту числа сообщений, или удвоению их логарифма, и так далее.

2.Она близка к нашему интуитивному представлению о такой мере. Это тесно связано с предыдущим пунктом, так как мы интуитивно измеряем величины, линейно сравнивая их со стандартами. Так, нам кажется, что на двух перфокартах можно разместить в два раза больше информации, а по двум одинаковым каналам — передать её в два раза больше.

3.Она удобна математически. Многие предельные переходы просты в логарифмах, в то время как в терминах числа вариантов они достаточно нетривиальны (Шеннон, 1963,

с. 243—322.).

Выбор основания логарифмов соответствует выбору единицы измерения информации. Единицы измерении, получающиеся при использовании основания два, могут быть названы двоичными единицами или сокращенно битами (слова предложенное Тьюки)» (Shannon C. E., 1948)

60

Рис. 15. Шеннон (Shannon) Клод Элвуд (р. 30.4.1916,

Гейлорд, шт. Мичиган, США), американский ученый и инженер. Основные труды по алгебре логики, теории релейноконтактных схем, математической теории связи, информации и кибернетике (Большая советская энциклопедия).

В результате появилось два понятия — «теория информации» и «теория передачи информации». Первая определяет такие фундаментальные понятия, как «количество информации», и применяется для решения самых разнообразных проблем различных разделов науки. Вторая — уже своим названием отражает адекватную сферу применения её идей (Добрушин Р. Л. , Цыбаков Б. С., 1976).

С развитием теории передачи информации стали сталкиваться с проблемой поиска надежных методов кодирования и декодирования. Это привело к появлению нового большого раздела теории передачи информации — теории кодирования. Мы знаем, что во-первых из шенноновской теории информации следовал тот важный вывод, что построение слишком хороших каналов является расточительством; экономически выгоднее использовать кодирование. Во вторых, из-за того, что основная теорема кодирования Шеннона не конструктивна, то есть она лишь доказывает существование оптимального помехоустойчивого