Сущность и проблемы кибернетики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Южно-Уральский государственный университет»

РЕФЕРАТ

на тему: Сущность и проблемы кибернетики

по дисциплине: Концепции современного естествознания

Автор работы: Э.С. Булдакова

Проверил: Н.М. Танклевская

Челябинск 2014

Введение

В естествознании первой половины нашего века ведущим направлением была физика. Начиная с 50-х годов, наряду с физикой, химией и биологией все возрастающее значение и влияние на развитие науки и всего уклада нашей жизни начала оказывать кибернетика. Кибернетика становится важнейшим фактором научно-технической революции на высших этапах ее развития. Кибернетика возникла на стыке многих областей знания математики, логики, семиотики, биологии и социологии. Обобщающий характер кибернетических идей и методов сближает науку об управлении, каковой является кибернетика, с философией.

Кибернетика - наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в технических, биологических и социальных системах. Она является одной из самых молодых и важных для современного человечества наук. Её основателем является американский математик Норберт Винер (1894-1964), выпустивший в 1948 году книгу «Кибернетика, или управление их связь в животном и машине». Своё название новая наука получила от древнегреческого слова «кибернетес», что в переводе означает «управляющий», «рулевой», «кормчий». Она возникла на стыке математики, теории информации, техники и нейрофизиологии, ее интересовал широкий класс, как живых, так и неживых систем.

Место кибернетики в современной науке можно определить внутри математики, аппаратом которой кибернетики пользуются для описания процессов регуляции. Н. Винер, создавая свою первую книгу о кибернетике, использовал простые математические формулы и доступные примеры из природы для описания кибернетических законов. После того, как кибернетика была принята учёными мира и стала исследоваться независимо от автора, Н. Винер, на правах первооткрывателя новой области знания, начал писать о роли кибернетики в жизни общества, и более конкретно, о роли автоматов в судьбе человеческого рода.

Кибернетика довольно быстро породила дочернюю науку, информатику, нужда в которой возникла в результате неудержимого роста потребности экономики в вычислительных машинах и такого же роста мощности последних. Современное понятие информации, к которому также был причастен Н. Винер, вошло в повседневность. Современное использование законов кибернетики сугубо прагматично и утилитарно, но начинается оно с изучения и освоения законов, описанных ещё Н. Винером.

Кибернетика - это фундаментальный труд, который описывает главные понятия и принципы управления информации. Изучением процессов управления в природе, обществе и технике и занимается наука кибернетика.

кибернетика управление технический социальный

1. 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.

Не смотря на то, что все рассмотренные мною проблемы кибернетики являются самодостаточными, по-своему важными и значимыми, мне, изучив данную тему, хотелось бы построить определенного образа схему, которая позволила бы обобщить все указанные и описанные проблемы, а также лучше понять их соотношение друг с другом. (Естественно стоить отметить то, что схема условна, это лично мой взгляд на рассматриваемую тему. Еще необходимо упомянуть и то, что список проблем кибернетики на этом не исчерпан, ведь они появляются постоянно, по мере развития и изучения данной науки)! В заключении мне хотелось бы отметить то, что в процессе изучения данной темы, мне удалось узнать и уяснить для себя бесчисленной множество проблем такой науки, как кибернетика, чье даже название ранее для меня было полной загадкой, непонятным термином. Я считаю, что проблемы данной науки актуальны в настоящее время, но их актуальность не исчерпается в ближайшие несколько десятилетий. Дело в том, что сегодня ведется процесс мировой компьютеризации общества, его сфер деятельности, жизни, а также не смолкают вопросы «роботики». Кибернетика, именно та наука, как мне кажется (но отмечу, что так считают и многие ученые, посвятившие себя деятельности по изучению ее проблем), за которой будущее!

2. Основные проблемы кибернетики

Проблемы кибернетики

Гносеологический анализ проблемы кибернетики вскрывает роль таких познавательных орудий, как категории, специфическая семиотическая система, логические структуры, ранее накопленное знание. Они обнаруживаются не посредством исследования физиологических или психологических механизмов познавательного процесса, а выявляются в знании, в его языковом выражении. Орудия познания, формирующиеся в конечном счете на основе практической деятельности, необход имы для любой системы, выполняющей функции абстрактного мышления, независимо от ее конкретного материального субстрата и структуры. Поэтому, чтобы создать систему, выполняющую функции абстрактного мышления, т. е. в конечном счете формирующую адекватные схемы внешних действий в существенно меняющихся средах, необходимо наделить такую систему этими орудиями.

Развитие систем кибернетики за последние десятилетия идет по этому пути. Однако степень продвижения в данном направлении в отношении каждого из указанных познавательных орудий неодинакова и в целом пока незначительна.

1. В наибольшей мере системы кибернетики используют формально-логические структуры, что обусловлено их неспецифичностью для мышления и в сущности алгоритмическим характером. Это дает возможность относительно легкой их технической реализации. Однако даже здесь кибернетике предстоит пройти большой путь. В системах искусственного интеллекта еще слабо используются модальная, императивная, вопросная и иные логики, которые функционируют в человеческом интеллекте и не менее необходимы для успешных познавательных процессов, чем давно освоенные логикой, а затем и кибернетикой формы вывода. Повышение “интеллектуального” уровня технических систем, безусловно, связано не только с расширением применяемых логических средств, но и с более интенсивным их использованием (для проверки информации на непротиворечивость, конструирования планов вычислений и т. д.).

2. Намного сложнее обстоит дело с семиотическими системами, без которых интеллект невозможен. Языки, используемые в ЭВМ, еще далеки от семиотических структур, которыми оперирует мышление1 .

Прежде всего, для решения ряда задач необходимо последовательное приближение семиотических систем, которыми наделяется ЭВМ, к естественному языку, точнее, к использованию его ограниченных фрагментов. В этом плане предпринимаются попытки наделить входные языки ЭВМ универсалиями языка, например полисемией (которая элиминируется при обработке в лингвистическом процессоре). Разработаны проблемно-ориентированные фрагменты естественных языков, достаточные для решения системой ряда практических задач. Наиболее важным итогом этой работы является создание семантических языков (и их формализация), в которых слова-символы имеют интерпретацию.

Однако многие универсалии естественных языков, необходимые для выполнения ими познавательных функций, в языках искусственного интеллекта пока реализованы слабо (например, открытость) или используются ограниченно (например, полисемия). Все большее воплощение в семиотических системах универсалий естественного языка, обусловленных его познавательной функцией, выступает одной из важнейших линий совершенствования систем кибернетики, особенно тех, в которых проблемная область заранее жестко не определена.

Современные системы искусственного интеллекта способны осуществлять перевод с одномерных языков на многомерные. В частности, они могут строить диаграммы, схемы, чертежи, графы, высвечивать на экранах кривые и т. д. ЭВМ производят и обратный перевод (описывают графики и тому подобное с помощью символов). Такого рода перевод является существенным элементом интеллектуальной деятельности. Но современные системы кибернетики пока не способны к непосредственному (без перевода на символический язык) использованию изображений или воспринимаемых сцен для “интеллектуальных” действий. Поиск путей глобального (а не локального) оперирования информацией составляет одну из важнейших перспективных задач теории кибернетики.

3. Воплощение в информационные массивы и программы систем кибернетики аналогов категорий находится пока в начальной стадии. Аналоги некоторых категорий (например, “целое”, “часть”, “общее”, “единичное”) используются в ряде систем представления знаний, в частности в качестве “базовых отношений”, в той мере, в какой это необходимо для тех или иных конкретных предметных или проблемных областей, с которыми взаимодействуют системы.

В формализованном понятийном аппарате некоторых систем представления знаний предприняты отдельные (теоретически существенные и практически важные) попытки выражения некоторых моментов содержания и других категорий (например, “причина”, “следствие”). Однако ряд категорий (например, “сущность”, “явление”) в языках систем представления знаний отсутствует. Проблема в целом разработчиками систем искусственного интеллекта в полной мере еще не осмыслена, и предстоит большая работа философов, логиков и кибернетиков по внедрению аналогов категорий в системы представления знаний и другие компоненты интеллектуальных систем. Это одно из перспективных направлений в развитии теории и практики кибернетики1 .

4. Современные системы кибернетики почти не имитируют сложную иерархическую структуру образа, что не позволяет им перестраивать проблемные ситуации, комбинировать локальные части сетей знаний в блоки, перестраивать эти блоки и т. д.

Не является совершенным и взаимодействие вновь поступающей информации с совокупным знанием, фиксированным в системах. В семантических сетях и фреймах пока недостаточно используются методы, благодаря которым интеллект человека легко пополняется новой информацией, находит нужные данные, перестраивает свою систему знаний и т. д.

5. Еще в меньшей мере современные системы кибернетики способны активно воздействовать на внешнюю среду, без чего не может; осуществляться самообучение и вообще совершенствование “интеллектуальной” деятельности1 .

Таким образом, хотя определенные шаги к воплощению гносеологических характеристик мышления в современных системах кибернетики сделаны, но в целом эти системы еще далеко не владеют комплексом гносеологических орудий, которыми располагает человек и которые необходимы для выполнения совокупности функций абстрактного мышления. Чем больше характеристики систем искусственного интеллекта будут приближены к гносеологическим характеристикам мышления человека, тем ближе будет их “интеллект” к интеллекту человека, точнее, тем выше будет их способность к комбинированию знаковых конструкций, воспринимаемых и интерпретируемых человеком в качестве решения задач и вообще воплощения мыслей.

В связи с этим возникает сложный вопрос. При анализе познавательного процесса гносеология абстрагируется от психофизиологических механизмов, посредством которых реализуется этот процесс. Но из этого не следует, что для построения систем кибернетики эти механизмы не имеют значения. Вообще говоря, не исключено, что механизмы, необходимые для воплощения неотъемлемых характеристик интеллектуальной системы, не могут быть реализованы в цифровых машинах или даже в любой технической системе, включающей в себя только компоненты неорганической природы. Иначе говоря, в принципе не исключено, что хотя мы можем познать все гносеологические закономерности, обеспечивающие выполнение человеком его познавательной функции, но их совокупность реализуема лишь в системе, субстратно - тождественной человеку.

Такой взгляд обосновывается X. Дрейфусом2 “Телесная организация человека, - пишет он, - позволяет ему выполнять... функции, для которых нет машинных программ - таковые не только еще не созданы, но даже не существуют в проекте... Эти функции включаются в общую способность человека к приобретению телесных умений и навыков. Благодаря этой фундаментальной способности наделенный телом субъект может существовать в окружающем его мире, не пытаясь решить невыполнимую задачу формализации всего и вся”.

Как отмечает Б. В. Бирюков, подчеркивание значения “телесной организации” для понимания особенностей психических процессов, в частности возможности восприятия, заслуживает внимания. Качественные различия в способности конкретных систем отражать мир тесно связаны с их структурой, которая хотя и обладает относительной самостоятельностью, но не может преодолеть некоторых рамок, заданных субстратом. В процессе биологической эволюции совершенствование свойства отражения происходило на основе усложнения нервной системы, т. е. субстрата отражения. Не исключается также, что различие субстратов ЭВМ и человека может обусловить фундаментальные различия в их способности к отражению, что ряд функций человеческого интеллекта в принципе недоступен таким машинам.

Иногда в философской литературе утверждается, что допущение возможности выполнения технической системой инт еллектуальных функций человека означает сведение высшего (биологического и социального) к низшему (к системам из неорганических компонентов) и, следовательно, противоречит материалистической диалектике. Однако в этом рассуждении не учитывается, что пути усложнения материи однозначно не предначертаны и не исключено, что общество имеет возможность создать из неорганических компонентов (абстрактно говоря, минуя химическую форму движения) системы не менее сложные и не менее способные к отражению, чем биологические. Созданные таким образом системы являлись бы компонентами общества, социальной формой движения. Следовательно, вопрос о возможности передачи интеллектуальных функций техническим системам, и в частности о возможности наделения их рассмотренными в работе гносеологическими орудиями, не может быть решен только исходя из философских соображений. Он должен быть подвергнут анализу на базе конкретных научных исследований.

X. Дрейфус подчеркивает, что ЭВМ оперирует информацией, которая не имеет значения, смысла. Поэтому для ЭВМ необходим перебор огромного числа вариантов. Телесная организация человека, его организма позволяет отличать значимое от незначимого для жизнедеятельности и вести поиск только в сфере первого. Для “нетелесной” ЭВМ, утверждает Дрейфус, это недоступно. Конечно, конкретный тип организации тела позволяет человеку ограничивать пространство возможного поиска. Это происходит уже на уровне анализаторной системы. Совсем иначе обстоит дело в ЭВМ. Когда в кибернетике ставится общая задача, например распознания образов, то эта задача переводится с чувственно-наглядного уровня на абстрактный. Тем самым снимаются ограничения, не осознаваемые человеком, но содержащиеся в его “теле”, в структуре органов чувств и организма в целом. Они игнорируются ЭВМ. Поэтому пространство поиска резко увеличивается. Это значит, что к “интеллекту” ЭВМ предъявляются более высокие требования (поиска в более обширном пространстве), чем к интеллекту человека, к которому приток информации ограничен физиологической структурой его тела.

Системы, обладающие психикой, отличаются от ЭВМ прежде всего тем, что им присущи биологические потребности, обусловленные их материальным, биохимическим субстратом. Отражение внешнего мира происходит сквозь призму этих потребностей, в чем выражается активность психической системы. ЭВМ не имеет потребностей, органически связанных с ее субстратом, для нее как таковой информация незначима, безразлична. Значимость, генетически заданная человеку, имеет два типа последствий. Первый-круг поиска сокращается, и тем самым облегчается решение задачи. Второй - нестираемые из памяти фундаментальные потребности организма обусловливают односторонность психической системы. Дрейфус пишет в связи с этим: “Если бы у нас на Земле очутился марсианин, ему, наверное, пришлось бы действовать в абсолютно незнакомой обстановке; задача сортировки релевантного и нерелевантного, существенного и несущественного, которая бы перед ним возникла, оказалась бы для него столь же неразрешимой, как и для цифровой машины, если, конечно, он не сумеет принять в расчет никаких человеческих устремлений”. С этим нельзя согласиться. Если “марсианин” имеет иную биологию, чем человек, то он имеет и иной фундаментальный слой неотъемлемых потребностей, и принять ему “человеческие устремления” значительно труднее, чем ЭВМ, которая может быть запрограммирована на любую цель1 .

Животное в принципе не может быть по отношению к этому фундаментальному слою перепрограммировано, хотя для некоторых целей оно может быть запрограммировано вновь посредством дрессировки. В этом (но только в этом) смысле потенциальные интеллектуальные возможности машины шире таких возможностей животных. У человека над фундаментальным слоем биологических потребностей надстраиваются социальные потребности, и информация для него не только биологически, но и социально значима. Человек универсален и с точки зрения потребностей и с точки зрения возможностей их удовлетворения. Однако эта универсальность присуща ему как социальному существу, производящему средства целесообразной деятельности, в том числе и системы искусственного интеллекта.

Таким образом, телесная организация не только дает дополнительные возможности, но и создает дополнительные трудности. Поэтому интеллекту человека важно иметь на вооружении системы, свободные от его собственных телесных и иных потребностей, пристрастий. Конечно, от таких систем неразумно требовать, чтобы они самостоятельно распознавали образы, классифицировали их по признакам, по которым это делает человек. Им цели необходимо задавать в явной форме.

Вместе с тем следует отметить, что технические системы могут иметь аналог телесной организации1 . Развитая кибернетическая система обладает рецепторными и эффекторными придатками. Начало развитию таких систем положили интегральные промышленные роботы, в которых ЭВМ в основном выполняет функцию памяти. В роботах третьего поколения ЭВМ выполняет и “интеллектуальные” функции. Их взаи модействие с миром призвано совершенствовать их “интеллект”. Такого рода роботы имеют “телесную организацию”, конструкция их рецепторов и эффекторов содержит определенные ограничения, сокращающие пространство, в котором, абстрактно говоря, могла бы совершать поиск цифровая машина.

Тем не менее, совершенствование систем кибернетики на базе цифровых машин может иметь границы, из-за которых переход к решению интеллектуальных задач более высокого порядка, требующих учета глобального характера переработки информации и ряда других гносеологических характеристик мышления, невозможен на дискретных машинах при сколь угодно совершенной программе. Это значит, что техническая (а не только биологическая) эволюция отра жающих систем оказывается связанной с изменением материального субстрата и конструкции этих систем. Такая эволюция, т. е. аппаратурное усовершенствование систем искусственного интеллекта, например, через более интенсивное использование аналоговых компонентов, гибридных систем, голографии и ряда других идей, будет иметь место. При этом не исключается использование физических процессов, протекающих в мозгу, и таких, которые психика в качестве своих механизмов не использует. Наряду с этим еще далеко не исчерпаны возможности совершенствования систем искусственного интеллекта путем использования в функционировании цифровых машин гносеологических характеристик мышления, о которых речь шла выше.

Подводя итог, поставим вопрос: к каким выводам, относящимся к кибернетике будущего и ее влиянию на нашу жизнь, он нас подводит? Как кажется, эти выводы можно сформулировать в следующих пяти пунктах.

Первое - Кибернетика, а потом синтетическая информатика-кибернетика прошла путь становления и развития, глубоко отличный от путей «обычных», «классических» наук. Ее идеи, формальный аппарат и технические решения вызревали и развивались в рамках разных научных дисциплин, в каждой по-особому; на определенных этапах динамики научного знания между ними перекидывались мосты, приводившие к концептуально-методологическим синтезам. Идеи управления и информации - как и весь связанный с ними арсенал понятий и методов -- были подняты до уровня общенаучных представлений.

Кибернетика явилась первым комплексным научным направлением, общность которого столь велика, что приближает его к философскому видению мира. Неудивительно, что вслед за ней «двинулся» системный подход, глобальное моделирование, синергетика и некоторые другие столь же широкие интеллектуальные и технологические концепции. Конечно, информационно-кибернетический подход не подменяет ни методологию, ни гносеологию. Но он очень важен для более глубокой разработки ряда существенных аспектов философского мышления.

Я думаю, что интегративно-синтетическая и генерализующе-обобщающая функция кибернетики-информатики будет возрастать -- по мере того, как будут множиться успехи в учете человеческого фактора, выступающего и как важнейшая компонента сложных систем, и как объект исследования. И здесь мы подходим к нашему следующему выводу.

Второе - Я думаю, что ближайшие десятилетия в рассматриваемой нами сфере пройдут под девизом «Человек!».

...Человек! Как много... и вместе с тем как досадно мало мы знаем о самих себе. Какие тайны, относящиеся к процессам управления, переработки информации, приобретения и использования знаний, какие глубинные механизмы, ответственные за человеческие чувства, переживания, волеизъявления, таятся в каждом из нас! Головной мозг, сложнейшая система нейродинамики, тончайшие процессы физиологической регуляции, загадки интуиции и лабиринты логики мысли, бездны нашего Я, в которые мы далеко не всегда можем (или смеем!) хоть как-то заглянуть, драма симпатий-антипатий в человеческих коллективах, великие чувства любви и долга, наши ценности и наши предрассудки, предпочтения и решения -- всего неизведанного и не перечислить! Но ведь, это, с определенных позиций, «подведомственно» кибернетике и информатике -- не им одним, конечно, и не им в первую очередь, но ведь -- и не в последнюю тоже. Информатика-кибернетика грядущего, освоив могучие средства физики и химии -- да, наверняка, и биологии -- внесет свой, только для нее возможный, вклад в то, что все чаще называют теперь философской антропологией. Главным в этом вкладе, по-видимому, будет выработка новых методов формализации человеческих знаний и информационно-кибернетическая их реализация -- приобретение, накопление, распространение, поиск, использование.

Третье - Следует ожидать коренного изменения во всей системе методов исследований и разработок, во внедрении их результатов, во всей методологии научной и - практической деятельности людей, в экономике и культуре. Грядет век информатики, или -- быть может, это неудачное выражение, но само его появление показательно -- эпоха «компьютерной культуры». Проявления этой культуры -- в виде диалога человека и ЭВМ различных классов, в форме работы пользователей с экспертными системами и базами знаний, в растущем использовании гибких автоматизированных производств и робототехнических систем, во все более широком обращении к мощным пространственно распределенным и даже глобальным сетям коммуникации, в экспансии бытовой и профессиональной информатики -- налицо уже сейчас. Каким он будет, этот век информатики? Мы не можем этого предвидеть: научно-технический прогресс трудно прогнозируем. Но одно, я думаю, не вызывает сомнений. Это:

Четвертое -- неизбежность определенных сдвигов в социально-психологической сфере. Работа с информационной техникой порождает новый психологический тип человека-творца, для которого компьютеры будущего (наверняка так же мало похожие на современные ЭВМ, как первые аэропланы -- на современные авиалайнеры) будут непосредственным продолжением и орудием его руки и мысли, продолжением столь сильным и столь тонким, что они окажутся в состоянии «усиливать не только вербализуемое, но и невербализуемое («неявное») знание, не только логику, но и интуицию. Вместе с техникой коммуникации, о характере которой мы сейчас можем лишь гадать, это приведет к новому, надо надеяться, более человечному, доверительному стилю общения между людьми, к такой производительности их трудовых усилий, о которой мы ныне не можем и мечтать. А вместе с тем -- к колоссальному обогащению внутреннего мира личности, обогащению, для которого техника информатики-кибернетики представит и средства, и время.

Пятое - и последнее, пожалуй, самое важное замечание. Смысл его в том, что достижения информационно-кибернетической науки и технологии, подобно силе атома двулики: могут служить как на пользу, так и во вред людям. Будем надеяться, что человеческие разум и добро, воплотившисьв реальные благие дела, восторжествуют; будем бороться за воплощение этой надежды! Залог успеха здесь мне видится в реализации лозунга нового мышления, органически связанного с глубокими преобразованиями, набирающими силу в нашем обществе, с осознанием приоритета общечеловеческих ценностей, с нарастанием тенденции гуманизации бытия на нашей планете. Кибернетика обязательно внесет свой - и немалый - вклад в упрочение нового мышления - нового видения мира.

Размещено на Allbest.ru