(выдержки из книги)

Кибернетика занимается всеми формами поведения постольку, поскольку они являются регулярными, или детерминированными, или воспроизводимыми.
Теория информации играет большую роль в проблемах кибернетики, так как теория информации характеризуется по существу тем, что она всегда имеет дело с некоторым множеством возможностей; как ее исходные данные, так и ее окончательные выводы относятся всегда к множеству как таковому, а не к какому-либо отдельному элементу в нем.
Часто не имеет значения даже замкнутость или открытость системы в энергетическом отношении - важна лишь та степень, в которой система подчиняется детерминирующим и управляющим факторам. Никакая информация, или сигнал, или детерминирующий фактор не могут пройти из одной части системы в другую, не будучи отмечены как значимое событие .
То, что испытывает действие, называется операндом . Действующий фактор называется оператором . То, во что превратился операнд, называется образом . Происходящее при этом изменение называется переходом . Переход определяется двумя состояниями. Множество переходов для некоторого множества операндов есть преобразование . Преобразование относится к тому, что происходит, а не к тому, почему это происходит. Преобразование однозначно , если оно обращает каждый операнд только в один образ.
Детерминированная машина определяется как машина, которая ведет себя так же как замкнутое однозначное преобразование. Детерминированные системы в своем изменении следуют регулярным и воспроизводимым путям.
Под состоянием системы понимается точно определенное условие или свойство, которое может быть опознано, если повторится снова. Каждая система, естественно, имеет много возможных состояний. То обстоятельство, что детерминированная машина из одного состояния не может перейти сразу в два других состояния, соответствует требованию однозначности преобразования.
Каждая машина или динамическая система имеет много различимых состояний. Если это - детерминированная машина, то фиксация влияющих на нее условий и состояний, в которых она находится, определит, т.е. сделает единственным, следующее состояние, в которое она перейдет. Эти переходы состояний соответствуют переходам операндов при преобразовании.
Преобразование, представляющее машину, должно быть замкнутым. Если дано замкнутое однозначное преобразование, а также некоторое начальное состояние, то траектория, начинающаяся из этого состояния, является вполне определенной (т.е. однозначной) и может быть вычислена.
Каждый материальный объект содержит не менее чем бесконечное число переменных и, следовательно, не менее чем бесконечное число возможных систем . Нам необходимо выбрать и изучить лишь факты, представляющие для нас интерес с точки зрения определенной, заранее указанной цели. Истина состоит в том, что в окружающем нас мире лишь некоторые множества фактов могут давать замкнутые однозначные преобразования. Обнаружить такие множества иногда легко, иногда трудно. Обычно обнаружение таких множеств связано с другим методом определения системы - с методом перечисления переменных, которые должны приниматься в расчет .
Система означает не вещь, а перечень переменных, обеспечивающих однозначность преобразования.
Реальная машина, поведение которой может быть представлено некоторым множеством замкнутых однозначных преобразований, называется преобразователем или машиной со входом . Ее входом является изменяемый параметр . Изменение параметров (или входа) воздействует на поведение машины (преобразователя).
Переходный процесс определяется как последовательность состояний, проходимую преобразователем при постоянных условиях до того, как она начинает повторяться.
Две и более машины можно соединить в одну новую машину. Если машины должны сохранять свою индивидуальную природу после соединения в одно целое, то соединять между собой можно только входы и выходы, не затрагивая остальных частей.
Если действие между частями динамической системы имеет круговой характер, то в ней имеется обратная связь . Там, где имеются только две части, соединенные так, что каждая из них воздействует на другую, свойства обратной связи дают важную и полезную информацию о свойствах целого. Но если число частей возрастает хотя бы до четырех и каждая часть воздействует на три остальные части, то через них можно провести двадцать замкнутых петель, однако знание свойств всех этих двадцати петель еще не дает полной информации о системе. Такие сложные системы не могут рассматриваться как переплетающееся множество более или менее независимых петель обратной связи - их можно рассматривать лишь как целое.
Через все значения слова "устойчивость " проходит основная идея "инвариантности ". Она состоит в том, что хотя система в целом претерпевает последовательные изменения, некоторые ее свойства (инварианты ) сохраняются неизменными.
Состояние равновесия - состояние, не изменяемое преобразованием. Циклом называется такая последовательность состояний, что повторные применения преобразования заставляют состояния поворять эту последовательность. Обычно динамическая система, изменяющаяся непрерывно, практически все время подвергается небольшим возмущениям. Состояния равновесия могут быть устойчивыми, безразличными и неустойчивыми . Может оказаться необходимым исключить многие из них, чтобы свести систему к множеству состояний, имеющих реальные шансы на сохранение. Часто система считается устойчивой в предположении, что возмущения лежат внутри определенной области.
Устойчивость обычно считается желательной, ибо наличие ее позволяет сочетать некоторую гибкость и активность действия с некоторым постоянством. Тем не менее устойчивость не всегда хороша, ибо система может упорствовать в возвращении к такому состоянию, которое по другим причинам считается нежелательным.
Две машины связаны "гомоморфизмом ", когда однозначное лишь в одну сторону преобразование, приложенное к более сложной машине, может свести ее к форме, которая будет изоморфна более простой машине. Таким образом, две машины гомоморфны , если они становятся одинаковыми (изоморфными) при упрощении одной из них, т.е. при наблюдении ее с неполным различением состояний.
Не существует такой вещи, как (единственное) поведение очень большой системы, взятое само по себе, независимо от данного наблюдателя. Ибо сколько наблюдателей, столько подмашин и столько же картин поведения, которые могут разниться вплоть до несовместимости в одной системе. Наука занимается непосредственно не открытием того, какова система "в действительности", но согласованием открытий различных наблюдателей, каждое из которых является лишь частью или аспектом всей истины.
Мы фактически всю нашу жизнь оперируем с "черными ящиками ", теория которых есть просто теория реальных объектов или систем, в которой уделяется особое внимание вопросу о взаимосвязи объекта и наблюдателя, вопросу о том, какая информация исходит от объекта и как она получается наблюдателем. Таким образом, теория "черного ящика" есть попросту изучение отношения между экспериментатором и окружающей его средой, когда особое внимание уделяется потоку информации . Изучение реального мира сводится к изучению преобразователей.
Эмерджентные свойства - свойства, которые не могут быть предсказаны на основе знания частей и способа их соединения. Когда знание частей целого полно, предсказание поведения целого тоже может быть полным и никакие свойства сверх предсказанных не могут внезапно возникнуть (эмерджировать). Часто, однако, наше знание по различным причинам не является полным. Тогда предсказание должно делаться на основе неполного знания и может оказаться ошибочным. Например, может случиться, что единственным способом предсказания будет простая экстраполяция - предсказание, что целое также будет иметь одинаковую характеристику, присущую частям. Иногда такая экстраполяция оправдывается. Но часто этот метод оказывается неудачным. И тогда мы можем, если хотим, назвать новое свойство "эмерджентным". Когда система становится большой и различие в размерах между частью и целым делается значительным, часто действительно случается, что свойства целого сильно отличаются от свойств частей.
Важный раздел теории "черного ящика" занимается выяснением тех особенностей, которые возникают, когда наблюдатель может наблюдать лишь некоторые компоненты всего состояния. Коль скоро некоторые из переменных становятся ненаблюдаемыми, "система", представленная оставшимися переменными, может обнаруживать замечательные и даже чудесные свойства. Если детерминированная система наблюдаема лишь частично и потому становится непредсказуемой, то наблюдатель может оказаться способным восстановить предсказуемость, приняв во внимание прошлую историю системы, т.е. допустив существование в ней некоторого рода "памяти". Таким образом, наличие "памяти" не является вполне объективным свойством системы. Это свойство есть отношение между системой и наблюдателем и изменяется с изменением канала связи между ними. Обращение к "памяти" в системе как к объяснению поведения системы равносильно признанию невозможности наблюдать систему полностью. Свойства "памяти" являются свойствами не простой "вещи", а более тонкого понятия - "кодирования".
Высказывание о некотором множестве может быть как истинно, так и ложно в применении к элементам множества. Акт "связи " необходимо предполагает наличие множества возможностей , т.е. более чем одной возможности. Передача и хранение информации существенно связаны с наличием некоторого множества возможностей. Информация, передаваемая отдельным сообщением, зависит от того множества, из которого оно выбрано. Передаваемая информация не является внутренним свойством индивидуального сообщения .
Термин разнообразие в применении к множеству различимых элементов употребляется в двух смыслах: 1) как число различных элементов; 2) как логарифм этого числа по основанию 2. В логарифмической форме единица разнообразия называется "бит". Так, разнообразие полов равно 1 биту. Разнообразие множества векторов не может превышать суммы разнообразий их составляющих (в логарифмической мере). Составляющие вектора независимы , если разнообразие данного множества векторов равняется сумме логарифмических разнообразий отдельных составляющих. Разнообразие множества не является его внутренним свойством: бывает, что для точного определения разнообразия нужно указать наблюдателя и его способность различения.
Существование любого инварианта в некотором множестве явлений подразумевает наличие ограничения разнообразия . Так как любой закон природы подразумевает наличие некоторого инварианта, то всякий закон природы есть ограничение разнообразия . Мир без ограничений разнообразия был бы полностью хаотическим. Тот факт, что нечто предсказуемо , подразумевает наличие ограничения разнообразия. Обычным и весьма мощным ограничением разнообразия является непрерывность. Непрерывная функция может переходить за каждый шаг только в соседнее значение. Если преобразование приводит к слиянию двух состояний в одно, разнообразие уменьшается. При кодировании посредством взаимно однозначного преобразования разнообразие не изменяется, что позволяет однозначно восстанавливать первоначальные формы.
Количество разнообразия, которое может передавать преобразователь, пропорционально произведению его пропускной способности в битах на число сделанных шагов. Действуя достаточно долго, любой преобразователь может передать любое количество разнообразия. Причиной этого является то, что выход, если брать его шаг за шагом как последовательность, образует вектор, а разнообразие вектора может превышать разнообразие одной из его составляющих. Таким образом, сокращение пропускной способности канала можно компенсировать увеличением длины последовательности.
Рассмотрим случай, в котором каждый операнд, вместо того чтобы преобразовываться в определенное новое состояние, может перейти в одно из ряда возможных состояний, причем выбор конкретного состояния осуществляется некоторым способом или процессом, придающим каждому состоянию постоянную вероятность стать образом. Именно неизменность вероятности и обеспечивает ту закономерность или упорядоченность, на которой могут основываться точные высказывания. Такое преобразование, и особенно множество траекторий, которое оно может произвести, называют стохастическим , чтобы отличить его от однозначного и детерминированного преобразования.
Такая последовательность состояний, в которой для различных длинных интервалов вероятность каждого перехода одинакова, называется цепью Маркова . Это значит, что вероятность каждого перехода должна зависеть только от состояния, в котором находится система, а не от состояний, в которых она находилась раньше. Множество векторов, не обнаруживающее ограничения разнообразия, соответствует цепи Маркова, в которой на каждом этапе все переходы равновероятны.
Устойчивая область марковской машины есть множество таких состояний, что представляющая точка, войдя в одно из этих состояний, уже не сможет покинуть это множество. Состояние равновесия есть просто устойчивая область, сократившаяся до единственного состояния. Вблизи состояния равновесия система ведет себя так, как если бы она "стремилась к цели", которой является состояние равновесия. Однако в марковском случае система не движется к цели твердо и определенно, а как бы неопределенно блуждает среди различных состояний, постоянно переходя в новое состояние, если только старое не было состоянием равновесия, и столь же постоянно останавливаясь, если ей случится попасть в состояние равновесия. Движение марковской машины к состоянию равновесия обнаруживает объективные свойства метода достижения успеха посредством проб и ошибок . При соединении двух машин целое может находиться в состоянии равновесия только тогда, когда каждая часть сама находится в состоянии равновесия в условиях, определяемых другой частью.
Информация не может передаваться в большем количестве, чем это позволяет количество разнообразия. Шеннон ввел меру количества разнообразия, обнаруживаемого на каждом шаге цепью Маркова. Эта мера называется энтропией множества вероятностей. Она имеет максимальное значение для данного множества вероятностей, в сумме равных 1, когда все вероятности равны. Энтропия некоторого участка цепи Маркова пропорциональна его длине. Информация рассматривается как то, что устраняет неопределенность, она измеряется количеством неопределенности, которую она устраняет.
Теорема Шеннона о передаче информации при наличии шумов : если при передаче сообщений по некоторому каналу каждое сообщение имеет определенную вероятность случайного изменения, то избыток пропускной способности канала может свести ошибки до любого желаемого уровня.
Понятия "выживание " и "устойчивость " тождественны, они могут быть приведены в точное соответствие. Некоторые состояния, соответствующие живому организму, являются теми состояниями, при которых определенные существенные переменные остаются внутри заданных границ.
Существенной функцией регулятора является то, что он блокирует поток разнообразия от возмущений к существенным переменным и тем самым уменьшает передаваемое разнообразие. Только разнообразие в регуляторе может уменьшить разнообразие от возмущений.
Значительная часть некоторой деятельности допускает двоякое рассмотрение. С одной стороны, наблюдатель может отмечать, что фактически происходит значительное движение и изменение; а с другой стороны, что во всей этой деятельности, поскольку она координирована и гомеостатична, сохраняются определенные инварианты, показывающие степень осуществляемого регулирования.
Прежде чем можно будет осуществить или даже говорить о каком-то регулировании, мы должны знать, что здесь существенно (набор существенных переменных) и что требуется (множество допустимых состояний). Регулирование будет неполным (несовершенным), когда регулятор, рассматриваемый как канал для передачи разнообразия или информации, обладает пропускной способностью, которая в силу закона необходимого разнообразия оказывается недостаточной для сведения поступающего (возмущающего) разнообразия к разнообразию допустимых состояний.
Во многих случаях предупреждающее регулирование невозможно, т.е. регулятор не может завершить свое действие до того, как начнет определяться исход. Иногда информация, поступающая в регулятор, должна проходить более длинный путь, так что регулятор испытывает влияние только осуществившегося уже воздействия на объект регулирования. В этом случае получаем простую следящую систему, управляемую ошибками , или регулятор с замкнутой петлей , с обратной связью . Основным свойством регулятора, управляемого ошибками, является то, что он не может быть совершенным. Во многих случаях системы обнаруживают непрерывность, так что состояния существенных переменных распределяются вдоль некоторой шкалы нежелательности. Своевременное возвращение по этой шкале с полпути может с основанием быть названо "регулировочным". Таким образом, наличие непрерывности делает возможным регулирование, хотя и неполное, но представляющее огромное практическое значение. Допускаются небольшие ошибки, а затем, передавая свою информацию в регулятор, они делают возможным регулирование, предотвращающее более серьезные ошибки.
Продвижение отдельной марковской машины к состоянию равновесия значительно менее упорядочено, чем продвижение детерминированной машины, и потому марковский тип мало используется в технических регуляторах. Марковская машина, как и детерминированная, может использоваться в качестве средства управления, при этом она имеет тот недостаток, что ее траектория неопределенна, но зато имеет то преимущество, что ее легко проектировать.
Основным источником трудностей регулирования большой системы является разнообразие возмущений , против которых направлено регулирование. Когда система очень велика, а регулятор гораздо меньше ее, закон необходимого разнообразия играет основную роль. Значение этого закона состоит в том, что когда пропускная способность регулятора фиксирована, он ставит абсолютный предел количеству регулирования (или управления), которое может осуществлять регулятор, независимо от его внутреннего устройства. Р.Фишер показал, что информация, которую можно извлечь из имеющихся данных, имеет максимум и что задача каждого статистика - лишь приближаться к этому максимуму.
Когда система очень велика, различие между источником воздействий и системой, определяющей исход, может быть несколько неопределенным в том смысле, что границу между ними можно проводить различными равноценными способами. Однако произвольно или нет, но какая-то граница всегда должна быть проведена, по крайней мере в практической научной работе, ибо в противном случае нельзя будет сделать никакого определенного высказывания.

В настоящей книге, написанной известным английским специалистом в области кибернетики Уильямом Россом Эшби, излагаются основные понятия кибернетики - "науки об управлении и связи в животном и машине". Автор обсуждает возможность широкого применения идей кибернетики в самых различных областях человеческой деятельности. Книга начинается с разъяснения общих, легкодоступных понятий, и шаг за шагом автор показывает, каким образом эти понятия могут быть уточнены и развиты, пока они не приведут к таким вопросам кибернетики, как обратная связь, устойчивость, регулирование, кодирование и т.д. Изложение сопровождается большим числом специально подобранных примеров и упражнений, не требуя от читателя знаний сверх элементарной алгебры.

Книга рассчитана как на специалистов в области прикладной математики, информатики и кибернетики, так и на представителей других наук, интересующихся кибернетикой и желающих применять ее методы и аппарат в своей специальности. Читать онлайн или скачать книгу «Введение в кибернетику» в fb2, автор которой Уильям Росс Эшби. Книга издана в 2015 году, принадлежит жанру «Компьютерная литература» и выпускается издательством Ленанд, Едиториал УРСС.

- (теория систем) научная и методологическая концепция исследования объектов, представляющих собой системы. Она тесно связана с системным подходом и является конкретизацией его принципов и методов. Первый вариант общей теории систем был… … Википедия

КИБЕРНЕТИКА - (от греч. kybernetike – искусство управления) – наука о самоуправляющихся машинах, в частности о машинах с электронным управлением («электронный мозг»). Кибернетика получила самое широкое распространение в последней трети 20 в. и сейчас… … Философская энциклопедия

Большая система - управляемая система, рассматриваемая как совокупность взаимосвязанных управляемых подсистем, объединённых общей целью функционирования. Примерами Б. с. могут служить: энергосистема, включающая природные источники энергии (реки,… …

КОЛМОГОРОВ - Андрей Николаевич [р. 12 (25) апр. 1903] – сов. математик, акад. (с 1939), проф. Моск. ун та (с 1931). Лауреат Гос. премии СССР (1941). Член ряда иностр. науч. учреждений. Исследования К. оказали значит. влияние на развитие множеств теории,… … Философская энциклопедия

МОДЕЛЬ - (франц. modele, от лат. modulus мера, образец, норма), в логике и методологии науки аналог (схема, структура, знаковая система) определ. фрагмента природной или социальной реальности, порождения человеч. культуры, концептуально теоретич.… … Философская энциклопедия

Кибернетик - Кибернетика (от греч. kybernetike «искусство управления», от греч. kybernao «правлю рулём, управляю», от греч. Κυβερνήτης «кормчий») наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в машинах, живых организмах и… … Википедия

Кибернетика - (от др. греч. κυβερνητική «искусство управления») наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в различных системах, будь то машины, живые организмы или общество. Содержание 1 Обзор … Википедия

КИБЕРНЕТИКА - наука об управлении, связи и переработке информации (буквально искусство управления рулем). Первым, кто употребил этот термин для управления в общем смысле, был, по видимому, древнегреческий философ Платон. А. М. Ампер (А. М. Ampere, 1834)… … Математическая энциклопедия

Кибернетика Большая советская энциклопедия

Кибернетика - I Кибернетика (от греч. kybernetike искусство управления, от kybernáo правлю рулём, управляю) наука об управлении, связи и переработке информации (См. Информация). Предмет кибернетики. Основным объектом исследования в К. являются … Большая советская энциклопедия

МОДЕЛИРОВАНИЕ - метод исследования объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей реально существующих предметов и явлений (органич. и неорганич. систем, инженерных устройств, разнообразных процессов физических, химических, биологических … Философская энциклопедия

Предисловие к русскому изданию
Предисловие автора
Глава 1. Новое
Особенности кибернетики
Применения кибернетики
Сложная система
Часть I. Механизм
Глава 2. Изменения
Преобразования
Повторные изменения
Глава 3. Детерминированные машины
Векторы
Глава 4. Машины со входом
Соединение систем
Обратная связь
Независимость внутри целого
Очень большая система
Глава 5. Устойчивость
Возмущения
Равновесие в части и в целом
Глава 6. Черный ящик
Изоморфные машины
Гомоморфные машины
Очень большой "ящик"
Неполностью наблюдаемый "ящик"
Часть II. Разнообразие
Глава 7. Количество разнообразия
Разнообразие
Ограничения разнообразия
Значение ограничений разнообразия
Разнообразие в машинах
Глава 8. Передача разнообразия
Обращение кодированного сообщения
Передача от системы к системе
Глава 9. Непрекращающаяся передача
Цепь Маркова
Энтропия
Шумы
Часть III. Регулирование и управление
Глава 10. Регулирование в биологических системах
Выживание
Оглавление
Глава 11. Необходимое разнообразие
Закон необходимого разнообразия
Управление
Некоторые вариации темы
Глава 12. Регулятор, управляемый ошибками
Марковская машина
Марковское регулирование
Детерминированное регулирование
Усилитель мощности
Игры и стратегии
Глава 13. Регулирование очень большой системы
Повторяющиеся возмущения
Проектирование регулятора
Количество выбора
Выбор и машины
Глава 14. Усиление регулирования
Что такое усилитель?
Регулирование и выбор
Усиление в мозгу
Усиление умственных способностей
Приложение I
Приложение II
Литература
Литература, добавленная при переводе
Ответы к упражнениям
Алфавитный указатель

С давних пор известны аналогии между:

а) сознательной целесообразной деятельностью человека;

б) работой созданных человеком машин;

в) различнейшими видами деятельности живых организмов, которые воспринимаются как целесообразные, несмотря на отсутствие управляющего ими сознания.

Человеческая мысль искала веками объяснения этих аналогий как на путях положительного знания, так и на путях религиозных и философских спекуляций. Твердая основа для научного их изучения и рационального философского уяснения была создана, когда:

1) Дарвин предложил последовательно разработанную теорию естественного происхождения целесообразного устройства живых организмов и, в частности, происхождения сложного аппарата, позволяющего живым организмам передавать свое целесообразное устройство по наследству потомкам;

2) Павлов установил возможность объективного изучения поведения животных и человека и регулирующих это поведение мозговых процессов без всяких субъективных гипотез, выраженных в психологических терминах.

В течение последних десятилетий быстрое развитие техники связи (радио, телевидение), автоматики и вычислительной техники привело к значительному расширению самого фактического материала для сопоставлений работы машин с деятельностью живых организмов и с сознательной деятельностью человека. При этом в мышление инженеров все более стало проникать использование аналогий между работой создаваемых ими машин и работой человеческого сознания. Например, средства связи воспринимают "информацию" и передают ее точно или с "ошибками"; на автоматы возлагается задача следовать той или иной "стратегии" или "тактике" и даже "обучаться" у противника усвоенной им тактике, с тем чтобы выработать целесообразную ответную тактику; вычислительные машины имеют "запоминающие устройства" ("память"); программирующие машины сами "разрабатывают программу " сложных вычислений, пользуясь более или менее совершенной "логикой", и т.д. В этой практике инженеров трудно усмотреть какую-либо философски окрашенную преднамеренность: просто указанные аналогии слишком естественны и явным образом помогают инженерам думать и изобретать.

Вполне понятно, что "целесообразная" работа машин не имеет никакой самостоятельности и является лишь техническим придатком к целесообразной деятельности человека. Однако богатый опыт, накопленный при конструировании автоматов и вычислительных машин, в настоящее время уже представляет большой интерес в качестве запаса моделей, помогающих представить себе возможные естественные управляющие и регулирующие механизмы. Процессы формирования условных рефлексов успешно изучаются при помощи моделирующих эти процессы машин. Существенно опираются на аналогии со сложными электронными машинами современные работы, анализирующие деятельность мозга. В современных работах по теории наследственности значительное применение находят представления о способах "кодирования " информации, разработанные в технической теории связи.

Для понимания причин возникновения новой науки -- кибернетики -- более существенно другое следствие новейшего развития указанных выше разделов техники. Их развитие не только дает новый материал для философского анализа понятий "управления", "регулирования", "целесообразности" в применении к машинам и живым организмам, но, кроме того, привело к возникновению некоторых вспомогательных специальных дисциплин нефилософского характера.

Эти дисциплины возникли непосредственно из практических потребностей под названиями "теория информации ", "теория алгоритмов", "теория автоматов". Конкретные результаты, полученные в их пределах, сейчас уже довольно многочисленны. Например, они позволяют: 1) оценить "количество информации", которое может быть надежно передано данным передающим устройством или сохранено данным запоминающим устройством; 2) оценить наименьшее количество простых звеньев с заданной схемой действия, которое необходимо, чтобы из них могло быть составлено управляющее устройство, выполняющее те или иные заданные функции. В обоих примерах результаты выражаются некоторыми математическими формулами, применимы же эти результаты совершенно одинаково и при конструировании машин, и при анализе деятельности живых организмов.

Заслугой Н.Винера является установление того факта, что совокупность этих дисциплин (в создании некоторых из них Винер принимал значительное участие) естественно объединяется в новую науку с достаточно определенным собственным предметом исследования. Сейчас уже поздно спорить о степени удачи Винера, когда он в своей известной книге в 1948 году выбрал для новой науки название "кибернетика". Это название достаточно установилось и воспринимается как новый термин, мало связанный со своей греческой этимологией. Кибернетика занимается изучением систем любой природы, способных воспринимать, хранить и перерабатывать информацию и использовать ее для управления и регулирования. При этом кибернетика широко пользуется математическим методом и стремится к получению конкретных специальных результатов, позволяющих как анализировать такого рода системы (восстанавливать их устройство на основании опыта обращения с ними), так и синтезировать их (рассчитывать схемы систем, способных осуществлять заданные действия), Благодаря этому своему конкретному характеру кибернетика ни в какой мере не сводится к философскому обсуждению природы "целесообразности" в машинах и в живых организмах, не заменяя также собой общего философского анализа изучаемого ею круга явлений.

Положение автора книги -- У.Р.Эшби -- как биолога, достаточно основательно изучившего отвлеченную, математическую сторону дела, весьма выигрышно для популяризации общих идей кибернетики среди лиц, для которых математический аппарат представляет большие трудности, а чрезмерно детальное вхождение в вопросы технической кибернетики тоже было бы затруднительно, При этом У.Р.Эшби достаточно осторожен в своих выводах и далек от нередко встречающегося рекламного стиля прославления кибернетики. Однако читатель должен критически относиться к высказываниям автора методологического и философского характера. Следует также иметь в виду, что некоторые выводы автора являются дискуссионными.

А.Колмогоров

Многие работники биологических наук -- физиологи, психологи, социологи -- интересуются кибернетикой и хотели бы применять ее методы и аппарат в своей собственной специальности. Однако многим из них мешает убеждение, что этому должно предшествовать длительное изучение электроники и высших разделов чистой математики; у них сложилось впечатление, что кибернетика неотделима от этих предметов.

Автор, однако, убежден, что это впечатление ложно. Основные идеи кибернетики по существу просты и не требуют ссылок на электронику. Для более сложных приложений может потребоваться более сложный аппарат, однако многое можно сделать, особенно в биологических науках, с помощью весьма простого аппарата; надо только применять его с ясным и глубоким пониманием затрагиваемых принципов. Если обосновать предмет общепринятыми, легко доступными положениями и затем излагать его постепенно, шаг за шагом, то, по мнению автора, нет никаких оснований ожидать, что даже работник с элементарными математическими знаниями не сможет достичь полного понимания основных принципов предмета. А такое понимание позволит ему точно решить, каким аппаратом он должен еще овладеть для дальнейшей работы и -- что особенно важно -- каким аппаратом он может спокойно пренебречь, как не имеющим отношения к его задачам.

Настоящая книга должна служить такого рода введением. Она начинает с общих, легко доступных понятий и шаг за шагом показывает, каким образом эти понятия могут быть уточнены и развиты, пока они не приведут к таким вопросам кибернетики, как обратная связь, устойчивость, регулирование, ультраустойчивость, информация, кодирование, шум и т.д. Нигде в книге не требуется знания математики сверх элементарной алгебры. В частности, доказательства нигде не основаны на исчислении бесконечно малых (немногими ссылками на него можно безо всякого вреда пренебречь; они приведены лишь с целью показать, каким образом исчисление бесконечно малых может применяться к рассматриваемым вопросам). Иллюстрации и примеры берутся в основном из биологических, реже из физических наук. Совпадение с книгой "Устройство мозга" невелико, так что эти две книги почти не зависят друг от друга. Однако они тесно связаны между собой, и лучше всего рассматривать их как взаимно дополнительные: одна помогает понять другую.

Книга делится на три части.

В части I рассматриваются основные черты механизмов; в ней обсуждаются такие вопросы, как представление механизмов посредством преобразований, понятие "устойчивости", понятие "обратной связи", различные формы независимости, которые могут существовать внутри механизмов, и соединение механизмов друг с другом. В этой части излагаются принципы, которыми следует руководствоваться, когда система столь велика и сложна (например, мозг или общество), что может рассматриваться лишь статистически. В ней обсуждается также случай системы, не вполне доступной непосредственному наблюдению, -- так называемая "теория черного ящика".

В части II методы, развитые в части I, применяются к исследованию понятия "информации" и к исследованию кодирования информации при ее прохождении через механизмы. В этой части рассматривается применение указанных методов к различным проблемам биологии и делается попытка показать хотя бы часть всего обилия их возможных применений. Это приводит к теории Шеннона, так что, прочитав эту часть, читатель сможет без затруднений перейти к изучению работ самого Шеннона.

В части III понятия механизма и информации применяются к биологическим системам регулирования и управления -- как к врожденным, изучаемым физиологией, так и к приобретенным, изучаемым психологией. В ней показывается, как могут строиться иерархии таких систем регулирования и управления и как посредством этого становится возможным усиление регулирования. В ней дается новое и в общем более простое изложение принципа ультраустойчивости, Эта часть закладывает основы общей теории сложных систем регулирования, развивая дальше идеи книги "Устройство мозга". Таким образом, она дает, с одной стороны, объяснение исключительной способности регулирования, присущей мозгу, а с другой стороны -- принципы, на основе которых проектировщик может строить машины, обладающие подобной способностью.

Хотя книга задумана как легкое введение, она не является просто болтовней о кибернетике -- она написана для тех, кто хочет путем самостоятельной работы войти в эту область, для тех, кто хочет на деле, практически овладеть предметом. Поэтому она содержит много легких упражнений, тщательно подобранных по степени сложности, с указаниями и подробными ответами, так что читатель по мере продвижения может проверять усвоение прочитанного и упражнять свои новые интеллектуальные мускулы. Немногие упражнения, требующие специального аппарата, отмечены звездочкой: "*Упр.". Их пропуск не затруднит продвижения читателя.

Для удобства ссылок материал разделен на параграфы; при всех ссылках приводятся номера параграфов, и поскольку эти номера стоят на каждой странице сверху, найти параграф так же легко и просто, как найти страницу. Параграфы обозначаются так: "§9/14", что указывает на §14 гл.9. Рисунки, таблицы и упражнения нумеруются внутри каждого параграфа; так, рис.9/14/2 есть второй рисунок в §9/14. Простые ссылки, например "Упр. 4", обозначают ссылку на материал внутри данного параграфа. Там, где слово формально определяется, оно напечатано полужирным шрифтом.

Я хотел бы выразить мою признательность Майклу Б.Спорну, проверившему все ответы к упражнениям. Я хотел бы также воспользоваться случаем, чтобы выразить глубокую благодарность управляющим больницы "Барнвуд Хаус" и д-ру Дж. У.Т.Х.Флемингу за широкую поддержку, которая сделала возможными эти исследования. Хотя книга затрагивает многие вопросы, они служат лишь средством; целью всей книги было выяснить, каким принципам нужно следовать, пытаясь восстановить нормальную деятельность больного организма, потрясающе сложного, если речь идет о человеке. Я верю, что новое понимание может привести к новым и действенным методам, ибо потребность в них велика.

У.Росс Эшби

"Барнвуд Хаус" Глостер