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 |
Предисловие к русскому изданию
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
Эшби Уильям Росс
Известный английский психиатр и специалист в области кибернетики. Окончил Кембриджский университет. С 1930 г. работал психиатром. С 1947 по 1959 гг. заведовал исследовательским отделом госпиталя «Барнвуд Хаус» в Глостере. В 1959–1960 гг. — директор Берденского нейрологического института в Бристоле. С 1960 г. — профессор кибернетики и психиатрии Иллинойсского университета (Эрбана, США). В 1971 г. стал членом Королевского колледжа психиатрии.
В область научных интересов У. Росса Эшби входили проблемы исследования мозга, принципы самоорганизации, адаптивные процессы. Ему принадлежит изобретение гомеостата (1948). Работы У. Росса Эшби оказали большое влияние на развитие кибернетики и теории систем. Именно он ввел термин «самоорганизующаяся система».