Электронная библиотека
Библиотека .орг.уа
Поиск по сайту
Философия
   Книги по философии
      Лийв Э.Х.. Инфодинимика: Обобщенная энтропия и негэнтропия -
Страницы: - 1  - 2  - 3  - 4  - 5  - 6  - 7  - 8  - 9  - 10  - 11  - 12  - 13  - 14  - 15  - 16  -
17  - 18  - 19  - 20  - 21  - 22  - 23  -
ь не меньше количества разнообразия (по нашей тер-минологии - ОЭ), чем управляемая система [ 24 ]. Закон Эшби прав относительно требуемой ОЭ, но для эффек- тивного управления требуется ещ„ ОНГ. Кроме того, некоторые термины тре- буют уточнения. Большинство систем в мире не являются управляемыми и уп- равляющими в кибернетическом смысле. Неясно, в какой мере термин "разно- образие" совпадает с терминами "неопредел„нность" и "энтропия". Эти тер- мины близки, но не синонимы. Последние два зависят от введенной в систе- му информации (или ОНГ), разнообразие от ОНГ зависит меньше. Закон Эшби является частным случаем более общего закона инфодинамики по управляемости систем, сформу-лированного следующим образом. Любая система может быть управляемой только в той мере, насколько сумма первоначальной и введенной управляющей системой ОНГ компенсирует е„ ОЭм и в полной мере система становится управляемой только в том слу- чае, если общая ОНГ равняется ОЭм системы, т.е. ОНГн + ОНГу = ОЭм. Степень управляемости системы можно оценить по показателю: У = ОНГн + ОНГу ОЭм где: ОНГн - первоначальная ОНГ в системе, ОНГу - введенная управляю- щей системой ОНГ, ОЭм - максимальная ОЭ управляемой системы. Поскольку в реальных сложных системах ОЭ велика и приближается к бес- конечности, то полное управление реаль-ными системами представляет невы- полнимую задачу. Кибер-нетика в настоящее время может количественно справиться с относительно простыми, созданными человеком системами или упрощенными моделями реальных систем. Современные ЭВМ способны обрабо- тать информацию 1010 - 1015 бит/с. Однако ОЭ и ОНГ сложных систем намно- го выше, особенно если учитывать их изменчивость во времени. Формально оценено, что молекула содержит ОНГ около 1011 бит, органы человека - около 1023 бит. Для сложных систем ОЭ может приобрести колоссальную ве- личину. Например, в качестве системы раcсматривают работу диспетчерской службы боль-шого международного аэропорта, куда в сутки поступает 1000 запросов приземления [ 1 ]. Выход системы - да или нет. 1000 Количество ОЭ составляет log2 22 = 21000 ~ 10300 бит. Эта величина намного выше всех запасов ОНГ во всей вселенной, что составляет около 10122 бит. Последняя цифра получена следующим образом: Возраст вселенной ~ 1017 c, масса е„ ~ 1058 г. В структуре массы 1 г. можно обработать ин- формацию максимально ~ 2 . 1047 бит / г . с., отсюда приближенно: ОНГвсел = 2 . 1047 . 1017 . 1058 = 10122 бит. Следовательно формально не хватает от ОНГ всей вселенной, чтобы сде- лать аэропорт управляемым. В дейст-вительности этой задачей справляется диспетчерский состав из 20 человек. Дело в том, что огромная ОЭ ~ 10300 бит была кажущейся. Диспетчерская система аэропорта является само-орга- низующейся иерархического типа, т.е. содержит внут-реннюю ОНГ. Она спо- собна разделить систему во временные ряды окружающей среды и строить ал- горитмы минимальной длины для е„ моделирования. Говоря простым языком, в систему аэропорта ввели дополнительную координату - время, и распредели- ли посадки-запросы по отрезкам времени - например по минутам. В ре- зультате на каждую минуту попала в среднем 0,5 - 2 запроса, которыми легко было управлять. Из примера с аэропортом можно сделать ряд выводов: 1. Реально существующие системы, обладающие формально большой слож- ностью (разнообразием, большим ОЭ, неопредел„нностью), содержат часто и большое ко-личество ОНГ (внутреннюю структуру), которая резко уменьшает требуемую для их управления ОНГ. Особенно много т.н. скрытую ОНГ содер- жат искусственно созданные человеком системы. В случае аэропорта к этим относятся ранее известные расписания пол„та и технические ха-рактеристи- ки самол„тов, техническая оснащенность аэропорта и др. 2. Все системы имеют иерархическую структуру и это следует использо- вать при проектировании управляющих структур. Управляющие или поисковые воздействия на более высоком уровне имеют более высокую эффективность и влияют на большое количество систем. Можно элиминировать большие области поиского поля и тем самым упростить процессы выбора и управления. Несмотря на эвристические и др. методы упрощения модели многих ре- ально существующих систем остаются слишком сложными, чтобы ими до сих пор удавалось пол-ностью управлять при помощи количественных методов. Это не значит, что кибернетика не занимается сложными системами. Наобо- рот, кибернетики стараются найти воз-можности управления над всеми су- ществующими в мире сверхсложными системами, в том числе и над самим уни-версумом. Нет областей в мире или обществе, где кибер-нетики не предлагали бы новые модели систем и методы их применения. Часто ОЭ и ОНГ моделей намного меньше, чем в реальных системах. А создание гомоморфной модели явля-ется наиболее существенным этапом на пути к управлению сис- темой. Перечисляем только некоторые наиболее широко развивающиеся облас- ти. 1. Системы экономического развития, фирмы, отрасли, государственные системы экономического плани-рования. 2. Глобальные системы развития народонаселения и экосистемы (Римский клуб и его наследники). 3. Демографические системы исследования социал-поли-тических тенден- ций развития. 4. Системы автоматизации производства, роботизации, автоматизации проектирования сложных комплексов. 5. Системы коммуникации и связи. Многофункциональ-ные компьютерные сети, инфокомбайны. Интернет. 6. Научные, теоретические и экспериментальные системы. Вычислительные эксперименты. Системы научно-тех-нической информации. 7. Медицинские системы диагностики, моделирования. Компьютерная то- мография. 8. Системы искусственного интеллекта. Экспертные системы. Лингвисти- ческие системы и восприятия образов. 9. Системы компьютерного обучения. Интерактивные программы усвоения междисциплинарных направле-ний. Электронные тренажеры. 10. Системы, содержащие конфликтные ситуации, дело-вые или военные игры, статистические игры с при-родой. 11. Прогнозы систем будущего, начиная с прогнозов погоды и климата до прогноза развития человечества и универсума на много тысяч и миллионов лет впер„д. Во всех перечисленных областях в последние десятилетия достигнуты большие успехи. Успехи осно-вываются в первую очередь на разработке нам- ного более совершенных математических моделей, которые отражают зависи- мости между большим количеством факторов. Ком-пьютерная обработка да„т возможность разработать и про-анализировать намного более сложные моде- ли, в т.ч. кон-цептуальные [ 121 ]. В результате получены модели, распо- ло-женные намного ближе к реальной действительности, и расширены области их дейсвия. Быстрый рост методов моделирования, техники обработки инфор- мации и прог-раммирования дали возможность резко усовершенствовать мето- ды управления. Это мы особенно ясно наблюдаем в областях управления эко- номическими организациями, ста-тистическими ведомствами, системами авто- матизации производства, коммуникации, искуcственного интеллекта и обуче- ния. Одновременно все отч„тливее выявляется неполнота и неопредел„нность многих основных моделей реальных систем [ 118 ]. Несмотря на многофак- торность, модели дают сов-падающие с реальными объектами данные только в ог-раниченной области. Отсутствие показателей ОЭ и ОНГ ограничивает их использование в целях управления. Пов-торяется история с прогнозами на первой половине 20 века. Предполагалось, что развитие науки, техники и энергетики решают все проблемы человечества и наступает эпоха всеобщего благоденствия. Очень скоро, уже на второй половине 20 века стало ясно, что далеко не все надежды оптимистов исполняются. Наука, техника и энер- гетика сти-хийно развиваются, но планировать, предсказать направление их развития очень трудно. Если некоторые вопросы выясняются, то возникает сразу намного больше новых вопросов и проблем. Методы получения атомной энергии впервые начали применять в военных целях. Новые лекарства (нап- ример антибиотики) становятся неэф-фективными при появлении новых видов болезней и вирусов. Новые полимеры не так уж деш„вые и влияют часто вредно на здоровье людей. Точно с такими же переоценками мы встречаемся на второй половине 20 века при рассмотрении достижений информатики и кибернетики. Распростра- няются взгляды, как-будто человечество имеет мощные средства для переда- чи и обработки информации и все проблемы оптимального уп-равления реша- ются, после чего человечество ид„т навстречу обществу благоденствия. Фактически огромное увеличение потоков информации и дезинформации больше затрудняет, чем облегчает определение оптимальных направлений и вообще усложняется все управление функционированием систем. То, что внешне по- хоже на информацию, в большой части представляет собой полуправду или субъективное, одностороннее мнение отдельных личностей, фирм или органи- заций. Хорошо, если эти личности честно хотят, не ошибаясь, передать правдоподобную информацию. Во многих случаях переда„тся намеренно однос- торонняя информация с целью получения какой-то личной выгоды или введе- ния в заблуждения конкурентов. В условиях ограниченности вре-мени стано- виться вс„ труднее проверить, отсеять не-существенную информацию, точнее шум, от существенного и принять правильное решение. Тем более, что окру- жающая среда и сам развивающийся субъект находятся в процессе непрерыв- ного изменения. В результате этого управляемость процессов в обществе не увеличивается, часто уменьшается. Судьба человечества может стать все более непредсказуемым и зависимым от многих случайных факторов. Развитие человечества может пойти в сторону гибели. Причиной таких отрицательных тенденций является иллюзорность обилия и полноты информации и инфор-мированности (ОНГ). В действительности большинство пере-даваемых "сообщений" ничего общего с информацией не имеет. Они, как говорится, являются только "шумом", который только меша- ет процессам передачи настоящей информации. В настоящее время измеряется в передаваемых сообщениях формальное количество информации по битам. При этом часто отвлекаются от смыслового содержания ин-формации, от е„ цен- ности для получателя, от е„ эф-фективности и от существенности для цели системы, е„ принимающей. Поэтому очень трудно оценить начальную ОЭ сис- темы, е„ рост по времени и количество ОНГ, вводимой управляющей системой в ходе управления. В результате этого часто невозможно определять сте- пень управляемости сис-темы, которая выражается отношением ОНГмин . ОЭмакс Система является полностью управляемой, если степень управляемости равняется 1,0, т.е. если количество OНГмин системы равно количеству OЭ- макс. . OЭмакс показывает максимально возможную ОЭ системы без внутрен- них связей между е„ элементами. OНГмин показывает минимально воз-можную ОНГ, учитывая наличие разных комбинаций связей, структуры и управляющих воздействий (OНГн + OНГу). Выполнение условия OНГмин = OЭмакс не вызыва- ет принципиальных трудностей в случае управления срав-нительно простыми искусственно созданными системами, в которых OЭмакс небольшая, также в случае достаточно упрощ„нных моделей сложных систем. Следовательно не вызывает принципиальных трудностей и над„жное управ-ление такими систе- мами. Требуется только техническое ре-шение вопроса, в частности, опре- деление типа задач управ-ления. Выбирают оптимальный вариант из ряда по повышаю-щей сложности: стабилизация, выполнение программы, сле-жение или оптимизация. Проблема резко усложняется при необходимости уп-равления сложными системами, в которых ОЭ > 1010 бит. Эти системы находятся в процессе непрерывного изменения и развития. Поэтому, для обеспечения полной уп- равляемости, необходимо в эти системы ввести соответствующее на OЭф ко- личество ОНГ через каждый период времени, за который система существенно изменяется. Продолжительность пери-ода зависит от скорости изменений в системе. Современные технические средства не в состоянии обеспечить по- ток такого огромного количества ОНГ в реальную систему, который ликвиди- ровал бы всю е„ ОЭф и дал бы возможность составить полную схему управле- ния системой. Даже в том случае, если удалось бы организовать управление одной сложной системой, применяя все имеющиеся управляющие системы, это не спасло бы положение. В мире в непрерыв-ном изменении и развитии нахо- дится огромное количество сложных систем и они составляют между собой бесчисленные комбинации. Если говорят, что управляют такими сложными системами, как государственные, экономические, научные и т.д., то в действительности управляют только их упро-щ„нными моделями. Для любой сложной системы можно составлять упрощ„нную модель, при по- мощи которой обеспечивается частичная управляемость. Однако, управление упрощ„нными моделями далеко не всегда да„т право говорить о полном уп- равлении реальными сложными системами. Упрощ„нные модели не учитывают всех влияющих факторов, целевых критериев, ограничений и они не всегда дают возможность в широкой области прогнозировать поведение системы. Бо-лее того, упрощ„нные модели могут создать иллюзию, как будто процессы полностью управляемые. В действительности размерность реальной системы может быть намного больше модельного и неуправляемых факторов много, что уве-личивает неопредел„нность в функционировании системы и случайных элементов в е„ поведении. Именно интуитивная недооценка ОЭ систем и пере-оценка наличия в них ОНГ является главным источником ошибок при разработке схем управления, контроля и раз-вития сложных систем, многочисленных недоразумений и ог- ромных дополнительных материальных затрат. Часто люди считают вымышлен- ные, сильно упрощ„нные модели изо-морфными по сравнению с реальными объектами. В каждом государстве законодательство в известной мере явля- ется моделью организации его. Чем старше государство, тем совер-шеннее е„ законодательство, тем ближе оно отражает действи-тельные нужды для прогрессивного развития государства. Тем меньше в законах останется не- определ„нных пробелов, часто используемых во вред обществу. Каждый чело- век имеет свое мировоззрение (модель о мире) и самосознание (модель о самом себе). Беда в том, что модели только более или менее приближаются к реальной действительности и соот-ветственно человек только по мере имеющейся у него ОНГ может определить сво„ место в развивающемся мире. Чем ближе модели совпадают с действительностью, тем более эф-фективно человек может управлять своими действиями и действиями других. Таким образом, самым ответственным этапом при составлении системы уп- равления любой сложной системой является составление е„ оптимальной мо- дели. Если удастся составить модель, которая соответствует влияниям всех су-щественных факторов на объективную систему и е„ реакци-ям относи- тельно достижения целей системы, то можно надеяться на над„жную е„ уп- равляемость. Конечно, модель должна быть достаточно проста (ОЭ < ОЭпред) чтобы современными техническими средствами обеспечить тре-буемую ОНГ. К сожалению до сих пор недостаточно общих теоретических основ для модели- рования сложных систем. Создание моделей выполняют в лучшем случае эв- рис-тическими методами, часто на интуитивном уровне, без оценки ОЭ и ОНГ систем. С этим связана неэффективность работы управляющих и управляемых систем или даже беспорядочность и неорганизованность в их работе и структуре. Новые возможности для повышения эффективности управляющих систем и для улучшения управляемости слож-ных систем открываются при применении методов инфо-динамики. Инфодинамика использует для управления системами рядом с новыми и все ранее известные методы обработки информации. К их числу относятся также эврис-тические методы, методы случайного поиска, методы сто-хастического (статистического) моделирования, методы оп-реде- ления условных вероятностей (в т.ч. метод Байеса), теории информации, программирования, алгоритмов, игр и др. Однако, инфодинамика дополняет применение всех этих методов обобщающими принципами. Решающее значение имеет принцип определения ОЭ и ОНГ управляющих и управляемых систем и их элементов. Это да„т возможность выяснить изменение этих показателей во времени и потоки эффективной информации в системе, также выяснить су- щест-венные и несущественные факторы и соответствующие необ-ходимые уп- равляющие воздействия. В итоге открываются новые возможности для разра- ботки оптимальных систем управления. Процесс разработки последних (с уч„том принципов инфодинамики) можно разделить на следующие этапы. 1. Исследование управляемой системы и окружающей е„ среды. Определе- ние внутренней структуры, связи между элементами. Устанавливают пределы системы, ограничения на функционирование, внешние условия и влияющие на систему факторы. Отдельно определяют цели, задачи и целевые критерии системы. Особенное внимание уделяют на наличие внутренних, автономных или локальных систем управления. Имеются ли иерархические структуры, внут-ренние обратные связи? Для всех зависимостей между входами и выхо- дами определяют статистические, веро-ятностные характеристики. Для их определения используют всю существующую априорную и апостериорную ин-формацию. 2. Определение неопредел„нности, предельного раз-нообразия управляе- мой системы (ОЭ). Одновременно оп-ределяется неопредел„нность влияющих на систему факторов: состав исходных или входных материалов, неопре- дел„н-ность цели и проектов, колебания условий окружающей среды, не- над„жность (ресурс) деталей, работоспособность людей и т.д. 3. Оптимизация модели управляемой системы. Вы-яснение вероятностных зависимостей целевой функции системы от всех существенно влияющих на не„ факторов. Отсев несущественных факторов. Сложность модели не долж-на превышать технические возможности реально доступной управляющей системы (по ресурсам финансирования). 4. Выяснение альтернативных вариантов управляющих схем. Какие цели, задачи и допустимые затраты на управ-ление? Требуются ли стратегическое или тактическое уп-равление? Достаточно ли стабилизация системы или е„ программное управление, регулирование, слежение или опти-мизация. Функ- ционально-затратный анализ эффективности управления. Уч„т функции риска, а также технологических, эстетических и экономических ограничений. 5. Составление модели для определения эффективности управляющих сис- тем. Установление критериев эффек-тивности управления. Методы уч„та су- щественных факторов. Модели игровых или конфликтных ситуаций. Стратегия статистических игр без эксперимента или с экспериментом. 6. Прогноз эффективности вариантов управления. Сравнение ОЭ и ОНГ от- носительно выполнения критериев эффективности управления. Расч„т пре- дельных возможностей управления. Эффективность автоматизации управления. Методы управления операциями. Сетевые модели, динами-ческое программиро- вание. Исследование и планирование операций. Матрица переходных вероят- ностей, марковские процессы. 7. Оптимизация и выбор наиболее эффективной системы управления. При- нятие решений в условиях неопредел„нности при помощи ОЭ и ОНГ. Примене- ние многошаговых про-цессов принятия решения. Критерии качества управле- ния. Решение ответственной проблемы руководства - принимать ли решение на основе того, что уже известно, или пред-варительно разработать и реа- лизовать программу сбора дополнительной информации, которая, конечно, потребует определ„нных затрат. Отсюда возникают понятия стоимости и цены полной и неполной информации, как функции не-определ„нности. Управление - это в первую очере

Страницы: 1  - 2  - 3  - 4  - 5  - 6  - 7  - 8  - 9  - 10  - 11  - 12  - 13  - 14  - 15  - 16  -
17  - 18  - 19  - 20  - 21  - 22  - 23  -


Все книги на данном сайте, являются собственностью его уважаемых авторов и предназначены исключительно для ознакомительных целей. Просматривая или скачивая книгу, Вы обязуетесь в течении суток удалить ее. Если вы желаете чтоб произведение было удалено пишите админитратору