САМОУПРАВЛЯЕМЫЕ СИСТЕМЫ И ПРИЧИННОСТЬ - Украинцев Б. С. (бесплатные полные книги TXT) 📗
Активное участие исполнительных элементов в общем процессе самоуправления реализуется на основе принципа обратной связи, который играет решающую роль в осуществлении направленного поведения самоуправляемой системы в соответствии с ее функциональными инвариантами.
Материальные предпосылки обратной связи содержатся в процессах физического взаимодействия объектов в неживой природе. При физическом взаимодействии каждый объект изменяет свое состояние под воздействием других объектов и, будучи измененным,
' См. А. И. Китов. Кибернетика. — «Физический энциклопедический словарь», т, 2. М., 1962, стр. 360, 361.
55
сам воздействует на другие объекты, изменяя их не только в меру своих потенций, но и в меру полученных от этих других объектов изменений своего состояния. Обратное действие каждого объекта непрерывно изменяется в соответствии с воспринятым извне воздействием. Это еще не обратная связь в полном смысле этого слова, но уже вполне реальная предпосылка ее появления на более высоком структурном уровне развивающейся материи.
Действительный процесс обратной связи неотделим от процесса самоуправления и связан с принципами активной планомерной направленности, активного отображения, информационной связи и субординации.
Обратная связь служит необходимым условием и средством контроля функционирования управляющей подсистемы со стороны элементов управляемой подсистемы, контроля соответствия действительного поведения системы ее функциональным инвариантам, средством самоконтроля управляющей подсистемы и средством устранения несоответствия акта управления внешним условиям и возможностям самоуправляемой системы.
В простейших технических системах регулирования обратная связь реализуется в форме непосредственного физического воздействия исполнительных элементов на управляющие элементы (мельничный потрясок, центробежный регулятор, гироскопический регулятор). В живых и социальных системах обратная связь осуществляется в форме информационных воздействий исполнительных элементов на управляющие.
Обратная связь посредством информационных связей отличается гибкостью, быстродействием и экономичностью в расходовании энергии. Такая обратная связь существенно не ограничивается пространством
56
и временем, поскольку информацию можно передавать на большие расстояния и хранить до подходящего момента.
Вместе с тем обратная связь увеличивает общую «инерцию» процесса самоуправления. Она всегда действует post factum, после того как исполнительный элемент изменил свое состояние под воздействием управляющей подсистемы.
Для действенной обратной связи имеет существенное значение тенденция расхождения или сближения фактического результата акта управления с тем результатом, который планировался управляющей подсистемой в соответствии с функциональными инвариантами самоуправляемой системы. Поэтому в процессах самоуправления обратная связь по преимуществу бывает отрицательной, т. е. способствующей ослаблению управляющего воздействия, если оно не соответствует функциональному инварианту системы в данных условиях ее функционирования.
Принцип обратной связи реализуется специфическим методом «проб и ошибок», требующим дополнительных издержек времени и затрат энергии на поиск оптимального варианта управления. Системы с наименьшей инерцией обратной связи обладают большими возможностями выживания.
Прямые и обратные связи в процессе функционирования самоуправляемой системы по структуре отличаются от опосредованного физического взаимодействия. Если последнее может совершаться как прямое и обратное действие через одни и те же посредствующие объекты, то прямые и обратные связи в форме информационных связей осуществляются разными путями и различными источниками и адресатами.
Все перечисленные принципы самоуправления присущи простейшему гомеостазису, т. е. процессу самоуправления, направленному на сохранение динамиче-
57
ского равновесия системы с окружающей ее средой путем поддерживания значения одного параметра в каких-то пределах. Не обладающий свойством самовоспроизведения и способностью индивидуального развития простейший гомеостат функционирует в соответствии со всеми упомянутыми принципами.
Поскольку простейший гомеостат входит непременным компонентом во всякий процесс самоуправления, все рассмотренные выше принципы могут быть отнесены к числу всеобщих принципов функционирования самоуправляемых систем.
Кроме всеобщих существуют еще и частные принципы самоуправления, в соответствии с которыми функционируют более высокоорганизованные самоуправляемые системы. Рассмотрим условия возникновения частных принципов самоуправления.
Обязательным условием функционирования более организованных по сравнению с простейшим гомеостатом систем является «память», т. е. регистрация и фиксирование материальными средствами прошлых ситуаций, в которые попадала система, и соответствующих более удачных (оптимальных по отношению к функциональным инвариантам) и менее удачных (неоптимальных) актов управления.
Материальные предпосылки появления «памяти» содержатся в свойстве объектов неживой природы сохранять в течение некоторого времени (или в течение всего последующего времени существования объекта) отображения других объектов, взаимодействовавших с ними.
Преобразование отображения в информацию в форме изменения процесса в канале информационной связи и возможность фиксирования информации в виде изменения структуры связи некоторых элементов управляющей подсистемы создают условия для образования памяти.
58
В свою очередь «память» служит материальным условием обобщения и обогащения содержания накопленной информации и в связи с этим прогрессивного развития самоуправляемых систем. Это развитие может быть видовым, если самоуправляемые системы обладают способностью самовоспроизведения (живые системы), и индивидуальным.
В первом случае самоуправляемые системы от поколения к поколению изменяют свои свойства и даже структуру. Во втором случае системы без изменения структуры увеличивают свою выживаемость за счет более активного и адекватного приспособления к внешней среде.
Способность высокоорганизованных самоуправляемых систем запоминать «прецеденты», связанные с актами управления, и обогащать содержание информации обусловливает накопление опыта системы, на который она опирается при осуществлении последующих актов управления в новой ситуации. Накопление опыта является процессом обучения самоуправляемой системы.
Обучение бывает двух основных видов: онтогенетическое и филогенетическое1.
Онтогенетическое обучение, осуществляющееся в течение времени существования отдельной системы, как правило, исходит из задачи сохранения функциональных инвариантов, и поэтому оно целенаправленно и планомерно. К онтогенетическому обучению способны высокоорганизованные гомеостаты. Даже такие искусственные самоуправляемые системы, как электрические «черепахи», способны к индивидуальному обучению и к выработке стереотипов поведения в сходных условиях, напоминающих условные рефлексы высокоорганизованных животных.
' См. Н. Винер. Новые главы кибернетики. М., 1963, стр. 19,
59
Помимо всеобщих принципов функционирование таких систем подчиняется еще своему частному принципу онтогенетического обучения.
Видовое, или филогенетическое, обучение осуществляется в течение времени существования вида самовоспроизводящихся самоуправляемых систем. Оно основано на стихийно осуществляющемся естественном отборе живых систем с наиболее благоприятными для выживаемости мутационными изменениями их структуры и функциональных инвариантов, фиксирующимися в коде генетической информации последующих поколений. В результате такого отбора и наследования благоприятных признаков вырабатываются и закрепляются безусловные рефлексы животных. Одновременно филогенетическое обучение высокоорганизованных животных благоприятствует эффективному их индивидуальному обучению путем накопления и использования личного опыта, прежде всего выработке условных рефлексов.
