«Кибернетика: или управление и коммуникация в животном и машине» — книга Норберта Винера , опубликованная в 1948 году . [1] Это первое публичное использование термина « кибернетика » для обозначения механизмов саморегулирования. Книга заложила теоретическую основу сервомеханизмов ( электрических, механических или гидравлических), автоматической навигации , аналоговых вычислений , искусственного интеллекта , нейробиологии и надежных коммуникаций .
Второе издание с небольшими изменениями и двумя дополнительными главами было опубликовано в 1961 году.
На момент публикации книга вызвала значительное общественное обсуждение и комментарии, что необычно для преимущественно технической темы.
Общественный интерес, вызванный этой книгой, вдохновил Винера обратиться к социологическим и политическим проблемам, поднятым в книге, ориентированной на нетехнического читателя, в результате чего в 1950 году была опубликована книга « Человеческое использование человеческих существ ».
Введение
1. Ньютоновское и бергсоновское время.
2. Группы и статистическая механика.
3. Временные ряды, информация и коммуникация
4. Обратная связь и колебание
5. Вычислительные машины и нервная система
6. Гештальт и универсалии
7. Кибернетика и психопатология.
8. Информация, язык и общество
9. Об обучающихся и самовоспроизводящихся машинах.
10. Мозговые волны и самоорганизующиеся системы
Винер вспоминает, что идеи этой книги возникли в результате десятилетней серии встреч в Гарвардской медицинской школе, на которых ученые-медики и врачи обсуждали научные методы с математиками, физиками и инженерами. Он подробно описывает междисциплинарный характер своего подхода и ссылается на свою работу с Ванневаром Бушем и его дифференциальным анализатором (примитивным аналоговым компьютером ), а также на свои ранние мысли об особенностях и принципах конструкции будущих цифровых вычислительных машин. Он прослеживает истоки кибернетического анализа в философии Лейбница , цитируя его работы по универсальному символизму и исчислению рассуждений.
Темой этой главы является исследование контраста между обратимыми во времени процессами, регулируемыми механикой Ньютона, и необратимыми во времени процессами в соответствии со вторым законом термодинамики . Во вступительном разделе он противопоставляет предсказуемую природу астрономии проблемам, возникающим в метеорологии, предвосхищая будущее развитие теории Хаоса . Он указывает, что на самом деле даже в случае астрономии приливные силы между планетами вносят некоторую степень распада в течение космологических периодов времени, и поэтому, строго говоря, ньютоновская механика не совсем применима.
Эта глава открывается обзором – совершенно независимой и явно не связанной между собой – работы двух ученых начала 20-го века: Уилларда Гиббса и Анри Лебега . Гиббс был физиком, работавшим над статистическим подходом к ньютоновской динамике и термодинамике , а Лебег был чистым математиком, работавшим над теорией тригонометрических рядов . Винер предполагает, что вопросы, заданные Гиббсом, найдут ответ в творчестве Лебега. Винер утверждает, что интеграл Лебега имел неожиданные, но важные последствия для установления достоверности работы Гиббса по основам статистической механики. Понятия среднего и меры в том смысле, который установил Лебег, были срочно необходимы для обеспечения строгого доказательства эргодической гипотезы Гиббса . [6]
Развивается понятие энтропии в статистической механике и его связь с тем, как это понятие используется в термодинамике . Анализируя мысленный эксперимент «Демон» Максвелла , он связывает концепцию энтропии с концепцией информации .
Это одна из наиболее математически насыщенных глав книги. Он занимается передачей или записью изменяющегося аналогового сигнала в виде последовательности числовых выборок и закладывает большую часть основы для развития цифрового звука и телеметрии за последние шесть десятилетий. Он также исследует взаимосвязь между полосой пропускания , шумом и информационной емкостью , разработанную Винером в сотрудничестве с Клодом Шенноном . Эта и следующая главы составляют основу основополагающих принципов развития систем автоматизации, цифровой связи и обработки данных, которые происходили на протяжении десятилетий с момента публикации книги.
В этой главе заложены основы математической обработки отрицательной обратной связи в автоматизированных системах управления. Вступительный отрывок иллюстрирует действие ошибочных механизмов обратной связи на примере пациентов с различными формами атаксии . Затем он обсуждает железнодорожную сигнализацию, работу термостата и центробежного регулятора парового двигателя . Остальная часть главы в основном посвящена разработке математической формулировки действия принципов, лежащих в основе всех этих процессов. Затем обсуждаются более сложные системы, такие как автоматизированная навигация и управление нелинейными ситуациями, такими как рулевое управление на обледенелой дороге. В заключение он обращается к гомеостатическим процессам в живых организмах.
Эта глава начинается с обсуждения относительных преимуществ аналоговых и цифровых компьютеров (которые Винер называл аналоговыми и числовыми машинами ) и утверждает, что цифровые машины будут более точными, а электронные реализации будут превосходить механические или электромеханические. единицы и что двоичная система предпочтительнее других числовых шкал. Обсудив необходимость хранения как данных, подлежащих обработке, так и алгоритмов , используемых для обработки этих данных, а также проблем, связанных с реализацией подходящей системы памяти , он продолжает проводить параллели между двоичными цифровыми компьютерами и нервными структурами в организмы.
Среди механизмов, которые он предполагал для реализации системы компьютерной памяти, был «большой набор небольших конденсаторов (т.е. конденсаторов в современной терминологии), которые можно было быстро заряжать или разряжать», что стало прообразом основной технологии современных динамических микросхем памяти с произвольным доступом .
Практически все принципы, которые Винер назвал желательными характеристиками вычислительных машин и машин для обработки данных, были приняты при проектировании цифровых компьютеров, от первых мэйнфреймов 1950-х годов до новейших микрочипов.
Эта краткая глава представляет собой философское исследование взаимосвязи между физическими событиями в центральной нервной системе и субъективными переживаниями человека. Основное внимание уделяется процессам, посредством которых нервные сигналы сетчатки преобразуются в изображения поля зрения. Он также исследует различные петли обратной связи, участвующие в работе глаз: гомеостатическую работу сетчатки для контроля уровня освещенности, настройку хрусталика для фокусировки объектов и сложный набор рефлекторных движений для привлечения внимания к объекту. в область детального зрения фовеа . Глава завершается описанием проблем, возникающих при попытках создать читающую машину для слепых.
Винер открывает эту главу заявлением о том, что он не является ни психопатологом, ни психиатром и что он не утверждает, что психические проблемы — это неспособность мозга работать как вычислительная машина. Однако он предполагает, что рассмотрение параллелей между мозгом и компьютером может открыть плодотворные направления исследований. (Он использовал архаично звучащее словосочетание «вычислительная машина», поскольку на момент написания слова «компьютер» относилось к человеку, который занимается выполнением рутинных вычислений). Затем он обсудил концепцию «избыточности» в том смысле, что два или три вычислительных механизма одновременно работают над одной и той же задачей, что позволяет распознавать и исправлять ошибки.
Начиная с описания иерархической природы живых организмов и обсуждения структуры и организации колоний симбиотических организмов , таких как португальский военный корабль , эта глава исследует параллели со структурой человеческих обществ и проблемы, с которыми они сталкиваются. с которыми сталкиваются по мере увеличения масштаба и сложности общества.
Глава завершается рассуждениями о возможности создания машины, играющей в шахматы , и делается вывод о том, что можно было бы построить машину, способную играть лучше, чем большинство игроков-людей, но не на экспертном уровне. Такая возможность казалась большинству комментаторов 1940-х годов совершенно фантастичной, учитывая состояние компьютерных технологий того времени, хотя события подтвердили это предсказание – и даже превзошли его.
Начав с рассмотрения процесса обучения в организмах, Винер расширяет обсуждение теории игр Джона фон Неймана и ее применения к военным ситуациям. Затем он размышляет о том, как можно запрограммировать шахматный компьютер для анализа его прошлых результатов и улучшения его производительности. Далее мы переходим к обсуждению эволюции конфликта, как в примерах матадора и быка, мангуста и кобры или между противниками в теннисной игре. Он обсуждает различные истории, такие как « Ученик чародея» , которые иллюстрируют мнение о том, что буквальная зависимость от «магических» процессов может оказаться контрпродуктивной или катастрофической. Контекст этой дискуссии заключался в том, чтобы привлечь внимание к необходимости проявлять осторожность при делегировании машинам ответственности за стратегию ведения войны в эпоху ядерного оружия . Глава завершается обсуждением возможности самовоспроизводящихся машин и работы профессора Денниса Габора в этой области.
Эта глава открывается обсуждением механизма эволюции путем естественного отбора , который он называет « филогенетическим обучением », поскольку он приводится в действие механизмом обратной связи, вызванным успехом или неудачей в выживании и воспроизводстве; и модификации поведения на протяжении всей жизни в ответ на полученный опыт, которые он называет « онтогенетическим обучением ». Он предполагает, что оба процесса включают нелинейную обратную связь, и предполагает, что процесс обучения коррелирует с изменениями в характере ритмов волн электрической активности, которые можно наблюдать на электроэнцефалографе. После обсуждения технических ограничений более ранних конструкций такого оборудования он предполагает, что эта область станет более плодотворной по мере разработки более чувствительных интерфейсов и усилителей с более высокими характеристиками, а показания будут храниться в цифровой форме для численного анализа, а не записываться ручкой. гальванометры в реальном времени — это был единственный доступный метод на момент написания статьи. Затем он развивает предложения по математической обработке сигналов с помощью анализа Фурье и проводит параллель с обработкой результатов эксперимента Майкельсона-Морли, который подтвердил постоянство скорости света , что, в свою очередь, привело Альберта Эйнштейна к разработке теории теория специальной теории относительности . Как и большая часть другого материала в этой книге, эти указатели были одновременно пророческими о будущих событиях и наводили на мысль о плодотворных направлениях исследований и исследований.
Книга послужила основой для исследований в области электронной техники , вычислений (как аналоговых , так и цифровых ), сервомеханизмов , автоматизации , телекоммуникаций и нейробиологии . Это также вызвало широкие общественные дебаты по обсуждаемым техническим, философским и социологическим вопросам. И это вдохновило на создание множества книг на различные темы, второстепенно связанные с его содержанием.
Книга ввела в общественный оборот само слово «кибернетика». [7]
Максвелл Мальц назвал свою новаторскую работу по саморазвитию « Психокибернетика », имея в виду процесс направления себя к заранее определенной цели путем внесения корректировок в поведение. Говорят, что большая часть индустрии личностного развития и движения за человеческий потенциал возникла на основе работ Мальца.
«Кибернетика» стала неожиданным бестселлером и получила широкое распространение за пределами технической аудитории, чего ожидал Винер. В ответ он написал «Использование человеческих существ человеком» , в котором исследовал социальные и психологические последствия в формате, более подходящем для нетехнического читателя.
В 1954 году Мари Нейрат выпустила детскую книгу «Машины, которые, кажется, думают» [1], в которой в доступном формате были представлены понятия кибернетики , систем управления и отрицательной обратной связи .
{{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )