stringtranslate.com

Положительный отзыв

Диаграмма причинно-следственной связи , которая изображает причины паники в виде положительной обратной связи. Тревога или паника иногда могут распространяться посредством положительной обратной связи среди стада животных, вызывая панику .
В социологии сетевой эффект может быстро создать положительную обратную связь в виде банковского набега . На фото выше изображен банковский набег Northern Rock в Великобритании в 2007 году .

Положительная обратная связь ( усугубляющая обратная связь , самоусиливающаяся обратная связь ) — это процесс, который происходит в цикле обратной связи , который усугубляет последствия небольшого возмущения. То есть, последствия возмущения в системе включают увеличение величины возмущения. [1] То есть, A производит больше B , который, в свою очередь , производит больше A. [2] Напротив, система, в которой результаты изменения действуют, чтобы уменьшить или противодействовать ему, имеет отрицательную обратную связь . [1] [3] Оба понятия играют важную роль в науке и технике, включая биологию, химию и кибернетику .

Математически положительная обратная связь определяется как положительный коэффициент усиления петли вокруг замкнутого цикла причины и следствия. [1] [3] То есть положительная обратная связь находится в фазе с входом, в том смысле, что она добавляет, чтобы сделать вход больше. [4] [5] Положительная обратная связь имеет тенденцию вызывать нестабильность системы . Когда коэффициент усиления петли положительный и выше 1, обычно будет экспоненциальный рост , увеличивающиеся колебания , хаотическое поведение или другие отклонения от равновесия. [3] Параметры системы обычно будут ускоряться до экстремальных значений, которые могут повредить или разрушить систему, или могут закончиться тем, что система зафиксируется в новом устойчивом состоянии. Положительная обратная связь может контролироваться сигналами в системе, которые фильтруются , затухают или ограничиваются , или ее можно отменить или уменьшить путем добавления отрицательной обратной связи.

Положительная обратная связь используется в цифровой электронике для перевода напряжений из промежуточных в состояния «0» и «1». С другой стороны, тепловой разгон — это тип положительной обратной связи, который может разрушить полупроводниковые переходы . Положительная обратная связь в химических реакциях может увеличить скорость реакций, а в некоторых случаях может привести к взрывам . Положительная обратная связь в механическом проектировании приводит к тому, что механизмы с точкой перелома или перегрузки защелкиваются в положении, например, в переключателях и зажимных клещах . Выйдя из-под контроля, это может привести к разрушению мостов . Положительная обратная связь в экономических системах может вызвать циклы подъема-спада . Знакомым примером положительной обратной связи является громкий визг или воющий звук, производимый аудиообратной связью в системах оповещения : микрофон улавливает звук из своих собственных громкоговорителей, усиливает его и снова отправляет через громкоговорители.

Свертывание тромбоцитов демонстрирует положительную обратную связь. Поврежденная стенка кровеносного сосуда выделяет химические вещества, которые инициируют образование сгустка крови посредством скопления тромбоцитов. По мере того, как собирается больше тромбоцитов, выделяется больше химических веществ, которые ускоряют процесс. Процесс становится все быстрее и быстрее, пока стенка кровеносного сосуда полностью не запечатается и петля положительной обратной связи не закончится. Экспоненциальная форма графика иллюстрирует механизм положительной обратной связи.

Обзор

Положительная обратная связь усиливает или усиливает эффект, оказывая влияние на процесс, который его вызвал. Например, когда часть электронного выходного сигнала возвращается на вход и находится в фазе с ним, коэффициент усиления системы увеличивается. [6] Обратная связь от результата к исходному процессу может быть прямой или через другие переменные состояния. [3] Такие системы могут давать богатое качественное поведение, но то, является ли обратная связь мгновенно положительной или отрицательной по знаку, имеет чрезвычайно важное влияние на результаты. [3] Положительная обратная связь усиливает, а отрицательная обратная связь смягчает исходный процесс. Положительная и отрицательная в этом смысле относятся к коэффициентам усиления контура больше или меньше нуля и не подразумевают никаких оценочных суждений относительно желательности результатов или эффектов. [7] Ключевой особенностью положительной обратной связи является то, что небольшие возмущения становятся больше. Когда в системе происходит изменение, положительная обратная связь вызывает дальнейшее изменение в том же направлении.

Базовый

Базовую систему обратной связи можно представить с помощью этой блок-схемы. На схеме символ + — это сумматор, а A и B — произвольные причинные функции.

На схеме показана простая петля обратной связи. Если коэффициент усиления петли AB положительный, то существует условие положительной или регенеративной обратной связи.

Если функции A и B линейны, а AB меньше единицы, то общий коэффициент усиления системы от входа до выхода конечен, но может быть очень большим, когда AB приближается к единице. [8] В этом случае можно показать, что общий или контурный коэффициент усиления от входа до выхода равен:

Если AB > 1, система нестабильна, поэтому не имеет четко определенного коэффициента усиления; коэффициент усиления можно назвать бесконечным.

Таким образом, в зависимости от обратной связи, изменения состояния могут быть конвергентными или дивергентными. Результатом положительной обратной связи является усиление изменений, так что небольшие возмущения могут привести к большим изменениям.

Система в равновесии, в которой существует положительная обратная связь на любое изменение ее текущего состояния, может быть нестабильной, в этом случае говорят, что система находится в нестабильном равновесии . Величина сил, которые действуют, чтобы отодвинуть такую ​​систему от ее равновесия, является возрастающей функцией расстояния состояния от равновесия.

Положительная обратная связь не обязательно подразумевает нестабильность равновесия, например, в архитектурах с положительной обратной связью могут существовать стабильные состояния «включено» и «выключено» . [9]

Гистерезис

Гистерезис приводит к зависимости выходного значения от истории входного значения.
В схеме триггера Шмитта обратная связь с неинвертирующим входом усилителя напрямую сдвигает выходное напряжение от приложенного напряжения к максимальному или минимальному напряжению, которое может генерировать усилитель.

В реальном мире положительные обратные связи обычно не вызывают постоянно увеличивающегося роста, а модифицируются ограничивающими эффектами определенного рода. По словам Донеллы Медоуз :

«Положительные обратные связи являются источниками роста, взрыва, эрозии и краха в системах. Система с неконтролируемой положительной обратной связью в конечном итоге уничтожит себя. Вот почему их так мало. Обычно рано или поздно вступает в действие отрицательная петля». [10]

Гистерезис, при котором начальная точка влияет на то, где система заканчивается, может быть сгенерирован положительной обратной связью. Когда коэффициент усиления обратной связи выше 1, выход удаляется от входа: если он выше входа, то он движется к ближайшему положительному пределу, а если он ниже входа, то он движется к ближайшему отрицательному пределу.

Достигнув предела, он станет стабильным. Однако если входной сигнал превысит предел, [ требуется разъяснение ] , то обратная связь изменит знак [ сомнительный – обсудим ] , а выходной сигнал будет двигаться в противоположном направлении, пока не достигнет противоположного предела. Таким образом, система демонстрирует бистабильное поведение.

Терминология

Термины «положительная» и «отрицательная» впервые были применены к обратной связи до Второй мировой войны . Идея положительной обратной связи уже была актуальна в 1920-х годах с введением регенеративной схемы . [11]

Фриис и Йенсен (1924) описали регенерацию в наборе электронных усилителей как случай, когда действие «обратной связи» является положительным в отличие от действия отрицательной обратной связи, о котором они упоминают лишь вскользь. [12] В классической статье Гарольда Стивена Блэка 1934 года впервые подробно описывается использование отрицательной обратной связи в электронных усилителях. По словам Блэка:

«Положительная обратная связь увеличивает коэффициент усиления усилителя, отрицательная обратная связь уменьшает его». [13]

По словам Минделла (2002), вскоре после этого возникла путаница в терминах:

"...Фрийс и Йенсен провели то же различие, которое использовал Блэк между "положительной обратной связью" и "отрицательной обратной связью", основываясь не на знаке самой обратной связи, а на ее влиянии на усиление усилителя. Напротив, Найквист и Боде, когда они основывались на работе Блэка, называли отрицательную обратную связь обратной связью с обратным знаком. Блэку было трудно убедить других в полезности своего изобретения отчасти из-за путаницы в основных вопросах определения". [11] : 121 

Эти путаницы, наряду с повседневными ассоциациями позитива с хорошим и негатива с плохим , привели к тому, что многие системные теоретики предложили альтернативные термины. Например, Донелла Медоуз предпочитает термины усиливающие и балансирующие обратные связи. [14]

Примеры и приложения

В электронике

Регенеративный радиоприемник в винтажном стиле. Благодаря контролируемому использованию положительной обратной связи достаточное усиление можно получить от одной вакуумной лампы или лампы (в центре).

Регенеративные схемы были изобретены и запатентованы в 1914 году [15] для усиления и приема очень слабых радиосигналов. Тщательно контролируемая положительная обратная связь вокруг одного транзисторного усилителя может умножить его усиление в 1000 или более раз. [16] Таким образом, сигнал может быть усилен в 20 000 или даже 100 000 раз за один этап, который обычно имел бы усиление всего от 20 до 50. Проблема с регенеративными усилителями, работающими на таких очень высоких коэффициентах усиления, заключается в том, что они легко становятся нестабильными и начинают колебаться. Радиооператор должен быть готов довольно непрерывно настраивать величину обратной связи для хорошего приема. Современные радиоприемники используют конструкцию супергетеродина с гораздо большим количеством каскадов усиления, но гораздо более стабильной работой и отсутствием положительной обратной связи.

Колебания, которые могут возникнуть в регенеративной радиосхеме, используются в электронных генераторах . Благодаря использованию настроенных схем или пьезоэлектрического кристалла (обычно кварца ), сигнал, который усиливается положительной обратной связью, остается линейным и синусоидальным . Существует несколько конструкций таких гармонических генераторов , включая генератор Армстронга , генератор Хартли , генератор Колпитца и генератор моста Вина . Все они используют положительную обратную связь для создания колебаний. [17]

Многие электронные схемы, особенно усилители, включают отрицательную обратную связь . Это снижает их усиление, но улучшает их линейность, входное сопротивление , выходное сопротивление и полосу пропускания , а также стабилизирует все эти параметры, включая усиление контура. Эти параметры также становятся менее зависимыми от деталей самого усилительного устройства и более зависимыми от компонентов обратной связи, которые с меньшей вероятностью будут меняться в зависимости от допуска на изготовление, возраста и температуры. Разница между положительной и отрицательной обратной связью для сигналов переменного тока заключается в фазе : если сигнал подается обратно в противофазе, обратная связь отрицательная, а если он в фазе, обратная связь положительная. Одной из проблем для разработчиков усилителей, которые используют отрицательную обратную связь, является то, что некоторые компоненты схемы будут вносить фазовый сдвиг в путь обратной связи. Если есть частота (обычно высокая частота), где фазовый сдвиг достигает 180°, то разработчик должен гарантировать, что усиление усилителя на этой частоте будет очень низким (обычно с помощью фильтрации нижних частот ). Если коэффициент усиления контура (произведение коэффициента усиления усилителя и степени положительной обратной связи) на любой частоте больше единицы, то усилитель будет колебаться на этой частоте ( критерий устойчивости Баркгаузена ). Такие колебания иногда называют паразитными колебаниями . Усилитель, который стабилен в одном наборе условий, может сорваться в паразитные колебания в другом. Это может быть связано с изменениями температуры, напряжения питания, регулировкой элементов управления на передней панели или даже близостью человека или другого проводящего предмета.

Усилители могут колебаться мягко, способами, которые трудно обнаружить без осциллографа , или колебания могут быть настолько обширными, что проходит только очень искаженный или не проходит вообще требуемый сигнал, или происходит повреждение. Низкочастотные паразитные колебания были названы «моторными» из-за сходства со звуком выхлопной трубы на низких оборотах. [18]

Эффект использования триггера Шмитта (B) вместо компаратора (A)

Многие распространенные цифровые электронные схемы используют положительную обратную связь. В то время как обычные простые логические вентили обычно полагаются просто на усиление, чтобы отодвинуть цифровые сигнальные напряжения от промежуточных значений к значениям, которые должны представлять булевы «0» и «1», но многие более сложные вентили используют обратную связь. Когда ожидается, что входное напряжение будет изменяться аналоговым образом , но для последующей цифровой обработки требуются четкие пороги, схема триггера Шмитта использует положительную обратную связь, чтобы гарантировать, что если входное напряжение плавно поднимается выше порога, выходной сигнал будет быстро и быстро переведен из одного логического состояния в другое. Одним из следствий использования триггером Шмитта положительной обратной связи является то, что если входное напряжение плавно опустится снова после того же порога, положительная обратная связь будет удерживать выход в том же состоянии без изменений. Этот эффект называется гистерезисом : входное напряжение должно упасть ниже другого, более низкого порога, чтобы «разблокировать» выход и сбросить его до исходного цифрового значения. Уменьшая степень положительной обратной связи, можно уменьшить ширину гистерезиса, но ее нельзя полностью искоренить. Триггер Шмитта в некоторой степени представляет собой схему фиксации . [19]

Положительная обратная связь — это механизм, посредством которого выход усиливается, например, уровень белка. Однако, чтобы избежать любых колебаний уровня белка, механизм ингибируется стохастически (I), поэтому, когда концентрация активированного белка (A) превышает порог ([I]), активируется петлевой механизм, и концентрация A увеличивается экспоненциально, если d[A]=k [A]
Иллюстрация RS-триггера ('сброс-установка'), сделанного из двух цифровых нор- вентилей с положительной обратной связью. Красный и черный цвета означают логические '1' и '0' соответственно.

Электронный триггер , или «защелка», или «бистабильный мультивибратор », представляет собой схему, которая из-за высокой положительной обратной связи нестабильна в сбалансированном или промежуточном состоянии. Такая бистабильная схема является основой одного бита электронной памяти . Триггер использует пару усилителей, транзисторов или логических вентилей, соединенных друг с другом так, что положительная обратная связь поддерживает состояние схемы в одном из двух несбалансированных стабильных состояний после того, как входной сигнал был удален, пока не будет подан подходящий альтернативный сигнал для изменения состояния. [ 20] Компьютерная оперативная память (RAM) может быть сделана таким образом, с одной схемой защелки для каждого бита памяти. [21]

Тепловой разгон происходит в электронных системах, потому что некоторый аспект схемы может пропускать больше тока, когда он нагревается, а чем горячее он становится, тем больше тока он пропускает, что нагревает его еще больше, и поэтому он пропускает еще больше тока. Последствия обычно катастрофичны для рассматриваемого устройства. Если устройства должны использоваться вблизи их максимальной мощности, а тепловой разгон возможен или вероятен при определенных условиях, улучшения обычно можно достичь путем тщательного проектирования. [22]

Проигрыватель виниловых пластинок подвержен акустической обратной связи.

Аудио- и видеосистемы могут демонстрировать положительную обратную связь. Если микрофон улавливает усиленный звуковой выход громкоговорителей в той же цепи, то будут слышны завывающие и визжащие звуки аудиообратной связи (вплоть до максимальной мощности усилителя), поскольку случайный шум повторно усиливается положительной обратной связью и фильтруется характеристиками аудиосистемы и помещения.

Аудио и живая музыка

Аудиообратная связь (также известная как акустическая обратная связь, просто как обратная связь или эффект Ларсена) — это особый вид положительной обратной связи, которая возникает, когда звуковой контур существует между аудиовходом (например, микрофоном или звукоснимателем гитары ) и аудиовыходом (например, громкоговорителем с сильным усилением ). В этом примере сигнал, принимаемый микрофоном , усиливается и передается через громкоговоритель. Затем звук из громкоговорителя может быть снова принят микрофоном, усилен еще больше, а затем снова передан через громкоговоритель. Частота результирующего звука определяется резонансными частотами в микрофоне, усилителе и громкоговорителе, акустикой помещения, направленными диаграммами захвата и излучения микрофона и громкоговорителя, а также расстоянием между ними. Для небольших систем PA звук легко распознается как громкий визг или визг.

Обратная связь почти всегда считается нежелательной, когда она возникает с микрофоном певца или оратора на мероприятии, использующем систему звукоусиления или систему PA . Звукорежиссеры используют различные электронные устройства, такие как эквалайзеры, а с 1990-х годов — автоматические устройства обнаружения обратной связи, чтобы предотвратить эти нежелательные визги или визжащие звуки, которые отвлекают аудиторию от мероприятия. С другой стороны, с 1960-х годов электрогитаристы в рок- группах, использующие громкие гитарные усилители и эффекты искажения , намеренно создавали гитарную обратную связь, чтобы создать желаемый музыкальный эффект. « I Feel Fine » группы The Beatles является одним из самых ранних примеров использования обратной связи в качестве эффекта записи в популярной музыке. Она начинается с одной ударной ноты обратной связи , получаемой путем защипывания струны A на гитаре Леннона. Такие артисты, как The Kinks и The Who, уже использовали обратную связь вживую, но Леннон по-прежнему гордился тем фактом, что The Beatles были, возможно, первой группой, которая намеренно поместила ее на винил. В одном из своих последних интервью он сказал: «Я бросаю вызов любому, кто найдет запись — если только это не какая-нибудь старая блюзовая пластинка 1922 года — которая использовала бы обратную связь таким образом» [23] .

Принципы аудиообратной связи были впервые обнаружены датским ученым Сёреном Абсалоном Ларсеном . Микрофоны — не единственные преобразователи, подверженные этому эффекту. Звукосниматели звукоснимателей могут делать то же самое, обычно в диапазоне низких частот ниже примерно 100 Гц, проявляясь в виде низкого гула. Джими Хендрикс был новатором в намеренном использовании гитарной обратной связи в своих гитарных соло для создания уникальных звуковых эффектов. Он помог разработать контролируемое и музыкальное использование аудиообратной связи в игре на электрогитаре , [24] а позже Брайан Мэй был известным сторонником этой техники. [25]

Видеоотзыв .

Видео

Аналогично, если видеокамера направлена ​​на экран монитора , который отображает собственный сигнал камеры, то на экране могут быть сформированы повторяющиеся узоры с помощью положительной обратной связи. Этот эффект видеообратной связи использовался в начальных сценах первых десяти серий телепрограммы «Доктор Кто» .

Переключатели

В электрических переключателях , включая термостаты на основе биметаллической полосы , переключатель обычно имеет гистерезис в действии переключения. В этих случаях гистерезис механически достигается посредством положительной обратной связи в механизме точки опрокидывания. Действие положительной обратной связи минимизирует продолжительность времени возникновения дуги во время переключения, а также удерживает контакты в открытом или закрытом состоянии. [26]

В биологии

Положительная обратная связь — это усиление реакции организма на стимул. Например, при родах, когда головка плода толкается вверх к шейке матки (1), это стимулирует нервный импульс от шейки матки к мозгу (2). Когда мозг получает уведомление, он подает сигнал гипофизу вырабатывать гормон окситоцин (3). Затем окситоцин переносится через кровоток в матку (4), вызывая сокращения, подталкивая плод к шейке матки, в конечном итоге вызывая роды.

В физиологии

Множество примеров систем положительной обратной связи можно найти в физиологии .

В большинстве случаев такие петли обратной связи достигают кульминации в выработке встречных сигналов, которые подавляют или разрывают петлю. Родовые схватки прекращаются, когда ребенок выходит из тела матери. Химические вещества разрушают сгусток крови. Лактация прекращается, когда ребенок больше не сосет грудь. [27]

В регуляции генов

Положительная обратная связь — хорошо изученный феномен в регуляции генов, где она чаще всего связана с бистабильностью . Положительная обратная связь возникает, когда ген активирует себя напрямую или косвенно через двойную отрицательную петлю обратной связи. Генные инженеры сконструировали и протестировали простые сети положительной обратной связи в бактериях, чтобы продемонстрировать концепцию бистабильности. [28] Классическим примером положительной обратной связи является lac-оперон в E. coli . Положительная обратная связь играет неотъемлемую роль в клеточной дифференциации, развитии и прогрессировании рака, и, следовательно, положительная обратная связь в регуляции генов может иметь значительные физиологические последствия. Случайные движения в молекулярной динамике в сочетании с положительной обратной связью могут вызывать интересные эффекты, такие как создание популяции фенотипически различных клеток из одной и той же родительской клетки. [29] Это происходит, потому что шум может усиливаться положительной обратной связью. Положительная обратная связь может также возникать в других формах клеточной сигнализации , таких как кинетика ферментов или метаболические пути. [30]

В эволюционной биологии

Положительные обратные связи использовались для описания аспектов динамики изменений в биологической эволюции . Например, начиная с макроуровня, Альфред Дж. Лотка (1945) утверждал, что эволюция видов была по сути вопросом отбора, который обеспечивал обратную связь энергетических потоков для захвата все большего количества энергии для использования живыми системами. [31] На человеческом уровне Ричард Д. Александер (1989) предположил, что социальная конкуренция между человеческими группами и внутри них обеспечивала обратную связь с отбором интеллекта, таким образом постоянно производя все более и более совершенный человеческий интеллект. [32] Креспи (2004) рассмотрел несколько других примеров положительных обратных связей в эволюции. [33] Аналогия с эволюционными гонками вооружений дает дополнительные примеры положительной обратной связи в биологических системах. [34]

В течение фанерозоя биоразнообразие демонстрирует устойчивый, но не монотонный рост от практически нуля до нескольких тысяч родов.

Было показано, что изменения в биоразнообразии в течение фанерозоя гораздо лучше коррелируют с гиперболической моделью (широко используемой в демографии и макросоциологии ), чем с экспоненциальными и логистическими моделями (традиционно используемыми в популяционной биологии и широко применяемыми также к ископаемому биоразнообразию ). Последние модели подразумевают, что изменения в разнообразии направляются положительной обратной связью первого порядка (больше предков, больше потомков) или отрицательной обратной связью, возникающей из-за ограниченности ресурсов. Гиперболическая модель подразумевает положительную обратную связь второго порядка. Было продемонстрировано (см. ниже), что гиперболическая модель роста населения мира возникает из-за положительной обратной связи второго порядка между численностью населения и скоростью технологического роста . Гиперболический характер роста биоразнообразия может быть аналогичным образом объяснен положительной обратной связью между разнообразием и сложностью структуры сообщества. Было высказано предположение, что сходство между кривыми биоразнообразия и населения человека, вероятно, происходит из того факта, что обе они вытекают из интерференции гиперболического тренда (созданного положительной обратной связью) с циклической и стохастической динамикой. [35] [36]

Иммунная система

Цитокиновый шторм , или гиперцитокинемия, является потенциально фатальной иммунной реакцией, состоящей из положительной обратной связи между цитокинами и иммунными клетками , с сильно повышенными уровнями различных цитокинов. [37] При нормальной иммунной функции положительные обратные связи могут использоваться для усиления действия В-лимфоцитов. Когда В-клетка связывает свои антитела с антигеном и активируется, она начинает высвобождать антитела и секретировать белок комплемента, называемый C3. Как C3, так и антитела В-клетки могут связываться с патогеном, и когда В-клетка связывает свои антитела с патогеном с помощью C3, это ускоряет секрецию В-клеткой большего количества антител и большего количества C3, тем самым создавая положительную обратную связь. [38]

Смерть клеток

Апоптоз — это опосредованный каспазой процесс клеточной смерти, целью которого является удаление долгоживущих или поврежденных клеток. Нарушение этого процесса было связано с такими известными состояниями, как рак или болезнь Паркинсона . Самой сутью апоптотического процесса является автоактивация каспаз, которая может быть смоделирована с помощью петли положительной обратной связи. Эта положительная обратная связь вызывает автоактивацию эффекторной каспазы с помощью промежуточных каспаз. При изоляции от остальной части апоптотического пути эта положительная обратная связь представляет только одно стабильное состояние, независимо от количества промежуточных шагов активации эффекторной каспазы. [9] Когда этот основной процесс дополняется ингибиторами и усилителями эффектов каспаз, этот процесс представляет бистабильность, тем самым моделируя живое и умирающее состояния клетки. [39]

В психологии

Виннер (1996) описал одаренных детей как движимых циклами положительной обратной связи, включающими установку собственного курса обучения, это удовлетворение обратной связи, таким образом, дальнейшее установление их учебных целей на более высоком уровне и т. д. [40] Виннер назвал этот цикл положительной обратной связи яростью к мастерству . Вандерверт (2009a, 2009b) предположил, что вундеркинда можно объяснить с точки зрения цикла положительной обратной связи между выходом мышления/выполнения в рабочей памяти , который затем подается в мозжечок , где он упорядочивается, а затем возвращается в рабочую память, таким образом постоянно увеличивая количественный и качественный выход рабочей памяти. [41] [42] Вандерверт также утверждал, что этот цикл положительной обратной связи рабочей памяти/мозжечка был ответственен за эволюцию языка в рабочей памяти.

В экономике

Рынки с социальным влиянием

Рекомендации по продуктам и информация о прошлых покупках, как было показано, значительно влияют на выбор потребителей, будь то музыка, фильмы, книги, технологии и другие типы продуктов. Социальное влияние часто вызывает феномен «богатеешь-богатеешь» ( эффект Мэтью ), когда популярные продукты, как правило, становятся еще более популярными. [43]

Динамика рынка

Согласно теории рефлексивности , выдвинутой Джорджем Соросом , изменения цен обусловлены процессом положительной обратной связи, в ходе которого ожидания инвесторов зависят от движения цен, поэтому их поведение усиливает движение в этом направлении до тех пор, пока оно не станет неустойчивым, после чего обратная связь направляет цены в противоположном направлении. [44]

В социальных сетях

Такие программы, как Facebook и Twitter, зависят от положительной обратной связи, чтобы создавать интерес к темам и стимулировать распространение информации в СМИ. [45] [46] В эпоху смартфонов и социальных сетей цикл обратной связи создал повальное увлечение виртуальной валидацией в форме лайков, репостов и FOMO (страх упустить что-то). [47] Это усиливается использованием ботов, которые разработаны для реагирования на определенные слова или темы и более широкой передачи сообщений. [48]

То, что в социальных сетях называется негативной обратной связью, в этом контексте часто следует рассматривать как позитивную. Возмутительные заявления и негативные комментарии часто вызывают гораздо больше обратной связи, чем позитивные комментарии.

Системный риск

Системный риск — это риск, который представляет для системы процесс усиления, рычага или положительной обратной связи. Обычно это неизвестно, и при определенных условиях этот процесс может усиливаться экспоненциально и быстро приводить к разрушительному или хаотичному поведению. Схема Понци является хорошим примером системы с положительной обратной связью: средства от новых инвесторов используются для выплаты необычно высоких доходов, которые, в свою очередь, привлекают больше новых инвесторов, вызывая быстрый рост к краху. У. Брайан Артур также изучал и писал о положительной обратной связи в экономике (например, У. Брайан Артур, 1990). [49] Хайман Мински предложил теорию о том, что определенные практики кредитной экспансии могут превратить рыночную экономику в «систему усиления отклонений», которая может внезапно рухнуть, [50] иногда называемую моментом Мински .

Простые системы, которые четко разделяют входы и выходы, не подвержены системному риску . Этот риск более вероятен по мере увеличения сложности системы, поскольку становится все труднее увидеть или проанализировать все возможные комбинации переменных в системе даже в условиях тщательного стресс-тестирования. Чем эффективнее сложная система, тем более вероятно, что она будет подвержена системным рискам, поскольку для ее нарушения достаточно лишь небольшого отклонения. Поэтому хорошо спроектированные сложные системы обычно имеют встроенные функции, позволяющие избежать этого состояния, такие как небольшое трение, или сопротивление, или инерция, или временная задержка для разделения выходов и входов в системе. Эти факторы приводят к неэффективности, но они необходимы для предотвращения нестабильности.

Инцидент с крахом рынка в 2010 году был приписан практике высокочастотной торговли (HFT) [51] , хотя вопрос о том, действительно ли HFT увеличивает системный риск, остается спорным. [ необходима цитата ]

Рост численности населения

Сельское хозяйство и человеческая популяция могут рассматриваться как находящиеся в режиме положительной обратной связи, [52] что означает, что одно стимулирует другое с возрастающей интенсивностью. Предполагается, что эта система положительной обратной связи когда-нибудь закончится катастрофой, поскольку современное сельское хозяйство использует весь легкодоступный фосфат и прибегает к высокоэффективным монокультурам, которые более восприимчивы к системному риску .

Технологические инновации и численность населения можно рассматривать аналогичным образом, и это было предложено в качестве объяснения кажущегося гиперболического роста населения в прошлом, вместо более простого экспоненциального роста . [53] Предполагается, что темпы роста ускоряются из-за положительной обратной связи второго порядка между населением и технологиями. [54] : 133–160  Технологический рост увеличивает пропускную способность земли для людей, что приводит к росту населения, а это, в свою очередь, стимулирует дальнейший технологический рост. [54] : 146  [55]

Предрассудки, социальные институты и бедность

Гуннар Мюрдаль описал порочный круг растущего неравенства и бедности, который известен как круговая кумулятивная причинно-следственная связь . [56]

В метеорологии

Засуха усиливается за счет положительной обратной связи. Недостаток дождя уменьшает влажность почвы, что убивает растения или заставляет их выделять меньше воды через транспирацию . Оба фактора ограничивают эвапотранспирацию , процесс, посредством которого водяной пар добавляется в атмосферу с поверхности, и добавляют сухую пыль в атмосферу, которая поглощает воду. Меньше водяного пара означает как низкие температуры точки росы , так и более эффективное дневное отопление, что снижает вероятность влажности в атмосфере, что приводит к образованию облаков. Наконец, без облаков не может быть дождя, и цикл замыкается. [57]

В климатологии

Климатические воздействия могут подталкивать климатическую систему в направлении потепления или охлаждения, [60] например, повышенная концентрация парниковых газов в атмосфере вызывает потепление на поверхности. Воздействия являются внешними по отношению к климатической системе, а обратные связи являются внутренними процессами системы. Некоторые механизмы обратной связи действуют в относительной изоляции от остальной части климатической системы, в то время как другие тесно связаны. [61] Воздействия, обратные связи и динамика климатической системы определяют, насколько сильно и как быстро меняется климат. Основная положительная обратная связь в глобальном потеплении — это тенденция потепления увеличивать количество водяного пара в атмосфере, что, в свою очередь, приводит к дальнейшему потеплению. [62] Основная отрицательная обратная связь исходит из закона Стефана-Больцмана , количество тепла, излучаемого Землей в космос, пропорционально четвертой степени температуры поверхности Земли и атмосферы.

Другие примеры подсистем положительной обратной связи в климатологии включают:

В Четвертом оценочном докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) говорится, что «антропогенное потепление может привести к некоторым последствиям, которые будут резкими или необратимыми, в зависимости от скорости и масштабов изменения климата». [63]

В социологии

Самоисполняющееся пророчество — это социальная положительная обратная связь между убеждениями и поведением: если достаточное количество людей верят в то, что что-то является правдой, их поведение может сделать это правдой, а наблюдения за их поведением могут, в свою очередь, усилить веру. Классический пример — банковский рейд .

Другим социологическим примером положительной обратной связи является сетевой эффект . Когда больше людей поощряется присоединиться к сети, это увеличивает охват сети, поэтому сеть расширяется все быстрее. Вирусное видео является примером сетевого эффекта, в котором ссылки на популярное видео распространяются и перераспределяются, гарантируя, что больше людей увидят видео, а затем повторно опубликуют ссылки. Это основа многих социальных явлений, включая финансовые пирамиды и цепные письма . Во многих случаях ограничивающим фактором эффекта обратной связи является численность населения.

В химии

Если химическая реакция вызывает выделение тепла , а сама реакция происходит быстрее при более высоких температурах, то существует высокая вероятность положительной обратной связи. Если выделяемое тепло не отводится от реагентов достаточно быстро, может произойти тепловой разгон , который очень быстро приведет к химическому взрыву .

В области сохранения

На многих диких животных охотятся из-за их частей, которые могут быть весьма ценными. Чем ближе к вымиранию становятся целевые виды, тем выше цена на их части. [64]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc Бен Цукерман и Дэвид Джефферсон (1996). Человеческая популяция и экологический кризис. Jones & Bartlett Learning. стр. 42. ISBN 9780867209662. Архивировано из оригинала 2018-01-06.
  2. ^ Keesing, RM (1981). Культурная антропология: современная перспектива (2-е изд.) стр. 149. Сидней: Holt, Rinehard & Winston, Inc.
  3. ^ abcde Бернард П. Зейглер; Герберт Прехофер; Тэг Гон Ким Секция (2000). "3.3.2 Обратная связь в непрерывных системах". Теория моделирования и имитации: Интеграция дискретных событий и непрерывных сложных динамических систем. Academic Press. стр. 55. ISBN 9780127784557. Архивировано из оригинала 2017-01-03. Положительная обратная связь — это петля с четным числом отрицательных влияний [по всей петле].
  4. ^ SW Amos; RW Amos (2002). Newnes Dictionary of Electronics (4-е изд.). Newnes. стр. 247. ISBN 9780750656429. Архивировано из оригинала 2017-03-29.
  5. ^ Рудольф Ф. Граф (1999). Современный словарь электроники (7-е изд.). Newnes. стр. 276. ISBN 9780750698665. Архивировано из оригинала 2017-03-29.
  6. ^ "Положительная обратная связь". Oxford English Dictionary . Oxford University Press. Архивировано из оригинала 2 марта 2014 года . Получено 15 апреля 2014 года .
  7. ^ "Обратная связь". Глоссарий . Metadesigners Network. Архивировано из оригинала 16 апреля 2014 года . Получено 15 апреля 2014 года .
  8. ^ Электронные схемы и устройства второе издание. Ральф Дж. Смит
  9. ^ ab Лопес-Каамаль, Фернандо; Миддлтон, Ричард Х.; Хубер, Генрих (февраль 2014 г.). «Равновесия и устойчивость класса положительных обратных связей». Журнал математической биологии . 68 (3): 609–645. doi :10.1007/s00285-013-0644-z. PMID  23358701. S2CID  2954380.
  10. ^ Донелла Медоуз, Точки воздействия: Места для вмешательства в систему. Архивировано 08.10.2013 в Wayback Machine , 1999
  11. ^ ab Mindell, David A. (2002). Между человеком и машиной: обратная связь, управление и вычисления до кибернетики. Балтимор, Мэриленд: Johns Hopkins University Press. ISBN 9780801868955. Архивировано из оригинала 2018-01-06.
  12. ↑ Фриис, Х.Т.; Йенсен, А.Г. (апрель 1924 г.), «Высокочастотные усилители», Bell System Technical Journal , 3 (2): 181–205, doi :10.1002/j.1538-7305.1924.tb01354.x
  13. ↑ Блэк, Х.С. (январь 1934 г.), «Стабилизированные усилители с обратной связью», Электротехника , 53 : 114–120, doi : 10.1109/ee.1934.6540374
  14. ^ Медоуз, Донелла Х. (2009). Системное мышление: учебник . Лондон: Earthscan. ISBN 9786000014056.
  15. ↑ US 1113149, Armstrong, EH, «Беспроводная приемная система», опубликовано 1914-10-06 
  16. ^ Китчин, Чарльз. "Проект регенеративного приемника коротких волн". Архивировано из оригинала 10 июля 2010 года . Получено 23 сентября 2010 года .
  17. ^ "Sinewave Oscillators". EDUCYPEDIA - electronics . Архивировано из оригинала 27 сентября 2010 года . Получено 23 сентября 2010 года .
  18. ^ Селф, Дуглас (2009). Справочник по проектированию усилителей мощности звука. Focal Press. С. 254–255. ISBN 978-0-240-52162-6. Архивировано из оригинала 2014-01-29.
  19. ^ "КМОП-триггер Шмитта — уникальный универсальный компонент дизайна" (PDF) . Fairchild Semiconductor Application Note 140 . Fairchild Semiconductors. 1975. Архивировано (PDF) из оригинала 22 ноября 2010 г. . Получено 29 сентября 2010 г. .
  20. ^ Странд, Роберт. «Защелки и шлепанцы». Бордоская лаборатория исследований информатики. Архивировано из оригинала 16 июля 2011 года . Проверено 4 ноября 2010 г.
  21. ^ Уэйн, Сторр. "Sequential Logic Basics: SR Flip-Flop". Electronics-Tutorials.ws. Архивировано из оригинала 16 сентября 2010 г. Получено 29 сентября 2010 г.
  22. ^ Шарма, Биджай Кумар (2009). "Лекция по аналоговой электронике 4, часть C. Процедура проектирования усилителя с RC-цепочкой" . Получено 29 сентября 2010 г.
  23. ^ Шефф, Дэвид (2000). All We Are Saying. Нью-Йорк, Нью-Йорк: St. Martin's Press. стр. 173. ISBN 978-0-312-25464-3.
  24. ^ Шадвик, Кит (2003). Джими Хендрикс, музыкант . Backbeat Books . стр. 92. ISBN 978-0-87930-764-6.
  25. ^ Мэй, Брайан. "Burns Brian May Tri-Sonic Pickups". House Music & Duck Productions. Архивировано из оригинала 20 ноября 2010 года . Получено 2 февраля 2011 года .
  26. ^ "Positive Feedback and Bistable Systems" (PDF) . Вашингтонский университет. Архивировано (PDF) из оригинала 2015-04-13. * Негистерезисные переключатели, переключатели без памяти: Эти системы не имеют памяти, то есть после удаления входного сигнала система возвращается в исходное состояние. * Гистерезисные переключатели, бистабильность: Бистабильные системы, напротив, имеют память. То есть при переключении в одно или другое состояние эти системы остаются в этом состоянии, если их не заставят вернуться обратно. Выключатель света является распространенным примером бистабильной системы из повседневной жизни. Все бистабильные системы основаны на некоторой форме петли положительной обратной связи.
  27. ^ abcdef Гайтон, Артур С. (1991) Учебник медицинской физиологии . (8-е изд.). Филадельфия: WB Saunders. ISBN 0-7216-3994-1 
  28. ^ Hasty, J.; McMillen, D.; Collins, JJ (2002). «Спроектированные генные схемы». Nature . 420 (6912): 224–230. Bibcode :2002Natur.420..224H. doi : 10.1038/nature01257 . PMID  12432407.
  29. ^ Veening, J.; Smits, WK; Kuipers, OP (2008). «Бистабильность, эпигенетика и хеджирование ставок у бактерий» (PDF) . Annual Review of Microbiology . 62 (1): 193–210. doi :10.1146/annurev.micro.62.081307.163002. hdl :11370/59bec46a-4434-4eaa-aaae-03461dd02bbb. PMID  18537474. S2CID  3747871.
  30. ^ Баговски, CP; Феррелл, JE (2001). «Бистабильность в каскаде JNK». Current Biology . 11 (15): 1176–1182. doi : 10.1016/S0960-9822(01)00330-X . PMID  11516948. S2CID  526628.
  31. ^ Лотка, А (1945). «Закон эволюции как максимальный принцип». Биология человека . 17 : 168–194.
  32. ^ Александр, Р. (1989). Эволюция человеческой психики. В P. Millar & C. Stringer (ред.), Человеческая революция: поведенческие и биологические перспективы происхождения современных людей (стр. 455-513). Принстон: Princeton University Press.
  33. ^ Креспи, Б. Дж. (2004). «Порочные круги: положительная обратная связь в основных эволюционных и экологических переходах». Тенденции в экологии и эволюции . 19 (12): 627–633. doi :10.1016/j.tree.2004.10.001. PMID  16701324.
  34. ^ Докинз, Р. 1991. Слепой часовщик Лондон: Penguin. Примечание: WW Norton также опубликовал эту книгу, и некоторые цитаты могут ссылаться на эту публикацию. Однако текст идентичен, поэтому все зависит от того, какая книга находится под рукой
  35. ^ Марков, Александр В .; Коротаев, Андрей В. (2007). «Морское биоразнообразие фанерозоя следует гиперболической тенденции». Палеомир . 16 (4): 311–318. дои : 10.1016/j.palwor.2007.01.002.
  36. ^ Марков, А.; Коротаев, А. (2008). «Гиперболический рост морского и континентального биоразнообразия в фанерозое и эволюция сообществ». Журнал общей биологии . 69 (3): 175–194. PMID  18677962. Архивировано из оригинала 25.12.2009.
  37. ^ Остерхолм, Майкл Т. (2005-05-05). «Подготовка к следующей пандемии». The New England Journal of Medicine . 352 (18): 1839–1842. CiteSeerX 10.1.1.608.6200 . doi :10.1056/NEJMp058068. PMID  15872196. S2CID  45893174. 
  38. ^ Пол, Уильям Э. (сентябрь 1993 г.). «Инфекционные заболевания и иммунная система». Scientific American . 269 (3): 93. Bibcode : 1993SciAm.269c..90P. doi : 10.1038/scientificamerican0993-90. PMID  8211095.
  39. ^ Эйссинг, Томас (2014). «Анализ бистабильности модели активации каспазы для апоптоза, вызванного рецептором». Журнал биологической химии . 279 (35): 36892–36897. doi : 10.1074/jbc.M404893200 . PMID  15208304.
  40. ^ Winner, E. (1996). Одаренные дети: Мифы и реальность. Нью-Йорк: Basic Books. ISBN 978-0465017607.
  41. ^ Вандерверт, Л. (2009а). Рабочая память, когнитивные функции мозжечка и вундеркинд. В LV Shavinina (ред.), Международный справочник по одаренности (стр. 295-316). Нидерланды: Springer Science.
  42. ^ Вандерверт, Л. (2009b). «Появление вундеркинда 10 000 лет назад: эволюционное и эволюционное объяснение». Журнал разума и поведения . 30 (1–2): 15–32.
  43. ^ Altszyler, E; Berbeglia, F.; Berbeglia, G.; Van Hentenryck, P. (2017). «Переходная динамика на рынках пробных предложений с социальным влиянием: компромиссы между привлекательностью и качеством». PLOS ONE . 12 (7): e0180040. Bibcode : 2017PLoSO..1280040A. doi : 10.1371/journal.pone.0180040 . PMC 5528888. PMID  28746334 . 
  44. ^ Аццопарди, Пол В. (2010), Поведенческий технический анализ, Harriman House Limited, стр. 116, ISBN 9780857190680, архивировано из оригинала 2017-03-29
  45. ^ Бургхардт, Кит; Лерман, Кристина (18 января 2022 г.). Возникающие нестабильности в алгоритмических петлях обратной связи (отчет). Корнелльский университет. arXiv : 2201.07203 .
  46. ^ Лукидес, Майк (24 сентября 2019 г.). «Самая большая проблема социальных сетей не имеет ничего общего со свободой слова». Gizmodo.
  47. ^ Беневаа, Доркас (7 мая 2021 г.). «Социальные сети и цикл обратной связи дофамина: вот как это влияет на вас». Digital Times.
  48. ^ Рирдон, Джейн (14 декабря 2017 г.). «Можем ли мы избежать цикла обратной связи социальных сетей?». 2Civility.
  49. ^ Артур, У. Брайан (1990). «Положительные обратные связи в экономике». Scientific American . 262 (2): 80. Bibcode : 1990SciAm.262b..92A. doi : 10.1038/scientificamerican0290-92.
  50. ^ Гипотеза финансовой нестабильности. Архивировано 09.10.2009 в Wayback Machine Хайманом П. Мински, рабочий документ № 74, май 1992 г., стр. 6–8.
  51. ^ "Выводы относительно событий на рынке от 6 мая 2010 г." (PDF) . 2010-09-30. Архивировано (PDF) из оригинала 15 августа 2017 г.
  52. ^ Браун, А. Дункан (2003), Feed или Feedback: Agriculture, Population Dynamics and the State of the Planet , Утрехт: International Books, ISBN 978-90-5727-048-2
  53. ^ Долгоносов, Б.М. (2010). «О причинах гиперболического роста в биологических и человеческих мировых системах». Экологическое моделирование . 221 (13–14): 1702–1709. doi :10.1016/j.ecolmodel.2010.03.028.
  54. ^ ab Коротаев А. Компактные математические модели развития мировой системы и как они могут помочь нам прояснить наше понимание процессов глобализации Архивировано 06.01.2018 в Wayback Machine . Глобализация как эволюционный процесс: моделирование глобальных изменений . Под редакцией Джорджа Модельски , Тессалено Девезаса и Уильяма Р. Томпсона. Лондон: Routledge , 2007. С. 133-160.
  55. ^ Коротаев, А.В., и Малков, А.С. Компактная математическая модель экономического и демографического роста мировой системы, 1 CE–1973 CE // МЕЖДУНАРОДНЫЙ ЖУРНАЛ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ В ПРИКЛАДНЫХ НАУКАХ Том 10, 2016. С. 200–209 Архивировано 06.01.2018 на Wayback Machine .
  56. ^ Бергер, Себастьян. «Круговая кумулятивная причинность (CCC) в духе Мюрдаля и Каппа — политический институционализм для минимизации социальных издержек» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 26 апреля 2012 г. . Получено 26 ноября 2011 г. .
  57. ^ S.-Y. Simon Wang; Jin-Ho Yoon; Christopher C. Funk; Robert R. Gillies, ред. (2017). Climate Extremes: Patterns and Mechanisms. Wiley. стр. 81–82. ISBN 9781119068037.
  58. ^ «Изучение Земли как интегрированной системы». nasa.gov . NASA. 2016. Архивировано из оригинала 2 ноября 2016 года.
  59. ^ Рис. TS.17, Техническое резюме, Шестой оценочный доклад (AR6), Рабочая группа I, МГЭИК, 2021, стр. 96. Архивировано из оригинала 21 июля 2022 г.
  60. ^ US NRC (2012), Изменение климата: доказательства, последствия и выбор, Национальный исследовательский совет США (US NRC), архивировано из оригинала 2016-05-03, стр. 9. Также доступно в формате PDF Архивировано 20.02.2013 на Wayback Machine
  61. ^ Понимание обратных связей по изменению климата, Национальная академия наук США. Архивировано 10 февраля 2012 г. на Wayback Machine.
  62. ^ "8.6.3.1 Водяной пар и вертикальный градиент - AR4 WGI Глава 8: Климатические модели и их оценка". Архивировано из оригинала 2010-04-09 . Получено 2010-04-23 .
  63. ^ МГЭИК. "Изменение климата 2007: Обобщающий отчет. Вклад рабочих групп I, II и III в Четвертый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата. Стр. 53" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 2010-02-09. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  64. ^ Холден, Мэтью Х.; Макдональд-Мэдден, Ив (2017). «Высокие цены на редкие виды могут привести к вымиранию больших популяций: антропогенный эффект Олли снова». Журнал теоретической биологии . 429 : 170–180. arXiv : 1703.06736 . Bibcode : 2017JThBi.429..170H. doi : 10.1016/j.jtbi.2017.06.019. PMID  28669883. S2CID  4877874.
  65. ^ Положительная обратная связь возникает, когда человеку говорят, что он сделал что-то хорошо или правильно. Том Коэнс и Мэри Дженкинс, «Отмена оценок эффективности», стр. 116.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки