stringtranslate.com

Положительный отзыв

Диаграмма причинно-следственной петли , изображающая причины давки в виде петли положительной обратной связи. Тревога или паника иногда могут быть вызваны положительной обратной связью среди стада животных и вызвать давку .
В социологии сетевой эффект может быстро создать положительную обратную связь в виде изъятия банков . На фотографии выше изображено открытие банка Northern Rock в Великобритании в 2007 году .

Положительная обратная связь ( усугубляющая обратная связь , самоусиливающаяся обратная связь ) — это процесс, происходящий в петле обратной связи , который усугубляет последствия небольшого нарушения. То есть эффекты возмущения на систему 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] Обе концепции играют важную роль в науке и технике, включая биологию, химию и кибернетику .

Математически положительная обратная связь определяется как усиление положительной петли вокруг замкнутой петли причины и следствия. [1] [3] То есть положительная обратная связь находится в фазе с входным сигналом, в том смысле, что она суммируется, увеличивая входной сигнал. [4] [5] Положительная обратная связь имеет тенденцию вызывать нестабильность системы . Когда усиление контура положительное и превышает 1, обычно наблюдается экспоненциальный рост , усиление колебаний , хаотическое поведение или другие отклонения от равновесия. [3] Параметры системы обычно достигают экстремальных значений, что может привести к повреждению или разрушению системы или привести к ее переходу в новое стабильное состояние. Положительная обратная связь может контролироваться фильтрацией , демпфированием или ограничением сигналов в системе , либо ее можно отменить или уменьшить путем добавления отрицательной обратной связи.

Положительная обратная связь используется в цифровой электронике для перевода напряжения из промежуточного напряжения 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 увеличивать скорость реакций, а в некоторых случаях может привести к взрывам . Положительная обратная связь в механической конструкции приводит к тому, что механизмы точки опрокидывания или «сверхцентра» защелкиваются в нужном положении, например, в переключателях и стопорных клещах . Если выйти из-под контроля, это может привести к обрушению мостов . Положительная обратная связь в экономических системах может вызвать циклы подъема и спада . Известным примером положительной обратной связи является громкий визг или вой, создаваемый звуковой обратной связью в системах громкой связи : микрофон улавливает звук из своих громкоговорителей, усиливает его и снова передает через громкоговорители.

Свертывание тромбоцитов демонстрирует положительную обратную связь. Поврежденная стенка кровеносного сосуда выделяет химические вещества, которые инициируют образование тромба за счет 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 не закроется полностью 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 обеспечивать 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 первоначальный процесс. Положительные и отрицательные в этом смысле относятся к выигрышу цикла, большему или меньшему нуля, и не подразумевают каких-либо оценочных суждений относительно желательности результатов или эффектов. [7] Ключевой особенностью положительной обратной связи является то, что небольшие нарушения становятся больше. Когда в системе происходят изменения, положительная обратная связь вызывает дальнейшие изменения в том же направлении.

Базовый

Базовая система обратной связи может быть представлена ​​этой блок-схемой. На диаграмме символ + представляет собой сумматор, а A и B — произвольные причинные функции.

На схеме показана простая петля обратной связи. Если усиление контура AB положительное, то существует условие положительной или регенеративной обратной связи.

Если функции A и B линейны, а AB меньше единицы, то общий выигрыш 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 к выходу составляет:

Когда AB > 1, система неустойчива и не имеет четко определенного коэффициента усиления; выигрыш можно назвать бесконечным.

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

Система, находящаяся в равновесии, в которой существует положительная обратная связь на любое изменение ее текущего состояния, может быть неустойчивой, и в этом случае говорят, что система находится в неустойчивом равновесии . Величина сил, которые выводят такую ​​систему из 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 включения и выключения . [9]

Гистерезис

Гистерезис приводит к тому, что выходное значение зависит от истории входа.
В схеме триггера Шмитта обратная связь с неинвертирующим входом усилителя сдвигает выходной сигнал непосредственно от приложенного напряжения к максимальному или минимальному напряжению, которое может генерировать усилитель.

В реальном мире петли положительной обратной связи обычно не вызывают постоянно растущего роста, а модифицируются за счет каких-либо ограничивающих эффектов. По словам Донеллы Медоуз :

«Петли положительной обратной связи являются источниками роста, взрыва, эрозии и коллапса в системах. Система с неконтролируемой положительной петлей в конечном итоге разрушит сама себя. Вот почему их так мало. Обычно рано или поздно срабатывает отрицательная петля. " [10]

Гистерезис, при котором начальная точка влияет на то, где окажется система, может быть создан положительной обратной связью. Когда коэффициент усиления контура обратной связи превышает 1, выходной сигнал удаляется от входа: если он выше входного, то он движется к ближайшему положительному пределу, а если он ниже входного, то он движется к ближайшему отрицательному пределу. предел.

Как только он достигнет предела, он станет стабильным. Однако, если входные данные выходят за пределы предела, [ необходимы разъяснения ] , тогда обратная связь меняет знак [ сомнительно – обсудить ] , и выходные данные будут двигаться в противоположном направлении, пока не достигнут противоположного предела. Таким образом, система демонстрирует бистабильное поведение.

Терминология

Термины «положительная» и «негативная» впервые были применены к обратной связи перед Второй мировой войной . Идея положительной обратной связи была распространена уже в 1920-х годах с появлением 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 мнению Минделла (2002), вскоре после этого возникла путаница в терминах:

«...Фрайс 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, скорее, на ее влиянии на усиление усилителя. Напротив, , Найквист и Боде, опираясь на работу Блэка, называли отрицательную обратную связь обратной связью с обратным знаком. Блэку было трудно убедить других в полезности своего изобретения, отчасти потому, что существовала путаница в основных вопросах определения». [11] : 121 

Эта путаница, наряду с повседневными ассоциациями положительного с «хорошим» и отрицательного с «плохим», побудила многих теоретиков систем предложить альтернативные термины. Например, Донелла Медоуз предпочитает термины «усиливающая» и «балансирующая» обратная связь. [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 клапана (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 увеличить его коэффициент усиления в 1000 и более раз. [16] Следовательно, сигнал можно усилить в 20 000 или даже 100 000 раз за один каскад, что обычно имеет коэффициент усиления всего от 20 до 50. Проблема с регенеративными усилителями, работающими с такими очень высокими коэффициентами усиления, заключается в том, что они легко становятся нестабильными и начинают работать. колебаться. Радист должен быть готов достаточно постоянно настраивать интенсивность обратной связи для обеспечения хорошего приема. Современные радиоприемники используют супергетеродинную конструкцию с большим количеством каскадов усиления, но с гораздо более стабильной работой и отсутствием положительной обратной связи.

Колебания, возникающие в регенеративной радиоцепи, используются в электронных генераторах . Благодаря использованию настроенных схем или пьезоэлектрического кристалла (обычно кварца ) сигнал, усиливаемый положительной обратной связью, остается линейным и синусоидальным . Существует несколько конструкций таких гармонических генераторов , в том числе генератор Армстронга , генератор Хартли , генератор Колпитца и мостовой генератор Вина . Все они используют положительную обратную связь для создания колебаний. [17]

Многие электронные схемы, особенно усилители, имеют отрицательную обратную связь . Это уменьшает их усиление, но улучшает их линейность, входное сопротивление , выходное сопротивление и полосу пропускания , а также стабилизирует все эти параметры, включая коэффициент усиления контура. Эти параметры также становятся менее зависимыми от деталей самого усилительного устройства и более зависимыми от компонентов обратной связи, которые с меньшей вероятностью будут изменяться в зависимости от производственных допусков, возраста и температуры. Разница между положительной и отрицательной обратной связью для сигналов переменного тока заключается в фазе : если сигнал возвращается не по фазе, обратная связь отрицательна, а если он находится в фазе, обратная связь положительна. Одна из проблем для разработчиков усилителей, использующих отрицательную обратную связь, заключается в том, что некоторые компоненты схемы вносят фазовый сдвиг в цепь обратной связи. Если существует частота (обычно высокая частота), на которой фазовый сдвиг достигает 180°, разработчик должен обеспечить, чтобы коэффициент усиления усилителя на этой частоте был 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, стабильный в одних условиях, может дать паразитные колебания в других. Это может быть связано с изменениями температуры, напряжения питания, регулировкой органов управления на передней панели или даже близостью человека или другого проводящего предмета.

Усилители могут плавно колебаться так, что их трудно обнаружить без осциллографа , или колебания могут быть настолько обширными, что проходит только очень искаженный сигнал или вообще не проходит необходимый сигнал, или что происходит повреждение. Низкочастотные паразитные колебания были названы «моторными» из-за сходства со звуком выхлопа на низких оборотах. [18]

Эффект от использования триггера Шмитта (Б) вместо компаратора (А)

Многие распространенные цифровые электронные схемы используют положительную обратную связь. В то время как обычные простые логические логические элементы обычно полагаются просто на коэффициент усиления, чтобы перевести напряжение цифрового сигнала от промежуточных значений к значениям, которые предназначены для представления логических значений «0» и «1», но многие более сложные логические элементы используют обратную связь. Когда ожидается, что входное напряжение будет изменяться аналоговым образом , но для последующей цифровой обработки требуются точные пороговые значения, схема триггера Шмитта использует положительную обратную связь, чтобы гарантировать, что, если входное напряжение плавно превысит пороговое значение, выходное напряжение будет изменено разумно и быстро. из одного логического состояния в другое. Одним из следствий использования положительной обратной связи в триггере Шмитта является то, что, если входное напряжение снова плавно опустится за пределы того же порога, положительная обратная связь будет удерживать выходное напряжение в том же состоянии без изменений. Этот эффект называется гистерезисом : входное напряжение должно превысить другой, более низкий порог, чтобы «разблокировать» выходной сигнал и сбросить его до исходного цифрового значения. Уменьшая степень положительной обратной связи, ширину гистерезиса можно уменьшить, но полностью устранить ее невозможно. Триггер Шмитта в некоторой степени представляет собой схему с фиксацией . [19]

Положительная обратная связь — это механизм, с помощью которого увеличивается результат, например, уровень белка. Однако, чтобы избежать каких-либо колебаний уровня белка, механизм стохастически ингибируется (I), поэтому, когда концентрация активированного белка (А) превышает пороговое значение ([I]), активируется петлевой механизм и концентрация A увеличивается экспоненциально, если d[A]=k [A]
Иллюстрация триггера RS («сброс-установка»), состоящего из двух цифровых вентилей нор с положительной обратной связью. Красный и черный означают логические «1» и «0» соответственно.

Электронный триггер , или «защелка», или «бистабильный мультивибратор », представляет собой схему, которая из-за высокой положительной обратной связи не стабильна в сбалансированном или промежуточном состоянии. Такая бистабильная схема является основой одного бита электронной памяти . В триггере используется пара усилителей, транзисторов или логических элементов, соединенных друг с другом так, что положительная обратная связь поддерживает состояние схемы в одном из двух несбалансированных стабильных состояний после удаления входного сигнала, пока не будет найден подходящий альтернативный сигнал. применяется для изменения состояния. [20] Компьютерное оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) может быть выполнено таким образом с одной схемой фиксации для каждого бита памяти. [21]

Тепловой разгон происходит в электронных системах, потому что какой-то аспект цепи может пропускать больший ток, когда он нагревается, а затем, чем горячее он становится, тем больше тока он пропускает, что нагревает его еще больше, и поэтому он пропускает еще больший ток. Последствия обычно катастрофичны для рассматриваемого устройства. Если устройства должны использоваться почти с максимальной мощностью, а тепловой разгон возможен или вероятен при определенных условиях, улучшений обычно можно достичь путем тщательного проектирования. [22]

Проигрыватель проигрывателя фонографа склонен к акустической обратной связи.

Аудио- и видеосистемы могут продемонстрировать положительные отзывы. Если микрофон улавливает усиленный звуковой сигнал громкоговорителей в той же цепи, то будут слышны воющие и визговые звуки звуковой обратной связи (вплоть до максимальной мощности усилителя), поскольку случайный шум повторно усиливается положительной обратной связью. и фильтруется по характеристикам аудиосистемы и помещения.

Аудио и живая музыка

Аудиообратная связь (также известная как акустическая обратная связь, просто обратная связь или эффект Ларсена) — это особый вид положительной обратной связи, который возникает, когда между аудиовходом (например, микрофоном или гитарным звукоснимателем ) и аудиовыходом существует звуковая петля. (например, громкоговоритель с усилением ). В этом примере сигнал, принятый микрофоном, усиливается и выводится из громкоговорителя. Звук из громкоговорителя затем может быть снова принят микрофоном, дополнительно усилен, а затем снова пропущен через громкоговоритель. Частота результирующего звука определяется резонансными частотами микрофона, усилителя и громкоговорителя, акустикой помещения, диаграммой направленности и диаграммой направленности микрофона и громкоговорителя, а также расстоянием между ними. В небольших акустических системах звук легко распознается как громкий визг или визг.

Обратная связь почти всегда считается нежелательной, когда она возникает в микрофоне певца или оратора на мероприятии с использованием системы звукоусиления или системы громкой связи . Аудиоинженеры используют различные электронные устройства, такие как эквалайзеры, а с 1990-х годов устройства автоматического обнаружения обратной связи, чтобы предотвратить нежелательные визги или визги, которые отвлекают аудиторию от удовольствия от мероприятия. С другой стороны, с 1960-х годов электрогитаристы в рок- группах, использующие громкие гитарные усилители и эффекты искажения , намеренно создавали обратную связь на гитаре, чтобы создать желаемый музыкальный эффект. « I Feel Fine » группы «Битлз» представляет собой один из самых ранних примеров использования обратной связи в качестве эффекта записи в популярной музыке. Он начинается с единственной ударной ноты , получаемой при переборе струны А 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, пожалуй, первой группой, которая намеренно записала ее на винил. В одном из своих последних интервью он сказал: «Я бросаю вызов любому, кто сможет найти пластинку — если только это не какая-нибудь старая блюзовая пластинка 1922 года — которая использует обратную связь таким образом». [23]

Принципы звуковой обратной связи впервые открыл датский учёный Сёрен Абсалон Ларсен . Микрофоны — не единственные преобразователи, подверженные этому эффекту. Звукосниматели звукоснимателей могут делать то же самое, обычно в низкочастотном диапазоне ниже 100 Гц, что проявляется в низком грохоте. 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 звуковой обратной связи при игре на электрогитаре , [24] а позже Брайан Мэй стал известным сторонником этой техники. [25]

Видеоотзыв .

видео

Аналогично, если видеокамера направлена ​​на экран монитора , на котором отображается собственный сигнал камеры, то повторяющиеся узоры могут формироваться на экране за счет положительной обратной связи. Этот эффект видеоотдачи использовался в первых десяти сериях телепрограммы «Доктор Кто» .

Переключатели

В электрических переключателях , включая термостаты на основе биметаллических полосок , переключатель обычно имеет гистерезис при переключении. В этих случаях гистерезис достигается механически посредством положительной обратной связи в механизме переломного момента. Действие положительной обратной связи сводит к минимуму продолжительность возникновения дуги во время переключения, а также удерживает контакты в разомкнутом или замкнутом состоянии. [26]

В биологии

Положительная обратная связь – это усиление реакции организма на раздражитель. Например, во время родов, когда головка плода прижимается к шейке матки (1), это стимулирует нервный импульс от шейки матки к мозгу (2). Когда мозг получает уведомление, он сигнализирует гипофизу о выделении гормона окситоцина (3). Затем окситоцин переносится через кровоток в матку (4), вызывая сокращения, подталкивая плод к шейке матки, что в конечном итоге вызывает роды.

В физиологии

Ряд примеров систем положительной обратной связи можно найти в физиологии .

В большинстве случаев такие петли обратной связи завершаются высвобождением встречных сигналов, которые подавляют или разрывают петлю. Родовые схватки прекращаются, когда ребенок выходит из тела матери. Химические вещества разрушают тромб. Лактация прекращается, когда ребенок перестает сосать грудь. [27]

В регуляции генов

Положительная обратная связь — хорошо изученное явление в регуляции генов, где она чаще всего связана с бистабильностью . Положительная обратная связь возникает, когда ген активирует себя прямо или косвенно через петлю двойной отрицательной обратной связи. Генные инженеры сконструировали и протестировали простые сети положительной обратной связи на бактериях, чтобы продемонстрировать концепцию бистабильности. [28] Классическим примером положительной обратной связи является lac-оперон в E. coli . Положительная обратная связь играет важную роль в клеточной дифференцировке, 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, например, создавать популяцию фенотипически разных клеток из одной и той же родительской клетки. [29] Это происходит потому, что шум может усиливаться из-за положительной обратной связи. Положительная обратная связь может также возникать в других формах клеточной передачи сигналов , таких как кинетика ферментов или метаболические пути. [30]

В эволюционной биологии

Петли положительной обратной связи использовались для описания аспектов динамики изменений в биологической эволюции . Например, начиная с макроуровня, Альфред Дж. Лотка (1945) утверждал, что эволюция видов, по сути, была вопросом отбора, который возвращал потоки энергии для захвата все большего и 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 связана с отбором интеллекта, таким образом постоянно производя все более и более совершенный человеческий интеллект. [32] Креспи (2004) обсудил несколько других примеров петель положительной обратной связи в эволюции. [33] Аналогия с эволюционной гонкой вооружений дает дополнительные примеры положительной обратной связи в биологических системах. [34]

В фанерозое биоразнообразие демонстрирует устойчивый, но не монотонный рост от почти нуля до нескольких тысяч родов.

Было показано, что изменения биоразнообразия в фанерозое 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 ископаемым биоразнообразию ). Последние модели предполагают, что изменения в разнообразии управляются положительной обратной связью первого порядка (больше предков, больше потомков) и/или отрицательной обратной связью , возникающей из-за ограничения ресурсов. Гиперболическая модель предполагает положительную обратную связь второго порядка. Было показано (см. ниже), что гиперболическая модель роста населения мира возникает в результате положительной обратной связи второго порядка между численностью населения и темпами технологического роста . Гиперболический характер роста биоразнообразия аналогичным образом можно объяснить положительной обратной связью между разнообразием и сложностью структуры сообщества. Было высказано предположение, что сходство между кривыми биоразнообразия и человеческой популяции, вероятно, происходит из-за того, что обе они возникают в результате взаимодействия гиперболического тренда (вызванного положительной обратной связью) с циклической и стохастической динамикой. [35] [36]

Иммунная система

Цитокиновый шторм , или гиперцитокинемия , представляет собой потенциально фатальную иммунную реакцию, состоящую из петли положительной обратной связи между цитокинами и иммунными клетками , с сильно повышенными уровнями различных цитокинов. [37] При нормальной иммунной функции петли положительной обратной 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 С3. Антитела как C3, так и B-клетки могут связываться с патогеном, и когда антитела B-клетки связываются с патогеном с помощью C3, это ускоряет секрецию B-клеткой большего количества антител и большего количества C3, создавая таким образом петлю положительной обратной связи. [38]

Гибель клеток

Апоптоз — это каспазо -опосредованный процесс клеточной гибели, целью которого является удаление долгоживущих или поврежденных клеток. Нарушение этого процесса приводит к таким серьёзным заболеваниям, как рак или болезнь Паркинсона . В основе апоптотического процесса лежит автоактивация каспаз, которую можно смоделировать с помощью петли положительной обратной связи. Эта положительная обратная связь вызывает автоактивацию эффекторной каспазы посредством промежуточных каспаз. Будучи изолированной от остального пути апоптоза, эта положительная обратная связь представляет собой только одно стабильное устойчивое состояние, независимо от количества промежуточных стадий активации эффекторной каспазы. [9] Когда этот основной процесс дополняется ингибиторами и усилителями эффектов каспаз, этот процесс демонстрирует бистабильность, тем самым моделируя состояния жизни и умирания клетки. [39]

В психологии

Виннер (1996) описал одаренных детей как людей, движимых циклами положительной обратной связи, включающими определение собственного курса обучения, эту обратную связь и удовлетворение, что приводит к дальнейшему постановке целей обучения на более высокий уровень и так далее. [40] Виннер назвал этот цикл положительной обратной связи « яростью к освоению» . Вандерверт (2009a, 2009b) предположил, что вундеркинд можно объяснить с точки зрения положительной обратной связи между результатами мышления и действиями в рабочей памяти , которые затем передаются в мозжечок , где оптимизируются, а затем возвращаются обратно в рабочую память. память, таким образом, постоянно увеличивая количественный и качественный объем рабочей памяти. [41] [42] Вандерверт также утверждал, что эта петля положительной обратной связи рабочей памяти/мозжечка отвечает за эволюцию языка в рабочей памяти.

В экономике

Рынки с социальным влиянием

Было доказано, что рекомендации по продуктам и информация о прошлых покупках существенно влияют на выбор потребителей, будь то музыка, фильмы, книги, технологические и другие типы продуктов. Социальное влияние часто вызывает феномен «богатые становятся богаче» ( эффект Мэтью ), когда популярные продукты имеют тенденцию становиться еще более популярными. [43]

Динамика рынка

Согласно теории рефлексивности , выдвинутой Джорджем Соросом , изменения цен вызываются процессом положительной обратной связи, при котором на ожидания инвесторов влияют движения цен, поэтому их поведение усиливает движение в этом направлении до тех пор, пока оно не станет неустойчивым, после чего обратная связь приводит к росту цен. противоположное направление. [44]

В социальных сетях

Такие программы, как Facebook и Twitter, полагаются на положительную обратную связь, чтобы вызвать интерес к темам и стимулировать внимание средств массовой информации. [45] [46] В эпоху смартфонов и социальных сетей петля обратной связи породила повальное увлечение виртуальным подтверждением в форме лайков, репостов и FOMO (страха упустить что-то). [47] Это усугубляется использованием ботов, которые предназначены для реагирования на определенные слова или темы и более широкого распространения сообщений.[48]

То, что в социальных сетях называют негативной обратной связью, в этом контексте часто следует рассматривать как положительную обратную связь. Возмутительные заявления и негативные комментарии часто вызывают гораздо больше откликов, чем положительные комментарии.

Системный риск

Системный риск — это риск, который представляет для системы процесс усиления, рычага воздействия или положительной обратной связи. Обычно это неизвестно, и при определенных условиях этот процесс может усиливаться в геометрической прогрессии и быстро приводить к деструктивному или хаотическому поведению. Схема Понци является хорошим примером системы положительной обратной связи: средства новых инвесторов используются для выплаты необычно высоких доходов, которые, в свою очередь, привлекают больше новых инвесторов, вызывая быстрый рост, ведущий к краху. У. Брайан Артур также изучал и писал о положительной обратной связи в экономике (например, W. Brian Arthur, 1990). [49] Хайман Мински предложил теорию, согласно которой определенные методы кредитной экспансии могут превратить рыночную экономику в «систему, усиливающую отклонения», которая может внезапно рухнуть, [50] иногда называемую моментом Мински .

Простые системы, которые четко отделяют входные данные от результатов, не подвержены системному риску . Этот риск более вероятен по мере увеличения сложности системы, поскольку становится сложнее увидеть или проанализировать все возможные комбинации переменных в системе даже в условиях тщательного стресс-тестирования. Чем более эффективна сложная система, тем больше вероятность того, что она будет подвержена системным рискам, поскольку достаточно лишь небольшого отклонения, чтобы разрушить систему. 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 отделения выходных сигналов от входных внутри системы. Эти факторы приводят к неэффективности, но они необходимы, чтобы избежать нестабильности.

В инциденте Flash Crash 2010 года возложили ответственность за практику высокочастотной торговли (HFT) [51] , хотя вопрос о том, действительно ли HFT увеличивает системный риск, остается спорным. [ нужна цитата ]

Рост населения

Можно считать, что сельское хозяйство и население находятся 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 подвержены системному риску .

Технологические инновации и человеческое население можно рассматривать аналогичным образом, и это было предложено в качестве объяснения очевидного гиперболического роста человеческого населения в прошлом, а не 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 несущую 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, известный как круговая кумулятивная причинно-следственная связь . [56]

В метеорологии

Засуха усиливается из-за положительных отзывов. Отсутствие дождя снижает влажность почвы, что убивает растения и/или заставляет их выделять меньше воды посредством транспирации . Оба фактора ограничивают эвапотранспирацию — процесс, при котором водяной пар добавляется в атмосферу с поверхности, а также добавляют в атмосферу сухую пыль, которая поглощает воду. Меньшее количество водяного пара означает как низкую температуру точки росы , так и более эффективное дневное отопление, что снижает вероятность влажности в атмосфере, приводящей к образованию облаков. Наконец, без облаков не может быть дождя, и цикл завершен. [57]

В климатологии

Климатические воздействия могут подтолкнуть климатическую систему в сторону потепления или похолодания, [61] например, увеличение концентрации 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 относительно изолированно от остальной части климатической системы, в то время как другие тесно связаны. [62] Воздействия, обратные связи и динамика климатической системы определяют, насколько и насколько быстро меняется климат. Основной положительной обратной связью глобального потепления является тенденция потепления к увеличению количества водяного пара в атмосфере, что, в свою очередь, приводит к дальнейшему потеплению. [63] Основная отрицательная обратная связь исходит из закона Стефана-Больцмана , согласно которому количество тепла, излучаемого от Земли в космос, пропорционально четвертой степени температуры земной поверхности 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 масштаба изменения климата». [64]

В социологии

Самоисполняющееся пророчество — это петля социальной положительной обратной связи между убеждениями и поведением: если достаточное количество людей верят, что что-то истинно, их поведение может сделать это правдой, а наблюдения за их поведением, в свою очередь, могут усилить веру. Классический пример – изъятие средств из банка .

Еще одним социологическим примером положительной обратной связи является сетевой эффект . Когда больше людей приглашаются присоединиться к сети, это увеличивает охват сети, поэтому сеть расширяется еще быстрее. Вирусное видео — это пример сетевого эффекта, при 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 схемы Понци и «письма счастья» . Во многих случаях размер популяции является ограничивающим фактором эффекта обратной связи.

По химии

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

В консервации

На многих диких животных охотятся ради их частей, которые могут быть весьма ценными. Чем ближе к исчезновению становятся целевые виды, тем выше цена их частей. Это пример положительной обратной связи. [65]

Смотрите также

Рекомендации

https://www.onlinebiologynotes.com/feedback-mechanism-negative-feedback-and-positive-feedback/#:~:text=Positive%20feedback%20mechanism%20вызывает%20дестабилизирующее, нестабильное%20состояние%20и%20экстремальное%20состояние.

https://med.libretexts.org/Bookshelves/Anatomy_and_Physiology/Anatomy_and_Physiology_(Boundless)/1%3A_Introduction_to_Anatomy_and_Physiology/1.3%3A_Homeostasis/1.3A%3A_Homeostatic_Control#:~:text=This%20process%20can%20be%20beneficial,injury%2 0из %20%20кровь%20сосуды.

  1. ^ abc Бен Цукерман и Дэвид Джефферсон (1996). Человеческая популяция и экологический кризис. Джонс и Бартлетт Обучение. п. 42. ИСБН 9780867209662. Архивировано из оригинала 6 января 2018 г.
  2. ^ Кизинг, RM (1981). Культурная антропология: современный взгляд (2-е изд.), стр.149. Сидней: Holt, Rinehard & Winston, Inc.
  3. ^ abcde Бернард П. Зейглер; Герберт Прехофер; Секция Таг Гон Кима (2000). «3.3.2 Обратная связь в непрерывных системах». Теория моделирования и симуляции: интеграция дискретно-событийных и непрерывных сложных динамических систем. Академическая пресса. п. 55. ИСБН 9780127784557. Архивировано из оригинала 3 января 2017 г. Петля положительной обратной связи — это петля с четным числом отрицательных влияний [вокруг петли].
  4. ^ SW Амос; Р.В. Амос (2002). Словарь Ньюнеса по электронике (4-е изд.). Ньюнес. п. 247. ИСБН 9780750656429. Архивировано из оригинала 29 марта 2017 г.
  5. ^ Рудольф Ф. Граф (1999). Современный словарь электроники (7-е изд.). Ньюнес. п. 276. ИСБН 9780750698665. Архивировано из оригинала 29 марта 2017 г.
  6. ^ «Положительный отзыв». Оксфордский словарь английского языка . Издательство Оксфордского университета. Архивировано из оригинала 2 марта 2014 года . Проверено 15 апреля 2014 г.
  7. ^ «Обратная связь». Глоссарий . Сеть метадизайнеров. Архивировано из оригинала 16 апреля 2014 года . Проверено 15 апреля 2014 г.
  8. ^ Электронные схемы и устройства, второе издание. Ральф Дж. Смит
  9. ^ аб Лопес-Каамаль, Фернандо; Миддлтон, Ричард Х.; Хубер, Генрих (февраль 2014 г.). «Равновесия и устойчивость класса петель положительной обратной связи». Журнал математической биологии . 68 (3): 609–645. doi : 10.1007/s00285-013-0644-z. PMID  23358701. S2CID  2954380.
  10. ^ Донелла Медоуз, Точки рычагов воздействия: места для вмешательства в систему. Архивировано 8 октября 2013 г. в Wayback Machine , 1999 г.
  11. ^ Аб Минделл, Дэвид А. (2002). Между человеком и машиной: обратная связь, управление и вычисления до кибернетики. Балтимор, Мэриленд: Издательство Университета Джонса Хопкинса. ISBN 9780801868955. Архивировано из оригинала 6 января 2018 г.
  12. ^ Фриис, ХТ; Дженсен, А.Г. (апрель 1924 г.), «Высокочастотные усилители», Технический журнал Bell System , 3 (2): 181–205, doi : 10.1002/j.1538-7305.1924.tb01354.x
  13. ^ Блэк, HS (январь 1934 г.), «Усилители со стабилизированной обратной связью», Electrical Engineering , 53 : 114–120, doi : 10.1109/ee.1934.6540374
  14. ^ Медоуз, Донелла Х. (2009). Системное мышление: учебник для начинающих . Лондон: Earthscan. ISBN 9786000014056.
  15. ^ США 1113149, Армстронг, Э.Г., «Беспроводная приемная система», опубликовано 6 октября 1914 г. 
  16. ^ Китчин, Чарльз. «Проект коротковолнового регенеративного приемника». Архивировано из оригинала 10 июля 2010 года . Проверено 23 сентября 2010 г.
  17. ^ «Синусоидальные генераторы». ЭДУЦИПЕДИЯ - электроника . Архивировано из оригинала 27 сентября 2010 года . Проверено 23 сентября 2010 г.
  18. ^ Селф, Дуглас (2009). Справочник по проектированию усилителей мощности звука. Фокальная пресса. стр. 254–255. ISBN 978-0-240-52162-6. Архивировано из оригинала 29 января 2014 г.
  19. ^ «КМОП-триггер Шмитта — уникальный компонент универсальной конструкции» (PDF) . Замечания по применению Fairchild Semiconductor 140 . Фэйрчайлд Полупроводники. 1975. Архивировано (PDF) из оригинала 22 ноября 2010 года . Проверено 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. «Основы последовательной логики: SR-триггер». Электроника-Tutorials.ws. Архивировано из оригинала 16 сентября 2010 года . Проверено 29 сентября 2010 г.
  22. ^ Шарма, Биджай Кумар (2009). «Лекция по аналоговой электронике 4, часть C. Процедура проектирования усилителя с RC-связью» . Проверено 29 сентября 2010 г.
  23. ^ Шефф, Дэвид (2000). Все, что мы говорим. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Пресса Св. Мартина. п. 173. ИСБН 978-0-312-25464-3.
  24. ^ Шедвик, Кейт (2003). Джими Хендрикс, музыкант . Книги о бэкбите . п. 92. ИСБН 978-0-87930-764-6.
  25. ^ Мэй, Брайан. «Звуковые звукосниматели Burns Brian May Tri-Sonic». Хаус-музыка и Duck Productions. Архивировано из оригинала 20 ноября 2010 года . Проверено 2 февраля 2011 г.
  26. ^ «Положительная обратная связь и бистабильные системы» (PDF) . Университет Вашингтона. Архивировано (PDF) из оригинала 13 апреля 2015 г. * Негистерезисные переключатели, переключатели без памяти: эти системы не имеют памяти, то есть после прекращения входного сигнала система возвращается в исходное состояние. * Гистерезисные переключатели, бистабильность: Бистабильные системы, напротив, имеют память. То есть при переключении в то или иное состояние эти системы остаются в этом состоянии, если только их не заставят вернуться обратно. Выключатель света — распространенный пример бистабильной системы из повседневной жизни. Все бистабильные системы основаны на той или иной форме петли положительной обратной связи.
  27. ^ abcdef Гайтон, Артур К. (1991) Учебник медицинской физиологии . (8-е изд.). Филадельфия: У. Б. Сондерс. ISBN 0-7216-3994-1 
  28. ^ Хэсти, Дж.; Макмиллен, Д.; Коллинз, Джей-Джей (2002). «Инженерные генные схемы». Природа . 420 (6912): 224–230. Бибкод : 2002Natur.420..224H. дои : 10.1038/nature01257 . ПМИД  12432407.
  29. ^ Вининг, Дж.; Смитс, ВК; Койперс, ОП (2008). «Бистабильность, эпигенетика и хеджирование ставок у бактерий» (PDF) . Ежегодный обзор микробиологии . 62 (1): 193–210. doi : 10.1146/annurev.micro.62.081307.163002. hdl : 11370/59bec46a-4434-4eaa-aaae-03461dd02bbb. PMID  18537474. S2CID  3747871.
  30. ^ Баговский, CP; Феррелл, Дж. Э. (2001). «Бистабильность в каскаде JNK». Современная биология . 11 (15): 1176–1182. дои : 10.1016/S0960-9822(01)00330-X . PMID  11516948. S2CID  526628.
  31. ^ Лотка, А (1945). «Закон эволюции как максимальный принцип». Человеческая биология . 17 : 168–194.
  32. ^ Александр, Р. (1989). Эволюция человеческой психики. В книге П. Миллара и К. Стрингера (ред.), Человеческая революция: поведенческие и биологические взгляды на происхождение современных людей (стр. 455-513). Принстон: Издательство Принстонского университета.
  33. ^ Креспи, БиДжей (2004). «Порочные круги: положительная обратная связь в основных эволюционных и экологических переходах». Тенденции экологии и эволюции . 19 (12): 627–633. дои : 10.1016/j.tree.2004.10.001. ПМИД  16701324.
  34. ^ Докинз, Р. 1991. Слепой часовщик Лондон: Пингвин. Примечание. У. В. Нортон также опубликовал эту книгу, и некоторые цитаты могут ссылаться на эту публикацию. Однако текст идентичен, так что это зависит от того, какая книга под рукой.
  35. ^ Марков А., Коротаев А. «Морское биоразнообразие фанерозоя следует гиперболическому тренду», Palaeoworld . Том 16, выпуск 4, декабрь 2007 г., страницы 311–318.
  36. ^ Марков, А.; Коротаев, А. (2008). «Гиперболический рост морского и континентального биоразнообразия в фанерозое и эволюции сообществ». Журнал общей биологии . 69 (3): 175–194. PMID  18677962. Архивировано из оригинала 25 декабря 2009 г.
  37. ^ Остерхольм, Майкл Т. (5 мая 2005 г.). «Подготовка к следующей пандемии». Медицинский журнал Новой Англии . 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 болезни и иммунная система». Научный американец . 269 ​​(3): 93. Бибкод : 1993SciAm.269c..90P. doi : 10.1038/scientificamerican0993-90. ПМИД  8211095.
  39. ^ Эйссинг, Томас (2014). «Анализ бистабильности модели активации каспаз при рецептор-индуцированном апоптозе». Журнал биологической химии . 279 (35): 36892–36897. дои : 10.1074/jbc.M404893200 . ПМИД  15208304.
  40. ^ Победитель, Э. (1996). Одаренные дети: мифы и реальность. Нью-Йорк: Основные книги. ISBN 978-0465017607.
  41. ^ Вандерверт, Л. (2009a). Рабочая память, когнитивные функции мозжечка и вундеркинд. В книге Л.В. Шавининой (ред.), Международный справочник по одаренности (стр. 295-316). Нидерланды: Springer Science.
  42. ^ Вандерверт, Л. (2009b). «Появление вундеркинда 10 000 лет назад: объяснение эволюции и развития». Журнал разума и поведения . 30 (1–2): 15–32.
  43. ^ Альтшилер, Э; Бербелья, Ф.; Бербелья, Г.; Ван Хентенрик, П. (2017). «Переходная динамика на рынках пробных предложений с социальным влиянием: компромисс между привлекательностью и качеством». ПЛОС ОДИН . 12 (7): e0180040. Бибкод : 2017PLoSO..1280040A. дои : 10.1371/journal.pone.0180040 . ПМЦ 5528888 . ПМИД  28746334. 
  44. ^ Аззопарди, Пол В. (2010), Поведенческий технический анализ, Harriman House Limited, стр. 116, ISBN 9780857190680, заархивировано из оригинала 29 марта 2017 г.
  45. ^ Бургхардт, Кейт; Лерман, Кристина (18 января 2022 г.). Возникающие нестабильности в алгоритмических цепях обратной связи (отчет). Cornell University. arXiv : 2201.07203 .
  46. ↑ Лукидес, Майк (24 сентября 2019 г.). «Самая большая проблема социальных сетей не имеет ничего общего со свободой слова». Гизмодо.
  47. ↑ Беневаа, Доркас (7 мая 2021 г.). «Социальные сети и петля обратной связи дофамина: вот как это на вас влияет». Цифровые времена.
  48. ↑ Рирдон, Джейн (14 декабря 2017 г.). «Можем ли мы избежать петли обратной связи в социальных сетях?». 2Гражданственность.
  49. ^ Артур, В. Брайан (1990). «Положительные обратные связи в экономике». Научный американец . 262 (2): 80. Бибкод : 1990SciAm.262b..92A. doi : 10.1038/scientificamerican0290-92.
  50. ^ Гипотеза финансовой нестабильности. Архивировано 9 октября 2009 г. в Wayback Machine Хайманом П. Мински, Рабочий документ № 74, май 1992 г., стр. 6–8.
  51. ^ «Выводы относительно рыночных событий от 6 мая 2010 г.» (PDF) . 30 сентября 2010 г. Архивировано (PDF) из оригинала 15 августа 2017 г.
  52. ^ Браун, А. Дункан (2003), Подача или обратная связь: сельское хозяйство, динамика населения и состояние планеты , Утрехт: International Books, ISBN 978-90-5727-048-2
  53. ^ Долгоносов, Б.М. (2010). «О причинах гиперболического роста в системах биологического и человеческого мира». 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 6 января 2018 г. в Wayback Machine . Глобализация как эволюционный процесс: моделирование глобальных изменений . Под редакцией Джорджа Модельски , Тессалено Девезаса и Уильяма Р. Томпсона. Лондон: Рутледж , 2007. С. 133–160.
  55. ^ Коротаев А.В., Малков А.С. Компактная математическая модель экономического и демографического роста мировой системы, 1 г. н.э. – 1973 г. н.э. // МЕЖДУНАРОДНЫЙ ЖУРНАЛ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ В ПРИКЛАДНЫХ НАУКАХ Том 10, 2016. С. 200-209. Архивировано. 06.01.2018 в Wayback Machine .
  56. ^ Бергер, Себастьян. «Круговая кумулятивная причинность (CCC) а-ля Мюрдал и Капп — политический институционализм для минимизации социальных издержек» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 26 апреля 2012 года . Проверено 26 ноября 2011 г.
  57. ^ С.-Ю. Саймон Ван; Джин Хо Юн; Кристофер К. Фанк; Роберт Р. Гиллис, ред. (2017). Экстремальные климатические явления: закономерности и механизмы. Уайли. стр. 81–82. ISBN 9781119068037.
  58. ^ «Изучение Земли как целостной системы». НАСА.gov . НАСА. 2016. Архивировано из оригинала 2 ноября 2016 года.
  59. ^ Рис. TS.17, Техническое резюме, Шестой отчет об оценке (ДО6), Рабочая группа I, МГЭИК, 2021 г., стр. 96. Архивировано из оригинала 21 июля 2022 года.
  60. ^ Стокер, Томас Ф.; Дахэ, Цинь; Платтнер, Джан-Какспер (2013). МГЭИК AR5 WG1. Техническое резюме (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 16 июля 2023 года.См. особенно. TFE.6: Чувствительность климата и обратная связь на стр. 82.
  61. ^ US NRC (2012), Изменение климата: доказательства, последствия и выбор, Национальный исследовательский совет США (NRC США), заархивировано из оригинала 3 мая 2016 г., стр.9. Также доступно в формате PDF, заархивировано 20 февраля 2013 г. на Wayback Machine.
  62. ^ Понимание обратной связи об изменении климата, Национальная академия наук США. Архивировано 10 февраля 2012 г. в Wayback Machine.
  63. ^ «8.6.3.1 Водяной пар и скорость испарения - AR4 WGI, глава 8: Климатические модели и их оценка» . Архивировано из оригинала 9 апреля 2010 г. Проверено 23 апреля 2010 г.
  64. ^ МГЭИК. «Изменение климата 2007: Обобщающий отчет. Вклад рабочих групп I, II и III в Четвертый оценочный отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата. Стр. 53» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 9 февраля 2010 г. {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
  65. ^ Холден, Мэтью Х.; Макдональд-Мэдден, Ева (2017). «Высокие цены на редкие виды могут привести к вымиранию больших популяций: новый взгляд на антропогенный эффект Алли». Журнал теоретической биологии . 429 : 170–180. arXiv : 1703.06736 . Бибкод : 2017JThBi.429..170H. дои : 10.1016/j.jtbi.2017.06.019. PMID  28669883. S2CID  4877874.
  66. ^ Положительная обратная связь возникает, когда человеку говорят, что он сделал что-то хорошо или правильно. Том Коэнс и Мэри Дженкинс, «Отмена служебной аттестации», стр. 116.

дальнейшее чтение

Внешние ссылки