Кибернетика: или управление и коммуникация у животного и машины -Cybernetics: Or Control and Communication in the Animal and the Machine

Первое издание

«Кибернетика: или управление и коммуникация у животных и машин» - это книга, написанная Норбертом Винером и опубликованная в 1948 году. Это первое публичное использование термина « кибернетика » для обозначения саморегулирующихся механизмов. Книга заложила теоретические основы сервомеханизмов (электрических, механических или гидравлических), автоматической навигации , аналоговых вычислений , искусственного интеллекта , нейробиологии и надежной связи .

Второе издание с небольшими изменениями и двумя дополнительными главами вышло в 1961 году.

Прием

На момент публикации книга вызвала значительное количество публичных обсуждений и комментариев, что необычно для преимущественно технической темы.

«[[]] Красиво написанная книга, ясная, прямолинейная и, несмотря на ее сложность, столь же удобочитаемая неспециалистом, как и обученный ученый, если первый готов отказаться от попыток понять математические формулы».

« Кибернетика, одна из самых влиятельных книг двадцатого века, была признана одной из« основополагающих работ », сравнимых по важности с Галилеем, Мальтусом, Руссо или Миллем».

«Его масштаб и значение захватывают дух, и оставляет рецензента убеждённым в том, что он является важным вкладом в современную мысль».

« Кибернетика ... ценна только своей исторической ценностью. Но она делает гораздо больше, вдохновляя современных робототехников мыслить широко и быть открытыми для инновационных приложений».

Общественный интерес, вызванный этой книгой, вдохновил Винера обратиться к социологическим и политическим вопросам, поднятым в книге, ориентированной на читателя, не разбирающегося в технике, результатом чего стала публикация в 1950 году книги «Использование человека людьми» .

Синопсис

Вступление

Винер вспоминает, что источником идей в этой книге является десятилетняя серия встреч в Гарвардской медицинской школе, на которых ученые-медики и врачи обсуждали научные методы с математиками, физиками и инженерами. Он подробно описывает междисциплинарный характер своего подхода и ссылается на свою работу с Ванневаром Бушем и его дифференциальным анализатором (примитивный аналоговый компьютер ), а также на свои ранние мысли о функциях и принципах конструкции будущих цифровых вычислительных машин. Он прослеживает истоки кибернетического анализа в философии Лейбница , цитируя его работы по универсальному символизму и исчислению рассуждений.

Ньютоновское и бергсоновское время

Тема этой главы - исследование контраста между обратимыми во времени процессами, управляемыми ньютоновской механикой, и необратимыми во времени процессами в соответствии со вторым законом термодинамики . В первом разделе он противопоставляет предсказуемую природу астрономии вызовам, стоящим перед метеорологией, предвосхищая будущее развитие теории Хаоса . Он указывает, что на самом деле даже в случае астрономии приливные силы между планетами вносят определенный распад в космологические промежутки времени, и поэтому, строго говоря, ньютоновская механика здесь не применима.

Группы и статистическая механика

Эта глава открывается обзором - совершенно независимых и явно не связанных между собой - работ двух ученых начала 20 века: Уилларда Гиббса и Анри Лебега . Гиббс был физиком, работающим над статистическим подходом к ньютоновской динамике и термодинамике , а Лебег был чистым математиком, работающим над теорией тригонометрических рядов . Винер предполагает, что вопросы, задаваемые Гиббсом, находят ответ в творчестве Лебега. Винер утверждает, что интеграл Лебега имел неожиданные, но важные последствия в установлении обоснованности работы Гиббса по основам статистической механики. Понятия среднего и меры в установленном Лебегом смысле были срочно необходимы для обеспечения строгого доказательства эргодической гипотезы Гиббса .

Понятие энтропии в статистической механике развивается, и его отношения к тому , как это понятие используется в термодинамике . Анализируя мысленный эксперимент с демоном Максвелла , он связывает понятие энтропии с понятием информации .

Временные ряды, информация и коммуникация

Это одна из наиболее математически насыщенных глав книги. Он имеет дело с передачей или записью изменяющегося аналогового сигнала в виде последовательности числовых отсчетов и закладывает большую часть основы для развития цифрового звука и телеметрии за последние шесть десятилетий. Он также исследует взаимосвязь между полосой пропускания , шумом и информационной емкостью , разработанную Винером в сотрудничестве с Клодом Шенноном . Эта и следующая главы составляют основу основополагающих принципов разработки систем автоматизации, цифровой связи и обработки данных, которые имели место на протяжении десятилетий с момента публикации книги.

Обратная связь и колебания

В этой главе излагаются основы математической обработки отрицательной обратной связи в автоматизированных системах управления. Вступительный отрывок иллюстрирует действие ошибочных механизмов обратной связи на примере пациентов, страдающих различными формами атаксии . Затем он обсуждает железнодорожную сигнализацию, работу термостата и центробежного регулятора парового двигателя . Остальная часть главы в основном посвящена разработке математической формулировки действия принципов, лежащих в основе всех этих процессов. Затем обсуждаются более сложные системы, такие как автоматизированная навигация и управление нелинейными ситуациями, такими как рулевое управление на обледенелой дороге. В заключение он ссылается на гомеостатические процессы в живых организмах.

Вычислительные машины и нервная система

Эта глава начинается с обсуждения относительных достоинств аналоговых компьютеров и цифровых компьютеров (которые Винер называл машинами аналогий и числовыми машинами ) и утверждает, что цифровые машины будут более точными, а электронные реализации будут превосходить механические или электромеханические. единицы, и что двоичная система предпочтительнее других числовых шкал. Обсудив необходимость хранить как данные, которые должны быть обработаны, так и алгоритмы, которые используются для обработки этих данных, а также проблемы, связанные с реализацией подходящей системы памяти , он продолжает проводить параллели между двоичными цифровыми компьютерами и нервными структурами в организмы.

Среди механизмов, которые он предположил для реализации системы компьютерной памяти, был «большой набор небольших конденсаторов (то есть конденсаторов в современной терминологии), которые можно было быстро заряжать или разряжать», таким образом предвосхищая основную технологию современных микросхем динамической памяти с произвольным доступом .

Практически все принципы, которые Винер назвал желательными характеристиками вычислительных машин и машин для обработки данных, были приняты при разработке цифровых компьютеров, от первых мэйнфреймов 1950-х годов до новейших микрочипов.

Гештальт и универсалии

Эта краткая глава представляет собой философское исследование взаимосвязи между физическими событиями в центральной нервной системе и субъективными переживаниями человека. Он концентрируется главным образом на процессах, посредством которых нервные сигналы от сетчатки преобразуются в представление поля зрения. В нем также исследуются различные петли обратной связи, участвующие в работе глаз: гомеостатическая работа сетчатки для управления уровнями света, настройка линзы для фокусировки объектов и сложный набор рефлекторных движений для привлечения внимания к объекту. в область детального обзора ямки . Глава завершается обзором проблем, связанных с попытками создать читающую машину для слепых.

Кибернетика и психопатология

Винер начинает эту главу с заявления о том, что он не является ни психопатологом, ни психиатром, и что он не утверждает, что психические проблемы - это неспособность мозга работать как вычислительная машина. Тем не менее, он предполагает, что можно было бы провести плодотворные исследования, рассмотрев параллели между мозгом и компьютером. (Он использовал архаично звучащую фразу «вычислительная машина», потому что на момент написания слово «компьютер» относилось к человеку, который выполняет рутинные вычисления). Затем он обсудил концепцию «избыточности» в смысле наличия двух или трех вычислительных механизмов, работающих одновременно над одной и той же проблемой, так что ошибки могут быть распознаны и исправлены.

Информация, язык и общество

Начиная с описания иерархической природы живых организмов и обсуждения структуры и организации колоний симбиотических организмов, таких как португальский человек войны , в этой главе исследуются параллели со структурой человеческих обществ и проблемы. сталкиваются с ростом масштабов и сложности общества.

Глава завершается рассуждениями о возможности построения шахматной машины и приходит к выводу, что было бы возможно построить машину, способную обеспечивать уровень игры лучше, чем у большинства игроков-людей, но не на уровне экспертов. Такая возможность казалась совершенно фантастической большинству комментаторов 1940-х годов, принимая во внимание состояние вычислительной техники того времени, хотя события, как оказалось, подтвердили предсказание - и даже превзошли его.

Об обучающихся и самовоспроизводящихся машинах

Начиная с изучением процесса обучения в организмах, Wiener расширяет дискуссию на Джон фон Нейман «s теории игр , а также применение в военные ситуации. Затем он размышляет о том, каким образом можно запрограммировать шахматный компьютер для анализа его прошлых достижений и повышения его производительности. Это переходит к обсуждению эволюции конфликта, как в примерах с матадором и быком, или мангустом и коброй, или между противниками в теннисной игре. Он обсуждает различные истории, такие как «Ученик чародея» , которые иллюстрируют точку зрения о том, что буквальная уверенность в «магических» процессах может оказаться контрпродуктивной или катастрофической. Контекст этого обсуждения состоял в том, чтобы привлечь внимание к необходимости осторожности при делегировании машинам ответственности за стратегию ведения войны в эпоху ядерного оружия . Глава завершается обсуждением возможности самовоспроизводящихся машин и работы профессора Денниса Габора в этой области.

Мозговые волны и самоорганизующиеся системы

Эта глава начинается с обсуждения механизма эволюции посредством естественного отбора , который он называет « филогенетическим обучением », поскольку оно управляется механизмом обратной связи, вызванным успехом или иным образом в выживании и воспроизводстве; и модификации поведения в течение жизни в ответ на опыт, которые он называет « онтогенетическим обучением ». Он предполагает, что оба процесса включают нелинейную обратную связь, и предполагает, что процесс обучения коррелирует с изменениями в паттернах ритмов волн электрической активности, которые можно наблюдать на электроэнцефалографе. После обсуждения технических ограничений более ранних конструкций такого оборудования он предполагает, что эта область станет более плодотворной по мере разработки более чувствительных интерфейсов и усилителей с более высокими характеристиками, а показания сохраняются в цифровой форме для численного анализа, а не записываются ручкой. гальванометры в реальном времени - единственная доступная техника на момент написания. Затем он разрабатывает предложения по математической обработке форм волн с помощью анализа Фурье и проводит параллель с обработкой результатов эксперимента Майкельсона-Морли, который подтвердил постоянство скорости света , что, в свою очередь, привело Альберта Эйнштейна к разработке теория специальной теории относительности . Как и многие другие материалы в этой книге, эти указатели были пророческими в отношении будущих разработок и наводили на мысль о плодотворных направлениях исследований и исследований.

Влиять

Книга заложила основу для исследований в области электронной техники , вычислений (как аналоговых, так и цифровых ), сервомеханизмов , автоматизации , телекоммуникаций и нейробиологии . Он также вызвал широкие общественные дебаты по обсуждаемым техническим, философским и социологическим вопросам. И это послужило вдохновением для создания множества книг по различным предметам, второстепенно связанным с его содержанием.

Книга ввела само слово «кибернетика» в общественный дискурс.

Максвелл Мальц назвал свою новаторскую работу по саморазвитию « Психокибернетика », имея в виду процесс управления собой к заранее определенной цели путем внесения поправок в поведение. Говорят, что большая часть индустрии личного развития и движения за человеческий потенциал возникла из работы Мальца.

Кибернетика стала неожиданным бестселлером, и ее читала не только техническая аудитория, которой ожидал Винер. В ответ он написал «Использование человека людьми», в котором он далее исследовал социальные и психологические последствия в формате, более подходящем для нетехнического читателя.

В 1954 году Мари Нейрат выпустила детскую книгу « Машины, которые, кажется, думают» [1] , в которой в доступном формате были представлены концепции кибернетики , систем управления и отрицательной обратной связи .

Languages

In other projects