Кибернетика: или управление и коммуникация у животных и машин - Википедия - Cybernetics: Or Control and Communication in the Animal and the Machine

Первое издание

Кибернетика: или управление и коммуникация у животного и машины это книга, написанная Норберт Винер и опубликовано в 1948 году.^[1] Это первое публичное употребление термина "кибернетика "для обозначения саморегулирующихся механизмов. Книга заложила теоретические основы для сервомеханизмы (электрический, механический или гидравлический), автоматический навигация, аналоговые вычисления, искусственный интеллект, нейробиология и надежный коммуникации.

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, такая же удобная для чтения, как и опытный ученый, если первый готов отказаться от попыток понять математические формулы».^[2]

"Одна из самых влиятельных книг ХХ века, Кибернетика был провозглашен одним из «основополагающих произведений», сопоставимых по важности с Галилеем, Мальтусом, Руссо или Миллем ».^[3]

«Его масштаб и значение захватывают дух, и оставляет рецензента убеждённым, что это важный вклад в современную мысль».^[4]

"Кибернетика... имеет историческую ценность. Но он делает гораздо больше, вдохновляя современного робототехника мыслить широко и быть открытым для инновационных приложений ».^[5]

Общественный интерес, вызванный этой книгой, вдохновил Винера обратиться к социологическим и политическим вопросам, поднятым в книге, ориентированной на нетехнического читателя, в результате чего в 1950 г. Использование человеком человеческих существ.

Синопсис

Вступление

Винер вспоминает, что идеи, изложенные в этой книге, возникли в результате десятилетней серии встреч в Гарвардской медицинской школе, на которых ученые-медики и врачи обсуждали научные методы с математиками, физиками и инженерами. Он подробно описывает междисциплинарный характер своего подхода и ссылается на свою работу с Ванневар Буш и его дифференциальный анализатор (примитивный аналоговый компьютер ), а также его ранние мысли об особенностях и принципах конструкции будущих цифровых вычислительных машин. Он прослеживает истоки кибернетического анализа в философии Лейбниц, ссылаясь на его работу по универсальному символизму и исчислению рассуждений.

Ньютоновское и бергсоновское время

Тема этой главы - исследование контраста между обратимыми во времени процессами, управляемыми ньютоновой механикой, и необратимыми во времени процессами в соответствии с Второй закон термодинамики. Во вступительном разделе он отличает предсказуемую природу астрономии от проблем, стоящих перед метеорологией, и предвидит будущее развитие Теория 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 не применима в точности.

Группы и статистическая механика

Эта глава открывается обзором - совершенно независимых и явно не связанных между собой - работ двух ученых в начале 20 века: Уиллард Гиббс и Анри Лебег. Гиббс был физиком, работающим над статистическим подходом к ньютоновской динамике и термодинамика, а Лебег был чистым математиком, работающим над теорией тригонометрический ряд. Винер предполагает, что вопросы, задаваемые Гиббсом, находят ответ в творчестве Лебега. Винер утверждает, что интеграл Лебега имел неожиданные, но важные последствия для установления обоснованности работы Гиббса по основам статистической механики. Представления о средний и мера в смысле, установленном Лебегом, были срочно необходимы для обеспечения строгого доказательства Гиббса. эргодическая гипотеза.^[6]^{[неполная короткая цитата ]}

Концепция чего-либо энтропия в статистическая механика разрабатывается, и его связь с тем, как концепция используется в термодинамика. Путем анализа мысленного эксперимента Демон Максвелла, он связывает понятие энтропии с понятием Информация.

Временные ряды, информация и коммуникация

Это одна из наиболее математически насыщенных глав книги. Он имеет дело с передачей или записью различных аналоговый сигнал как последовательность числовых примеров, и закладывает большую часть основы для разработки цифровой звук и телеметрия за последние шесть десятилетий. Также исследуется взаимосвязь между пропускная способность, шум, и информационная емкость, разработанный Wiener в сотрудничестве с Клод Шеннон. Эта и следующая главы составляют основу основополагающих принципов развития 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 негативный отзыв в автоматизированных системах управления. Вступительный отрывок иллюстрирует действие неисправных механизмов обратной связи на примере пациентов, страдающих различными формами атаксия. Затем он обсуждает железнодорожную сигнализацию, работу термостат, а паровой двигатель центробежный регулятор. Остальная часть главы в основном посвящена разработке математической формулировки действия принципов, лежащих в основе всех этих процессов. Затем обсуждаются более сложные системы, такие как автоматическая навигация и управление нелинейный такие ситуации, как рулевое управление на обледенелой дороге. В заключение он ссылается на гомеостатический процессы в живых организмах.

Вычислительные машины и нервная система

Эта глава начинается с обсуждения относительных достоинств аналоговые компьютеры и цифровые компьютеры (который Винер называл машины аналогии и числовые машины), и утверждает, что цифровые машины будут более точными, электронные реализации будут превосходить механические или электромеханические, и что двоичный Система предпочтительнее других числовых шкал. Обсудив необходимость хранения как обрабатываемых данных, так и алгоритмы которые используются для обработки этих данных, и проблемы, связанные с внедрением подходящего объем памяти системе, он продолжает проводить параллели между двоичными цифровыми компьютерами и нерв структуры в организмах.

Среди механизмов, которые он предположил для реализации системы памяти компьютера, был «большой набор маленьких конденсаторов [т.е. конденсаторы в сегодняшней терминологии], которые можно было бы быстро заряжать или разряжать », что является прообразом основных технологий современной динамическая память с произвольным доступом чипсы.

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 мире. Центральная нервная система и субъективные переживания человека. Он сосредоточен главным образом на процессах, посредством которых нервные сигналы от сетчатка превращаются в представление поля зрения. В нем также исследуются различные петли обратной связи, участвующие в работе глаз: гомеостатическая работа сетчатки для управления уровнями освещенности, регулировка линзы для фокусировки объектов и сложный набор рефлекс движения, чтобы вывести объект внимания в зону детального обзора ямка 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 могут быть открыты плодотворные направления исследований, если учесть 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 обнаружены и исправлены.

Информация, язык и общество

Начнем с описания иерархической природы живых организмов и обсуждения структуры и организации колоний симбиотический организмы, такие как Португальский человек войны В этой главе исследуются параллели со структурой человеческих обществ и проблемы, с которыми сталкиваются по мере их масштабирования и увеличения сложности общества.

Глава заканчивается размышлениями о возможности построения шахматный автомат, и приходит к выводу, что можно было бы построить машину, способную обеспечить уровень игры лучше, чем у большинства игроков-людей, но не на уровне экспертов. Такая возможность казалась совершенно фантастической большинству комментаторов в 1940-х годах, учитывая состояние вычислительной техники того времени, хотя события, как оказалось, подтвердили предсказание - и даже превзошли его.

Об обучающихся и самовоспроизводящихся машинах

Начиная с изучения процесса обучения организмов, Винер расширяет обсуждение до Джон фон Нейман с теория игр, и приложение к военным ситуациям. Затем он размышляет о том, каким образом можно запрограммировать шахматный компьютер для анализа его прошлых достижений и улучшения его производительности. Это переходит к обсуждению эволюции конфликта, как в примерах матадор и бык, или мангуст и кобра, или между противниками в теннисной игре. Он обсуждает различные истории, такие как Ученик Чародея, которые иллюстрируют буквальный характер «магических» процессов, а контекст - это привлечение внимания к необходимости осторожности при делегировании машинам ответственности за стратегию ведения войны в эпоху Ядерное оружие. Глава завершается обсуждением возможности самовоспроизводящиеся машины и работа профессора Деннис Габор в этой области.

Мозговые волны и самоорганизующиеся системы

Эта глава начинается с обсуждения механизма эволюция к естественный отбор, который он называет "филогенетическое обучение", поскольку он управляется механизмом обратной связи, вызванным успехом или иным образом в выживании и воспроизводстве; и изменениями поведения на протяжении всей жизни в ответ на опыт, который он называет"онтогенетическое обучение". Он предполагает, что оба процесса включают нелинейный обратная 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 сигналов с помощью Анализ Фурье, и проводит параллель с обработкой результатов Эксперимент Майкельсона-Морли что подтвердило постоянство скорость света, что в свою очередь привело Альберт Эйнштейн разработать теорию Специальная теория относительности. Как и многие другие материалы в этой книге, эти указатели были пророческими в отношении будущего развития и наводили на мысль о плодотворных направлениях исследований и исследований.

Влияние

Книга послужила основой для исследования электроинженерия, вычисление (обе аналог и цифровой ), сервомеханизмы, автоматизация, телекоммуникации и нейробиология. Это также вызвало широкие общественные дебаты по техническим вопросам, философский и социологический обсуждаемые вопросы. И он вдохновил на создание множества книг по различным предметам, второстепенно связанным с его содержанием.

Книга ввела само слово «кибернетика» в общественный дискурс.^[7]

Максвелл Мальц назвал свою новаторскую работу по саморазвитию "Психокибернетика "в отношении процесса управления собой к заранее определенной цели путем внесения корректив в поведение. Большая часть личное развитие промышленность и Движение человеческого потенциала считается, что он произошел от работы Мальца.

Кибернетика стал неожиданным бестселлером и был широко прочитан за пределами технической аудитории, которой ожидал Винер. В ответ он написал Использование человеком человеческих существ в котором он далее исследовал социальные и психологические последствия в формате, более подходящем для нетехнического читателя.

В 1954 г. Мари Нейрат выпустил детскую книгу Машины, которые думают [1], который ввел понятие Кибернетика, Системы управления и негативный отзыв в доступном формате.