Разнообразие (кибернетика) - Variety (cybernetics)

В кибернетика, период, термин разнообразие обозначает общее количество различных состояний система.

Обзор

Термин «разнообразие» был введен В. Росс Эшби для обозначения подсчета общего числа состояний системы. Условие динамической устойчивости при возмущение (или вход) был описан его Законом необходимого разнообразия. Эшби говорит:[1]:124

Таким образом, если порядок появления игнорируется, коллекция
в, б, в, а, в, в, а, б, в, б, б, а
который содержит двенадцать элементов, содержит только три отчетливый элементы- a, b, c. Будем говорить, что такой набор имеет разнообразие из трех элементов.

Он добавляет:[1]:125

Возможно, придется указать наблюдателя и его способности различать, если мы хотим четко определить разновидность.

Разнообразие можно указать как целое число, как указано выше, или как логарифм по основанию 2 числа. т.е. в биты.[1]:126

Закон необходимого разнообразия

Если система должна быть стабильной, количество состояний ее механизма управления должно быть больше или равно количеству состояний в управляемой системе. Эшби утверждает, что «разнообразие может уничтожить разнообразие».[2] Он видит в этом помощь в изучении проблем биологии и «множество возможных приложений». Он считает свой подход вводным в информацию о Шеннон. Теория (1948), в котором рассматривается случай «непрерывных колебаний» или шума. Условие необходимого разнообразия можно рассматривать как простую формулировку необходимого условия динамического равновесия в теория информации термины ср. Третий закон Ньютона, Принцип Ле Шателье.

17/13. Этот закон (...) гласит, что если определенное количество возмущений не позволяет регулятору достичь некоторых существенных переменных, то этот регулятор должен быть способен осуществлять выбор по крайней мере в этом количестве.(Если бы закон был нарушен, у нас был бы случай соответствующих последствий без соответствующих причин, например, когда экзаменующийся дает правильные ответы до того, как ему будут заданы вопросы (S.7 / 8)..[3]

Система имеет хороший контроль тогда и только тогда, когда зависимые переменные остаются неизменными, даже когда независимые переменные или функция состояния изменились. В реальной системе это означает, что функция состояния представляет собой композицию двух функций, причем вторая является обратной (возможными изменениями) первой:

y = F (G (x)), где

F = функция состояния системы контроллера

G = функция состояния управляемой системы

x = входы или независимые переменные

y = выходы или зависимые переменные.

Позже, в 1970 году, Конант, работая с Эшби, выпустил хороший регулятор теорема [4] что требовало автономный системы приобрести внутреннюю модель своего окружения для сохранения и достижения стабильности (например, Критерий устойчивости Найквиста ) или же динамическое равновесие.

Стаффорд пиво определяет разнообразие как «общее количество возможный состояния системы или элемента системы ",[5] ср. Людвиг Больцманн с Wahrscheinlichkeit. Пиво повторяет закон необходимого разнообразия как «Разнообразие поглощает разнообразие».[6] Проще говоря, логарифмическая мера разнообразия представляет собой минимальное количество вариантов выбора ( двоичная дробь ) необходимо решить неуверенность. Бир использовал это для распределения управленческих ресурсов, необходимых для поддержания жизнеспособности процесса.

Разнообразие - это один из девяти требований, которые требует этический регулятор.[7]

Приложения

Как правило, составляется описание требуемых входов и выходов, которое затем кодируется с минимально необходимым разнообразием. Отображение входных битов в выходные биты может затем дать оценку минимального количества аппаратных или программных компонентов, необходимых для получения желаемого контроль поведение; например, в куске компьютерное программное обеспечение или же компьютерное железо.

Кибернетик Фрэнк Джордж обсудили разнообразие команд, соревнующихся в таких играх, как футбол или регби, за голы или попытки. Можно сказать, что у выигрывающего шахматиста больше разнообразия, чем у проигравшего оппонента. Вот простой заказ подразумевается. В затухание и усиление разнообразия были основными темами в работе Стаффорда Бира в сфере управления [5] (профессия контролера, как он это называл). Количество персонала, необходимого для ответа на телефонные звонки, контроля толпы или ухода за пациентами, является ярким примером.

Применение естественных и аналоговых сигналов для анализа разнообразия требует оценки «способности различения» Эшби (см. Цитату выше). Учитывая эффект бабочки из динамические системы Прежде чем можно будет произвести количественные измерения, необходимо проявить осторожность. Небольшие количества, на которые можно не обращать внимания, могут иметь большие последствия. В его Дизайн свободы Стаффорд Бир обсуждает пациента в больнице с температурой, обозначающей лихорадку.[8] Необходимо немедленно принять меры по изоляции пациента. Здесь нет разнообразия, фиксирующего средняя температура пациентов обнаружит этот слабый сигнал, который может иметь большой эффект. Мониторинг требуется за отдельными лицами, что усиливает разнообразие (см. Алгедонические предупреждения в модель жизнеспособной системы или VSM). Работа Бира в области управленческой кибернетики и VSM в значительной степени основана на разнообразии инженерии.

Другие приложения, использующие взгляд Эшби на подсчет штатов, включают анализ цифровых пропускная способность требования, избыточность и раздувание программного обеспечения, битовое представление типы данных и индексы, аналого-цифровое преобразование, границы на конечные автоматы и Сжатие данных. См. Также, например, Возбужденное состояние, Государство (информатика), Государственный образец, Состояние (контроль) и Клеточный автомат. Необходимое разнообразие можно увидеть в Chaitin's Алгоритмическая теория информации где более длинная программа с большим разнообразием или конечный автомат выдают несжимаемый вывод с большим разнообразием или информационным содержанием.

В 2009[9] Джеймс Лавлок предложил сжечь и закопать карбонизированный сельскохозяйственные отходы в секвестр углерода. Для расчета разнообразия необходимы оценки глобального годового производства сельскохозяйственных отходов, захоронения и пиролиз эффективность для оценки массы углерода, изолированного таким образом из атмосферы.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Эшби (1956)
  2. ^ Эшби (1956) стр. 207
  3. ^ WR Эшби (1960), «Дизайн для мозга, с. 229»
  4. ^ Конант 1970
  5. ^ а б Пиво (1981)
  6. ^ Пиво (1979), стр.286
  7. ^ М. Эшби, «Этические регуляторы и сверхэтические системы», 2017
  8. ^ Пиво (1974)
  9. ^ New Scientist 24 января 2009 г.

дальнейшее чтение

  • Эшби, W.R.1956, Введение в кибернетику, Chapman & Hall, 1956, ISBN  0-416-68300-2 (также доступен в электронном виде в формате PDF на сайте Principia Cybernetica )
  • Эшби, W.R.1958, Необходимое разнообразие и его значение для управления сложными системами, Cybernetica (Namur) Vo1 1, № 2, 1958.
  • Эшби, W.R. 1960, Дизайн для мозга; происхождение адаптивного поведения, 2-е изд (Электронные версии в Интернет-архиве )
  • Бир, С. 1974, Конструирование свободы, Системы обучения Си-би-си, Торонто, 1974; и Джон Вили, Лондон и Нью-Йорк, 1975. Перевод на испанский и японский.
  • Бир, С. 1975, Платформа для перемен, Джон Вили, Лондон и Нью-Йорк. Печатается с исправлениями 1978 г.
  • Beer, S. 1979, The Heart of Enterprise, John Wiley, Лондон и Нью-Йорк. Печатается с исправлениями 1988 г.
  • Бир, С. 1981, мозг фирмы; Второе издание (значительно расширенное), Джон Вили, Лондон и Нью-Йорк. Переиздано 1986, 1988 гг. Переведено на русский язык.
  • Бир, С. 1985, Диагностика системы для организаций; Джон Вили, Лондон и Нью-Йорк. Переведено на итальянский и японский языки. Перепечатано 1988, 1990, 1991 гг.
  • Конант Р. 1981 Механизмы интеллекта: статьи и труды Росс Эшби Intersystems Publications ISBN  1-127-19770-3

внешняя ссылка