SYSTÉMOVÁ
METODOLOGIE (VII) Kybernetika
Ak. rok 2011/2012
© vbP
1
Kybernetika ZÁKLADNÍ SMĚRY A DISCIPLÍNY • Teoretická kybernetika (vědecký aparát a metody ke zkoumání kybernetických systémů; používá abstraktní modely matematické povahy (matematická logika, teorie kódování, teorii algoritmů, teorii automatů, řízení, regulace, …)) • Technická kybernetika (problematiky konstruování a ovládání automatických výpočetních systémů (robotika, inženýrská psychologie, konstrukce strojů s umělou inteligencí)) • Aplikovaná kybernetika (čerpá s předchozích dvou; např. BIONIKA (umělé receptory, ruce, smysly), LINGVISTIKA, VOJENSTVÍ, LÉKAŘSKÁ KYBERNETIKA, ROZPOZNÁVÁNÍ, KLASIFIKACE, …)
Ak. rok 2011/2012
© vbP
2
Kybernetika DEFINICE • Kybernetika je věda o řízení a zpracování informací v technických systémech i živých organizmech a kolektivech (skládají se z živých organizmů a technických systémů (Wiener) • Kybernetika je věda zabývající se studiem systémů libovolné povahy, které jsou schopny přijímat, zachovávat a zpracovávat informace a užívat je pro řízení a regulaci (Kolmogorov)
• Kybernetika je věda o vhodné kontrole jakéhokoliv uspořádání, které je vnímáno jako organický celek (Beer)
Ak. rok 2011/2012
© vbP
3
Kybernetika Procesy kybernetické abstrakce Kybernetika
Teorie kybernetiky - teorie řízení - teorie algoritmů - teorie informací - teorie her
Metody kybernetiky - modely - bloková schémata - černá schránka - pokus, omyl
Kybernetická abstrakce Dynamický samořídící systém s cílovým chováním
Vědní obory specializované dle objektů
Oborová abstrakce
Reálné objekty Ak. rok 2011/2012
© vbP
4
Kybernetika W. Ross Ashby (představitel rané kybernetiky) • Kybernetika se má ke skutečným strojům (elektronickým, mechanickým, nervovým a ekonomickým) stejně jako se má geometrie k reálným předmětům v prostoru
ideální svět
GEOMETRIE
KYBERNETIKA
reálný svět
Pozemský svět TVARY
Pozemský svět ŽIVOT
Ak. rok 2011/2012
© vbP
5
Kybernetika „DEFINICE“ • Kybernetika prvního řádu • pozorovatele ze systému úplně vyloučila • Kybernetika druhého řádu • zaměřuje se především na výzkum role (lidského) pozorovatele • při vytváření modelů systémů (např. kvantová mechanika) • při konstruování dalších pozorovatelů • přílišná ideologická horlivost • princip pozorovatele pozorovatele (pozoruje sama sebe) • odlučování kybernetiky od práce s konkrétními jevy (!!!)
Ak. rok 2011/2012
© vbP
6
Kybernetika INFORMACE A ZPĚTNÁ VAZBA • Pojmy kybernetiky, které zobecněly také v manažerské praxi • zpětná vazba • model • entropie • regulace • řízení
Ak. rok 2011/2012
© vbP
7
Kybernetika INFORMACE A ZPĚTNÁ VAZBA • Entropie (z řeckého εντροπία = „směrem k“) • ve fyzice, teorii pravděpodobnosti, matematice, informatice • vyjadřuje „míru neuspořádanosti“ daného systému
Termodynamický systém s nízkou entropií - "zúženým" rozložením pravděpodobnosti, a tedy "vysokou" schopností konat práci. Ak. rok 2011/2012
Termodynamický systém s vysokou entropií - "rozšířeným" rozložením pravděpodobnosti, a tedy nízkou schopností konat práci. © vbP
8
Kybernetika INFORMACE A ZPĚTNÁ VAZBA
Informační entropie • úzká souvislost s termodynamickou entropií • často také nazývana Shannonovou entropií po Claude E. Shannonovi • (1916, Michigan –2001, Boston), americký elektronik a matematik, zvaný „otec teorie informace“ . Byl zakladatelem teorie návrhu digitálních elektrických obvodů. • založil nový vědní obor - teorii logických sítí, čímž otevřel prostor pro teorii konečných automatů a následně k teorii číslicových počítačů
Ak. rok 2011/2012
© vbP
9
Kybernetika INFORMACE A ZPĚTNÁ VAZBA
• Shannonova myš (též myška) • První sestrojený učící se mechanismus. • Na počítač napojený ocelový vozíček, který projížděl bludištěm. Dokázal si zapamatovat správné a nesprávné odbočky. • Při druhém pokusu projet bludištěm již náhodně netápal, ale jel k cíli nejkratší možnou cestou za 15 sekund. První jízda, kdy se teprve učil cestu, zabrala 60 sekund. • Byla to první ukázka umělé inteligence a učícího se stroje.
Ak. rok 2011/2012
© vbP
10
Kybernetika INFORMACE A ZPĚTNÁ VAZBA
• ZPĚTNÁ VAZBA
Znázornění funkce Wattova regulátoru
Wattův regulátor otáček Ak. rok 2011/2012
© vbP
11
Kybernetika INFORMACE A ZPĚTNÁ VAZBA • ZPĚTNÁ VAZBA • Příklad: • v ekosystémech je každý druh schopen exponenciálního populačního růstu; • tyto tendence jsou ovlivňovány různými vyrovnávajícími iterakcemi uvnitř ekosystému; • nespoutaný exponenciální růst může být pouze v narušeném ekosystému • některé rostliny se promění v „plevele“ • někteří živočichové se promění ve „škůdce“ • některé druhy vymizí. Ak. rok 2011/2012
© vbP
12
Děkuji za pozornost
Ak. rok 2011/2012
© vbP
13
