Разнообразие (кибернетика)

В кибернетике термин « разнообразие» обозначает общее количество различных состояний системы .

Обзор [ править ]

Термин «разнообразие» был введен У. Россом Эшби для обозначения общего числа состояний системы. Условие динамической устойчивости при возмущении (или входе) было описано его Законом необходимого разнообразия. Эшби говорит: ^{[1] : 124}

Таким образом, если порядок появления игнорируется, набор
c, b, c, a, c, c, a, b, c, b, b, a,
который содержит двенадцать элементов, содержит только три различных элемента: a, b, c. Говорят, что такой набор состоит из трех различных элементов.

Он добавляет: ^{[1] : 125}

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

Разнообразие может быть указано как целое число, как указано выше, или как логарифм по основанию 2 числа, то есть в битах . ^{[1] : 126}

Закон необходимого разнообразия [ править ]

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 теорию информации Шеннона (1948), которая имеет дело со случаем «непрерывных флуктуаций» или шума. Условие необходимого разнообразия можно рассматривать как простую формулировку необходимого условия динамического равновесия в терминах теории информации 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 по крайней мере это количество выбора. (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 если независимые переменные или функция состояния изменились. В реальной системе это означает, что функция состояния представляет собой композицию двух функций, так что вторая является обратной (возможные изменения) 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, разработал теорему о хорошем регуляторе ^[4], которая требовала, чтобы автономные системы приобрели внутреннюю модель своего окружения для сохранения устойчивости и достижения стабильности (например, критерия устойчивости Найквиста ) или динамического равновесия .

Стаффорд Бир определяет разнообразие как «общее количество возможных состояний системы или элемента системы», ^[5] ср. Людвиг Больцман «s Wahrscheinlichkeit . Пиво повторяет Закон необходимого разнообразия как «Разнообразие поглощает разнообразие». ^[6] Проще говоря, логарифмическая мера разнообразия представляет собой минимальное количество вариантов выбора (путем двоичного разбиения ), необходимых для разрешения неопределенности . Бир использовал это для распределения управленческих ресурсов, необходимых для поддержания жизнеспособности процесса.

Разнообразие - это один из девяти требований, которые требует этический регулирующий орган . ^[7]

Приложения [ править ]

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 обеспечения желаемого режима управления ; например, в компьютерном программном обеспечении или компьютерном оборудовании .

Кибернетик Фрэнк Джордж рассказал о разнообразии команд, соревнующихся в таких играх, как футбол или регби, чтобы забить гол или попытаться. Можно сказать, что у выигрывающего шахматиста больше разнообразия, чем у проигравшего оппонента. Здесь подразумевается простой порядок . Ослабление и усиление разнообразия были главными темами в работе Стаффорда Бира в управлении ^[5] (профессии контроля, как он его 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 динамической системы необходимо позаботиться , прежде чем количественные показатели могут быть получены. Небольшие количества, на которые можно не обращать внимания, могут иметь большие последствия. В своей книге «Создавая свободу» Стаффорд Бир обсуждает пациента в больнице с температурой, обозначающей лихорадку. ^[8] Необходимо немедленно принять меры для изоляции пациента. Здесь никакое разнообразие, регистрирующее среднюю температуру пациентов, не обнаружит этот слабый сигнал, который может иметь большой эффект. Мониторинг требуется за отдельными лицами, что усиливает разнообразие (см.Алгедонические предупреждения в модели 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 состояний, включают анализ требований к цифровой полосе пропускания , избыточность и раздутость программного обеспечения , битовое представление типов данных и индексов , аналого-цифровое преобразование , границы конечных автоматов и сжатие данных . См. Также, например, возбужденное состояние , состояние (информатика) , шаблон состояния , состояние (элементы управления) и клеточный автомат . Необходимое разнообразие можно увидеть в алгоритмической теории информации Чайтина. где более длинная программа с большим разнообразием или конечный автомат выдают несжимаемый вывод с большим разнообразием или информационным содержанием.

В 2009 году ^[9] Джеймс Лавлок предложил сжигать и захоронить обугленные сельскохозяйственные отходы для связывания углерода . Для расчета разнообразия требуются оценки глобального годового производства сельскохозяйственных отходов, эффективности их захоронения и пиролиза, чтобы оценить массу углерода, таким образом улавливаемого из атмосферы.

См. Также [ править ]

• Мощность
• Сложность
• Степени свободы
• Набор мощности
• Практопоэз
• Теория водяного дна
• Хороший регулятор
• Этический регулятор
• Государство (информатика)

Ссылки [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]

• Эшби, В. Р. 1956, Введение в кибернетику, Chapman & Hall, 1956, ISBN  0-416-68300-2 ( также доступен в электронной форме в виде PDF-файла с сайта Principia Cybernetica )
• Эшби, В. Р. 1958, Необходимое разнообразие и его значение для управления сложными системами , Cybernetica (Namur) Vo1 1, № 2, 1958.
• Эшби, В. Р. 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. Переведено на испанский и японский языки.
• 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 

Внешние ссылки [ править ]

• Закон необходимого разнообразия в сети Principia Cybernetica , 2001.
• Системные концепции и 9/11 Алленна Леонард о необходимом разнообразии
• Все ссылки на Закон необходимого разнообразия в журнале Росс Эшби за 1953–1961 гг.
• Управленческая кибернетика: закон необходимого разнообразия Короткие вводные видеоролики Ливас на YouTube
• Практопоэз : как биологические системы получают свое разнообразие
• Лекции CBC Мэсси 1973 года, "Проектируя свободу"