Понятие эмерджентности

(от англ. emergence — возникающий, неожиданно появляющийся)^, в теории систем — наличие у какой-либо системы особых свойств, не присущих её подсистемам и блокам, а также сумме элементов, не связанных особыми системообразующими связями; несводимость свойств системы к сумме свойств её компонентов; синоним — «системный эффект».

 

чем сложнее система, тем больше у нее так называемых эмерджентных свойств, т. е. свойств, которых нет у ее частей и кото­рые являются следствием эффекта целостности системы.

В биологии и экологии понятие эмерджентности можно выразить так: одно дерево — не лес, скопление отдельных клеток — не организм. Например, свойства биологического вида или биологической популяции не представляют собой свойства отдельных особей, понятия рождаемость, смертность неприменимы к отдельной особи, но применимы к популяции или виду в целом.

 

Принцип Ле Шателье — Брауна (1884 г.) — если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-либо из условий равновесия (температура, давление, концентрация, внешнее электромагнитное поле), то в системе усиливаются процессы, направленные на компенсацию внешнего воздействия.

Анри Ле Шателье (Франция) сформулировал этот термодинамический принцип подвижного равновесия, позже обобщённый Карлом Брауном.

Принцип применим к равновесию любой природы: механическому, тепловому, химическому, электрическому.

Чтобы легче понять принцип Ле Шателье, рассмотрим простую химическую реакцию. Два вещества (реактивы) взаимодействуют друг с другом, в результате взаимодействия образуется третье вещество (продукт), которое стремится к расщеплению на исходные вещества. Это можно изобразить в виде следующего уравнения:

A + B <—> C

Двойная стрелка обозначает обратимую реакцию. При протекании прямой реакции слева направо происходит образование вещества C из веществ A и B. В случае обратной реакции (справа налево) вещество C расщепляется на вещества A и B. Когда эта система находится в химическом равновесии, скорости прямой и обратной реакций одинаковы — в одной точке данной системы образуется молекула вещества C, а где-то в другом месте другая молекула вещества С распадается.

Если в систему добавить избыток вещества A, равновесие временно нарушится, так как вырастет скорость образования вещества C. Но чем быстрее будет расти концентрация вещества C, тем быстрее оно будет расщепляться — пока снова не будет достигнуто равновесие между прямой и обратной реакциями. Тогда скорость образования вещества C из веществ A и B сравняется со скоростью расщепления вещества С на вещества A и B.

 

 

Анри Луи ЛЕ ШАТЕЛЬЕ
Henri Louis Le Chatelier, 1850–1936

Французский химик. Родился в городе Мирибель-лез-Эшель в семье ученых. Получил образование в престижной Парижской политехнической школе. Был профессором в Высшей горной школе и в Сорбонне, позже был назначен Генеральным инспектором шахт и рудников Франции (до него этот пост занимал его отец). Ле Шателье изучал химические реакции, связанные с несчастными случаями на шахтах и в металлургическом производстве, участвовал в исследовании детонации рудничного газа. Разработал термоэлектрический пирометр (оптический прибор для определения температуры раскаленных тел по цвету) и гидравлические тормоза для железнодорожных составов; изобрел кислородно-ацетиленовую сварку.

 

ВИНЕР (Wiener) Норберт (26 ноября 1894, Колумбия, Миссури, – 18 марта 1964, Стокгольм) – американский математик, один из основателей кибернетики. Закончив аспирантуру Гарвардского университета, в восемнадцать лет стал доктором философии по специальности «математическая логика»; готовил себя к философской карьере, но впоследствии отдал предпочтение математике.

Ранние работы Винера посвящены логике, статистической механике, моделированию нейродинамических процессов, а также проблемам электротехники, радиолокации и вычислительной техники.

В 1948 вышел главный труд Винера – «Кибернетика, или управление и связь в животном и машине». В этой работе два тезиса. Первый – подобие процессов управления и связи в машинах, живых организмах и биологических сообществах. Процессы эти суть прежде всего процессы передачи, хранения и переработки информации. Второй тезис: количество информации отождествляется Винером с отрицательной энтропией и становится, подобно количеству вещества или энергии, одной из фундаментальных характеристик природы. Отсюда толкование кибернетики как теории организации, как теории борьбы с мировым хаосом, с роковым возрастанием энтропии. Человеческий разум является одним из звеньев этой борьбы.

В последних работах Винер развивал кибернетический подход к различным областям науки и техники, исследовал проблемы обучающихся и самовоспроизводящихся машин и их взаимодействие с человеком. Гуманистические взгляды ученого отразились как в его философских размышлениях о противоречивости использования кибернетической техники (во благо или во зло для человека) и о социальной ответственности ученого, так и в его общественной и просветительской деятельности.

 

Целесообразное поведение.
Поиск и выбор деятельности, общее направление поведения человека, определяется его долгосрочными и краткосрочными интересами, а значит, целесообразностью с позиции его эволюционной системы. В рамках индивидуального интереса производится прогнозирование поведения и оценка прогнозируемого результата. Если оценка данной деятельности, полученная в результате прогнозирования, будет положительна, то принимается решение на реализацию этой деятельности (или поведения как совокупности деятельностей), если ожидаемый результат ниже некоторой пороговой величины или отрицателен, человеком принимается решение об отказе от планируемой деятельности. Так реализуется целесообразное поведение. Целесообразное поведение имеет два типа регуляторов: личные (индивидуальные) либо групповые (общественные). Личные регуляторы обеспечивают целесообразное поведение индивидуума на уровне принятия решений, на уровне психики человека или его модели. Общественные регуляторы - это механизмы, которые модифицируют личное поведение с учетом условий его существования в среде себе подобных. Они действуют не прямо, не самостоятельно, а через личные регуляторы, путем их модификации и настройки.

КИБЕРНЕТИКА(от греч. kybernetike - искусство управления), наука об управлении, связи и переработке информации. Основной объект исследования - т. н. кибернетические системы, рассматриваемые абстрактно, вне зависимости от их материальной природы. Примеры кибернетических систем - автоматические регуляторы в технике, ЭВМ, человеческий мозг, биологические популяции, человеческое общество. Каждая такая система представляет собой множество взаимосвязанных объектов (элементов системы), способных воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию, а также обмениваться ею. Современная кибернетика состоит из ряда разделов, представляющих собой самостоятельные научные направления. Теоретическое ядро кибернетики составляют информации теория, теория алгоритмов, теория автоматов, исследование операций, теория оптимального управления, теория распознавания образов. Кибернетика разрабатывает общие принципы создания систем управления и систем для автоматизации умственного труда. Основные технические средства для решения задач кибернетики - ЭВМ. Поэтому возникновение кибернетики как самостоятельной науки (Н. Винер, 1948) связано с созданием в 40-х гг. 20 в. этих машин, а развитие кибернетики в теоретических и практических аспектах - с прогрессом электронной вычислительной техники

 

 

 

 

 

 

Энтропия - мера неопределённости какого-либо опыта, который может иметь разные исходы, а также мера беспорядка системы, состоящей из многих элементов.

 

Демон Максвелла

 

Демон Максвелла — мысленный эксперимент 1867 года, а также его главный персонаж — воображаемое разумное существо микроскопического размера, придуманное британским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом с целью проиллюстрировать кажущийся парадокс Второго начала термодинамики: изолированная система не может самопроизвольно переходить из менее упорядоченного состояния в более упорядоченное.

Представим, что к дверце приставлен некий микроскопический вахтер, зорко следящий за молекулами. Быстрым молекулам он дверцу открывает и пропускает их за перегородку, в нижнюю половину контейнера, а медленные оставляет в верхней половине. Понятно, что если такой мини-вахтер будет дежурить у дверцы достаточно долго, газ разделится на две половины: в верхней части останется холодный газ, состоящий из медленных молекул, а в нижней скопится горячий газ из быстрых молекул. Тем самым система упорядочится по сравнению с исходным состоянием, и второе начало термодинамики будет нарушено. Мало того, разницу температур можно будет использовать для получения работы. Если такого вахтера оставить на дежурстве навечно (или организовать сменное дежурство), мы получим вечный двигатель.

Этот забавный вахтер, которому остроумные коллеги ученого дали прозвище «демон Максвелла», до сих пор живет в научном фольклоре и волнует умы ученых. Действительно, вечный двигатель человечеству бы не повредил, но судя по всему, чтобы демон Максвелла заработал, ему самому потребуется энергопитание в виде притока фотонов, необходимых для освещения приближающихся молекул и их просеивания. Кроме того, просеивая молекулы, демон и дверца не могут не вступать с ними во взаимодействие, в результате чего они сами будут неуклонно получать от них тепловую энергию и наращивать свою энтропию, в результате чего суммарная энтропия системы всё равно уменьшаться не будет. То есть таким объяснением теоретическая угроза второму началу термодинамики была отведена.

 

Информатика - [< лат. informatio - сообщение] - наука о способах получения, накопления, хранения, преобразования, передачи, защиты и использования информации. Она включает дисциплины, относящиеся к обработке информации в вычислительных машинах и вычислительных сетях: как абстрактные, вроде анализа алгоритмов, так и довольно конкретные, например, разработка языков программирования.

Темами исследований в информатике являются вопросы: что можно, а что нельзя реализовать в программах и базах данных (теория вычислимости и искусственный интеллект), каким образом можно решать специфические вычислительные и информационные задачи с максимальной эффективностью (теория сложности вычислений), в каком виде следует хранить и восстанавливать информацию специфического вида (структуры и базы данных), как программы и люди должны взаимодействовать друг с другом (пользовательский интерфейс и языки программирования и представление знаний) и т. п.

 

 

Закон необходимого разнообразия (The Law of Requisite Variety) — кибернетический закон, сформулированный Уильямом Россом Эшби и формально доказанный в работе «Введение в кибернетику».

Пусть заданы — элементы множества состояний управляемой системы и — управления из множества управлений . Управление переводит состояние в состояние , то есть

.

Пусть также заданы вероятности реализации , и на соответствующих множествах. Тогда система будет неуправляемой, если

,

где — энтропия соответствующей случайной величины. Это определение опирается на второй закон термодинамики, утверждая, что при отсутствии управления энтропия системы не уменьшается.

Поскольку из определения вытекает, что целью управления является снижение энтропии системы, то есть , то З. н. р. утверждает, что

где — количество информации в об , а — условная энтропия.

Словесно это можно записать так:

разнообразие (энтропию) системы можно понизить не более чем на величину количества информации в управляющей системе об управляемой, которое равно разнообразию (энтропии) управления за вычетом потери информации от неоднозначного управления.