Черный ящик

Он задает сигнал и исследует реакцию на него данного элемента. Биологи и медики, как правило, не могут воспользоваться таким способом исследования: связь между возбуждающим воздействием и реакцией на него часто не подается наблюдению и зависит от конкретных условий. Если даже биологу (физиологу, медику) удается соотнести причины и следствия, у него обычно нет ясного представления о самом механизме воздействия, - в отличие от инженера, который может сравнительно точно исследовать и даже изменять взаимосвязь конструктивных элементов. Поэтому в биологии, где невозможно получить точные данные о функционировании элемента (органа), исследователи широко пользуются принципом черного ящика.

Черный ящик - это элемент или система с неизвестной или не полностью известной структурой, но с известным соотношением между входной и выходной величиной (причиной и следствием).

В качестве такого элемента мы изобразили мышцу человека. Причиной здесь является нервное возбуждение, а следствием - развиваемая мышцей сила. Как это все происходит, нас здесь не интересует: мы рассматриваем мышцу как черный ящик. В технических системах функции отдельных конструктивных элементов, как правило, не изменяются и связь между воздействием и реакцией остается постоянной (если, конечно, элемент не выходит из строя). Элементы биологических систем, напротив, могут со временем меняться, приспосабливаться. Однако, несмотря на эти трудности при описании отдельных элементов биологических систем, мы будем и для них использовать простую и наглядную схему контура регулирования по образцу.

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.