Кратко: кибернетика изучает общие закономерности управления в живых и неживых системах. Управление — это целенаправленное воздействие управляющего объекта на управляемый. Если управляющий получает сведения о состоянии объекта, действует обратная связь; тогда алгоритм становится гибким — в нём возможны проверки условий, ветвления и циклы.
§1. Управление и кибернетика
- Кибернетика — наука об общих свойствах процессов управления в живых и неживых системах. Её началом считают книгу Норберта Винера «Кибернетика» (1948 г.).
- Управление — целенаправленное воздействие одних объектов, управляющих, на другие — управляемые. Примеры: человек и телевизор, хозяин и собака, светофор и автомобили.
- С точки зрения кибернетики управление — это информационный процесс: управляющий объект передаёт команды, то есть управляющую информацию.
- Простейшая схема управления без обратной связи:
управляющий объект → управляющее воздействие → управляемый объект. - Алгоритм управления — последовательность команд, выполнение которой приводит к заранее поставленной цели. Объект, который выполняет эти команды, называется исполнителем.
§2. Управление с обратной связью
- Обратная связь — это передача информации о состоянии управляемого объекта обратно управляющему объекту.
- Без обратной связи алгоритм обычно линейный: команды выполняются в строгом порядке и не зависят от результата. Пример из учебника — светофор: красный → зелёный → жёлтый → красный.
- С обратной связью управляющий объект сначала проверяет результат, а потом решает, что делать дальше. Поэтому появляются ветвления (выбор одного из действий по условию) и циклы (повторение команд до выполнения условия).
- Пример цикла: включить телевизор на 1-м канале; пока нужная передача не найдена — переключать на следующий канал.
Пример ветвления: если на одной дороге машин больше, открыть движение по ней, иначе — по другой. - Принцип обратной связи — основной закон кибернетики. Он действует в технических, биологических и социальных системах.
- Если управляющим объектом становится компьютер, который работает по заложенной программе, то это автоматическая система с программным управлением. Для неё нужны прямая связь, обратная связь и программа управления в памяти компьютера. Примеры: автопилот, автоматическая линия, ускоритель частиц, ядерный реактор.
Как понять принцип
Сравни две ситуации:
| Без обратной связи | С обратной связью | |
|---|---|---|
| Управляющий объект | только отдаёт команды | отдаёт команды и получает сведения о результате |
| Алгоритм | линейный | может содержать ветвления и циклы |
| Пример | светофор, работающий по жёсткой программе | поиск нужной телепередачи; регулировщик на перекрёстке |
Проверять задания удобно так: найди управляющий и управляемый объекты; посмотри, есть ли информация от управляемого объекта обратно; затем определи, есть ли в алгоритме проверка условия. Если есть — это управление с обратной связью; если команды идут только в одну сторону — управление без обратной связи, а алгоритм, скорее всего, линейный.