Важным классом сложных систем являются кибернетические системы.
Кибернетическая система представляет собой множество взаимосвязанных объектов, способных воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию, а также обмениваться информацией. Примерами кибернетических систем могут служить разного рода автоматические регуляторы в технике (например, автопилот или регулятор, обеспечивающий поддержание постоянной температуры в помещении), компьютеры, человеческий мозг, биологические популяции, человеческое общество.
Кибернетические системы являются предметом изучения кибернетики.
Кибернетика – наука, которая занимается изучением систем любой природы, способных воспринимать, хранить и перерабатывать информацию и использовать ее для управления и регулирования.
Кибернетика рассматривает такие системы абстрактно, безотносительно к их реальной физической природе. Это позволяет находить общие подходы к изучению систем качественно различной природы, например технических, биологических и даже социальных.
Экономическая кибернетика занимается изучением кибернетических или управляемых систем определенного типа – экономических систем. Она рассматривает экономику как систему, в которой протекают процессы регулирования и управления. Примерами экономических систем могут быть отдельное предприятие или фирма, отрасль, экономический регион, национальная экономика, мировая экономика в целом.
В технических системах управляющее устройство представляет собой некоторое техническое или вычислительное устройство, работающее по заданному алгоритму. В отличие от этого в экономических системах уставляющим устройством является человек, или некоторой коллективный управляющий орган. Задачей управляющего органа является принятие решений о формировании того или иного управляющего воздействия на экономическую систему на основании имеющейся информации о его состоянии.
Кибернетические системы различаются по характеру циркулирующих в них сигналов. Если все эти сигналы, а так же состояние всех элементов системы, задаются непрерывными параметрами, система называется непрерывной. В случае дискретности всех этих величин система называется дискретной. В смешанных, или гибридных, системах приходится иметь дело с обоими типами параметров.
Деление кибернетических систем на непрерывные и дискретные является до известной степени условным. Оно определяется глубиной проникновения в предмет, требуемой точностью его изучения, а иногда и удобством использования того или иного математического аппарата.
Надо отметить, что при любом фактическом вычислении значений непрерывных параметров приходится ограничиваться определенной точностью вычислений. А это означает, что соответствующая величина всегда может рассматриваться как дискретная. Дискретный способ представления величин является универсальным, поскольку любые непрерывные величины сводятся, в конечном счете, к дискретным.
Математическим аппаратом, используемым для описания непрерывных систем, является теория обыкновенных дифференциальных уравнений, для дискретных систем – теория алгоритмов и теория автоматов.
Сложность кибернетических систем определяется двумя факторами. Первый фактор — это размерность системы, т. е. общее число параметров, характеризующих состояния всех её элементов. Второй фактор – сложность структуры системы, определяющаяся общим числом связей между ее элементами и их разнообразием. Простая совокупность большого числа элементов с повторяющимися от элемента к элементу простыми связями, ещё не составляет сложной системы.
Сложные кибернетические системы — это системы, описание которых, не сводится к описанию отдельных элементов и указанию общего числа однотипных элементов. Сложные системы отличаются от простых тем, что они способны управлять своим поведением.
Если обмен сигналами между элементами системы полностью замыкается в ее пределах, то система является изолированнойили замкнутой. Такая система не имеет ни входных, ни выходных сигналов.
Если система имеет как входные, так и выходные каналы, по которым она обменивается сигналами с внешней средой, то она является открытой.
Всякая открытая кибернетическая система снабжена рецепторами (датчиками), воспринимающими сигналы из внешней среды и предающими их внутрь системы. В случае, когда в качестве рассматриваемой кибернетической системы выступает человек, такими рецепторами являются различные органы чувств (зрение, слух, осязание и др.). Выходные сигналы системы передаются во внешнюю среду эффекторы (исполнительные механизмы).
Открытая кибернетическая система может рассматриваться как преобразователь входных сигналов в выходные, то есть как преобразователь информации. Сущность кибернетического подхода к изучению сложных объектов живой и неживой природы состоит в рассмотрение их как преобразователей информации.
Простейшие преобразователи информации могут осуществлять преобразование информации лишь одного определённого вида. Так, например, исправный дверной звонок при нажатии кнопки (рецептора) отвечает всегда одним и тем же действием — звонком. Однако, как правило, сложные кибернетические системы обладают способностью накапливать информацию в той или иной форме и в зависимости от этого менять выполняемые ими действия. Это свойство кибернетических систем называется памятью. Запоминание информации в кибернетических системах может производиться двумя основными способами – либо за счет изменения состояний элементов системы, либо за счет изменения структуры системы (возможен, разумеется, смешанный вариант).
Из числа сложных технических преобразователей информации наибольшее значение для кибернетики имеют электронные вычислительные машины или компьютеры. Современные ЭВМ имеют дело с дискретной информацией. На вход ЭВМ могут выступать любые последовательности символов. Внутри машины эти последовательности представляются, или кодируется, в виде последовательности сигналов, принимающих лишь два различных значения – ноль и единица. Поскольку непрерывные сигналы могут быть с любой точностью представлены последовательностями символов, ЭВМ является универсальным преобразователем информации. Другим универсальным преобразователем информации является человеческий мозг.
