|
|
Контрольная работа по Теории информации, данные, знания. Связи и массовых коммуникаций российской федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ,
СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ ИМ. ПРОФ. М.А. БОНЧ-БРУЕВИЧА»
(СПбГУТ)
____________________________________________________________________
ИНСТИТУТ НЕПРЕРЫВНОГО ОБРАЗОВАНИЯ (ИНО)
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
По дисциплине: Теория информации, данные, знания
Вариант: 9. Научное наследие Н. Винера
Студент Ф.И.О.:
Юшкин Игорь Вадимович
Группа №:
ИБ-06с
Студенческий билет №:
2010659
Дата сдачи работы:
30.04.2022 год
Преподаватель Ф.И.О.:
Литвинов Владислав Леонидович
Санкт-Петербург
2022
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ 4
1.Становление Н. Винера 4
2.Карьера Н. Винера 6
3.Зарождение кибернетики и роль Винера в ней. 8
4.Современная кибернетика. 11
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 14
ГЛОССАРИЙ 15
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 16
ВВЕДЕНИЕ
Норберт Винер — американский математик, профессор, получивший множество наград и премий. Один из основоположников кибернетики1 и теории искусственного интеллекта. По мнению биографов, Норберт Винер является классическим примером вундеркинда. Он родился в г. Колумбия (шт. Миссури, США) 26 ноября 1894 г. Его родители эмигрировали в США в конце XIX в. Отец был уроженцем г. Белосток Гродненской губернии Российской империи, впоследствии ставшим профессором и заведующим кафедрой славянских языков и литературы старейшего в США Гарвардского университета.
М альчик рос в многодетной семье, где отец сознательно готовил его к научной карьере. В результате Норберт уже в девять лет поступает в среднюю школу (рис. 1), а в 14 лет заканчивает колледж. Самостоятельно овладевает пятью иностранными языками, включая китайский, и с головой погружается в мыслительную деятельность, отдаляясь от своих сверстников, что усугубляется острой близорукостью и природной неуклюжестью. Поэтому он воспринимался соучениками как неуравновешенный вундеркинд, что с годами не помешало ему стать доброжелательным и общительным человеком.
Рис. 1. Н. Винер в возрасте девяти лет, 1903 год.
__________________
См. «Глоссарий». См. страницу 15
Цель курсовой работы: Вклад и научное наследие Н. Винера
Задачи курсовой работы:
Рассмотреть становление Н. Винера как ученого-математика, его карьеру в университете;
Понять какой вклад в свое время Н. Винер внес в основание и развитие кибернетики;
Научное наследие Н. Винера, современная кибернетика.
Объект исследования: Норберт Винер.
Предмет исследования: Становление кибернетики, а также вклад Н. Винера в нее.
Общий объем работы 16 страниц.
О СНОВНАЯ ЧАСТЬ Становление Н. Винера
Совсем еще юный Винер поступил в Колледж Тафтса в штате Массачусетс осенью 1906 года. Он изучал там греческий и немецкий языки, физику, математику, а также биологию. Он закончил Тафтс с отличием и получил степень бакалавра в 1909 году, когда ему было 14 лет.
После окончания колледжа Винер поступил в аспирантуру Гарвардского университета (где работал его отец) для изучения зоологии. И это несмотря на возражения отца, который «не давал своего согласия». Он думал, что «я мог бы пойти в медицинскую школу». Однако работа в лаборатории в сочетании с плохим зрением Винера сделали зоологию крайне трудным для него делом. Амбиции Норберта продлились недолго, и через некоторое время он решил последовать совету своего отца и заняться философией. Винеру предложили стипендию в Sage School of Philosophy в Корнеллском университете и перевели туда в 1910 году. Однако после этого «черного года», в течение которого он
чувствовал себя неуверенно и неуместно, он вернулся в Гарвардский университет. Изначально он собирался работать с философом Джосайей Ройсом для получения степени доктора философии в математической логике2, но из-за болезни последнего Винеру пришлось обратиться к своему бывшему профессору из Колледжа Тафтса, Карлу Шмидту. Шмидт, как позже писал Винер, был тогда «молодым человеком, жадно интересовавшимся математической логикой». Именно он вдохновил Винера провести сравнение реляционной алгебры Эрнста Шредера и Principia Mathematica Рассела и Уайтхеда.
Его диссертация по философии, в высшей степени математическая, была посвящена формальной логике. Ключевые результаты были опубликованы в следующем 1914 году в статье «Упрощение в логике отношений» в трудах Кембриджского философского общества. На следующую осень Винер отправился в Европу для постдокторской работы в надежде, что в конечном итоге он сможет занять постоянную должность на факультете одного из самых известных университетов Америки. Вслед за защитой докторской диссертации и выпуском из Гарварда восемнадцатилетний Винер был удостоен престижной возможности в течение года учиться за рубежом. Он выбрал британский Кембридж.
Винер отправился в Кембридж, чтобы продолжить изучение философии с одним из авторов Principia Mathematica3, которая была объектом его гарвардской диссертации. Лорд Бертран Рассел, на тот момент сорокалетний мужчина, к 1913 году считался самым прогрессивным философом англоамериканского мира, чей монументальный трехтомный труд, написанный совместно с Альфредом Нортом Уайтхедом и опубликованный в 1910, 1912 и 1913 годах. Principia на тот момент была наиболее полным и последовательным трудом по математической философии.
__________________
2 См. «Глоссарий». См. страницу 15
3 См. «Глоссарий». См. страницу 15
Не смотря на напряженные отношения во время работы, в конце концов докторская диссертация очень понравилась Расселу. В своих личных документах он одобрительно отмечал юношу, а после прочтения диссертации Норберта сказал, что это «очень хорошая техническая работа» и подарил ему копию третьего тома “PM”.
Однако самое важное, что вынес Винер из совместной работы с Расселом, не имело отношения ни к физике, ни к философии. Совсем случайно Винеру попались на глаза четыре статьи 1905 года физика Альберта Эйнштейна, идеи которых он позже использовал в своей работе. Сам же Винер в свое время выделил Г.Х. Харди как ученого, оказавшего на него самое глубокое влияние: «Курс Харди […] был откровением для меня в его внимании к строгости. За все годы прослушивания лекций по математике я никогда не встречал кого-то равного Харди ни в ясности изложения, ни в увлекательности, ни в интеллектуальной силе. Если уж говорить о ком-то как о моем мастере в области математического мышления, это должен быть Г.Х. Харди.»
В частности, Винер выражал Харди благодарность за то, что тот познакомил его с интегралом Лебега, который «привел меня прямиком к главному достижению моей только начинающейся карьеры».
Карьера Н. Винера
До того, как Винера приняли в MIT4, где он и оставался до конца своей жизни, ему довелось потрудиться на нескольких случайных работах в разных отраслях промышленности и городах. Официально он вернулся в Соединенные Штаты в 1915 году, некоторое время прожил Нью-Йорке, продолжая изучать философию в Колумбийском университете у философа Джона Дьюи. После этого преподавал курс философии в Гарварде и поступил на работу в качестве младшего инженера в General Electric.
__________________
4 См. «Глоссарий». См. страницу 15
Когда Америка вступила в Первую мировую войну, Норберт Винер захотел внести свою лепту и в 1916 году посетил учебный лагерь для офицеров, но в конечном итоге провалил комиссию. В 1917 году он снова попытался вступить в армию, но снова безуспешно, на сей раз из-за плохого зрения. Через год математик Освальд Веблен пригласил Винера помочь фронту и поработать над баллистикой в Мэриленде (рис. 2).
Рис. 2. Математики на Абердинском полигоне, 1918 год
Опыт на испытательном полигоне, как пишет Дайсон, преобразил Винера. До приезда он был 24-летним математическим вундеркиндом, которого отговаривали от математики из-за неудачного опыта его преподавательской работы в Гарварде. Назад он вернулся воодушевленный тем, как всё, чему он научился, можно применить в решении настоящих мировых проблем.
В обширном списке опубликованных работ первые две статьи Винера о математике (на текущий момент вторая утрачена) появились в семнадцатом выпуске Трудов Кембриджского философского общества от 1914 года:
Wiener, N. (1914). “A Simplification of the Logic of Relations”. Proceedings of the Cambridge Philosophical Society 17, pp. 387–390.
Wiener, N. (1914). “A Contribution to the Theory of Relative Position”. Proceedings of the Cambridge Philosophical Society 17, pp. 441–449.
В силу особенностей своей работы в начале 1920-х каждым летом с 1924 по 1926 Винер возвращается в Геттинген, причем в последний год — в качестве лауреата стипендии Гуггенхайма. В разгар так называемого золотого века квантовой физики его пребывание в Геттингене совпадало с приездами фон Неймана (которого Винер знал лично и состоял с ним в переписке) и Дж. Роберта Оппенгеймера.
Сразу после Геттингена Винер начал работать в сфере прикладной математики, а в 1930 году - над автокорреляционными функциями, которые обеспечивают корреляцию между сигналом и задержанной копией этого сигнала в зависимости от задержки. Теорема Винера-Хинчина показывает, как автокорреляционная функция Rₓₓ (τ) связана со спектральной плотностью мощности Sₓₓ (f) через преобразование Фурье (рис. 3):
Рис. 3. Теорема Винера-Хинчина.
Зарождение кибернетики и роль Винера в ней.
Кибернетика – наука об общих закономерностях получения, хранения, преобразования и передачи информации в сложных управляющих системах, будь то машины, живые организмы или общество. Термин «кибернетика» изначально ввёл в научный оборот Ампер, который в своём фундаментальном труде «Опыт о философии наук, или аналитическое изложение естественной классификации всех человеческих знаний», первая часть которого вышла в свет в 1834 году, вторая в 1843 году, определил кибернетику как науку об управлении государством, которая должна обеспечить гражданам разнообразные блага.
Война закончилась, и в 1947 году Винера пригласили на конгресс по гармоническому анализу, который состоялся в Нанси, Франция. Конгресс был организован тайным французским математическим обществом «Бурбаки» в сотрудничестве с математиком Шолемом Мандельбройтом, дядей Бенуа Мандельброта, позднее открывшего множество Мандельброта. Винеру предложили написать работу об «объединяющем характере той части математики, который обнаруживается при изучении броуновского движения и телекоммуникационной инженерии». В следующем году Винер придумал неологизм «кибернетика», чтобы обозначить изучение таких «телеологических механизмов». Его рукопись послужит основой научно-популярной работы «Кибернетика, или Управление и связь в животном и в машине», опубликованной издательством MIT Press. В современном понимании – как наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в машинах, живых организмах и обществе, термин впервые был предложен Норбертом Винером в 1948 году.
Объектом кибернетики являются все управляемые системы. Системы, не поддающиеся управлению, в принципе, не являются объектами изучения кибернетики. Кибернетика вводит такие понятия, как кибернетический подход, кибернетическая система. Кибернетические системы рассматриваются 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.
Кибернетика разрабатывает общие принципы создания систем управления и систем для автоматизации5 умственного труда. Основные технические средства для решения задач кибернетики — ЭВМ. Поэтому возникновение кибернетики как самостоятельной науки связано с созданием в 40-х годах XX века этих машин, а развитие кибернетики в теоретических и практических аспектах — с прогрессом электронной вычислительной техники.
Область науки, которая теперь неотделима от имени Винера, во многом стала результатом интереса Норберта к стохастическим и математическим шумовым процессам, которые рассматриваются как в электротехнике, так и в теории связи. В лекции, озаглавленной «Люди, машины и мир вокруг них», Винер рассказывает, что его новаторская работа появилась в результате попытки внести свой вклад в военные действия 1940-х годов. Работа Винера над проблемой управления зенитным огнем привела к изобретению фильтра, используемого для вычисления статистической оценки неизвестного сигнала путем получения его на входе и фильтрации на выходе. Фильтр основан на нескольких результатах прошлых работ Винера на тему интегралов и преобразований Фурье. Хотя фильтр был разработан в Радиационной лаборатории MIT, результат был опубликован только в секретном документе.
Первый открытый документ, описывающий фильтр, появился в книге Винера 1949 года «Экстраполяция, интерполяция и сглаживание стационарных временных рядов».
Винер уже имел опыт работы с аналоговыми компьютерами и знал, что в них очень быстро накапливается ошибка, поэтому смотрел в сторону цифровых компьютеров и понимал, что те компьютеры, которые построены на реле, обладают невысокой скоростью. И он в своей работе говорил, что необходимо переходить на электронные компьютеры, которые могут быть в десять тысяч раз быстрее, чем релейные компьютеры. Но при этом ограничивающим фактором становится память, потому что в релейных компьютерах,
__________________
5 См. «Глоссарий». См. страницу 15
в основной архитектуре того времени, память реализовывалась за счет перфокарт. То есть фактически мы как бы задавали начальные условия нашей задачи, кодируя их на перфокарте6, загружали их в компьютер, компьютер их считывал, производил вычисления, и результаты вычислительных шагов он снова наносил на перфокарты. И поэтому если мы итерационно решали какую-то задачу, как бывает в решении дифференциальных уравнений численными методами, мы должны были снова загружать новые перфокарты.
Процесс пробивания дырок в перфокартах и их считывания достаточно длительный. И Винер был одним из тех, кто предложил использовать быструю память тоже в виде электронных схем. В то же время становится заметным интерес Винера к моделированию и пониманию работы мозга. То есть он видит, что если мы рассмотрим, например, систему автоматического наведения как систему адаптивную, то она в чем-то похожа на систему, которая управляет движением у животных. И в этом смысле он видел мозг как большой вычислитель и пытался понять, можем ли мы использовать информацию о том, как работает мозг, для того чтобы разработать новую компьютерную архитектуру.
Современная кибернетика.
В течение последних 30 лет кибернетика прошла через взлёты и падения, становилась всё более значимой в области изучения искусственного интеллекта и биологических машинных интерфейсов7, то есть киборгов, но, лишившись поддержки, потеряла ориентиры дальнейшего развития.
Кибернетика является интегральной наукой, возникшей на стыке ряда специальных дисциплин - теории автоматов, техники связи, математической логики, теории информации и других.
__________________
6 См. «Глоссарий». См. страницу 15
7 См. «Глоссарий». См. страницу 15
Основной корпус кибернетического знания неоднороден и включает в себя:
- теоретическую кибернетику;
- техническую кибернетику;
- прикладную кибернетику.
Многогранен и объект кибернетического исследования, поскольку эта наука изучает процессы управления в живых, неживых (технических) и социальных системах. Для учебного курса концепций современного естествознания более важна теоретическая составляющая кибернетики, ее исходные принципы и понятия, посредством которых кибернетика оказала существенное влияние на естественные, технические и гуманитарные науки. Кибернетические понятия управления, обратной связи и другие приобрели общенаучный статус и сегодня выступают неотъемлемым компонентом методологического инструментария современного естествознания. Исходными понятиями кибернетики являются: управление и информация. Управление есть процесс информационного воздействия управляющего устройства на исполнительное. Конкретная природа управляющих и исполнительных систем может быть различной, но принципиальная схема процессов управления оказывается одинаковой.
Пример управления в системах различной природы - термостат (техническая система) - прибор для поддержания постоянной температуры. В простейшем случае его можно представить в виде духовки с электрическим терморегулятором, в которой терморегулятор генерирует сигнал об изменениях температуры внутри системы. Этот сигнал по цепи обратной связи поступает на реостат и координирует силу тока в цепи нагревателя в зависимости от потребностей в увеличении, либо уменьшении тепла, таким образом температура в духовке всегда поддерживается на заданном уровне.
Понятие «управление» в кибернетике в его первоначальном смысле характеризовалось следующими тремя основными признаками:
Автоматические действия системы;
Действия системы в соответствии с определенной целью;
Наличие обратной связи. В последние годы кибернетические представления управления подверглись усложнению и обобщению.
Во-первых, само управление рассматривается уже не просто как автоматическое действие, а как управленческая деятельность, которая лишь частично может быть автоматизирована. Управление нельзя сводить только к информационным процессам, в конечном счете, предполагающим его автоматизацию.
Во-вторых, управленческая деятельность понимается как осознанная, а ее цель - не конечное состояние данного преобразования, а его представление, образ, который формируется до реализации цели. Управление представляет собой целенаправленный процесс, результатом которого является переход объекта из одного состояния в другое.
В-третьих, ситуация управления имеет одну важную особенность: управление — это воздействие одной деятельности на другую, т.е. объектом управленческой деятельности является другая деятельность, подлежащая управлению (к примеру, производственная, хозяйственная, научная и др.) Управление — это корректировка деятельности, подлежащей управлению, в соответствии с целью и осознанием (руководителем) всей деятельности и образа действия управляемого индивида. Большое значение приобретает не только осознание, но и корректировка собственных действий управляющим индивидом (или соответствующим социальным институтом).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основная заслуга Норберта Винера, как автора-основателя кибернетики, состоит в том, что он связал информацию и процесс управления в единый содержательный модуль. Не может быть качественных результатов управления при использовании в его организации некачественной информации, это должен помнить каждый, кому выпала участь управлять машинами, живыми организмами или социальными структурами.
Каждая талантливая личность обычно талантлива многогранно. Это относится и к Норберту Винеру. Помимо научных работ, его перу принадлежат и художественные произведения. Список его беллетристики насчитывает около десятка трудов, и все они с добротным кибернетическим подтекстом, они требуют от читателя большого внимания при чтении.
В 1964 г. Норберта Винера удостоили высшей для ученых США правительственной награды «Национальной научной медали США». Тогдашний президент США Линдон Джонсон, вручая награду, сказал: «Ваш вклад в науку на удивление универсален, Ваш взгляд всегда был абсолютно оригинальным, Вы потрясающее воплощение симбиоза чистого математика и прикладного ученого». Однако Норберт Винер при этом громко сморкался и не услышал, что сказал президент в его адрес. В этом же году 18 марта Норберт Винер скончался, немного не дожив до своего семидесятилетия.
Имя Норберта Винера всегда будут помнить в научном сообществе, но он будем памятен и простым гражданам словом «кибернетика», потому что всякий раз, когда надо усилить характеристику какой-либо новой антропогенной разработки, ее авторы будут стремиться приписывать ей частичку «кибер».
Норберт Винер умер от сердечного приступа 18 марта 1964 года в Стокгольме, где читал лекцию в Королевской академии наук. Ему было 69 лет.
ГЛОССАРИЙ
Кибернетика - наука об оптимальном управлении сложными динамическими системами, изучающая общие принципы управления и связи, лежащие в основе работы самых разнообразных по природе систем — от самонаводящих ракет-снарядов и быстродействующих вычислительных машин до сложного живого организма.
Математическая логика - раздел математики, изучающий математические обозначения, формальные системы, доказуемость математических суждений, природу математического доказательства в целом, вычислимость и прочие аспекты оснований математики
Principia Mathematica - трёхтомный труд по логике и философии математики Альфреда Норта Уайтхеда и Бертрана Рассела, выпущенный в 1910, 1912 и 1913 годах.
M IT - Массачусетский технологический институт. университет и исследовательский центр, расположенный в Кембридже, штат Массачусетс, США.
Автоматизация - одно из направлений научно-технического прогресса, использующее саморегулирующие технические средства и математические методы с целью освобождения человека от участия в процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов, изделий или информации, либо существенного уменьшения степени этого участия или трудоёмкости выполняемых операций.
Перфокарта - носитель информации из тонкого картона, представляет информацию наличием или отсутствием отверстий в определённых позициях карты.
Интерфейс - совокупность средств, методов и правил взаимодействия (управления, контроля и т. д.) между элементами системы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Винер Н. Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине. под ред. Г.Н. Поварова. – 2-е издание. – М.: Наука; 1983. – 344 с.
Винер Н. Я – математик. Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. – 336 с.
Эшби У. Р. Введение в кибернетику. М.: Иностранная литература, 1959. - 432 с.
Комский Д. М., Гордин А. Б.. Увлекательная кибернетика. Свердловск: Средне-Уральское книжное издательство, 1969. - 216 с.
ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСЫ
Норберт Винер: рассеянный отец кибернетики [Электронный ресурс]/ Режим доступа https://habr.com/ru/company/cloud_mts/blog/495946/, открытый.
К ибернетика [Электронный ресурс]/ Режим доступа https://ru.wikipedia.org/wiki/Кибернетика, открытый.
Рождение кибернетики [Электронный ресурс]/ Режим доступа https://postnauka.ru/video/86554, открытый.
Норберт Винер — создатель кибернетики [Электронный ресурс]/ Режим доступа https://controleng.ru/retrospektiva/norbert-viner-sozdatel-kibernetiki-k-120-letiyu-so-dnya-rozhdeniya/, открытый.
Современная кибернетика, её использование [Электронный ресурс]/ Режим доступа https://otherreferats.allbest.ru/programming/00480094_0.html, открытый.
Великий математик и чудак Норберт Винер [Электронный ресурс]/ Режим доступа http://datareview.info/people/velikiy-matematik-i-chudak-norbert-viner/, открытый.
 / Юшкин И.В. / 10.05.2022 год |
|
|
Скачать 0.96 Mb.