Կիբեռնետիկա

Կիբեռնետիկան ( հուն.` κυβερνητικη΄ - կառավարման արվեստ), գիտության բաժին, որն ուսումնասիրում է կենսաբանական, տեխնիկական և հասարակական բարդ համակարգերում ինֆորմացիայի կուտակումը, հաղորդումը, մշակումը և օգտագործումը կառավարող օրենքները։

Պատմություն

«Կիբեռնետիկա» բառն առաջին անգամ օգտագործել է Ա. Ամպերը (1834), որպես պետության կառավարմանը վերաբերող գիտության անվանում։ Արդի իմաստով այս անվանումը առաջին անգամ օգտագործել է Ն. Վիները (1948)՝ այն սահմանելով որպես կենդանի օրգանիզմներում և մեքենաներում կապի և կառավարման մասին գիտություն։

Կիբեռնետիկայի՝ որպես գիտության կազմավորումը 1940-50-ական թթ. պայմանավորված է եղել մի քանի հանգամանքներով, որոնցից կարևորներն են՝

տեխնիկական ավտոմատ սարքերի կառուցման գործի առաջընթացը, որը ստիպել է բարձրացնել դրանց աշխատանքի ընդհանուր սկզբունքների հետազոտությունների մակարդակը,
էլեկտրոնային հաշվողական մեքենաների կիրառության հնարավորությունների աճը,
որոշ գիտություններում նոր փաստերի, մոտեցումների և օրինաչափությունների հայտնաբերումը, որը հնարավորություն տվեց տարբեր գիտություններին վերաբերող հարցերը երբեմն դիտարկել միևնույն՝ բարդ համակարգի կառավարման ընդհանուր օրենքների և նրա հետ կապված հասկացությունների տեսակետից։

Հետագայում կիբեռնետիկաի զարգացմանը նպաստել է մարդու գործունեության տարբեր ասպարեզներում ինֆորմացիայի պահպանման և վերամշակման պահանջների հսկայական աճը («ինֆորմացիոն ժայթքումը»)։ Այն որպես ամբողջական գիտություն դեռ չի կարելի համարել լրիվ հաստատված. այժմ նրա գիտական մակարդակը արտահայտվում է ավելի շատ ընդհանուր սկզբունքներով, մոտեցումներով և կիրառություններով, քան թե կոնկրետ փաստերին վերաբերող գիտական օրինաչափություններով կամ գիտական հետազոտությունների կոնկրետ մեթոդներով։

Գիտաճյուղերը

Ըստ օգտագործվող գիտական կոնկրետ մեթոդների կիբեռնետիկան բաժանվում է տարբեր ճյուղերի, օրինակ. առանձնացվում են՝ մաթեմատիկական, տեխնիկական, կենսաբանական, բժշկական, տնտեսագիտական, լեզվաբանական կիբեռնետիկաներ։

Մաթեմատիկական կիբեռնետիկա

Մաթեմատիկական կիբեռնետիկան ուսումնասիրում է կառավարման համակարգերի մաթեմատիկական մոդելներ՝ օրինակ. վերացական ավտոմատներ, տարբեր տիպի ընդհատ սխեմաներ, հաշվողական մեքենաների ծրագրեր, կապի ինֆորմացիոն գծեր և այլն։ Ամեն մի այդպիսի մոդելի համար տրվում են մաթեմատիկական սահմանումներ, որոնց միջոցով նկարագրվում են տվյալ համակարգի հետևյալ հիմնական յուրահատկությունները՝

ներքին վիճակներ, որոնցում կարող է գտնվել համակարգը,
արտաքին միջավայրից ստացվող ազդանշաններ («համակարգի մուտքը»),
դեպի արտաքին միջավայր ուղարկվող ազդանշաններ («համակարգի ելքը»),
օրենք, որի համաձայն ներքին վիճակները և ելքային ազդանշանները փոփոխվում են մուտքային ազդանշանների ազդեցությամբ («համակարգի կառավարման օրենքը»)։

Նշված սահմանումների հիման վրա տրվում է տվյալ համակարգի միջոցով իրացվող ինֆորմացիայի ձևափոխության նկարագրությունը («համակարգի գործունեությունը»)։
Կառավարման համակարգերի ուսումնասիրման գործում մաթեմատիկական կիբեռնետիկան հիմնական ուշադրությունը դարձնում է հետևյալ խնդիրներին՝

համակարգերի սինթեզելը (կառուցել նշված գործունեությամբ ինչ-որ համակարգ),
համակարգերի վերլուծությունը (պարզաբանել տրված համակարգի գործունեության օրինաչափությունները),
համակարգերի ձևափոխությունն ու լավացումը՝ օպտիմալացումը (կառուցել տրված գործունեությամբ այս կամ այն տեսակետից լավ կամ լավագույն համակարգ)։

Առանձին տեղ են գրավում կառավարման համակարգերի հուսալիության և նրանց աշխատանքի ստուգման, սխալների հայտնաբերման և ուղղման մեթոդների հետազոտությունները։ Այս հարցերի ուսումնասիրության մաթեմատիկական հիմքն են, օրինակ. վերացական ավտոմատների, ինֆորմացիայի և կոդավորման, ընթացակարգերի (ալգորիթմների), հավանականությունների տեսությունները, մաթեմատիկական տրամաբանությունը։

Տեխնիկական կիբեռնետիկա

Տեխնիկական կիբեռնետիկան ուսումնասիրում է կիբեռնետիկայի սկզբունքների կիրառման և իրացման հնարավորությունները արդի տեխնիկայի ասպարեզներում։ Դրանցից հիմնականներն են՝

ընդհանուր և մասնագիտացված էլեկտրոնային հաշվողական մեքենաների կառուցումը և շահագործումը,
արտադրական պրոցեսներում տեխնիկական սարքավորումների ավտոմատ կառավարումը,
ավտոմատ ինֆորմացիոն համակարգերի կառուցումն ու շահագործումը,
տեսողական և լսողական պատկերների ավտոմատ ճանաչումը և այլն։

Ամեն մի ավտոմատ համակարգում կարելի է առանձնացնել արտաքին ազդանշաններ ընդունող մասը, ինֆորմացիա վերամշակող մասը, որը, ելնելով ստացված ինֆորմացիայից, ստեղծում է ելքային ազդանշաններ, և կատարող մասը, որը իրացնում է այդ ազդանշանները։ Տեխնիկական կիբեռնետիկան ուսումնասիրում է միայն այնպիսի ավտոմատ համակարգեր, որաեղ ինֆորմացիա վերամշակող մասը բավականաչափ բարդ է և նրա կառուցման համար պահանջվում են հատուկ մաթեմատիկական և տեխնիկական միջոցներ։ Տեխնիկական կիբեռնետիկայի զարգացման մակարդակը ԽՍՀՄ տարիներին հնարավորություն էր տալիս ինֆորմացիոն կառավարման գործունեության զանազան ասպարեզներում մարդու աշխատանքը փոխարինել մեքենայի աշխատանքով (օրինակ. տեղեկատու-ինֆորմացիոն և դիսպետչերական ծառայությունները, արտադրական պրոցեսների կառավարումը են)։ Սակայն ԽՍՀՄ տարիներին չպարզաբանվեց այն հարցը, թե ինչ չափով է ընդհանրապես հնարավոր ավտոմատացնել մարդու գործունեությունը տեխնիկական միջոցների կառավարման բնագավառում։ Տեխնիկական կիբեռնետիկայի միջոցով լուծվող խնդիրների բարդությունը էապես կախված է այն բանից, թե որքանով է ճշգրտված խնդրի դրվածքը։ Այսպես, օրինակ. տպագրական տեքստի ավտոմատ ընթերցման խնդիրը համեմատաբար հեշտ է, եթե հարցը վերաբերում է միայն սահմանափակ տեսակների տպատառերի վերլուծությանը, սակայն խնդիրը չափազանց դժվարանում է, եթե այն վերաբերում է կամայական տպագրական տեքստին, իսկ ձեռագրի ավտոմատ ընթերցման խնդիրը (այսինքն՝ «ավտոմատ մեքենագրողի» կառուցումը) գուցե և անլուծելի է գիտության արդի մակարդակով։

Կենսաբանական կիբեռնետիկա

Կենսաբանական կիբեռնետիկան ուսումնասիրում է կենդանի բնության մեջ գործող կառավարման պրոցեսները կենդանական աշխարհի տարբեր մակարդակներում, ինչպես, օրինակ. բջիջ, հյուսվածք, ներքին օրգան, օրգանիզմն ամբողջությամբ, օրգանիզմների խմբավորում։ Կենսաբանական կիբեռնետիկայի հիմնական խնդիրն է նշված ասպարեզներում կառավարման մեխանիզմների բացահայտումը, հետազոտումը և օգտագործումը (երբեմն՝ տեխ. մոդելավորումը)։ Օրգանիզմներում արդեն բացահայտված և հետազոտված են կառավարման բազմաթիվ պրոցեսներ և մեխանիզմներ (օրինակ. ներզատիչ գեղձերի արտադրած նյութերի դերը սաղմի զարգացման կամ սրտի աշխատանքի կառավարման գործում, տարբեր տիպի շարժումներ առաջացնող էլեկտրական ազդանշանները, որոնք առաջանում են նյարդային համակարգում են)։ Մեծ առաջընթաց կա նաև կենսաբանական կառավարման պրոցեսների մոդելավորման և պրակտիկ օգտագործման գործում (օրինակ. հնարավոր է բուժական նպատակներով մարդու երիկամը փոխարինել արհեստական երիկամով, կառուցել մարդկանց ձեռքերի և ոտքերի պրոթեզներ, որոնց շարժումները կառավարվում են մարդու նյարդային համակարգի էլեկտրական ազդանշաններով)։ Կենսաբանական երևույթների ուսումնասիրության կիբեռնետիկական մոտեցումը իրեն արդարացնում է նաև տեսական հետազոտություններում՝ որպես ամբողջական և ամփոփիչ ըմբռնումների աղբյուր։ Օրգանիզմի՝ որպես կառավարվող համակարգի, ընդհանուր կառուցվածքը դեռ բացահայտված չէ։ Կան դեպքեր, երբ կենսաբանական կառավարման որոշ մեխանիզմների գոյությունը մնում է կասկածի տակ (օրինակ. գենետիկական մուտացիաների հաճախականության կառավարումը՝ կախված արտաքին պայմաններից)։ ԽՍՀՄ տարիներին որոշ դեպքերում ապացուցված է կենսաբանական կառավարող մեխանիզմի գոյությունը, սակայն նրա գործողության սկզբունքը այդպես էլ չպարզաբանվեց (օրինակ. էգերի և արուների հարաբերական քանակության փոփոխության կառավարումը՝ կախված արտաքին պայմաններից)։

Բժշկական կիբեռնետիկա

Բժշկական կիբեռնետիկան հետազոտում է տեխնիկական կիբեռնետիկայի միջոցների կիրառությունները բժշկության մեջ, որոնցում, բացի վերը նշվածներից, կարևոր են նաև ախտորոշման ավտոմատացմանը վերաբերող հարցերը։ Ախտորոշումը, ելնելով հիվանդի վիճակը նկարագրող տվյալներից, կատարում է հաշվողական մեքենան, որի համապատասխան ծրագրերը իրացվում են մաթեմատիկական տրամաբանության և հավանականությունների տեսության սկզբունքների համաձայն, հաշվի առնելով տարբեր ախտանշանների միջև տրամաբանական և հավանականային կապերը։ Այս մեթոդները կազմում են կիբեռնետիկայի հետազոտությունների մի ընդհանուր ուղղություն, որը կոչվում է «պատկերների ճանաչում»։ Նման ձևով են գործում, օրինակ. վիրահատումների ընթացքում օգտագործվող ավտոմատ հարմարանքները, որոնք համախմբում են հիվանդի վիճակին վերաբերող ինֆորմացիան և տալիս հատուկ ազդանշաններ։

Տնտեսագիտական կիբեռնետիկա

Տնտեսագիտական կիբեռնետիկան ուսումնասիրում է կառավարման պրոցեսները տնտեսագիտական համակարգերում, օրինակ. քաղաքի, շրջանի կամ երկրի տնտեսության ինչ-որ ճյուղում, արտադրական ձեռնարկություններում և այլն։ Ուստի, տնտեսագիտական կիբեռնետիկան ուսումնասիրում է տնտեսության տարբեր տարրերի, այսինքն՝ արտադրության, փոխանակման և սպառման պրոցեսների փոխհարաբերություններն ու փոխազդեցությունները նրանց ամբողջության մեջ։ Նման մոտեցումը վաղուց օգտագործվում է տնտեսագիտական տարբեր հետազոտություններում (այդ սկզբունքների համապատասխան են ստեղծված, օրինակ. Ֆ. Քենեի «Տնտեսագիտական աղյուսակը» կամ Կ. Մարքսի պարզ և ընդլայնված վերարտադրության սխեմաները)։ Տնտեսագիտական կիբեռնետիկային ավանդաբար վերագրում են արդի մաթեմատիկական մեթոդների (օրինակ. գծային և դինամիկ ծրագրավորման, խաղերի տեսության, դիֆերենցիալ հավասարումների) կիրառությունները տնտեսագիտության մեջ, տնտեսագիտական համակարգերի մաթեմատիկական մոդելների ուսումնասիրությունը, ինչպես նաև հաշվողական մեքենաների և ավտոմատ ինֆորմացիոն համակարգերի կիրառությունները տնտեսագիտության մեջ։

Լեզվաբանական կիբեռնետիկա

Լեզվաբանական կիբեռնետիկան սովորաբար հասկացվում է մաթեմատիկական մեթոդների կիրառությունները լեզվաբանության մեջ և մասնավորապես՝ մեքենայական թարգմանությունը։ Լեզվաբանական կիբեռնետիկան ավելի հաճախ (և ավելի ճիշտ) անվանվում է մաթեմատիկական լեզվաբանություն։ Հաշվողական մեքենաների օգնությամբ այժմ կատարվում են միայն պարզունակ թարգմանություններ, որոնցից կարելի է պատկերացում ստանալ բնագրի մասին, սակայն բնագրի մտքերի աղավաղումները բացառված չեն։

Կիբեռնետիկան հետզհետե ավելի է մուտք գործում գիտության բազմաթիվ բնագավառներ և նպաստում նոր տեսակետների առաջացմանը։ Հայաստանում կիբեռնետիկայի ասպարեզում հետազոտությունները կատարվում են Երևանի մաթեմատիկական մեքենաների գիտահետազոտական ինստիտուտում (հիմնադրել է Սերգեյ Մերգելյանը, 1956), ԳԱ հաշվողական կենտրոնում, Երևանի պետական համալսարանում և այլ գիտական հիմնարկներում։

Տես նաև

Նորբերտ Վիներ

Գրականություն

Ն. Վիներ «Կիբեռնետիկա», Փարիզ, 1948

Արտաքին հղումներ

ՀՀ Պետական Ճարտարագիտական համալսարանի կիբեռնետիկայի ֆակուլտետի մասին Արխիվացված 2012-08-28 Wayback Machine (հայերեն)

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից (հ․ 5, էջ 397)։