Курс «История информатики» Лекция

Главная страница
Контакты

    Главная страница


Курс «История информатики» Лекция



страница2/17
Дата04.11.2017
Размер2,09 Mb.


1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   17

Примечания


1 См.: Г.Н. Поваров. Ампер и кибернетика. М.: Советское радио, 1977, 95 с.

2 Ф.-Б. Трентовский – автор вышедшей в 1843 г. в Познани на польском языке книги “Отношение философии к кибернетике как искусству управления народом”.

3  Д.К. Максвелл, И.А. Вышнеградский, А. Стодола. Теория автоматического регулирования (линеаризованные задачи) / М.: Изд-во АН СССР, 1949, 430 с.

4 В. Мейер цур Капеллен. Математические инструменты. Изд. 2-е: Пер. с нем. М.: Издательство иностранной литературы, 1950, 316 с

5 См.: Р.С. Гутер, Ю.Л. Полунов. От абака до компьютера // М.: Издательство “Знание”, 1981, 208 с.; Б.Н. Малиновский. История вычислительной техники в лицах // Киев:КИТ, 1995, 384 с.

6 В 50-е годы ряд лекционных курсов по программированию (главным образом для преподавателей вузов – математиков) читался также в некоторых московских высших технических учебных заведениях. Курсы в основном повторяли материал А.А. Ляпунова, и лекторами были А.И. Китов, Н.А. Криницкий, М.Г. Гаазе-Рапопорт и некоторые другие специалисты.

7 Укажем в этой связи его фундаментальную монографию “Теория релейно-контактных схем. Анализ и синтез структуры релейно-контактных схем” (М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1950, 303 с.)

8 Стоит отметить, что как за рубежом, так и в СССР были выполнены исследования и созданы образцы ЦВМ, построенных полностью на релейных элементах; однако относительно низкая скорость срабатывания реле сделала подобные машины “неконкурентоспособными” по отношению к ЭВМ.

9 У. P. Эшби. Введение в кибернетику: Пер. с англ. М.: Издательство иностранной литературы, 1959, 432 с.

10 А.А. Богданов. Всеобщая организационная наука (тектология). Спб., 1913, ч. 1; 1917, ч. 2; третье издание: М., 1925, т. 1; Берлин, 1927, т. 2; Берлин, 1929, т. 3.

11 Л.В. Канторович. Математические методы организации и планирования производства. Л.; МГУ, 1939, 68 с. За работы в области математической экономики Л.В. Канторович (1912–1986), академик с 1964 г., лауреат Государственной (1949) и Ленинской (1965) премий, был в 1975 г. удостоен (вместе с Т.Ч. Купмансом) Нобелевской премии по экономическим наукам.

12 См.: А. Гастев. Как надо работать: Практическое введение в науку организации труда. 2-е изд. М.: Экономика, 1972, 478 с.


Вопросы





  1. В какие годы зародились кибернетические идеи?

  2. В каких странах термин “кибернетика” использовался в 19-ом веке для обозначения науки об управлении общественными системами?

  3. Основные направления технических и фундаментальных наук, послуживших корнями кибернетики?



Физико-техническая база


  1. Что позволяет системы автоматического регулирования и управления, теорию автоматического регулирования рассматривать как корни кибернетики?

  2. Что позволяет релейно-контактные схемы управления и защиты, элементы теории релейно-контактных схем рассматривать как корни кибернетики?

  3. Что позволяет средства связи и некоторые вопросы теории связи рассматривать как корни кибернетики?

  4. Что позволяет счетно-решающие приборы и математические инструменты рассматривать как корни кибернетики?

  5. Что позволяет цифровые вычислительные машины рассматривать как корни кибернетики?



Социально-биологические истоки


  1. Что позволяет биомедицинские исследования, такие как биомеханика, общая физиология, физиология высшей нервной деятельности рассматривать как корни кибернетики?

  2. Что позволяет элементы психологии труда и инженерной психологии рассматривать как корни кибернетики?

  3. Что позволяет вопросы административного и производственного управления рассматривать как корни кибернетики?

  4. Что позволяет элементы общей теории систем рассматривать как корни кибернетики?



Теоретические основы


  1. Что позволяет элементы моделирования и теории моделей для различных областей техники рассматривать как корни кибернетики?

  2. Что позволяет такую часть математики как математическая логика рассматривать как корни кибернетики?

  3. Что позволяет элементы программирования для ЦВМ рассматривать как корни кибернетики?


Автоматическое регулирование и управление.

16) Приведите пример физического устройства, в котором исторически впервые использовался принцип обратной связи.

17) С чьими именами связаны первые исследования систем с обратной связью?

18) В каких системах теория автоматического регулирования нашла практическое

применение?
Моделирование.

19) Что называют натурным или масштабным моделированием?

20) Примеры натурных моделей при конструировании и реализации изобретений?

21) Решение каких задач привело к созданию теории подобия?

22) Назовите имена ученых, обосновавших электромоделирование.

23) В каких областях применяют электромоделирование – электрические сети?

24) Назовите имена ученых, создававших аналоговые машины – интеграторы.
Счетно-решающие приборы и математические инструменты.

25) В каких задачах успешно применяют принцип геометрического подобия?

26) Приведите примеры математических приборов, использующих геометрическое

подобие для умножения и других операций.

27) Какие работы Н. Винера в области счетно-решающих приборов повлияли на

формулировку его кибернетических идей?


Биомедицинские исследования.

28) Назовите направление исследований, давшее идеи обратной связи.

29) Чьи исследования кровотока привели к открытию ряда законов гидродинамики?

30) Назовите авторов исследований по обратной связи в функционировании живых

организмов.

31) Кто использовал модельные представления при исследовании физиологических

процессов?

32) Кто первым раскрыл роль сигнальной информации в высшей нервной деятельности

животных и человека?

33) Кто начал исследования в области устойчивого функционирования и сформулировал в

1929 г. положение о гомеостазе?

34) Кто ввел в кибернетику понятие гомеостаза как основы одного из кибернетических

направлений – гомеостатики?

35) Как проявляется взаимосвязь регулирующих систем в организме?

36) В чем проявляется аналогия нейрона и его срабатывания с релейным

переключательным элементом?

37) Кто автор “общей теории систем”, развивавшейся параллельно с кибернетикой?
Элементы теории управления в социальных структурах.

38) Назовите авторов общей теории управления сложными системами.

39) Назовите ученых, исследовавших математические модели в экономике.
Математические корни кибернетики.

40) Кто исследовал методы оптимизации при решении систем дифференциальных уравнений?

41) Назовите разделы математики, получившие приложение в кибернетике.

42) Какие науки образуют теоретическую основу вычислимости и доказуемости, её связь с

программированием?

43) Назовите разделы математики, получившие стимул к развитию от информатики.

44) Назовите математиков, получивших мировое признание как исследователи основ

вычислений.


Лекция 3

Норберт Винер и его “Кибернетика”
Как мы знаем, в 1948 году вышла в свет книга американского математика Норберта Винера “Кибернетика или управление и связь в животном и машине”. С этого момента имя “Винер” и слово “кибернетика” неразрывно связаны с новым научным направлением и его многочисленными применениями, которые сейчас объединяются терминами информатика и информационные технологии.

Замечательные обобщения, сделанные Винером в 1948 году, имели под собой весьма солидную основу. Норберт Винер был выдающимся математиком с широким кругозором и философским складом ума. Кроме того, он имел большой опыт изучения и успешного проектирования сложных автоматических устройств (в частности, для управления огнем зенитной артиллерии). В действительности, различные автоматические устройства, так же, как и теория управления такими устройствами, разрабатывались задолго до Винера. Точно так же, в медицине и физиологии были накоплены ценные материалы о процессах, управляющих функционированием живых организмов.

В начале 40-х годов Винер заинтересовался физиологией, много лет сотрудничал и дружил с мексиканским физиологом А. Розенблютом, принимал активное участие в организованном Розенблютом методологическом семинаре, объединявшем представителей разных наук. Сама книга “Кибернетика” имела посвящение: “Артуро Розенблюту, моему товарищу по науке в течение многих лет”.

Надо отметить интересную историю происхождения самого слова кибернетика, которое Винер выбрал в качестве названия новой науки. Это название происходит от греческого “кибернетес”, что означает кормчий. В древности греки были опытными мореплавателями. От искусства кормчего зависела судьба всего путешествия, так что слово это довольно часто встречается у древнегреческих авторов.

Винер считал, что в Новое время он применил это слово впервые. Однако, он ошибался. В 1948 году он не знал, что этот же термин еще в 1834 году использовал для обозначения науки об управлении общественными системами великий французский физик и философ А.-М. Ампер. Ампер, занимаясь “классификацией человеческих знаний”, использовал это слово для обозначения “политической” науки, занимающейся практическим управлением государством. В категории “политических” наук, “Кибернетика” стоит у Ампера в одном ряду с “Международным правом”, “Дипломатией” и “Теорией власти”. Более того, в 1843 году польский ученый Ф. Б. Трентовский издал в Познани книгу, которая называлась “Отношение философии к кибернетике как искусству управления народом”. Этот же корень “киберн” присутствует в таких словах как гувернер или губернатор.

Говоря о кибернетике, необходимо обратить особое внимание на значение связи или иначе – передачи информации при функционировании любых естественных организмов и технических устройств. Сейчас мы говорим, что информатика, выросшая из кибернетики, представляет собой совокупность научных направлений, изучающих общие свойства информации, методы и средства её создания, хранения и передачи. Значение информатики для современного общества трудно переоценить.



В настоящее время информатика, во всех своих применениях, опирается на компьютеры. Появление современных компьютеров по времени примерно совпадает с “Кибернетикой” Винера. Развитие цифровой вычислительной техники и электроники необыкновенно способствовало успехам кибернетики. И это влияние было, конечно, взаимным. Историю этого развития мы рассмотрим подробнее позже.

Норберт Винер
Имя Винера навсегда связано с кибернетикой. И хотя Винер был, прежде всего, математиком, но в истории науки всегда звучит это устойчивое сочетание: “Винер – кибернетика”.

Биографии великих ученых и художников неизменно привлекают внимание неожиданными волнующими событиями. Недаром таким успехом пользуются книги, издаваемые в серии “Жизнь замечательных людей” или в академической серии “Научно-биографическая литература”1.

Ученик и соавтор Винера профессор П.Р. Мазани опубликовал в 1990 году фундаментальную биографию ученого: “Норберт Винер. 1894–1964”. Существуют также и другие интересные воспоминания учеников и друзей Винера. Мы приведем здесь отдельные фрагменты из биографических заметок Дэвида Джерисона и Дэниэла Струка2, которые были опубликованы в 1994 году в специальном выпуске Трудов Американского Математического Общества, посвящённом столетию со дня рождения ученого. (Эти фрагменты выделены курсивом).
То, что Винер был вундеркиндом, сыграло решающую роль в его жизни. Верно, что вундеркиндами рождаются, но иногда их также создают. Вольфганг Моцарт, возможно, не стал бы Моцартом без своего отца Леопольда, а Норберт Винер – без его отца Лео.

Есть серьёзные причины, по которым Лео Винер занял очень важное место в биографии своего сына. Лео родился в 1862 году в белорусском городе Белостоке и в возрасте 18 лет уехал в Америку. Он проявил феноменальные способности к языкам и уже подростком говорил по-немецки, по-русски, по-французски, по-итальянски и по-польски. Как рассказывает Норберт, его отец мог усвоить существенные черты языка в несколько недель, и в своей профессиональной карьере, “говорил примерно на сорока языках”. Этот замечательный талант обеспечил ему впоследствии должность профессора славянских языков в Гарвардском университете. Интересно отметить, что Лео Винер, будучи убежденным последователем учения Льва Толстого, перевел на английский и издал все основные сочинения Толстого.

В журнале “Америкэн Мегэзин” (“American Magazin”) за июль 1911 года, Лео сообщает, что раннее развитие Норберта проявилось уже в возрасте 18-ти месяцев, когда его няня заметила, что он внимательно следил за тем, как она рисовала буквы на песке пляжа. Через несколько дней Норберт знал весь алфавит. Тогда, как рассказывает Лео, “полагая по этому признаку, что его нетрудно будет заинтересовать чтением, я начал учить его этому в возрасте трех лет. Через несколько недель Норберт научился бегло читать, а к шести годам он был уже знаком с множеством превосходных книг”.

Под руководством отца Винер в семь лет читал Дарвина и Данте, в одиннадцать – окончил среднюю школу, в четырнадцать – высшее учебное заведение (Тафтс-колледж) и получил первую в своей жизни ученую степень бакалавра искусств. В восемнадцать лет он становится доктором философии Гарвардского университета. В 1913 году Винер начинает свое путешествие по предвоенной Европе, посещает Кембридж и Геттинген, слушает лекции Бертрана Рассела, Дж. Х. Харди, Давида Гильберта. В связи с началом войны он возвращается в Америку.
Несмотря на свои замечательные способности, Норберт Винер на первых порах испытал ряд досадных неудач при попытках найти достойное место в нескольких американских университетах.

Наконец, гарвардский профессор Осгуд, друг Лео Винера, помог Норберту получить место преподавателя в MIT3. В 1919 году это не было почетной должностью. В то время математический факультет MIT был чисто служебным, вся его ценность состояла только в обслуживании программы подготовки инженеров. Примечательно поэтому, что Институт устраивала работа молодого Винера, человека, прошлый опыт которого не рекомендовал его в качестве преподавателя. Вдобавок, если бы даже MIT искал талантливого математика-исследователя, то в 1919 году Норберт Винер ещё не был сильным претендентом. Однако, независимо от того, было ли решение MIT дать работу Винеру следствием необычайной интуиции, или попросту результатом “старого знакомства”, назначение Винера несомненно оказалось решением, окупившимся для обеих сторон! Винер оставался в MIT до своего выхода на пенсию в 1960 году, и за это время не только определил место MIT на математической карте, но и сыграл важнейшую роль в создании той культуры, которой MIT в значительной степени обязан своей нынешней славой и престижем.
К концу 1917 учебного года, когда Соединенные Штаты вступили в войну, Норберт попытался поступить в армию. Однако его не приняли ни на какую службу из-за плохого зрения.

Примерно в это же время он получил письмо от принстонского профессора Освальда Веблена, пригласившего его в только что сформированную баллистическую группу при Эбердинском испытательном полигоне в Мериленде. Главная задача этой группы состояла в испытании новых артиллерийских орудий и в расчете таблиц наведения, учитывающих угол подъема, размеры цели и другие факторы. По-видимому, Винеру нравилось прямое практическое применение математики к баллистическим расчетам, и его опыт в Эбердине сослужил ему полезную службу при его исследованиях по противовоздушной обороне во время Второй мировой войны.
В своей деятельности Норберт Винер часто сталкивался с проблемами управления и обратной связи.
В 1933-м году Винер познакомился с Артуро Розенблютом (Arturo Rosenblueth), мексиканским физиологом, который вёл серию междисциплинарных семинаров на Медицинском факультете Гарвардского университета. Эти семинары вызвали большой интерес, и с них началось длительное сотрудничество, в котором воплотились идеи Винера о поведении механических и физиологических систем – и, в особенности, о роли обратной связи. По-видимому, его взаимодействие с Розенблютом привело также в действие ряд мыслей, из которых возникла кибернетика. Таким образом, с интеллектуальной и научной точки зрения их сотрудничество было огромным успехом. Кроме того, судя по теплоте, с которой Винер пишет о нем, Розенблют стал его ближайшим другом.
Когда вспыхнула Вторая мировая война, Винеру пришлось отложить эти исследования. Перед лицом, казалось, неминуемого краха европейской цивилизации, Винер, как и многие ученые, искал способ внести свой вклад в военные усилия. В конце концов, он остановился на проблеме наведения зенитных орудий. Задача, с которой он здесь встретился, была намного более изощренной, чем та, над которой он некогда работал во время Первой мировой войны. Самолеты стали быстрее и опаснее, так что артиллеристу нужна была помощь машины. Более того, теперь уже не было смысла целиться прямо в самолет: к тому времени, когда снаряд долетит до места прицела, самолет оттуда уже уйдет. Таким образом, задача состояла в прогнозировании. Иначе говоря, надо было определить по сигналам радара положение самолета и предсказать его будущую траекторию. Было ясно, что точное предсказание невозможно. Поэтому Винер решил применить статистический подход. Другими словами, он придумал статистическую модель, с помощью которой можно было указать максимальную вероятность успеха.

В 1942-м году сотрудник Винера Джулиан Бигелоу (Julian Bigelow) построил прототип прибора, позволявшего следить за самолетом в течение десяти секунд и предсказывать затем его местонахождение в течение следующих двадцати секунд. К сожалению, усилия Винера и Бигелоу не приблизили окончание войны. Лишь после войны увеличение скорости и точности курса самолетов, а также усовершенствование радарного оборудования, сделали особенно важными устройства для систематической фильтрации и предсказания. Но, с другой стороны, идеи Винера имели приложения, далеко выходившие за их первоначальную мотивировку. Устройство противовоздушной обороны, воспринимающее поток данных, искаженных шумами, решает ту же задачу, что инженер-связист, передающий или принимающий сообщение по каналу с шумом. В обоих случаях можно для исключения помех сконструировать фильтр.

При заданных гипотезах, предложенное Винером решение задачи фильтрации было наилучшим из возможных, в точном математическом смысле. Независимо и примерно в то же время к аналогичной математической теории пришел крупнейший российский специалист по теории вероятностей А.Н. Колмогоров. Таким образом, Колмогоров и Винер впервые развили систематический подход к проектированию фильтров.

Вместе с К. Шенноном, Винер разработал статистические основы современной теории информации и ввел меру количества информации – бит.

Вследствие своего сотрудничества с Розенблютом и работы над теорией связи и противовоздушной обороной, Винер пришел к убеждению, что обратная связь играет важную роль в различных обстоятельствах – физических и биологических. Отсюда уже нетрудно было перейти к предположению, что автоматами и живыми системами управляют одни и те же “законы”.
Появление знаменитой книги Винера связано, как это часто бывает в жизни, со случайным стечением обстоятельств. Летом 1947 года Винер направился во Францию, в Нанси, где проходила одна из математических конференций. Здесь, в Нанси, к нему обратился математик М. Фрейман (M. Freyman) – представитель издательства “Эрман и Ко”, предложивший ему написать книгу об основных идеях его работ в области управления и связи.

Винер охотно подписал контракт, а поздней осенью этого же года, продолжая путешествовать, написал эту книгу в Мексике, посвятив ее Артуро Розенблюту. Посвящение гласит: “Артуро Розенблюту, моему товарищу по науке в течение многих лет”. А первые строки “Кибернетики” сообщают: “Эта книга представляет итог более чем десятилетних исследований, предпринятых совместно с д-ром Артуро Розенблютом, работавшим тогда в Гарвардской медицинской школе”.

Дружба и сотрудничество с Розенблютом ввели математика Винера в мир биологии и медицины. В его сознании стала укрепляться идея универсального методологического подхода к науке.

Кибернетика не относится к какому-нибудь эмпирическому предмету, вроде геологии, а является методом рассмотрения и решения проблем, независимо от предмета, к которому они принадлежат, то есть относится к методологии.



Книга Винера была опубликована в 1948 году, одновременно во Франции и в США, под названием “Кибернетика или управление и связь в животном и машине”. Появление этой книги сразу же превратило Винера в нечто вроде научной кинозвезды.

Винер очень заботился о младших коллегах. Он проявлял щедрое внимание к новым преподавателям математического факультета, приглашал их на обед или на ужин, и в первые несколько недель часто заходил в их кабинеты.

Один из учеников Винера, Амар Бозе (Amar Bose) вспоминает: когда он, никому неизвестный начинающий ученый приехал в Индию, он был принят по королевски – ему дарили специальные издания книг, возили его на спектакли, даже предлагали ему пост делегата в ООН. Оказалось, что причиной этого был Винер, который, проведя предыдущий год в Индии, проложил для него путь, нанося еженедельные визиты директору Индийского статистического института.

Во время Второй мировой войны Винер прилагал серьёзные усилия, чтобы помочь беженцам-математикам. Например, он убедил администрацию MIT уплатить стоимость проезда через Атлантический океан известного польского специалиста по анализу Фурье Антони Зигмунда (Antoni Zygmund), а затем действовал в качестве посредника в поисках работы для Зигмунда в Соединенных Штатах.

Винер неоднократно делал вылазки в беллетристику. В 1952-м году он соорудил киносценарий для Альфреда Хичкока4. Джозеф Кон (Joseph Kohn) говорит, что время от времени Винер прерывал лекцию и рассказывал сюжет своего очередного детективного романа, опубликованного под псевдонимом.

Норберт Винер был не только великим ученым, но и талантливым литератором. Он написал две автобиографические книги: “Бывший вундеркинд: мое детство и юность” (1953)5 и “Я – математик: дальнейшая жизнь вундеркинда” (1956)6, полупопулярные работы на кибернетические темы “Человеческое использование человеческих существ” (1950)7 и “Бог и Голем” (1964)8, а также роман “Искуситель” (1956)9. В этих работах он выступает как гуманный, страстный человек, видевший, пожалуй, яснее своих современников воздействие технического прогресса на общество. Он был либералом в лучшем смысле этого слова, с глубокими моральными принципами. До конца своей жизни он говорил о волновавших его вопросах, и в этом смысле был противоположностью замкнутым академическим ученым. Он верил в силу человеческого разума, способного предотвратить технократические катастрофы1.

В обычной жизни Винер был, как говорится, “чудаком”. О нём рассказывают анекдоты. Самый знаменитый из них относится к тому дню, когда Винер переехал из двухквартирного дома в Бельмонте в отдельный дом на расстоянии нескольких кварталов. Когда он уходил в это утро на работу, жена напомнила ему, что вечером он должен вернуться в новый дом. Но к вечеру он все забыл и, направляясь к старому дому, вдруг осознал свою ошибку. Он озабоченно обратился к стоящей поблизости девочке и спросил ее: “Скажи, девочка, ты случайно не знаешь, куда переехала семья Винера?” И девочка ответила: “Да, папа, мама послала меня за тобой”.

Его коллеги и ученики сохранили живую память о нем как об учителе, изображая и приукрашивая комические и эксцентрические стороны его личности. Но они помнят также вдохновляющий энтузиазм, с которым он относился ко всем видам строгой интеллектуальной деятельности. Амар Бозе говорит:

Я никогда не мог бы отблагодарить Винера за знания, которые он мне дал. И самое главное – он дал мне веру в невероятный потенциал, который кроется в каждом из нас”.


1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   17

  • Вопросы
  • Физико-техническая база
  • Социально-биологические истоки
  • Теоретические основы