Норберт Винер - Кибернетика или управление и связь в животном и машине

• Название: Кибернетика или управление и связь в животном и машине
• Автор: Норберт Винер
• Жанр: Прочая научная литература

«Кибернетика» — известная книга выдающегося американского математика Норберта Винера (1894—1964), сыгравшая большую роль в развитии современной науки и давшая имя одному из важнейших ее направлений. Настоящее русское издание является полным переводом второго американского издания, вышедшего в 1961 г. и содержащего важные дополнения к первому изданию 1948 г. Читатель также найдет в приложениях переводы некоторых статей и интервью Винера, включая последнее, данное им незадолго до смерти для журнала «Юнайтед Стэйтс Ньюс энд Уорлд Рипорт».

Книга, написанная своеобразным свободным стилем, затрагивает широкий круг проблем современной науки, от сферы наук технических до сферы наук социальных и гуманитарных. В центре — проблематика поведения и воспроизведения (естественного и искусственного) сложных управляющих и информационных систем в технике, живой природе и обществе. Автор глубоко озабочен судьбой науки и ученых в современном мире и резко осуждает использование научного могущества для эксплуатации и войны.

Книга предназначена для научных работников и инженеров.

---

Все эти процессы можно резюмировать одной фразой: мы стремимся привести привлекший наше внимание предмет в нормальное положение и в нормальную ориентацию, чтобы создаваемый нами зрительный образ предмета менялся в возможно меньшем диапазоне. Это не исчерпывает процессов, связанных с восприятием формы и значения предмета, но, бесспорно, облегчает все дальнейшие процессы, служащие названной цели. Эти последние развертываются в глазу и в зрительной области коры головного мозга. Имеется немало данных, свидетельствующих о том, что на многих стадиях число нейронных каналов, участвующих в передаче зрительной информации, падает с каждым шагом процесса, а информация становится на один шаг ближе к той форме, в которой она используется и хранится в памяти.

Первый шаг в концентрации зрительной информации совершается при переходе от сетчатки к зрительному нерву. Заметим, что в желтом пятне сетчатки существует почти взаимно однозначное соответствие между палочками и колбочками, с одной стороны, и волокнами зрительного нерва, с другой, тогда как на периферии одно волокно зрительного нерва соответствует десяти и более концевым органам. Это вполне понятно, поскольку основное назначение периферических волокон состоит не столько в самом зрительном восприятии, сколько в уловлении предмета для центрирующего, фокусирующего и направляющего механизма глаза. [c.211]

Одним из самых замечательных явлений в зрении следует считать нашу способность узнавать контурный рисунок. Несомненно, контур человеческого лица имеет очень малое сходство с самим лицом в отношении цвета и распределения светотени, и тем не менее в нем очень легко узнать портрет данного человека. Наиболее правдоподобно объясняется это тем, что где-то в зрительном процессе подчеркиваются контуры, а значение других сторон образа уменьшается. Указанные процессы начинаются в самом глазу. Подобно всем органам чувств, сетчатка подвержена аккомодации; иначе говоря, действие постоянного раздражения уменьшает ее способность воспринимать и передавать раздражение. Аккомодация заметнее всего для рецепторов, воспринимающих внутреннюю часть большого скопления образов постоянного цвета и постоянной освещенности, так как даже неизбежные небольшие флюктуации фокуса и точки фиксации не меняют характера воспринимаемого изображения. Совершенно иначе обстоит дело на границе двух контрастирующих областей. В этом случае флюктуации вызывают смену одного раздражения другим, и эта смена, как мы видим в явлении остаточных образов, не только не приводит к истощению зрительного механизма из-за аккомодации, но вызывает повышение его чувствительности. Сказанное относится к контрасту между двумя соседними областями как по освещенности, так и по цвету. В объяснение этих фактов заметим, что три четверти волокон зрительного нерва реагируют только на «вспышку» освещения. Мы видим, таким образом, что глаз воспринимает наиболее сильные впечатления на границах и что всякий зрительный образ в некоторой мере является контурным.

Вероятно, этот эффект обусловлен не только периферическим восприятием. Известно, что в фотографии некоторые способы обработки пластинки увеличивают ее контрастность, и, конечно, такие явления, по существу нелинейные, могут иметь место и в нервной системе. Они сходны с процессами в телеграфном повторителе, о которых мы уже говорили. Как и там, впечатление — если оно не слишком размыто, вызывает новое впечатление стандартной четкости. Во всяком случае, эти явления уменьшают общее количество неиспользуемой информации, переносимой образом, и, вероятно, объясняют [c.212] собой частично то уменьшение количества передающих волокон, которое наблюдается на различных участках зрительной области коры.

Мы наметили, таким образом, ряд действительных или возможных этапов схематизации наших зрительных впечатлений. Мы центрируем изображения относительно фокуса внимания и сводим их более или менее к контурам. Затем их надо сравнить между собой или, во всяком случае, со стандартным изображением, хранимым в памяти, например с «кругом» или с «квадратом». Это может быть сделано различными способами. Выше мы дали грубый набросок возможного механизма для локковского принципа ассоциации по смежности. Заметим, что принцип смежности в значительной степени покрывает также локковский принцип сходства. Мы часто наблюдаем различные стороны одного и того же предмета, когда приводим его к фокусу внимания, а также при других движениях, позволяющих нам видеть его то на одном, то на другом расстоянии, то под одним, то под другим углом. Это общий принцип, применимый не только к какому-то одному чувству и, несомненно, играющий важную роль при сравнении наших более сложных переживаний. Но, вероятно, ассоциация по смежности — не единственный процесс, формирующий наши специфически зрительные общие представления, или, как их называет Локк, «сложные идеи». Зрительная область коры имеет настолько высоко организованное и специфическое строение, что трудно предположить, чтобы она действовала как подобный, крайне обобщенный механизм. Создается впечатление, что мы имеем здесь дело со специальным механизмом, представляющим собой не кратковременное соединение универсальных элементов, где части допускают взаимную замену, а постоянный субблок, подобный суммирующим и множительным устройствам вычислительной машины. Целесообразно поэтому рассмотреть, как может работать такой субблок и как нужно подойти к его проектированию.

Возможные перспективные преобразования предмета составляют группу в том смысле, как она определена в гл. II. Эта группа включает несколько подгрупп преобразований: аффинную группу, состоящую только из таких преобразований, которые не затрагивают [c.213] бесконечно удаленной области; однородные растяжения относительно данной точки, в которых сохраняется одна точка, направления осей и равенство масштабов во всех направлениях; преобразования, сохраняющие длину; вращения в двух или трех измерениях вокруг заданной точки; множество всех сдвигов и т. д. Упомянутые группы являются непрерывными группами, т. е. относящиеся к ним операции определяются значениями нескольких непрерывно изменяющихся параметров в соответствующем пространстве. Они образуют, таким образом, многомерные конфигурации в n-мерном пространстве и содержат подмножества преобразований, составляющие области в этом пространстве.

И как область на обычной двумерной плоскости покрывается в телевидении процессом развертки, позволяющим представить целое множество выборочных точек, распределенных более или менее равномерно по области, точно так же и любую область в групповом пространстве, включая само пространство, можно представить с помощью процесса групповой развертки. При таком процессе (он, конечно, применим к пространству не только трех измерений) сетка точек в пространстве оббегается в одномерной последовательности, а точки этой сетки распределены так, что в некотором, соответственно определенном, смысле они подходят к каждой точке области. Таким образом, сетка будет содержать точки, сколь угодно близкие к любой выбранной точке. Если эти «точки» (или системы параметров) действительно используются для выбора соответствующих преобразований, то нетрудно видеть, что в результате применения этих преобразований к данной фигуре мы сколь угодно приблизимся к любому преобразованию этой фигуры, осуществимому в данной групповой области. Если наша развертка достаточно мелка и преобразуемая область имеет максимальное протяжение среди всех областей, преобразуемых группой, то обегаемые при развертке преобразования дадут в результате область, покрывающую сколь угодно большую часть площади любого преобразования исходной области[166]. [c.214]

Пусть теперь мы сравниваем некоторую область с другой фиксированной областью, взятой за эталон. Если на каком-либо этапе развертки группы образ сравниваемой области, полученный с помощью одного из развертываемых преобразований, совпадает с фиксированным эталоном в пределах допустимого расхождения, то это совпадение регистрируется, и обе области считаются подобными. Если такого совпадения не происходит ни на каком этапе развертки, области считаются неподобными. Этот процесс легко поддастся механизации и может быть использован для распознания формы фигуры, независимо от ее размеров и ориентации и от тех преобразований, которые могут быть в развертываемой групповой области.

Если эта область не составляет всей группы, то может оказаться, что область А будет подобна области В, область В будет подобна области С, но область А не будет подобна области С. Так бывает и в действительности. Фигура может не иметь сходства с такой же фигурой, но перевернутой, по крайней мере, не иметь его при первом впечатлении, в котором не участвуют процессы более высокого порядка. Однако на каждом этапе переворачивания может найтись достаточно соседних положений, представляющихся подобными. Образованные таким путем общие «представления» не являются совершенно различными, но незаметно переходят друг в друга.