دانلود تحقیق تقریر درس سایبرنتیک

اطلاعات
ساده ترین و واضح¬ترین تعریفی که می¬توان از اطلاعات گفت: سازماندهی درونی ، سازماندهی اجزاء باهم و شکل دادن ماهیتی متفاوت با قبل است.

مثلا گفتن این جمله که خورشید طلوع کرد، اطلاعات نیست ولی خورشیدطلوع نکرد حاوی اطلاعات است، چون چیزجدیدی گفته شده و خلق اطلاعاتی رخ داده است.

دانایی در مغز به اطلاعات تبدیل و این اطلاعات از طریق زبانیو نمایش به خارج از مغز منتقل می‏شوند.

فرانک تایپلر در کتاب خود می¬گوید: موجود زنده هر موجودی است که¬اطلاعات را کد کند ویا با اطلاعات کدشده¬ای که به وسیله¬ی انتخاب طبیعی حفظ کرده به صورت رمز در آورد.

در روز میلیاردها علامت واطلاعات به صورت صوت ،رنگ، تصویر و یا ادراک ذهنی به سیستم مغزی، روحی و روانی انسان وارد می¬شود وتحت تاثیر امواج بسیاری در جهان قرار می¬گیرد.

ولی مغز انسان آن اطلاعاتی را دریافت می¬کندکه برای رشد سیستم مناسب¬تر است واساس و بنیان زیستی او را به هم نمی¬زند.

اطلاعات را می¬توان فرآیندهایی دانست که در مغز ما در نتیجه¬ی تعامل بین نورونها خلق می¬شود ویا به عبارتی دیگر" واکنش حاصل از محرکی خارجی است که طرز رفتار انسان را مشروط می‏کند".

ودر نتیجه¬ی این محرک خارجی ما می-توانیم که به شناختی از محیط اطراف خود برسیم.

به بیانی دیگر اطلاعات شناخت نیست، بلکه ابزاری در جهت شناخت است.

انسان از آنجایی که سیستمی باز ، غیرخطی ( در نتیجه¬ی تعامل بین اجزای آن) و تکاملی است پیوسته در حال تبادل و تعامل اطلاعات با محیط اطراف خویش است.

درحقیقت تبادل اطلاعات یکی از علل به وجود آمدن تعامل در یک سیستم نظام یافته است.

ارتباطات « اطلاعات
خیلی از عقلا به¬خصوص در مباحث مرتبط با متافیزیک معتقدند که ماده به انرژی و انرژی خودبه چیز پایدارتر یعنی به اطلاعات تبدیل می¬شود.هنگامی که همه چیز به اطلاعات تبدیل شد.

دیگر امکان وقوع هیچ گونه جهشی, وجود نخواهد داشت و جهان به آخر خود خواهد رسید.

اطلاعات چیزی فراتر از جرم و انرژی و مستقل از این دو است.

اطلاعات به جرم و انرژی دستور می¬دهدکه چگونه تغییر کنندتا سیستم به هدف خود برسد.

هرچه اطلاعات یک سیستم بیشتر شود، نظم موجود در آن سیستم هم بیشتر می¬شود.

اطلاعات همراه با ساختار سازمان و چینش آن است که معنی می¬یابد .اطلاعات چهارمین عنصر حیاتی¬است وقابلیت¬های کار سسیتم رادربردارد.

مثلا اگر جای یک نورون تغییر کند، قابلیت یا نحوه¬ی¬عملکرد آن نیز تغیییرمی¬کند.

اطلاعات شانونی یک تفکری است که خلق اطلاعات در نظر گرفته میشود.

در این تفکر خلق اطلاعات اهمیت نداردو اطلاعات شانونی رشد وتکامل پیدا نمی¬کنند.

در صورتیکه آن اطلاعاتی که در بدن انسان است قابلیت رشد و تکمیل دارند.

اساسا اطلاعات و تکامل در ارتباط با یکدیگر هستند.

این تغییر سازمان است¬که باعث خلق اطلاعات و کشف راه حلهای جدید می¬شودو باعث میشودکه ما کاری بتوانیم بکنیم که هیچ رباتی نمی¬تواند بکند.

در سیستم¬های بیولوژیکی حتما3 بخش را داریم: ( جرم، انرژی و اطلاعات) این سه بخش شالوده¬ی یک سیستم بیولوژیکی و هوشمند است.

در حیوانات بعد اطلاعات کمتر است اما بعد ماده و انرژی وجود دارد.

اطلاعات نقش مهمی در کنترل ماده و انرژی دارد.

اگر هم ماده و هم انرژی تغییر کند،عملکرد سیستم تغییر می¬کند.

به عنوان مثال اگر مسیر عصبی را قطع کنیم چیزی از عضله (ماده و انرژی آن )کم و زیاد نمی¬¬شودولی عملکرد آن عضله مثل قبل نیست و نمیتواند که مثل قبل عملکرد داشته باشد.اطلاعات در کامپیوترهمان نرم افزار است و از جنس اطلاعات شانونی است، یعنی قابلیت خلق اطلاعات ندارد و هر چه هست مصرف اطلاعات است.اطلاعات به خودی خود چیزی نیست و نمی¬تواند مستقل ازفیزیک و جرم و انرژی باشد.

در واقع همه¬ی سیستم¬ها سه وجهی نیستند و سیستم هایی سه وجهی هستند که قابلیت هوش و خلق اطلاعات را داشته باشند(مثل انسان).

در منطقه هم پوشانی اطلاعات و انرژی کار ،اطلاعات و جرم کالا، جرم و انرژی (قانون انیشتن) ، و در منطقه همپوشانی هرسه حیات و خلق پدیده¬های جدید را داریم.این هم ارزی جرم و انرژی یک استدلال قیاسی است.

از دیدگاه متافیزیک، انرژی ظرفیت و استعداد تغییر حالت ذرات بنیادی به هنگام تکوین و تکمیل است و جوهر هستی در نهایت همان انرژی آگاهی و شناخت است که به صورت یک موج اولیه اطلاعات در هستی حرکت می¬کند .

انرژی فیزیکی ذرات اولیه چیزی جز اطلاعات و آگاهی سازمان یافته نیست.

از همین آگاهی و اطلاعات موجود در یک سیستم فیزیکی است که می¬توان پی به اسرارماده برد.

افزایش اطلاعات مسلما انرژی الکتریکی و جنبشی انسان را زیاد نمی¬کند، اماممکن است انرژی حیاتی انسان و میدان¬هایی با انرژی اطلاعاتی بیشتر راافزایش دهد.

یک مجموعه¬ی منظم دارای اطلاعات و انرژی آگاه و هوشمندی است که مجموعه¬ی نامنظم ندارد.

انرژی انسان بالاترین اطلاعات را دارد، چون او نقطه¬ی همگرای آگاهی هستی است.

دنیای زیر اتمی، متقارن با دنیای بزرگتر از اتم است و این تقارن در سیستم کل عالم و از دیدگاه کل¬نگری کامل می¬شود.

منهای بی¬نهایت بامثبت بی¬نهایت متقارن هستند.

اماوقتی این دو به هم میرسند، جزء در کل ادغام می¬شود، تقارن کامل می¬شود و هستی تبدیل به یک میدان واحد آگاهی می¬شود.

حرکت جوهری نشانه¬ی شعور ذرات و آگاهی کل هستی است.

به چشم جهانبین ببین نهان جهان را به چشم عیانبین نبینی نهان را تئوری کوانتوم با نفوذ و شناخت دنیای زیر اتمی و درک اسرار ماده و طبیعت، همان کاری را میکند که روح انسان در حال مکاشفه با طبیعت و هستی میکند.

در حقیقت عرفان و علم هر دو به یکهدف میرسند.

اصول کنترل در سیستمهای زنده و سیبرنتیکی کنترل کننده های سیبرنتیکی اصولا باید دارای خواص یادگیری و حافظه باشند و این همان چیزی است که در کنترل کننده های دیگری که تا بحال آموخته ایم به چشم نمی خورد به عنوان مثال موتوری را در نظر بگیرید که مثلا 3000 بار کار کرده است ، در واقع این موتور برای انجام عملش نیازمند تمرین و تجربه و تکرار قبلی نخواهد بود ، چرا؟

به این دلیل که این سیستم کاملا بسته و تخصصی است و به همین دلیل است که پس از مدتی فرسوده می شود و دچار اشکال می گردد درست برخلاف سیستمهای باز که تکرار در آنها باعث ایجاد یادگیری و مهارت در آنها می گردد و همین یادگیری است که باعث می گردد که سیستم بتواند اعمالی چون پیش‏بینی و پیشگویی را انجام دهد .

بحث سیبرنتیک این است که بشر به سمت ساخت سیستمی برود که بتواند یک پدیده (target) و یا به طور کلی یک رفتار بیولوژیکی را دنبال کند.

مفهوم دیگر این است که سیستمکنترلی را تولید کند که رفتار (عملکرد سیستم بیولوژیکی ) را به سمت یک نقطه یا رفتار مطلوب ببرد،چیزی که در کنترل به آن set point میگوییم.

فرق سیستم کنترل سیبرنتیکی با سیستمهای کنترلی که قبلا داشتیم در این است که ما در اینجا بایک سیستم پویا و پیچیده سروکار داریم (مثل سیستم کنترل قند،قلب، فشار خون و...).هنر سیبرنتیک این است که سازگاری(تطبیق پذیری) و خودسازماندهی (self organization) را به سیستم القا کند، یعنی اگر هدفی را به عنوان هدف کنترلی در نظر میگیرد با وجود تمام نویزها و اغتشاشاتی که در محیط ودرمسیر تکاملش وجود دارد، دارای قابلیتهای تطبیق پذیری و خود سازماندهیباشدتا بتواند که به آن هدف برسد.

در سیستم برای شناسایی و مقابلهی با نویزها و اغتشاشات احتمالی سه روش (بافر،پیشخوراندو پسخوراند) وجوددارد.

در حالت بافر کاری که انجام میدهدفقط این است که سیستم را به سمت یک نقطهی تعادل میبرد، در صورتی که درسیستمهای بیولوژیکی سیستم به آن fixed point نمیرسد بلکه در حول و حوش آن بر روی یک دایرهی حدی (limit circle) حرکت میکند، بنابراین با بافر نمیتوان یک سیستم بیولوژیکی را تنظیم کنیم.

در حالت پیشخوراند، باید قبل از اینکه اغتشاش به سیستم واردشود آنرا پیشبینی کرده و با regulator تنظیمش کند.

این روش هم برای سیستمهایی که دائما در حال تحول هستند (مانندسیستمهای بیولوژیکی)، خیلی سخت است.هنر کنترل سیبرنتیک، پیشبینی سیستمی است که غیرقابل پیشبینی است.

روش کنترلی باید طوری باشدکه پیشبینی کند درحالی که به سیستم آسیبی نمیزند.در خیلی از سیستمهای بدن همین طور است، مثلا پانکراس قبل از اینکه قند بالابرود با یک سیستم هوشمند، پیشبینی میکندو انسولین را به خون تزریق میکند و جلوی افزایش ناگهانی آن را میگیرد.

در بدنی که سالم است خود بدن این پیشبینی را میکند اما اگر مشکلی داشته باشد باید مدلی را ارائه کنیم که این مشکل را پیشبینی کند.

در بحث پیشخوراند پیشبینی را داریم ولی در پسخوراند،پیشبینی نداریم.

کنترل بیولوژیکی هوشمند، سیستم را به سمت عملکرد مطلوب برمیگرداند.

مثلا خیلی از کارهای مهارتی از این قبیل هستند(بحث پسخوراند) در واقع برای اینکه از ناپایداری سیستم جلوگیری شود، مجبورمیشویم فیدبک بگذاریم.

پیشخوراند در بعضی از ارگانهای زنده وجود دارد ولی فیدبک در بسیاری از وسایل و تجهیزات پزشکی استفاده میشود.

هر سیستمی که تنوع پاسخگویی در برخورد با مشکلاتی را که برایش پیش میآید را داشته باشد، آن سیستم جاودانهتر و پایدارتر است.

به نوعی تطبیقپذیری به علت حفظ بقا در دل این مفهوم نهفته است.

تطبیق لازمهی تکامل و حفظ بقا است.

مثلا ما انسانها به مرور زمان تکامل فکری برای مقابله با اغتشاشات محیط پیدا میکنیم.

پس سیستم باید سیستمی با تنوع پاسخگویی باشد.

به طور کلی قسمتهای یک سیستم کنترلی از این قسمتها تشکیل شدهاند: 1.

set point ( نقطه مطلوب، هدف) که در اغلب سیستمها حفظ بقا و یا عملکرد سیستم است.

2.

decision ( تصمیم و متعاقبا عمل و اثرگذاری بر روی سیستم ) در فرآیند اثرگذاری ممکن است اختلالاتی به دینامیک سیستم وارد شود که سیستم باید از آنها فیدبک بگیرد تا عملکرد را به سمت هدف ببرد.

یعنی یک سیستم کنترلی باید از خروجی و اثری که روی محیط میگذارد برای اصلاح خوب فیدبک بگیرد.

اگر بخواهد سیستم کنترلر موفق شود، فیدبک تبدیل به اطلاعات و آگاهی میشود و اطلاعات پردازش میشودکه آیا برای سیستم خوب است یا نه؟

اگر خوب بود سیستم تشویق میشود و به سمتی میرود که از این اطلاعات طوری استفاده کند که برای سیستم خوب باشد.

مشابه همین کار در مغز با ترشح دوپامین صورت میگیرد ( با کم و زیاد شدن این ماده که اثر تشویق و تنبیه دارد).

بنابراین هر سیستم کنترل سیبرنتیکی هدفی دارد و در مسیر رسیدن به این هدف اختلالاتی در آن شکل میگیردکه سیستم هیچ کنترلی بر روی آن ندارد ، ولی باید برای مقابلهی با آن مدلی را ارائه دهد.

متغیرهای مشاوره شامل متغیرهایی هستندکه سیستم میخواهد به خاطر اثرگذاری مطلوبی که بر روی سیستم دارد بشناسد و تحت کنترل به نحو بهینه قرار دهد.

مرحلهی آگاهی که در آن مدلی از محیط شکل میگیرد، زیرا برای ماندن در محیط بایدنسبت به محیط شناخت داشته باشیم.

فیدبک←آگاهی←ایجاد مدل .

در موجودات زنده سازماندهی سلسله مراتبی مطرح است .

سلسله مراتب مفهوم اطلاعاتی دارد.

یعنی مغز نسبت به نخاع در مرتبه بالاتری از نظر اطلاعاتی قرار دارد.

(برای کنترل) ما در بدن کنترل سلسله مراتبی داریم، یعنی به ترتیب اولویت کنترل میکنیم.

در سطحهای مختلف بدن، عملکردکنترلی و هدف متفاوت است.

مثلا فرمانهای مغز در spinal cord تبدیل به فرمانهای حرکتی میشود.

مغزاستراتژی برنامه حرکت میدهد، از مغز فرمانها به سیستم عضلات میرود و در نهایت اثر روی محیط مانند حرکت دست در فضا شکل میگیرد.ساختار سلسله مراتبی درنتیجهی تخصصی شدن است که شکل میگیرد مثلا در سلولهای بنیادی جنین همهی سلول ها یک توانمندی بالفعل دارندیعنی همه یک نوع کار را میکنند وحالت هیئتی دارند.اما اگر انسان به سمت تخصصی شدن پیش رود نتیجه آن ماشینی شدن و در نهایت تباهی خواهد بود.

زیرا در اثر تخصصی شدن تعاملات (میزان اثر گذاری و اثر پذیری) کاهش می یابد.

بنابراین برای حفظ کل و جلوگیری از فروپاشی تعامل از طریق لایه ها و طبقات صورت می پذیرد (تعامل سلسله مراتبی) .

مثلا مخ و سلولهایش در لایه خود با هم تعامل دارند اما با مخچه از طریق لایه و طبقات تعامل انجام می‏شود.اما اگر این سلسله مراتب بوجود نیاید انسان تبدیل به روبات خواهد شد.

در واقع کل و تخصصی شدن بواسطه سلسله مراتب حفظ می‏شود.

در هر کدام از لایه ها نیز رفتار قطعی نیست (بواسطه تعاملات) و در یک محدوده دارای انعطاف پذیری است.

در سازماندهی سلسله مراتبی طبقه مغز تعامل جدی با سایر اجزای بدن دارد .

مسئله مهم دیگر در این سازماندهی پیدا کردن تعداد بهینه سلسله مراتب است.

مثلا اگر تعداد سلسله مراتب زیاد شود نتیجه آن افزایش بروکراسی و تخصصی شدن بیش از حد کارها خواهد بود.

فراگیری یادگیری به این معنی است که انسان از خطاها و اشتباهاتی که در گذشته با آن مواجه شده است تجربه اندوخته کند.بعضی از انواع کنترل کنندهها فراگیر(یادگیر) هستند.یعنی از اتفاقات محیطی چیزی یاد میگیرند و برای مقابله با آنها در مراحل آینده، راه حل ارائه میدهند.

سیستم تشویق و تنبیه یکی از این نوع سیستمهاست.

مثلااگر trajectory دست به سمت target برود تشویق، ودر غیر این صورت تنبیه میگرد و کنترلر بدن این کار را به صورت online انجام میدهد.

در سیستم ارزیاب باید معیار ارزیابی وجود داشته باشد تا بتوانیم عملکرد سیستم را با آن ارزیابی و بهبود ببخشیم.

واحد خروجی اثرگذاری که کنترلر روی محیط میگذارد را به سیستم ارزیاب میدهد و آن هم با معیار ارزیابی مقایسه میکند اگر اختلاف غیر از صفرشد، با تشویق و تنبیه به سمتی میرود که عملکردش بهینه گردد.

به اعتقاد وینر یادگیری دو نوع است: (فیلوژنیک و آنتوژنیک) فیلوژنیک ( یادگیری مبتنی برنسل به نسل): نسل به نسل قدرت یادگیری افراد افزایش مییابد.

البته هنوزدانش چندانی در رابطهی با عملکرد اصلی مغز و چگونگی انتقال اطلاعات از نسلی به نسلی دیگردر دسترس نیست ولی عدهای آنرا بار سلولهای عصبی فعال شده، البته نه به تمامی که از نسلی به نسل دیگر منتقل می‏شودمیدانند به طوری که هر فردی بیش از فرد نسل قبل, و کمتر از فرد نسل بعد از خود دارای سلولهای عصبی فعال خواهد بود.

براساس این نظریه, انسان دارای ظرفیت رو به تزایدی برای کسب شناخت است.

و این مسئله در رشد او, به مثابه موجودی عامل و فعال که تفکرش درحال پختگی است, دخالت دارد.

هوش انسان اولیه، از همان مراحل نخستین آفرینش, از طریق دریافتهای پیاپی و منظم اطلاعات, از جهان برونی و انطباق خود با آن اطلاعات, افزایش یافته است تا اینکه اکنون بعد از هزاران سال, ما به این مرحله از تکاملمان رسیده‌ایم.

برای تطبیق پذیری این افزایش اطلاعات لازم است و باعث حفظ بقا در برابر حوادث به صورت محکم تر می‏شود.

وینر معتقد است که یادگیری برای هر انسان از قبل از تولد شکل می گیرد که در واقع این گفته وی مهر تاییدی است بر انتقال ژنتیکی که به نوعی همان ذخیره اطلاعات تلقی می گردد .

آنتوژنیک ( درسیر تکامل فیزیکی از نوزادی به بزرگسالی ): این نوع یادگیری با تکامل و پشتکار و سختکوشی به دست میآید وارتباطی به وراثت ندارد.

در اثر حیات و تبادل با محیط به یک سری اطلاعات تجارب و مهارتها میرسد.

سازگاری(تطبیقپذیری) و خود سازماندهی سازگاری، تغییر درون است برای اینکه کنترل به خوبی صورت بگیرد.

در سیستم خود سازمانده یک نقطه تعادل داریم، مثلا نگه داشتن دمای بدن در حدود 37 درجه، وهر اتفاقی که برای سیستم افتاد باید دوباره trajectory به سمت هدف تعیین شده برود.

در خود سازمانده بازگشت به گذشته و هدف وجود دارد، یعنی تحت شرایط مختلف هدف سیستم تغییر نمیکند.

به عنوان مثالی از کنترل کننده های خودسازمانده می توان به شبکه های عصبی مصنوعی اشاره نمود که علاوه بر کنترل ، درپردازش سیگنال و استخراج ویژگی نیز مورد استفاده قرار می گیرند .

این شبکه ها اساسا دارای خاصیت یادگیری و حافظه می باشند که در برخورد با وقایع و حوادث مختلف محیطی در آنها بوجود می آید .

و از آنجا که این یادگیری و حافظه درکل نورونها است که شکل می گیرد لذا نمی توان جای مشخصی برای آن تصور نمود .

کنترل کنندههای خود سازمانده زمانی مورد استفاده قرارمیگیرند که اطلاعات زیادی از روابط اجزای سیستم مورد کنترل نداریم.

مشکلات و حوادث زندگی اگرچه برهم زنندهی بقاست اما باعث تکامل انسان میشود و این تکامل باعث به وجود آمدن ویژگیهای متعالی در انسان همچون قابلیت نظم پذیری و خود تعمیری در او میشود و در واقع انسان را مانند فولاد آبدیده ای میکندکه دیگر ترسی از مشکلات ندارد و حتی از مشکلات برای استحکام بیشتر استقبال هم میکند.

تکامل یا تطبیق پذیری چیزی فراتر از یک تغییر ساده از دید جسمی است.

هر روز هزاران سلول در مغز می میرند ولی کل تغییری نمی‏کند.

مفهوم تکامل چه در انسان و چه در حیوانات مفهوم معنی داری است و معنی آن ادامه بقاست.

در دل تکامل مسئله پیشرفت و توارث نهفته است.

در یک نسل از دوره جنینی تا مرگ بعضی از توانائیهای بالقوه بالفعل شده ودر نتیجه آنتروپی کاهش می یابد و بقیه توانائیهای بالقوه دفن می‏شود.

لازمه تکامل این است که بتوان در طول زندگی از حالت آنتروپی بالا به نظم سلسله مراتبی (تطبیق پذیری ) رسید.

(به طور طبیعی هدف حفظ بقاست حتی در مورد سازمانها).

در بحث کنترل کنندهی تطبیقی، چیزی که ما کنترل میکنیم کیفیت یک پدیده است نه کمیت آن.

ثانیا دراین نوع کنترلکننده پیشبینی باید وجود داشته باشد.مثلا موشک باید مسافتی را که هواپیما تا چند ثانیه بعد طی میکند، پیشبینی کند.

سیستمی که تطبیقپذیری دارد، دارای هوش، خلاقیت و تفکر بیشتری است.

در سازگاری برای حفظ بقا امکان دارد که اساسانقاط تعادل تغییر کند.

یعنی عملکرد رفتاری و ساختاری جهت حفظ بقا تغییر میکند.

.

اولین شرط خود سازمانده بودن داشتن قابلیت تطابق است یعنی اینکه سیستم باید در مقابل تغییرات محیط ، خودش را وفق دهد .که این تطبیق پذیری در دل همان اطلاعات نهفته در ساختار سیستم است.

به دنبال تطبیق پذیری مسئله ماندگاری و پیشبینینیز مطرح می‏شود.

شناخت اجزای سیستم کنترلی خود سازمانده در ابتدای یک سیستم کنترل کننده خود سازمانده یک پیشبینیکننده قرار دارد که وظیفهی آن پیشبینی هدف است چون اگر هدف را نشناسیم کنترل آن نیز معنا نمییابد.بعد از پیش‏بینی کننده، ارزیاب قرار دارد، که خطای پیشبینی را ارزیابی کرده و کنترلررا به سمت هدف مطلوب هدایت میکند.

سپس با یک تصحیح کننده مواجه هستیم که خطاهای سیستم کنترلی را برطرف میکند.مشابه این عمل در مخچه به صورت کیفی جهت تصحیح خطا در حرکت صورت میگیرد.

معیار ارزیابی را هم بر حسب خطا یا مشتقات آن ممشخص میشود.

جهت خطا را هم با ضریب α مشخص میکنند، که با توجه به مشتقات ( دور شدن یا نزدیک شدن به هدف ) میتوانند سیستم را کنترل کنند.

درک اصل خود سازماندهی میتواند در شناخت بسیاری از سیستمهای کنترلی خودسازمانده در بدن مانند: کنترل فشار خون ،قند خون و یا درجه حرارت بدن به ما کمک کند.

از اینرو سیستم خود سازمانده باید قادر باشد که در برابر اختلالات محیطی به سرعت عکسالعمل نشان دهد.

پایان همیشه پیروز و سرافراز باشید.

عصمت راوری 12/04/88