Жанр: Философия
Сборник статей по Синергетике.
...ментов, определяющая
суммарную энергию взаимодействующих спинов. Со временем состояние элементов
меняется таким образом, чтобы понизить полную энергию системы.
Оказывается, матрица взаимодействий может быть записана таким образом,
чтобы соответствовать состояниям с минимумом энергии для нескольких картин
состояния элементов. При этом некоторое начальное состояние элементов со
временем сэволюционирует в ближайшее с минимумом энергии, или, что то же
самое, в наиболее похожее, запрограммированное в матрице. Собственно в этом и
состоит процесс распознавания образов. На спиновых матрицах можно построить и
обучающиеся системы. В них элементы матрицы взаимодействия имеют состояние
программирования, когда их значение меняется по определенному закону,
учитывающему демон-стрируемый образ, то есть текущее состояние спиновых
элементов.
Недостаток такой схемы системы распознавания образов состоит в
невозможности анализа закономерностей во входных данных. Его лишены так
называемые персептроны, принцип действия которых описан далее. Персептрон
имеет сетчатку, т.е. набор клеток, принимающих входной образ. Помимо сетчатки
в персептроне присутствуют элементы (надо заметить, что их количество
превышает число клеток сетчатки), анализирующие состояние определенного
подмножества клеток сетчатки. Выходной сигнал такого элемента передается на
следующий логический уровень. Выходной сигнал является положительной реакцией
на появление во вверенной такому элементу части сетчатки одного из заданных
образов. В конце концов, сигналы поступают на центральный анализатор, который
умножает их на соответствующие весовые коэффициенты, складывает их и оценивает
уровень результата на предмет превышения им некоторого заданного порога.
Возможно построить прибор, обнаруживающий некоторые несложные зависимости
в демонстрируемых образах, типа наличия линий определенной ориентации,
геометрических фигур и т.п. Персептроны также могут иметь механизм обучения.
Необходимо заметить, что на описанных в этом параграфе принципах строятся
практические (и коммерческие!) реализации электронных схем распознавания
образов.
Решение оптимизационных задач
Часто в различных сферах деятельности возникают задачи нахождения
оптимального варианта из неограниченного числа возможных. Точного решения, как
правило, не требуется, но дискретный компьютер не способен эффективно дать
даже приблизительно оптимальный результат. Рассмотрим в качестве элементарного
примера задачу о прокладке трубопровода между двумя населенными пунктами,
причем стоимость прокладки зависит от территории, по которой пройдет трасса, а
целевой функцией является максимальная дешевизна работы.
Для ее решения существует оригинальная модель аналогового компьютера,
представляющая собой два листа некоторого материала, изображающие территорию
строительства, соединенных двумя шпильками, в местах, соответствующим
населенным пунктам. Расстояние между листами неравномерно по всей поверхности
и моделирует распределение стоимости прокладки на данном участке местности.
Прибор опускается в мыльный раствор и образовавшаяся пленка, автоматически
придя к состоянию с наименьшей энергией, ляжет на линии одного из наиболее
оптимальных маршрута.
В серьезных задачах пользуются описанным в предыдущем параграфе спиновым
полем. В частности, для задач поиска разбиения графа на группы с минимальным
числом связей между ними, для спиновой сетки задается матрица связей со
значениями О или 1 для несвязанных и связанных элементов соответственно. Суть
решения сводится к переходу в состояние с минимумом энергии. Отличие от
системы распознавания образов состоит в подборе функции энергетических
переходов элементов. Функция должна позволять элементу переходить вверх по
поверхности потенциальной энергии, чтобы обеспечить возможность прохождения
локального минимума. Проблема решается введением вероятностного алгоритма
переходов, т.е. переход с приростом энергии возможен, но с вероятностью,
обратно пропорциональной этому приросту.
Генетические алгоритмы
Представим себе клеточный автомат, для клеток которого дополнительным
условием выживания является выработка некоторой последовательности выходных
данных (назовем ее условно реакцией) в ответ на последовательность входных
данных (являющейся свойством среды, раздражение), предсказывающая следующее
состояние среды. Чтобы такой автомат функционировал, добавляется также
механизм случайного изменения правил выработки реакции (мутации) и передачи
вновь возни-кающим клеткам информации о правилах реагирования соседей
(наследования). Помимо исследования условий развития моделей живых систем,
такой подход позволяет решать и некоторые практические задачи, в частности
поиск кратчайшего пути на графе. Структура графа кодируется некоторым образом
в хромосомах клеток. Предполагается, что алгоритмы, приобретенные вследствие
мутаций и наследования, будут соответствовать решениям задачи.
Заключение
Иллюзия того, что процессы, происходящие в природе, можно моделировать и
предсказывать чисто детерминистическими методами постепенно развеялась, когда
стало ясно, что вычислительные средства в обозримом будущем не смогут достичь
необходимой мощности и что точность имеющихся моделей недостаточна для
объяснения макроскопических процессов. Наступил кризис парадигмы.
Синергетика предлагает вместо аналитических построений заняться поиском общих
закономерностей в разнообразных явлениях. Об успехе такого подхода
свидетельствует то, что дисциплина, возникшая как отрасль физики, теперь
находит свои приложения в биологии, социологии, психологии, изучении развития
науки и философии вообще. Говорят о применении синергетики в теории искусства.
Итак, уже можно сказать о появлении жизнеспособной новой парадигмы. Ей еще нет
полувека, но результаты исследований, основанных на ней уже приносят
практическую пользу.
Отдельно необходимо отметить приложения различных отраслей синергетики в
компьютерной технике и информатике. Их можно видеть на каж-дом шагу:
устройства управления температурными режимами, автофокусировка оптических
устройств, системы автоматического распознавания текста.
Изучение структур и свойств фракталов неожиданно привело к появлению нового
направления в изобразительном искусстве, сложность и естест-венность этих
структур оказались необыкновенно эстетически привлекательны.
Литература
1. В. Васильев, Ю, Романовский, В. Яхно, Автоволновые процессы , М. Наука,
1987
2. А. Дьюдни, Акулы и рыбы в компьютерной модели // В мире науки 2 1985 г.
3. А. Дьюдни, Исследование генетических алгоритмов // В мире науки 1 1986 г.
4. А. Дьюдни, Недостатки электронного глаза // В мире науки 11 1984 г.
5. А. Дьюдни, Об аналоговых компьютерах // В мире науки 8 1984 г.
6. А. Дьюдни, Построение одномерных компьютеров // В мире науки 7 1985 г.
7. А. Дьюдни, Странная привлекательность хаоса// В мире науки 9 1987 г.
8. А. Дьюдни, Трехмерные версии игры Жизнь // В мире науки 4 1987 г.
9. В. Коротков, Развитие концепции ноосферы на основе парадигмы синерге-тики,
http://www.nic.nw.ru/noo/Korotkov/Korotkov.html.
10. Дж. Кратчфилд, Дж. Фармер, Н. Паккард, Р. Шоу Хаос // В мире науки, 2 1997
г.
11. А. Лоскутов, А. Михайлов, Введение в синергетику, М, Наука, 1990
12. Новое в синергетике: загадки мира неравновесных структур , М. Наука, 1996
13. Л. Сандер, Фрактальный рост // В мире науки 3 1987 г.
14. Дж. Силк, А. Салаи, Крупномасштабная структура вселенной // В мире науки
12 1983 г.
15. Дж. Уолкер, Восстанавливающиеся фазы // В мире науки 7 1987 г.
16. Г. Хакен, Синергетика, М. Мир , 1980
17. Б. Хейес, Клеточный автомат // В мире науки 5 1984 г.
18. У. Хиллис, Коммутационная машина// В мире науки 8 1987 г.
19. И. Эпстэйн, К. Кастин, П. Кеппер, М. Орбан, Колебательные химические
реакции // В мире науки 5 1983 г.
СИНЕРГЕТИКА И ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ЦЕННОСТИ
К.Х.Делокаров, Ф.Д.Демидов
Философия, "вписывая" открытия науки в "тело культуры", расширяет
проблемное и предметное поле человека. Это относится и к взаимоотношению
философии и новой концепции самоорганизации, которую разные авторы называют
одни - синергетикой, другие - концепцией диссипативных структур, третьи -
теорией катастроф.
Философия, уважая себя и неся ответственность за будущее, не может
позволить ни снобистское философствование без учета достижений науки, ни
сведение своей функции к роли комментирования основных достижений научного
знания.
При этом роль философии по отношению к фундаментальным достижениям науки
зависит от того, на каком этапе развития науки находится осмысливаемая ею
новая научная теория, ибо, как однажды заметил А.Шопенгауэр научная истина в
своем развитии проходит через фазы. В первой фазе она просто отвергается как
абсурд. Во второй фазе она принимается как возможная гипотеза, которая была
высказана уже давно. На третьей стадии эту научную истину воспринимают уже как
очевидную.
Синергетика уже прошла первый этап. Прошли времена, когда, например, работа
Б.П.Белоусова, ставшая классической и вошла в науку как реакция БелоусоваЖаботинского,
относящаяся к началу 50-х годов, долгое время не публиковалась,
поскольку подобное "теоретически было невозможно". Видимо, сегодня мы
находимся в процессе перехода из второй фазы в третью.
Для того, чтобы определить насколько основательны методологические и
мировоззренческие претензии новой области знания, рассмотрим эволюцию научной
картины мира с момента возникновения первой фундаментальной научной теории -
классической механики. Научная картина мира - результат взаимодействия
философии и фун-даментальных естественнонаучных достижений в новоевропейской и
мировой культуре с момента возникновения механики, ставшей ядром первой
научной картины мира. Итак, после выхода в свет эпохальной работы И.Ньютона
"Математические начала натуральной философии"
В 1687 году начинается новый этап во взаимоотношении философии и науки.
Именно с этого времени начинается движение знания - мысли не только от
философии к конкретно научным представлениям, но и, наоборот, классическая
механика становится источником новых философских размышлений. Начиная с
осмысления классической механики и экстраполяции ее идей в другие сферы,
формируется новый методологический инструмент, - научная картина мира, -
служивший мостом, соединяющим общее и частное, научные и философские
представления. Таким образом появляется первая механическая (классическая)
картина мира, ядром которого выступали базовые идеи классической, ньютоновской
механики, с механической причинностью, абсолютным пространством и временем и
абсолютным движением. Категориальной сеткой, объединяющей различные
механические представления о мире, были понятия пространство, время, сила и
движение. Механическая картина мира служила культуре верой и правдой почти
двести лет.
Классическая картина мира была онтологизирована. В ней, по мнению тех
ученых и философов, которые ее создавали, не было ниче-го субъективного. Она
отражала объективную реальность такой какой она есть. В ней действует строго
однозначная связь между причиной и следствием. Поэтому в ней прошлое
однозначно определяет настоящее, а настоящее - будущее. Эта связь часто
называют лапласовским детерминизмом.
Прежде чем перейти к следующей неклассической (релятивистской, а затем и к
квантовомеханической) картине мира, сделаем несколько замечаний относительно
сути научной картины мира.
Научная картина мира - синтетическое образование, соединяющее на базе
наиболее фундаментальной научной теории, многообразные гипотезы и идеи в самых
различных областях знания. В отличие от научной теории научная картина мира
говорит не о какой-то конкретной области знания, но о мире в целом.
Естественно в процессе такого, "синтезирования" разнородных учений и
экстраполяции идей наиболее развитой научной теории на другие области
нехватающие знания заполняются соответствующими гипотезами. Поэтому научная
картина мира - это картина своеобразно соединяющая объективное и субъективное.
Она стремится стать системой знаний о мире и создает целостную картину на базе
наиболее развитой теории.
Неклассическая научная картина существенно изменила прежние представления
о мире, поскольку приняла за основание результаты релятивистской и квантовой
механики. Тем самым изменилась онтология мира. Пришел в движение весь
категориальный аппарат науки. Изменился стиль мышления, цель научного знания.
Из словаря науки были элиминированы прежние абсолюты - абсолютное пространство
движения, абсолютная масса, абсолютный лапласовский детерминизм.
Тем самым была пересмотрена онтология мира, поскольку изменилось
представление о реальности, причинности, закономерности, цели познания. Она
стала включать в себя не только актуально данное, но и потенциально возможное.
Субъект стал возвращаться в теорию. Вероятность стала законной частью науки, а
не результатом незнания. Статистические законы стали формой описания
микропроцессов. Тем самым радикально были пересмотрены основания классической
карти-ны мира и на новой онтологии создана неклассическая картина мира,
которая сложилась примерно в первой трети XX века и господствовала до
недавнего времени.
Начиная с 70-х гг. формируется постнеклассическая картина мира, ядром
которого выступают ряд нетрадиционных представлений, получивших название
"синергетика" у немецкого ученого Германа Хакена из Штутгарта, теория
диссипативных структур у Ильи Пригожина (Брюссельская школа), теория катастроф
у французского математика Тома Рене.
При этом указанные направления не исключают, а взаимодопол-няют друг
друга, делая акцент на те или иные идеи. Так, И.Пригожий анализирует процессы
образования упорядоченных структур из хаоса (его широко известная популярная
работа так и называется "Порядок из хаоса"), с точки зрения энтропийных
процессов - диссипации, тогда как Г.Хакен и его школа делают акцент на
негэнтропию - порядок.
Принципиально важно подчеркнуть, что синергетику или новую концепцию
самоорганизации, нельзя отнести ни к естественным, ни к общественным, ни к
гуманитарным наукам в их традиционном смысле. Это междисциплинарное
направление исследования образования упорядоченных структур из хаоса. По
мнению Ю.Л.Климонтовича, синергетика - это не новая наука, но новое
объединяющее направление в науке. Цель синергетики - выявление общих идей,
общих методов и общих закономерностей в самых разных областях естествознания и
социологии.
Таким образом, новое научное направление, которое стремится статья ядром
постнеклассической научной картины мира, продолжает сложившуюся в культуре
традицию, предлагая в очередной раз пересмотреть онтологию мира и построить на
новой основе постнеклассическую картину мира.
Синергетика, утверждая всеобщность нелинейности, заставляет задуматься,
критически пересмотреть сложившуюся линейную модель знания, линейную модель
прогресса, в том числе и социального про-гресса. Если законы синергетики носят
глобальный характер, то не следует ли пересмотреть роль принципа соответствия
в структуре познания и вообще кумулятивистскую модель познавательного
процесса?! Некоторые авторы, например, авторы учебного пособия для сту-дентов
и аспирантов "Концепции самоорганизации: становление нового образа научного
мышления", изданного в 1994 г. считают, что широко распространенная модель
развития познания: классическая, неклассическая и постнеклассическая этапы
развития науки, защищаемая В.С.Степиным и рядом других известных
исследователей, ошибочна, поскольку сама того не замечая, следует старой
досинергетической линейной парадигме. По мнению этих авторов в науке нет
такого поряд-ка, который исследователи post factum устанавливают, в ней больше
беспорядка, чем это представляется сторонникам линейного мышления.
В этой связи интересно, что спорят не только о сути новой концепции
самоорганизации, но и о ее названии. И это не случайно. Так было всегда.
Достаточно вспомнить споры о сути и названии теории относительности, также
дискуссии по философским проблемам волновой или квантовой механики. Споры о
названии новых фундаментальных теорий связаны с тем, что зачастую за тем или
иным названием кроется соответствующее содержание.
Все это свидетельствует о том, что предмет новой науки находится в
движении и философия может принять участие и действительно принимает участие в
определении ее сути, возможностей и границ, размышляя над смыслом новых идей.
Синергетика, независимо от ее будущего, уже привела к расширению наших
знаний о мире и даже наших незнаний. Ведь имеет смысл различать не только
разные типы знания, но и разные типы незнания. Одно дело, когда мы не знаем,
что чегото не знаем, и совсем другое, когда мы знаем, что чего-то не знаем.
Первое не волнует нас, человек и общество воспринимают подобное незнание как
должное, тогда как второй тип незнания мобилизует исследователей на поиски
причин того, что мы не знаем. Поэтому процесс движения мысли к истине не столь
прост, как мы недавно полагали, думая, что исследование - суть движения от
незнания через гипотезу к знанию. В действительности движение к истине
предполагает осознание незнания чего-то, после ко-торого незнание становится
объектом изучения.
В чем философско-методологическое значение синергетического подхода? На
что претендует новое научное направление?
Во-первых, синергетика направляет свое внимание, по словам И.Пригожина, не
на существующее, а на возникающее. Ей интересны моменты возникновения из хаоса
порядка, для этого она исследует несколько типов хаоса (равновесный хаос,
динамический хаос (неравномерный, турбулентный) и статистический хаос и
специально вводит термин "бифуркация" как точку ветвления, когда открываются
несколько возможных путей развития и нет ничего предопределенного. Тем самым
усиливается отход от классической модели бытия, поскольку неклассическая
картина тоже суживает границы классического детерминизма, но оставляет
возможность действия статистических законов. Постнеклассическая наука,
опираясь на результаты синергетики, теории диссипативных структур суживает еще
больше действие статистических законов, поскольку по ее мнению, в
нестабильном, неравновесном состоянии "малые воздействия могут привести к
большим следствиям". Это принципиальное значительной методологической
значимости положение, ибо мир теряет некий выделенный центр. Оказывается, что
в мире нет тех универсальных законов, которые делали возможным его познание в
неклассическом смысле. Ведь именно универсальность причинно-следственных
связей служила ведущим представителям эпохи Просвещения онтологическим
основанием возможности победы разума, всеобщности рациональности. Теперь
подобные суждения ставятся под вопрос. Итак, идея о том, что мир не имеет
центра и в мире нет единых универсальных причинных цепей, связывающих все
сущее - претендует на радикальную переоценку ценностей не только в науке, но и
в области философии.
Во-вторых, синергетика смотрит на мир из "другой системы координат", чем
предшествующая наука, поскольку она принимает за исходное нестабильность,
неравновесность, нелинейность, тогда как линейность, стабильность,
равновесность оказываются моментами этой нестабильности и неравномерности. Тем
самым категориальная сетка, с позиций которой видится мир в новой
постнеклассической парадигме. принципиально иная, поскольку ее базовыми
исходными понятия-ми выступают такие категории, как нелинейность,
самоорганизация, открытость, сложность, бифуркация, когерентность, аттрактор,
хаос, случайность и другие. Уже одно перечисление базовых, системообразующих
понятий данной научной области свидетельствует о ее прин-ципиальном отличии не
только от классической картины мира, но и неклассической. Вот почему новая
междисциплинарная сфера науки стала сразу оказывать влияние на философию, в
частности, на философию постмодернизма.
При этом важно определить концептуальное содержание хотя бы нескольких
наиболее важных с методологической точки зрения категорий, чтобы представить
себе контуры нового научного направления. Например, традиционно хаос считался
чем-то лежащим за пределами науки, играл лишь роль первоначала в греческой
философии. В новой постнеклассической синергетической картине хаос означает
неструкту-рированность бытия, и потому хаос не подчиняется детерминистическим
законам. Согласно синергетике, мир имеет всегда определенные структуры,
упорядоченные тем или иным образом. Нет абсолютной бесструктурности и
абсолютного беспорядка. Есть структура и упоря-доченные формы не
укладывающиеся в известной науке модели описания. Структуры зарождаются,
эволюционируют, претерпевая самые разные катаклизмы и трансформации и они
могут быть вписаны с помощью "законов" хаоса, если хаос разделить на различные
типы: равновесный, неравновесный (динамический) и статистический. Тем самым
хаос становится предметом изучения науки и осмысливается философией.
Далее, принципиальным для всей новой системы размышлений выступает
категория самоорганизации, под которой понимается способность тех или иных
систем к саморазвитию, самозарождению, используя при этом не только и не
столько приток энергии, информации, вещества извне, сколько пользуясь
возможностями, заложенными внутри системы.
Принципиально важно для синергетики то обстоятельство, что она имеет дело
не только с нелинейными, нестабильными системами, но и с тем, что она
рассматривает сложные, эволюционирующие и открытые системы. Таковы общество,
различные его подсистемы, система "человек-природа", рост народонаселения и
т.д. и т.п. При этом открытыми называются системы, которые обмениваются с
внешним миром веществом, энергией и информацией.
Не менее интересны и методологически значимы и другие базовые категории
синергетики, но и приведенные положения достаточно ясно показывают, что новая
синергетическая концепция вводит новую онтологию, новую категориальную сетку
для изучения процессов находящихся в состоянии нестабильности, неравновесности
и вдали от равновесия. Все эти утверждения имеют принципиальное значение для
философии и методологии науки. Концептуально важно, что в новой системе хаос,
случайность, дезорганизация и т.д. не разрушительны, а в ряде случаев могут
быть созидательными, конструктивными. Вот почему актуализируется задача:
научить жить человека в состоянии неопределенности, нестабильности, хаоса,
показав ему, что и хаос, и неопределенность и нестабильность можно
использовать конструктивно дая решения тех или иных задач. Ведь многие явления
социальной жизни, например, формирование общественного мнения, сложные
экономические процессы в период кризисов, распространение научной информации и
т.д. носят нелинейный характер и подчиняются законам самоорганизации. Все это
доказывает обоснованность интереса философских систем к новым достижениям
научной мысли и ставит сложные задачи перед образованием.
Синергетика, хочет она этого или нет, но если иметь в виду ее смысловую
интенцию, то она стремится пересмотреть онтологию бытия, делает значительный,
еще больший шаг в возвращении субъекта в мир теории, нежели квантовая
механика, поскольку субъект участвует в формировании объекта исследования.
Объекты согласно синергетике должны стать человекоразмерными. И в этом
чрезвычайно важном для философии положении синергетика продолжает и углубляет
начатую неклассической наукой традицию, особенно квантовой механикой со своим
принципом, дополнительности, традицию возвращения субъекта в мир теории. Тем
самым усложняется вопрос о критериях реальности. затрудняется решение проблемы
демаркации между реальным и вы-мышленным. Не случайно встает проблема
полионтологичности бытия.
Между тем на этом пути встают сложные философско-методологические вопросы.
Ведь ценность науки и в определенном отношении философии, проистекают из того,
что они формулируют некие общеобязательные, интерсубъективные, асоциальные
положения. Таким образом, встает вопрос о социокультурной ценности самого
направления развития мысли, которая стремится уйти от общеобязательности,
интерсубъективности и асоциальное.
В этой связи первая проблема, актуализируемая синергетической концепцией,
- отношение к прошлому, тем достижениям научного знания, которые исходили из
всеобщности линейности, порядка и стабильности. Вторая не менее сложная
проблема, имеющая философско-мировоззренческий характер, - культурные
последствия деонтологизации знания, усиления участия субъекта в формировании
познаваемого объекта. Ситуация осложняется тем, что подобное расширение роли
субъекта может быть интерпретировано как отрицание реальности объекта. Не
случайно некоторые видные постмодернисты, например, Ж.-Ф.Лиотар, Ж.Делез и др.
широко используют идеи синергетики. Последнее естественно, поскольку между
децентрацией субъекта и де-конструкцией текста в постмодернизме и
деонтологизацией объекта познания в синергетике имеется не внешняя, а более
органичная, содержательная связь.
В новых условиях необходимо научить человека жить в условиях
неопределенности, сложности, открытости, в мире, где нет единого центра,
который не только линейно не стремится ни к какому прогрессу, но возможно и
никуда не стремится. Важно понять, что определенность ищем мы, это мы хотим,
чтобы мир был похож на наш дом, двери которого закрыты, это нам хочется, чтобы
у мира был единый центр и чтобы он линейно развивался по пути прогресса. Но
все наши субъективные предпочтения ставятся под вопрос новой стратегической
концепцией и потому нам нужно готовить учеников к этому новому видению бытия.
Подобная радикальная переоценка ценностей, затра-гивающая не только ценностномировоззренческие
установки людей, но и сложившиеся психологические
стереотипы, не может пройти безболезненно. Но, видимо, подобная переоценка
ценностей неизбежна.
СИНЕРГЕТИКА И ГЛОБАЛЬНЬВЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОСТИ
Суриков Я.Я.
Обсуждается дискуссионность ситуации с термином "синергетика".
Обоснов
...Закладка в соц.сетях
