Информационные связи в системах различной природы
Сейчас мы разберемся, как устроен мир вокруг нас — от живых организмов до алгоритмов соцсетей. Оказывается, всё это работает по общим принципам, и понимание этих принципов даёт тебе мощный инструмент для анализа любых сложных явлений.
3.1. Системы
Давайте разберемся, как устроен мир вокруг нас. Представь: твой смартфон, экосистема леса, команда в онлайн-игре, даже социальная сеть — что их объединяет? Все они — системы: сложные объекты, состоящие из взаимосвязанных элементов, которые работают как единое целое.
💡 Определение
Система — это не просто набор частей. Это части + структура (способ их связи). Сложные объекты, состоящие из взаимосвязанных частей (элементов) и существующие как единое целое, принято называть системами.
Всякая система определяется составом своих частей и структурой — порядком объединения элементов в единое целое. Для описания систем часто используется их представление в виде графа.
Пример: Система избирательных комиссий в Российской Федерации
(районные, городские)
Граф иерархической системы показывает связи между уровнями управления
⚡ Системный эффект
Разбери игровой ПК на детали — каждая часть сама по себе бесполезна. Но собери их правильно — и получишь мощную машину для игр или рендеринга. Это и есть системный эффект: соединение и интеграция отдельных элементов приводит к возникновению у системы новых свойств, не присущих ни одной из её составных частей.
Важно: Нарушение элементного состава или структуры системы ведёт к частичной или полной утрате её функциональности.
Системы и подсистемы
Важный момент: один и тот же объект может быть и системой, и элементом более крупной системы. Любой реальный объект бесконечно сложен. Степень детализации при описании его состава и структуры зависит от того, для чего это нужно.
🖥️ Пример: Ноутбук как система
Состоит из процессора, памяти, дисплея, клавиатуры...
🏫 Пример: Ноутбук как элемент
Часть домашней сети, элемент класса информатики, компонент личной цифровой экосистемы
Системный подход — умение видеть объект в контексте связей с другими элементами
Системный подход и системное мышление
При исследовании тех или иных объектов окружающего мира недостаточно рассмотреть по отдельности каждый из элементов, входящих в их состав. Изучая деятельность системы, нужно учитывать не только все её элементы, но и связи между ними, а также взаимодействие системы с окружающим миром. В этом состоит суть системного подхода.
🧠 Системное мышление
Способность применять системный подход (рассматривать исследуемый объект как элемент системы, связанный с множеством других элементов) и оценивать на этой основе ситуацию с разных точек зрения является основой системного мышления, позволяющего человеку выбирать наиболее эффективный путь решения возникающих проблем.
Пример: Это как анализировать не отдельный твит, а всю дискуссию в треде, включая реакции, репосты и алгоритмы продвижения.
3.2. Информационные связи в системах
Теперь интересный поворот: между элементами систем существуют разные типы связей. В транспортной сети — материальные (дороги, рельсы). В электросети — энергетические. Но есть особый тип связей — информационные.
Типы систем и связей
Во всем многообразии окружающих нас систем можно выделить системы естественные (природные) и системы искусственные (созданные человеком) — технические и общественные.
🌍 Природные и технические
Природные системы также можно назвать материальными. И есть множество материальных систем, созданных человеком (транспортная система, энергосистема и др.).
Связи: физические, энергетические
📡 Особый тип связей
Во многих материальных системах существуют связи, которые можно назвать информационными — передача данных, сигналов, команд между элементами.
Три типа связей: материальные, энергетические и информационные
Примеры информационных связей
🌿 В природных системах:
- Цветки и соцветия некоторых растений в течение дня поворачиваются вслед за солнцем (получают информацию о его положении)
- Многие дикие животные пахучими метками дают знать чужакам, что эта территория уже занята
- Трели соловья служат для привлечения самки
⚙️ В технических системах:
- Автоматическое устройство, называемое термостатом, воспринимает информацию о температуре в помещении и в зависимости от заданного человеком температурного режима включает или отключает отопительные приборы
- Автопилот управляет самолётом в соответствии с заложенной в него программой
- Датчики Tesla корректируют траекторию на основе данных с камер и сенсоров
👥 В социальных системах:
- Лайки и комментарии в соцсетях
- Алгоритмы рекомендаций YouTube
- Система оценок в школе
- Мессенджеры и системы коммуникации
На основе информационных связей построены общественные (социальные) системы, представляющие собой различные объединения людей.
📌 Ключевая идея
Информационные связи в системах любой природы состоят в передаче информации от одного элемента системы к другому, в обмене информацией между элементами системы, в хранении и обработке информации, т. е. представляют собой информационные процессы.
3.3. Системы управления
Информация сама по себе бесполезна. Она нужна для действий. Вот мы и подошли к концепции управления.
💡 Определение
Управление — это процесс целенаправленного воздействия на объект, осуществляемый для организации его функционирования по заданной программе.
Планомерное воздействие на некоторый объект с целью достижения определённого результата называется управлением. Изучением процессов управления в живых и неживых системах занимается наука кибернетика.
Кибернетическая модель управления
С точки зрения кибернетики управление происходит путём информационного взаимодействия между управляющим объектом и объектом управления.
Кибернетическая модель системы управления
Кибернетическая модель системы управления
Замкнутая петля управления: прямая и обратная связь
➡️ Прямая связь
Подразумевает передачу информации от управляющего объекта к объекту управления (команда, инструкция, управляющее воздействие).
⬅️ Обратная связь
Это процесс передачи информации о состоянии объекта управления управляющему объекту. Назначение обратной связи — корректировка управляющих воздействий на объект управления в зависимости от его состояния.
⚠️ Обратная связь — критически важна!
Без неё управление "слепое". Представь игру без FPS-счетчика: ты не знаешь, тормозит ли игра, и не можешь снизить настройки графики. Или термостат без датчика температуры — он не знает, когда выключить обогреватель, и комната превратится в сауну.
🤔 Задание для размышления
Приведите примеры обратной связи, предусмотренной в:
- Бытовых приборах: холодильник, кондиционер, стиральная машина...
- Живых организмах: болевые рецепторы, терморегуляция, чувство голода...
- Обществе: выборы, опросы общественного мнения, рейтинги...
Самоуправляемые системы
Все компоненты кибернетической системы управления имеются в организме животного и человека: мозг — управляющий объект, органы движения — объекты управления, нервная система — каналы информационной связи.
🧬 Естественные самоуправляемые системы
Таким образом, животное и человек являются естественными (созданными природой) самоуправляемыми системами, т. е. системами, в которых управляющий объект и объект управления представляют собой единое целое.
Ты сам — самоуправляемая система. Твой мозг (управляющий объект) и тело (объект управления) составляют единое целое, связанное нервной системой. Ты автоматически дышишь, моргаешь, держишь равновесие — всё это работы САУ внутри тебя!
Типы систем управления
Все системы управления можно разделить на три категории по степени автоматизации:
👤 Неавтоматические системы управления
Человек занимается управлением самостоятельно.
Примеры: водитель за рулём автомобиля без автопилота, ручное управление станком
🤝 Автоматизированные системы управления (АСУ)
Сбор необходимой для принятия решения информации и её обработка производятся автоматически, а окончательное решение принимает человек.
Примеры:
- Алгоритмы Spotify анализируют твои предпочтения и предлагают плейлисты, но ты сам решаешь, что слушать
- Система рекомендаций Netflix предлагает фильмы на основе истории просмотров
- Навигатор прокладывает маршрут, но решение о повороте принимает водитель
🤖 Системы автоматического управления (САУ)
Все операции, связанные с процессами управления, происходят без участия человека по программам, предварительно подготовленным человеком.
Примеры:
- Круиз-контроль в автомобиле
- Автоматическая система полива в умной теплице
- Боты в играх
- Системы автопилота
- Алгоритмы модерации контента
Три уровня автоматизации: ручное → автоматизированное → автоматическое
📈 Тренд развития
Количество автоматизированных и автоматических систем вокруг нас неуклонно возрастает: умные дома, беспилотные автомобили, алгоритмы биржевой торговли, системы модерации контента.
Понимание принципов их работы — ключ к пониманию современного мира.
📌 Ключевые выводы
Давайте зафиксируем главное, что мы сегодня узнали:
🤔 Проверь себя
Эти задания помогут тебе проверить понимание материала и научиться применять системный подход на практике.
1. Мысленный эксперимент: Алгоритм рекомендаций TikTok как система управления
Представь алгоритм рекомендаций TikTok как систему управления. Кто здесь управляющий объект, а кто объект управления? Какую роль играет обратная связь (лайки, досмотры, свайпы)?
Подсказка: Подумай, кто принимает решения о том, какой контент показывать, и как система узнаёт о твоих предпочтениях.
2. Системный анализ: Discord-сервер как система
Рассмотри Discord-сервер твоего класса. Из каких элементов он состоит (люди, боты, каналы, роли)? Какая структура связей? Какой системный эффект возникает (что может сервер, чего не могут отдельные участники)?
3. Проблема длярешения: Умная система освещения
Ты создаёшь умную систему освещения для комнаты, которая автоматически регулирует яркость в зависимости от времени суток и присутствия людей. Нарисуй схему управления с указанием прямой и обратной связи. Какие датчики нужны для обратной связи?
Подумай о:
- Управляющем объекте (контроллер, микропроцессор)
- Объекте управления (светодиодные лампы)
- Входных данных (датчик освещенности, датчик движения, часы)
- Обратной связи (как система узнаёт о текущей яркости?)
4. Аналогия: Нервная система как компьютерная сеть
Можешь ли ты объяснить работу нервной системы через аналогию с компьютерной сетью? Что аналогично процессору, каналам связи, датчикам?
Подсказка: Мозг → ?, Нервы → ?, Рецепторы → ?, Мышцы → ?
5. Критическое мышление: Системный подход к алгоритмам соцсетей
Почему системный подход важен при анализе работы алгоритмов соцсетей? Что можно упустить, если рассматривать только отдельные посты без учёта связей между пользователями, контентом и алгоритмами?
Подумай о: эхо-камерах, пузырях фильтров, вирусном распространении контента, влиянии на общественное мнение.
6. Применение в жизни: Автоматические системы вокруг тебя
Приведи три примера автоматических систем, с которыми ты взаимодействуешь каждый день. Как в них реализована обратная связь?
Примеры для вдохновения: смартфон (автояркость экрана), умный дом, автомобиль, игровая консоль...
📚 Вопросы и задания из учебника
Дополнительные вопросы для углублённого изучения темы:
1. Что такое система? Приведите примеры естественных и искусственных систем
Приведите примеры естественных и искусственных систем, изученных или изучаемых вами на других предметах. Опишите их состав и структуру.
Подсказка: Вспомните биологию (экосистемы, организм человека), химию (периодическая система), обществознание (государство, экономика)...
2. Персональный компьютер как элемент, подсистема и система
Рассмотрите персональный компьютер, имеющийся в кабинете информатики, как:
- Простой элемент одной системы
- Подсистему другой системы
- Самостоятельную систему, состоящую из других подсистем
3. Что такое системный эффект? Приведите пример
Подумайте: Почему команда профессионалов иногда проигрывает хорошо скоординированной команде менее опытных игроков? Какой системный эффект здесь проявляется?
4. Выясните значение слова «эмерджентность»
Какое отношение оно имеет к теме, рассматриваемой в этом параграфе?
Подсказка: Это термин связан с появлением новых свойств у системы. Поищите в интернете или в словаре по кибернетике.
5. В чём состоит суть системного подхода?
Почему системный подход так важен для исследования и преобразования окружающего мира?
Подумай: Какие проблемы возникают, если рассматривать явления изолированно, не учитывая связи?
6. Приведите примеры систем, описание которых удобно представить в виде графа
Идеи: социальные сети, транспортная сеть города, иерархия папок на компьютере, генеалогическое древо семьи...
7. Вклад Николая Коперника и Карла Линнея в науку
Какой вклад в науку внесли Николай Коперник и Карл Линней? Что, по вашему мнению, объединяет их открытия?
Подсказка: Оба учёных предложили системный взгляд на мир — один на устройство космоса, другой на классификацию живых организмов.
8. Одна информация — разные способы представления
Согласны ли вы с утверждением, что одна и та же информация в разных системах может быть представлена разными способами? Обоснуйте свою точку зрения.
Пример для размышления: Число 42 можно записать в двоичной системе (101010), шестнадцатеричной (2A), римскими цифрами (XLII)...
9. Приведите примеры материальных и информационных связей
Приведите примеры материальных и информационных связей в системах разной природы.
10. Что изучает наука кибернетика?
Выясните, кто считается её основоположником.
Подсказка: Ищите информацию о Норберте Винере и его книге "Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине" (1948).
11. Опишите сущность управления с кибернетической точки зрения
Используйте понятия: управляющий объект, объект управления, прямая связь, обратная связь.
12. Примеры систем управления с разными типами объектов
Приведите примеры систем управления, в которых отдельный человек, группа людей, техническое устройство, животное могут быть:
- Объектом управления
- Управляющим объектом
Примеры:
- Человек как объект: ученик в системе образования
- Человек как управляющий объект: водитель автомобиля
- Техническое устройство как объект: домашний робот-пылесос
- Техническое устройство как управляющий: автопилот самолета
13. Приведите примеры автоматических устройств
Приведите примеры автоматических устройств, получающих всё более широкое распространение в наши дни.
Современные примеры: беспилотные автомобили, дроны-доставщики, умные колонки с голосовыми помощниками, роботы-хирурги...
14. Постройте кластер основных понятий параграфа
Постройте кластер (интеллект-карту), описывающий основные понятия, рассмотренные в этом параграфе.
Центральное понятие: "Информационные связи в системах"
Ключевые ветви: Системы, Информационные связи, Управление, Типы систем управления
💡 Практическое применение
Попробуй применить системное мышление к реальным задачам:
🎮 Игровая экосистема
Проанализируй многопользовательскую онлайн-игру (например, Minecraft или Roblox) как систему:
- Какие элементы входят в систему?
- Какие информационные связи существуют между игроками?
- Как работает система управления (модерация, правила)?
- Какие системные эффекты возникают (игровая экономика, сообщества)?
📱 Умный дом будущего
Спроектируй систему управления умным домом:
- Какие подсистемы включить? (освещение, климат, безопасность...)
- Какие датчики нужны для обратной связи?
- Какие решения система может принимать автоматически (САУ)?
- В каких случаях нужно участие человека (АСУ)?
🌐 Анализ соцсети
Рассмотри Instagram/TikTok как сложную систему:
- Элементы: пользователи, контент, алгоритмы, рекламодатели
- Информационные связи: подписки, лайки, комментарии, репосты
- Управление: кто управляющий объект? (алгоритм или пользователь?)
- Обратная связь: как платформа узнаёт о твоих предпочтениях?
🚗 Беспилотный автомобиль
Опиши беспилотный автомобиль как систему автоматического управления:
- Управляющий объект: бортовой компьютер с ИИ
- Объект управления: двигатель, руль, тормоза
- Датчики для обратной связи: камеры, лидары, GPS, ультразвук
- Какие ситуации требуют вмешательства человека?
