интересно
Предыдущая | Содержание | Следующая

Учет Обобщенной ЭНТРОПИИ (ОЭ) и обобщенной негэнтропии (ОНЭ) для улучшения качества моделей системы и их расчета

Еще раз отметим, что основная идея упоминавшейся книги  Э.Х. Лийва "Инфодинамика. Обобщенная энтропия и негэнтропия" заключается в том, что в каждой системе во Вселенной содержится, кроме массы (вещества) и энергии, в эквивалентном количестве их дополнительная форма состояния - обобщенная негэнтропия (ОНЭ). К. Шеннон в 1948 г. предложил методы определения количества (а не содержания, т.е. семантики) информации, передаваемой по каналам связи.

Немного труднее оказалось оценивать информацию по полезности и ценности для получателя.

Как было сказано выше, Л. Бриллюэн связал информацию с негэнтропией (НЭ). Однако под негэнтропией, или информацией, он ошибочно понимал антиэнтропию, или энтропию со знаком минус (НЭ = -Э), что долго затрудняло выяснение самостоятельной сущности НЭ и ОНЭ.

Повторим, что ряд известных авторов считают информацию одной из первоначальных субстанций реального мира, все другие информационные явления (знание, структуризация, самоорганизация, интеллект и др.) предстают как вторичные действия, или производные от информации. В отличие от этого в [13-15] первичной субстанцией предлагается ОНЭ, а информация является только вторичным процессом, переносчиком, который передает ОНЭ из одной системы в другую. Аналогично тому, как работа передает энергию из одной системы в другую.

В одних основополагающих работах информацию считают первичной реальной сущностью материи, или субстанцией, наряду с веществом (массой) и энергией, а иногда даже представляют началом всех других форм материи, с чем нельзя согласиться. В других работах информация не представляет собой отдельную субстанцию, и она не подчиняется физическим законам сохранения и поэтому не описывается полным дифференциалом, и ее ценность (эффективное количество) зависит от многих параметров. Кроме того, процесс передачи информации является неравновесным, необратимым, несимметричным, и возможное понижение ОЭ в одной системе сопровождается повышением ОЭ более общей системы.

В  показано, что традиционно информацию применяют в двух существенно различающихся значениях.

Информацию рассматривают как результат ее действия на структуру принимающего объекта, и измеряется она при помощи сохранения информации в памяти, или структуре системы, в битах. При этом такая связанная информация не только повышает упорядоченность существующих элементов, но и увеличивает размерность системы, или общее количество элементов. Это значение информации является функцией состояния и зависит от параметров, принимаемых вышестоящей системой. Поэтому в [2,13] для обеспечения большей ясности результат действия информации на структуру объекта называют обобщенной негэнтропией (ОНЭ), которая становится однозначной характеристикой принимающей системы и ее структуры.

Информацию рассматривают как процесс, взаимосвязь, отношение между явлениями системы. Информацию для получателя дают не всякие значения, сведения и данные, а лишь те новые, которые до получения информации не были известны получателю, и поэтому они уменьшают неопределенность получателя и, следовательно, увеличивают ОНЭ по отношению к интересующему нас целевому критерию. Данные должны содержать для получателя новую и полезную для решения каких-либо задач информацию.

Таким образом, информацией является только такой процесс (связь) между системами, в результате которого увеличивается ОНЭ хотя бы одной из систем из-за получения новых знаний, сведений, данных и снижается неопределенность системы получателя информации.

Как было сказано, обобщенная энтропия (ОЭ) определяется как реальная (ОЭр) и как максимально возможная (ОЭmax).

Так как обобщенная негэнтропия (ОНЭ) определяется в общем случае по разности ОНЭ = ОЭmax -ОЭр, то для определения ОНЭ необходимо сначала определить ОЭмакс и ОЭр, которые характеризуют соответственно максимально возможную и реальную (после принятия информации) неопределенность системы. Для определения ОЭмаx и ОЭр должны быть известны цель, или назначение системы, и условная вероятность их достижения в зависимости от действия тех факторов, которые оказывают существенное влияние на систему [2,13]. Обобщенность в понятиях ОЭ и ОНЭ обозначает, что их можно определить для всех моделей, как физических систем, так и умственных, или интеллектуальных, систем.

ОЭ и ОНЭ для моделей системы являются конечными величинами, поэтому можно определить их численные величины, что позволяет оптимизировать качество и эффективность творческого труда людей и организации.

Для определения ОЭр основным показателем является критерий назначения, или цели, системы. Учет целевых критериев позволяет исследовать неопределенности и обобщать понятия ОЭ и ОНЭ в любых системах, включая технические, экономические, научные, правовые, умственные и т.п..

В работах  не исследуются вопросы физической энтропии и НЭ открытых систем, а исследуются только информационные (или обобщенные) энтропия (ОЭ) и негэнтропия (ОНЭ). В самом деле, в формулах определения ОЭр применяются критерии вероятности выполнения цели, или целесообразности, которые не являются физическими показателями. В формулах по определению ОНЭ (ОНЭ = ОЭмакс - ОЭр) применяются не любые данные, а только такие, которые существенно влияют на достижение целей системы.

В каждой системе или процессе по разным закономерностям изменяются как ее энтропия (ОЭр и ОЭмакс), так и ее негэнтропия (ОНЭ); не существует открытых систем или процессов, характеристикой которых была бы только ОЭр или только ОНЭ. Причем в изолированной системе ОЭр должна повышаться быстрее, чем (локально) ОНЭ.

Физическую НЭ можно наблюдать ежедневно вокруг себя. Физической НЭ являются многие реальности вокруг нас. Так, поток световой и тепловой энергии Солнца, попадающий на Землю, содержит много НЭ. Любая разность (градиент) температур, давления, электрического напряжения является НЭ.

Физическая энтропия не всегда характеризует только процессы разрушения. На самом деле физическая энтропия показывает сложность, неопределенность физической системы и недостаток сведений о ней. Как показал И. Пригожин, в открытых системах с большой энтропией (беспорядком) в определенных условиях могут возникать упорядоченные подсистемы, "новые структуры", т.е. повышаться ОНЭ.

Разработаны методы для определения и оптимизации основных показателей ОЭмакс, ОЭр, ОНЭ для систем и моделей в различных областях.

Показатели ОЭмакс, ОЭр, ОНЭ включаются в модели описания реальных объектов.

В  рассмотрены модели различных систем с учетом наличия вещества, энергии, ОЭ и ОНЭ конкретной системы.

Так, методы разработки бизнес-планов фирм обычно основываются на составлении прогнозов материальных, энергетических и финансовых балансов во время деятельности фирмы. Однако если к материальным, энергетическим и финансовым балансам фирмы добавить еще балансы ОЭ и ОНЭ, то существенно повышается эффективность прогнозов деятельности фирмы.

Анализ модели системы управления производством показывает, что более надежное управление достигается только после учета в моделях дополнительных ОЭ- и ОНЭ-критериев. Последние определяются относительно цели производства и влияния других возмущающих систем.

При составлении модели управления технологическими процессами сначала составляют концептуальную модель, в которой рассматривают в совокупности все необходимые процессы, их связи и влияющие на них внешние воздействия, и на этой основе составляют материальные, энергетические и финансовые балансы. Однако из-за вероятностного характера данных и из-за возможностей увеличения неопределенностей сильно уменьшается точность результатов. Причем неопределенность создают изменения окружающей среды, рыночные отношения, качество сырья или промежуточные продукты. По-видимому, надежность моделей и оптимальность решений можно существенно улучшить путем дополнительного введения критериев ОЭ и ОНЭ.

При помощи критериев ОЭ и ОНЭ удается лучше моделировать такие элементы человеческого сознания, как интуиция, эмоции, знания, вера, память и др. Эффективность деятельности сознания можно оценить по изменению ОНЭ в моделях, отражающих объекты. На основе анализа ОЭ и ОНЭ можно оценить основные результаты умственной деятельности человека (научные теории, идеи, художественные произведения, прогнозы, проекты и т.п.)

В диссипативных системах, которые возникают при наличии активных окружающих сред и достаточного притока вещества, энергии и ОНЭ, наблюдается образование структур (ОНЭ) из активных элементов, которые могут быть бистабильными, возбудимыми или автоколебательными. Составление математических моделей сложных систем со многими независимыми переменными затруднительно. Системы дифференциальных уравнений дают множество решений, которые могут приближаться к хаосу. Иногда фазовый объем их сжимается, и все решения диссипативной системы будут стягиваться к некоторому подмножеству, к так называемому простому, или странному, аттрактору. Неопределенность (ОЭмакс и ОЭр) для реальных моделей заключается в том, что количество решений и размерность аттракторов зависит от многих факторов, коэффициентов в уравнениях и ограничительных условий. Хаос и неопределенность, характеризуемые ОЭ, можно существенно уменьшить, дополняя модели балансами ОНЭ относительно целевого критерия системы как "черного ящика". По данным ОЭ и ОНЭ можно определить вероятность достижения целевого критерия системы в зависимости от существенных факторов.

Для характеристики систем применяются такие понятия, как структура, упорядоченность, организованность, сложность управляемости и т.п. При этом оценить и сравнить вышеуказанные понятия количественно позволяют методы расчета ОЭмакс, ОЭр, ОНЭ.