Лекция 2. Введение в биофизику сложных систем: БИОКИБЕРНЕТИКА; ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ИНФОРМАЦИИ; ТЕОРИЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ г. - презентация

1 Лекция 2. Введение в биофизику сложных систем: БИОКИБЕРНЕТИКА; ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ИНФОРМАЦИИ; ТЕОРИЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ г

2 часть 1. Биокибернетика. Теория связи и теория информации.

3 1.1. ЧТО ТАКОЕ БИОКИБЕРНЕТИКА?

4 Кибернетика [kybernetike – греч. Искусство управления] – это наука об общих законах связи и управления в разнообразных системах: технических устройствах, живых организмов, сообществах живых организмов, человеческом обществе.

5 Кибернетика возникла на базе: 1)разработки теории автоматического регулирования и развития радиоэлектроники, включая развитие ЭВМ; 2)применением теории вероятностей к исследованию передачи и преобразования информации – то есть развитием теории информации.

6 Основным количественным понятием Кибернетики. является информация.

7 сущность кибернетики состоит в ИССЛЕДОВАНИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯ в машинах, организме, сообществах организмов, социуме.

8 Фундаментом кибернетики являются разделы математики: теория вероятностей, теория множеств, теория игр, математическая логика, теория алгоритмов.

9 В настоящее время живой организм представляют как сложную саморегулирующуюся систему, обменивающуюся веществом, энергией, информацией с окружающей средой.

10 Информационные процессы – управление и регулирование являются определяющими в организме.

11 информация в сложной системе является первичной моделью на основе которой происходят все процессы.

12 исправление Любой патологический процесс в организме, равно как и любая экологическая «авария» или «экологическая катастрофа» с точки зрения кибернетики считается рассогласованием или нарушением регулирующих систем организма, а «лечение» представляет собой исправление или компенсацию этих нарушений.

13 Жаль только жить в это время прекрасное уж не придется ни мне, ни тебе!

14 1.2. ТЕОРИЯ СВЯЗИ И ТЕОРИЯ ИНФОРМАЦИИ.

15 Система – это организованный комплекс элементов, связанных друг с другом и выполняющих определенные функции в соответствии с программой всей системы.

16 Программа – это последовательность изменений системы в пространстве и во времени, заложенная (заранее) в структуре самой системы.

17 Связь элементов в системе (с точки зрения К.) – взаимодействие элементов друг с другом, в процессе которого они обмениваются веществом, энергией, информацией.

18 сущность кибернетики состоит в исследовании процессов управления.

19 для К. связь – это лишь передача информации от одного элемента системы к другому. Связь состоит в восприятии, хранении и передаче информации.

20 Устройство регулирующее связь, называется системой связи. Система связи, обычно, состоит из 5 частей Источник сообщений – передатчик – канал связи (+источник помех)приемник получатель.

21 Пример: книга глаза нервы подкорковые зрительные центры кора больших полушарий.

22 Источник помех Источник сообщения канал Передатч ик приемник Полу- чатель сообщение сигнал сообщение Рис.1. схема обобщенной системы связи.

23 Сообщения : дискретные и непрерывные.

24 Сигнал – это материальный носитель сообщения.

25 Канал связи – это та среда, в которой осуществляется передача сигналов.

26 информация несомая сигналом является моделью управляемого процесса, а сигнал лишь модулирует «свой» высокоэнергетический процесс.

27 Преобразование сообщения в сигнал и преобразование одних сигналов в другие (например для пригодности или приспособления передачи по данном у каналу) называется кодированием. Декодирование – процесс превращения сигнала в сообщение

28 КОД -- совокупность элементов или элементарных структурных звеньев кодирования: символов и позиций.

29 В результате кодирования между исходным сообщением и возникающими при кодировании сигналами устанавливается однозначное соответствие. данное свойство наз. ИЗОМОРФНОСТЬЮ

30 Количество информации.

31 Количественной мерой сообщений является ИНФОРМАЦИЯ. информация -- мера количества неопределенности, которое устраняется после получения сообщения. Мерой неопределенности событий служит, специально введенное понятие ЭНТРОПИИ.

32 Информация содержащаяся в сообщении численно равна энтропии исчезающей после получения сообщения. БИТ – двоичная единица (при N=2)

33 уравнение Шеннона: Что соответствует 4 бит информации

34 Часть 2 ТЕОРИЯ РЕГУЛИРОВА- НИЯ.

35 Схема саморегулирующейся системы с отрицательной обратной связью.

36 Управляющая часть Аппарат сравнения Устройство управления Объект управления Регулируемая величина Х Обратная связь Измерительное устройство От высшего центра регуляции F Х У Х

37 f –программа. (f-x)= - рассогласование. У – сигнал управления. Х – результат действия (значение регулируемой величины).

38 «управление – это процесс перевода системы из одного состояния в другое путем воздействия на ее переменные.»

39 время Х Начальное рассогласование перерегулирование F=const А время Х Начальное рассогласование перерегулирование F= f(t) Б Рис.3. график процесса регулирования: А - регулирование по статической программе; В - регулирование по динамической программе. Х- значение регул.величины.

40 любая система управления может быть охарактеризована особенностями:

41 1) прямой связью между управляющей и управляемыми частями, по которой поступают сигналы управления;

42 2) обратной связью управляемой и управляющей частей системы, которая позволяет контролировать процесс управления и производить его коррекцию;

43 3) переработкой информации о текущей состоянии управляемого объекта, поступающей по каналам обратной связи, в устройстве управления и осуществляемой при посредстве аппарата сравнения.

44 DIXI (THEE ND)