Термину «состояние» в соответствие ставится некоторое протяженное во времени сочетание значений атрибутов (неотъемлемых свойств) системы, характеризующее ее с точки зрения применимости к ней некоторого управляющего воздействия (или их неизменной совокупности) для достижения заданного результата. Такое определение дано специально, дабы подчеркнуть специфику кибернетического подхода, связанного с решением задач управления и указывающего на общность подходов кибернетики и аналитики. Это понятие сложно (или невозможно) определить иначе, как со ссылкой на опыт в какой-либо из отраслей деятельности.
Оба рассмотренных понятия неявным образом связаны с понятием «отношение»: в одном случае — между системой и системой (подсистемой), в другом — между системой в предшествовавший изменению момент времени и в последовавший за ним (момент).
Соответственно, состояние системы определяется через совокупность состояний всех ее подсистем, в конечном счете — ее элементарных подсистем. При этом по числу возможных состояний различают элементарные подсистемы двух типов: дискретные подсистемы (с конечным числом состояний) и подсистемы с непрерывными состояниями или аналоговые подсистемы (при бесконечном числе состояний). Дискретность/непрерывность может проявляться как во временной области, так и в пространстве признаков (например, напряжения нуля и единицы в интегральных логических схемах).
Тут оказывается уместным упомянуть определение предмета исследования кибернетики, данное бывшим нашим соотечественником, блестящим ученым В.Ф. Турчиным: «Кибернетика изучает организацию систем в пространстве и времени, то есть то, каким образом связаны подсистемы в систему и как влияет изменение состояния одних подсистем на состояние других подсистем. Основной упор делается…на организацию во времени, которая в случае, когда она целенаправленна, называется управлением»[35]. Для описания процессов изменения состояния системы используются такие термины, как «динамика системы» и «организация системы во времени», однако, по замечанию В.Ф. Турчина, более уместным здесь является именно «организация во времени». Это вызвано тем, что термины «динамическое» и «статическое» принято использовать по отношению к вариантам описания системы (ее моделям, учитывающим либо и пространство и время, либо только пространственную компоненту); будучи же примененным к системе слово «динамика» невольно вызывает представление об однородности устройства системы.
Как уже было отмечено, в кибернетике широко используются различные методы моделирования. Весьма показателен подход к моделированию, используемый этой наукой — детализация моделей осуществляется в той степени, которая способна обеспечить заданное качество управления системой. Подсистемы наиболее низкого уровня детализации дальнейшей декомпозиции не подвергаются и рассматриваются как элементарные, неразложимые на составные части. Следствием этого может стать такая ситуация, когда объекты, считающиеся элементарными в некоторых моделях, будут иметь принципиально различную природу, а кибернетические модели, отражающие их взаимодействие, будут одинаковы. Соответственно, с кибернетической точки зрения эти системы будут тождественны, несмотря на те различия, которые заложены на нижнем уровне — уровне элементов. В этом-то и заключена красота исходной идеи, заложенной в основу кибернетики, этим и была оскорблена идеологическая верхушка советской науки в начале 1950-х годов. Хотя механицизмом это назвать было нелогично и недальновидно — ведь физики не возмущались, когда одинаковыми математическими уравнениями описывались различные процессы и явления.
Однако, вернемся к автоматному поведению, контуру управления, информационному циклу управления и обратной связи. Что подразумевается под автоматным поведением? Под автоматным поведением понимается такое поведение, при котором некоторое изменение состояния среды функционирования (существования) объекта приводит к осуществлению им действий, направленных на адаптацию к изменившимся условиям — ситуация на входе подсистемы сбора информации приводит к осуществлению системой того или иного действия.
Автоматное поведение свойственно, например, живым организмам, способным к реализации простых рефлексов. Для таких организмов справедлив подход, представляющий подсистему управления жизнедеятельностью организма в виде некоторым образом организованной системы нервных клеток (нейронов) чувствительных к изменению условий (рецепторов, образующих подсистему сбора информации) и исполнительных (эффекторов, образующих подсистему доведения управляющих воздействий). Состояние всех рецепторов системы в некоторый момент времени в кибернетике принято называть ситуацией, а состояние всех эффекторов — действием. В этом случае можно утверждать, что роль, которую исполняет подсистема управления, сводится к преобразованию ситуации в действие.
В кибернетике принято выделять два вида обратных связей между подсистемой сбора информации, образованной совокупностью некоторым образом организованных датчиков (или рецепторов), и — подсистемой доведения управляющих воздействий, представленной совокупностью исполнительных компонентов (или эффекторов). В живых организмах эти связи представлены синапсами (местами близкого размещения или контакта нервных клеток):
— положительную обратную связь, при наличии которой возбуждение рецептора вызывает возбуждение эффектора, а покой — состояние покоя;
— отрицательную обратную связь, при наличии которой возбуждение рецептора вызывает переход эффектора в состояние покоя, а покой — возбуждение.
Благодаря наличию обратной связи контур управления приобретает замкнутый вид, за счет чего появляется возможность дозирования управляющих воздействий и анализа их результатов.
Число рецепторов и эффекторов в сложных системах бывает весьма велико (а в живых организмах — и подавно), что требует эффективных механизмов обработки поступающей от них информации и управления ими. Практика исследований как в нейрофизиологии, так и в социальных и технических дисциплин указывает на то, что в этих условиях наиболее эффективными являются механизмы обработки информации и управления, построенные по иерархическому принципу. В такой системе информация о состоянии обрабатывается наиболее быстро, а разнообразие различаемых состояний для единичного рецептора или эффектора в иерархической системе сводится к минимуму. Соответственно, для каждого элемента иерархии достаточно располагать информацией, необходимой для выполнения лишь того набора элементарных операций, который входит в его компетенцию.
Наибольший интерес с точки зрения процессов управления представляет категория цели. В кибернетике под целью принято понимать то желаемое состояние, на достижение которого направлена управленческая деятельность. Для систем с примитивным автоматным поведением (не обладающих способностью к целеполаганию) в качестве цели управления рассматривается поддержание гомеостаза (функционального состояния системы, при котором благодаря действию специальных систем управления, именуемых гомеостатами, обеспечивается динамическое постоянство жизненно важных функций и параметров системы при различных изменениях внутренней и внешней среды). Следует обратить внимание на то, что гомеостаз — это не есть покой или просто постоянство, гомеостаз — это состояние, обеспечиваемое динамическим процессом. При этом наравне с термином «гомеостаз», часто пользуются и другим термином — «гомеокинез». Так, если интегральные показатели системы при отсутствии изменений внешней среды остаются постоянными, мы имеем состояние гомеостаза, а если они колеблются около некоего среднего положения, оставаясь в определенных рамках, это — состояние гомеокинеза.
В 1952 году У.Р. Эшби[36] было сформулировано понятие целеполагающего гомеостата. В качестве такого целеполагающего гомеостата им рассматривался человеческий мозг, способный через субъективно идеализированную абстракцию (модель мира субъекта целеполагания) прогнозировать возможные опасности собственному существованию и принимать превентивные меры для обеспечения собственной безопасности за счет интенсификации вещественно-энергетического потока из внешней для гомеостаза среды — среды его обитания.