Кибернетика - наука XX века

        Задание на курсовое проектирование…………………………………...... 2

Реферат…………………………………………………………………….. 4

1.  Кибернетика - наука XX века

1.1  Введение………………………………………………………………  5

1.2   Кибернетика…………………………………………………………. 6

1.3   Зарождение  кибернетики…………………………………………… 7

1.4   Развитие  кибернетики………………………………………………. 8

1.5   Предмет  кибернетики и ее цели……………………………………. 9

1.6   ЭВМ  и персональные компьютеры (ПК)…………………………. 10

          2.1   Математическая часть…………………………………………….. 11-13

          2.2 Приложение:  Программа и результат вычисления………..........    14-15

2.3   Анализ результатов вычислений……………………………………16

Заключение………………………………………………………………...17

Библиография……………………………………………………………...18 
 
 
 
 

Реферат 

      Пояснительная записка содержит 18 листов, 3 рисунка, 1 приложение, 3 использованных источника.

      Персональный  компьютер, кибернетика, программа, ЭВМ, системы управления, блок – схема алгоритма

      В настоящей курсовой работе приведено  задание, требующее для решения использование современных средств вычислительной техники. Изложены математические подходы решения задачи, поставленной в работе. Предложен текст программы на алгоритмическом языке Turbo Pascal, представлены результаты расчетов и проведен их анализ. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.1 Введение.

   Современное поколение является свидетелем стремительного развития науки и техники. За последние триста лет человечество прошло путь от простейших паровых машин до мощных атомных электростанций, овладело сверхзвуковыми скоростями полета, поставило себе на службу энергию рек, создало огромные океанские корабли и гигантские землеройные машины, заменяющие труд десятков тысяч землекопов. Запуском первого искусственного спутника Земли и полетом первого человека в космос наша страна проложила путь к освоению космического пространства.

    Однако до середины XX века почти все создаваемые человеком механизмы предназначались для выполнения хотя и весьма разнообразных, но в основном исполнительных функций. Их конструкция предусматривала всегда более или менее сложное управление, осуществляемое человеком, который должен оценивать внешнюю обстановку, внешние условия, наблюдать за ходом того или иного процесса и соответственно управлять машинами, движением транспорта и т. д. Область умственной деятельности, психики, сфера логических функций человеческого мозга казались до недавнего времени совершенно недоступными механизации.

    Современный уровень развития  радиоэлектроники позволяет ставить и разрешать задачи создания новых устройств, которые освободили бы человека от необходимости следить за производственным процессом и управлять им, т. е. заменили бы собой оператора, диспетчера. Появился новый класс машин - управляющие машины, которые могут выполнять самые разнообразные и часто весьма сложные задачи управления производственными процессами, движением транспорта и т. д. Создание управляющих машин позволяет перейти от автоматизации отдельных станков и агрегатов к комплексной автоматизации конвейеров, цехов, целых заводов.

    Вычислительная техника используется  не только для управления технологическими процессами и решения многочисленных трудоемких научно-теоретических и конструкторских вычислительных задач, но и в сфере управления народным хозяйством, экономики и планирования.

1.2 Кибернетика.

    Кибернетика (в переводе с греческого  искусство управления) - это наука об управлении сложными системами с обратной связью. Она возникла на стыке математики, техники и нейрофизиологии, и ее интересовал целый класс систем, как живых, так и не живых, в которых существовал механизм обратной связи. Основателем кибернетики по праву считается американский математик Н. Винер (1894-1964), выпустивший в 1948 году книгу, которая так и называлась «Кибернетика».

        Оригинальность этой науки заключается в том, что она изучает не вещественный состав систем и не их структуру, а результат работы данного класса систем. В кибернетике впервые было сформулировано понятие «черного ящика» как устройства, которое выполняет определенную операцию над настоящим и прошлым входного потенциала, но для которого мы не обязательно располагаем информацией о структуре, обеспечивающей выполнение этой операции.

        Системы изучаются в кибернетике  по их реакциям на внешние  воздействия, другими словами, по тем функциям, которые они выполняют. Наряду с вещественным и структурным подходом, кибернетика ввела в научный обиход функциональный подход как еще один вариант системного подхода в широком смысле слова.

     Кибернетика выявляет зависимости между информацией и другими характеристиками систем

     Энергия (от греческого energeia - деятельность) характеризует общую меру различных видов движения и взаимодействия в формах: механической, тепловой, электромагнитной, химической, гравитационной, ядерной. Точность сигнала, передающего информацию, не зависит от количества энергии, которая используется для передачи сигнала. Тем не менее, энергия и информация связаны между собой.

       1.3 Зарождение кибернетики

       Существует большое количество различных определений понятия «кибернетика», однако все они в конечном счете сводятся к тому, что кибернетика - это наука, изучающая общие закономерности строения сложных систем управления и протекания в них процессов управления. А так как любые процессы управления связаны с принятием решений на основе получаемой информации, то кибернетику часто определяют еще и как наукуоб общих законах получения, хранения, передачи и преобразования информации в сложных управляющих системах.

     Появление кибернетики как самостоятельного научного направления относят к 1948 г., когда американский ученый, профессор математики Массачусетского технологического института Норберт Винер (1894 -1964гг.) опубликовал книгу «Кибернетика, или управление и связь в животном и машине». В этой книге Винер обобщил закономерности, относящиеся к системам управления различной природы - биологическим, техническим и социальным. Вопросы управления в социальных системах были более подробно рассмотрены им в книге «Кибернетика и общество», опубликованной в 1954 г.

   1.4 Развитие кибернетики

Социальная  потребность в развитии кибернетики  на современной ступени общественного развития определяется прежде всего бурным ростом технологического уровня производства, в результате чего доля суммарных физических усилий человека и животных составляет в настоящее время менее 1 % мирового энергетического баланса. С другой стороны, в развитых странах доля работников умственного труда по отношению ко всем работающим приближается уже к 50%, причем дальнейшее возрастание ее является объективным законом общественного развития. А производительность умственного труда, в процессе которого до недавнего времени использовались лишь самые примитивные технические средства повышения его эффективности (арифмометры, конторские счеты, логарифмические линейки, пишущие машинки), практически оставалась на уровне прошлого века.                      

  Перечисленные факторы в совокупности и обусловили быстрое развитие кибернетики и ее технической базы - кибернетической техники. Интенсивное развитие кибернетики в нашей стране связано с деятельностью таких крупных ученых, как академик А. И. Берг (1893—1979 гг.) — выдающийся ученый, организатор и бессменный руководитель Научного совета по кибернетике АН СССР;академик В. М. Глушков (1923—1982 гг.) — математик и автор ряда работ по кибернетике, теории конечных автоматов, теоретическим и практическим проблемам автоматизированных систем управления; академик В. А. Котельников, разработавший ряд важнейших проблем теории информации; академик С. А. Лебедев (1902—1974 гг.), под руководством которого был создан ряд быстродействующих ЭВМ. Большой вклад в развитие экономической кибернетики внесли академики Н. П. Федоренко и А. Г. Аганбегян. Первые работы по сельскохозяйственной кибернетике выполнены М. Е. Браславцем, Р. Г. Кравченко, И. Г. Поповым. Поэтому не случайно, что признавая конкретные достижения отдельных русских и советских ученых в области кибернетики, некоторые зарубежные исследователи по праву называют второй родиной этой науки Советский Союз.

1.5 Предмет кибернетики  и ее цели.

    Кибернетика, как наука об управлении, имеет объектом своего изучения управляющие системы. Для того чтобы в системе могли протекать процессы управления она должна обладать определенной степенью сложности. С другой стороны, осуществление процессов управления в системе имеет смысл только в том случае, если эта система изменяется, движется, т. е. если речь идет о динамической системе. Поэтому можно уточнить, что объектом изучения кибернетики являются сложные динамические системы. К сложным динамическим системам относятся и живые организмы (животные и растения), и социально-экономические комплексы (организованные группы людей, бригады, подразделения, пред приятия, отрасли промышленности, государства), и технические агрегаты (поточные линии, транспортные средства, системы агрегатов).

Однако, рассматривая сложные динамические системы, кибернетика не ставит перед  собой задач всестороннего изучения ид функционирования. Хотя кибернетика и изучает общие закономерности управляющих систем, их конкретные физические особенности находятся вне поля ее зрения. Таким образом, предметом изучения кибернетики являются процессы управления в сложных динамических системах.

Основная  цель кибернетики, как науки об управлении - добиваться построения на основе изучения структур и механизмов управления таких систем, такой организации их работы, такого взаимодействия элементов внутри этих систем и такого взаимодействия с внешней средой, чтобы результаты функционирования этих систем были наилучшими,  т.е. приводили бы наиболее быстро к заданной цели функционирования при минимальных затратах тех или иных ресурсов (сырья, энергии, человеческого труда, машинного времени горючего и т. д.). Все это можно определить кратко термином «оптимизация». Таким образом, основной целью кибернетики является оптимизация систем управления.                    

1.6 ЭВМ и персональные  компьютеры (ПК).

    Точно так же, как разнообразные машины и механизмы облегчает физический труд людей, ЭВМ и ПК облегчают его умственный труд, заменяя человеческий мозг в его наиболее простых и рутинных функциях. ЭВМ действуют по принципу «да-нет», и этого достаточно для того, чтобы создать вычислительные машины, хотя и уступающие человеческому мозгу в гибкости, но превосходящие его по быстроте выполнения вычислительных операций. Аналогия между ЭВМ и мозгом человека дополняется тем, что ЭВМ как бы играет роль центральной нервной системы для устройств автоматического управления.

        Введенное чуть позже в кибернетике  понятие самообучающихся машин  аналогично воспроизводству живых  систем. И то, и другое есть  созидание себя, возможное в отношении машин, как и живых систем. Обучение онтогенетически есть тоже, что и само воспроизводство филогенетически.

        Такова гипотеза воспроизводства  Винера, которая позволяет предложить  единый механизм само воспроизводства  для живых и неживых систем.

        Современные ЭВМ значительно  превосходят те, которые появились на заре кибернетики. Еще 10 лет назад специалисты сомневались, что шахматный компьютер когда-нибудь сможет обыграть приличного шахматиста, но теперь он почти на равных сражается с чемпионом мира. То, что машина чуть было не выигрывала у Каспарова за счет громадной скорости перебора вариантов (100 миллионов в секунду против двух у человека) остро ставит вопрос не только о возможностях ЭВМ, но и о том, что такое человеческий разум.

        Предполагалось два десятилетия  назад, что ЭВМ будут с годами все более мощными и массивными, но вопреки прогнозам крупнейших ученых, были созданы персональные компьютеры, которые стали повсеместным атрибутом нашей жизни. В перспективе нас ждет всеобщая компьютеризация и создание человекоподобных роботов.   

       По условиям, заданным в задаче, у усеченного цилиндра изменяется один параметр. Следовательно, процесс расчета можно представить так. Сначала вычисляем площадь поверхности прямоугольного параллелепипеда, затем производим перебор возможных параметров усеченного круглого цилиндра из заданного диапазона. Для этого первоначально задаем радиус основания и высоту Н1, а радиус основания меняем в заданных пределах (от R1 до R2 ) с шагом K. Проверяется условие, при котором площадь поверхности усеченного круглого цилиндра не меньше площади поверхности прямоугольного параллелепипеда.  Если оно выполняется, то процесс расчета заканчивается и на экран выводится значение радиуса R. В противном случае, перебор значений R2 продолжается. В том случае, если ни при каком значении R2 площадь поверхности усеченного круглого цилиндра остается меньше площади поверхности прямоугольного параллелепипеда, необходимо выдать сообщение: «Заданные параметры не обеспечивают требуемое условие».       

    В соответствии с приведенным  словесным описанием алгоритма  решения поставленной задачи  разработана схема решаемой задачи, которая находится в приложении.

    В изображенном алгоритме блоки  имеют описанное ниже значение:

Блок-1. Начало программы.

Блок-2. Ввод исходных данных.

Блок-3. Вычисление площади поверхности  прямоугольного параллелепипеда.

Блок-4. Принимается минимальное значение высоты R=R1.

Блок-5. Проверка условия R≥R2.

Блок-6. Вычисление площади поверхности усеченного круглого цилиндра.

Блок-7. Проверка условия Sбок≥Sп.

Блок-8. Принимается радиус Re=R.

Блок-9. Принимается радиус R=R1+K.

Блок-10. Проверка условия R≥R2.

Блок-11. Проверка условия Re≠0.

Блок-12. Вывод ошибки.

Блок-13. Вывод Re.

Блок-14. Конец программы.

uses crt;

const

R1 = 14.1;

R2 = 3.4;

K = -0.1;

A = 10.7;

B = 14.9;

C = 9.2;

H1 = 13.9;

H2 = 25.3;

var

R,Re,Sb,Sp:real;

begin

clrscr;

Sp:=2*(a*b+a*c+b*c);

R:=R1;

while R>=R2 do

      begin

  Sb:=2*Pi*R*(H2+H1)/2;

  if Sb>=Sp then

            Re:=R;

  R:=R+K;

  end;

if Re<>0 then

      writeln('min R = ', Re:5:2)

else

      writeln('takih R net!');

readkey;

end.

Рис.3 Результат  вычисления

    Расчеты, проведенные по программе (см. текст, распечатанный с экрана монитора), позволили получить следующий результат:

     При Rmin=6.5 площадь поверхности усеченного круглого цилиндра не меньше площади поверхности прямоугольного параллелепипеда.

   В результате выполнения курсовой  работы были математически найдены  формулы вычисления площадей  поверхностей прямоугольного параллелепипеда  и усеченного круглого цилиндра, с учетом имеющихся по условию данных, разработан и программно реализован алгоритм решения поставленной задачи, что подтверждено анализом полученных результатов.