UNIVERSITATEA ROMÂNO-AMERICANĂ din BUCUREȘTI
Facultatea de INFORMATICĂ INFORMATICĂ MANAGERIALĂ Domeniul de licență: CIBERNETICĂ, STATISTICĂ ȘI INFORMATICĂ ECONOMICĂ
Specializarea: INFORMATICĂ ECONOMICĂ
– CIBERNETICĂ ECONOMICĂ Disciplina – CIBERNETICĂ Anul II - semestrul 1 / 2017-2018
Obiectivele disciplinei
•
Dezvoltarea capacitățiilor de analiză, sinteză și modelare a diferitelor tipuri de sisteme cibernetice din economie
•
Cunoașterea
principalelor
sisteme
cibernetice
din
economie:
consumatorul, producătorul, economia na țională
•
Înțelegerea și utilizarea practică a mecanismelor de reglare și autoreglare din sistemele economice reale
•
Proiectarea și realizarea de modele cibernetice destinate optimizării conducerii sistemelor cibernetice la nivel micro și macroeconomic
1
TEMATICĂ cursuri și seminarii •
Prezentarea structurii cursului, a conținutului Fișei disciplinei și a modalităților de lucru la curs. Apariția și dezvoltarea ciberneticii
•
•
Definirea ciberneticii ca știință. Obiectul și metodele ciberneticii economice Abordarea sistemică – de de la l a sisteme generale la sisteme cibernetice.
Proprietățile sistemelor cibernetice. •
Modelarea sistemelor cibernetico-economice. Mecanisme de reglare a sistemelor cibernetico-economice.
•
Funcționarea mecanismelor de reglare în formarea prețurilor pe piața unui produs. Modelul Kaldor
•
Extensii ale modelului Kaldor -
modelul Kaldor cu anticipări raționale
-
modelul Kaldor cu anticiparea prețurilor de tip Goodwin
•
Sistemul cibernetic al consumatorului: structura și funcționarea acestuia
•
Modelarea sistemului cibernetic al consumatorului: preferințele consumatorului,
funcția de utilitate și indicatori ai utilității, restricția de buget •
•
•
Modele de alegere optimală la nivelul consumatorului Sistemul cibernetic al producătorului pr oducătorului: structura și f uncționarea uncționarea acestuia Modelarea cibernetică a sistemului producătorului
•
Economia națională ca sistem cibernetic
•
Mecanime de reglare fundamentală a sistemelor macroeconomice: accelerator, multiplicator și mixte
•
Test pentru evaluarea însușirii cunoștințelor 2
BIBLIOGRAFIE
[1]. SCARLAT, E., CHIRIȚĂ, N., Bazele ciberneticii economice, ediția a doua, Editura Economică, București, 2015 [2]. SCARLAT, E., CHIRIȚĂ, N., Cibernetica sistemelor economice, ediția a doua, Editura Economică, București, 2015 [3]. SPIRCU, L., SCARLAT, E., OPRESCU, Gh., CHIRIȚĂ, N., Bazele ciberneticii economice,
Editura ASE, București, 2001
[4]. STANCU, S., Microeconomie. Comportamentul agenților economici în condiții de certitudine, incertitudine și risc. Teorie și aplicații, Editura ASE, București, 2012
[5]. ȚIGĂNESCU, I.E., ROMAN, M.D., Macroeconomie. O abordarecantitativă , Editura Economică, București, 2005 [6]. STANCU, S., MAICAN, F., MARINESCU, D., GEORGESCU, I., Cibernetică economică – teorie și aplicații, Editura ASE, București, 2001
[7]. COCULESCU, C., DESPA, R., Metode cantitative în economie, Editura Universitară,
București, 2011 [8]. SAMUEL, J., COCULESCU, C., MIHĂILESCU, E., Elemente de analiză matematică și ecuații diferențiale pentru economiști, Editura Universitară, București, 2001
[9]. OPRESCU, Gh., MARIN, D., ANDREI, A., MITRUȚ, D., Modelareacibernetică a mecanismelor de reglareînsistemeleeconomice, Editura ASE, București, 1999
[10]. NICA, V., MUSTAȚĂ, F., CIOBANU, Gh., MĂRĂCINE, V., Cercetări operaționale , Editura MatrixRom, București, 1998 •
COCULESCU, C., Materiale didactice în format digital
3
APARIȚIA ȘI DEZVOLTAREA CIBERNETICII Cibernetica, ca majoritatea științelor moderne, a parcurs un drum lung de la realitat e la generalizarea teoretică și, ulterior, la aplicabilitatea practică. Acest drum poate fi împărțit în mai multe etape, începând cu etapa premergătoare apariției ciberneticii, care a pregătit momentul important din anul 1948 (publicarea de către savantul american Norbert Wiener a
lucrării “Cibernetica sau știința controlului și comunicării la ființe și mașini ”) când se consideră că ar fi apărut în mod oficial știința ciberneticii și până în prezent când cibernetica și disciplinele derivate din aceasta domină cunoașterea științifică a începutului secolului XXI . După cum arată C. Francois în “ International Encyclopedia of Systems and Cybernetics” (1997), apariția și dezvoltarea ciberneticii poate fi împărțită în patru mari perioade:
Precursorii (înainte de 1948)
Întemeietorii
Pionierii
Inovatorii
Fiecare dintre aceste perioade a fost marcată de contribuțiile unor personalități remarcabile care au dus la progresul rapid al științei ciberneticii, dar și la apariția unor domenii științifice noi. La această periodizare trebuie adăugată perioada începută după 1985 care continuă și în prezent, perioadă decisivă pentru progresul ciberneticii, dar și a unui ansamblu de discipline
științifice noi corelate cu aceasta, cunoscute sub denumirea generică de științele
complexității. Ca în orice știință însă, momentul apariției a fost precedat de o lungă perioadă în care conceptele și ideile s -au conturat și au căpătat o suficientă autonomie pentru a putea apoi să constituie un sistem de principii și legități care să ofere o viziune proprie asupra realității înconjurătoare. Istoria ciberneticii merge până în antichitate, când cuvântul grecesc “kibernétiké” și derivatele sale se întâlnesc frecvent, de pildă în Odisea lui Homer, cu sensul de cârmaci, pilot al unui vas într-o anumită direcție. Platon, în Dialogurile sale dă cuvântului un sens mai larg, folosindu- l ca o metaforă pentru guvernarea sau ghidarea unei cetăți.
4
De aici cuvântul a intrat în limbajul comun, fiind folosit tot mai frecvent cu sensul de guvernator , cârmuitor
al unui ținut sau al unei cetăți. În limba actuală, cuvintele
“a chivernisi”, “cârmaci”, “a guverna”, provin direct din vechea rădăcină grecească. Mai recent, cibernetica apare menționată într -o clasificare a științelor prezente și viitoare pe care marele savant francez Ampère o publică în anul 1843, deci cu 100 de ani înainte de apariția oficială a ciber neticii. El o vedea ca pe o știință socială care să studieze știința și arta guvernării în general.
Printre precursorii ciberneticii trebuie menționat și numele medicului român Ștefan Odobleja care, în perioada 1938- 1939, publică la Lugoj în limba franceză lucrarea “ Psihologia
consonantistă”. Din păcate, izbucnirea celui de -al doilea război mondial în toamna anului 1939 a diminuat șansele ca această carte să poată reprezenta actul de naștere al ciberneticii.
Ideile noii științe, apărută în 1948 pe fondul unei adevărate revoluții științifice și tehnologice, au impulsionat apariția și dezvoltarea altor discipline, devenind treptat o disciplină științifică de sine stătătoare, dar și un mod de gândire și acțiune reprezentativ pentru secolul XX. Contribuția ciberneticii la apariția și dezvoltarea calculatoarelor, a inteligenței artificiale, a metodelor matematice aplicate în natură și societate, la dezvoltarea medicinei, psihologiei, sociologiei, economiei etc. este astăzi recunoscută și apreciată la justa ei va loare. Permanent,
are loc un transfer de cunoștințe de la cibernetică spre alte științe, dar și invers, cibernetica punând în valoare metode dezvoltate în cadrul altor discipline științifice. Aplicațiile ciberneticii în economie, mai ales în contextul apariției calculatoarelor electronice, au condus treptat la apariția ciberneticii economice, știință cu caracter multidisciplinar care are drept obiect de activitate studierea cu mijloacele ciberneticii a proceselor și fenomenelor care se petrec în sistemele economice, începând de la nivelul firmei și până la cel al
economiei naționale și mondiale. Cibernetica economică a constituit pentru școala economică românească un domeniu prioritar de studiu și cercetare, încă de la apariția acestei discipline științifice, dovadă fiind numărul mare de cărți, articole, comunicări științifice cu care școala românească de cibernetică economică a contribuit la dezvoltarea acestei științe.
5
OBIECTUL ȘI METODELE CIBERNETICII ECONOMICE •
•
•
Definirea ciberneticii ca știință Obiectul de studiu al ciberneticii economice Modelarea – metodă de bază a ciberneticii –
–
modelarea bazată pe ecuații în economie modelarea bazată pe agenți în economie
Simularea sistemelor cibernetice
Definirea ciberneticii ca știință Definiția dată de Norbert Wiener în anul 1948, conform căreia “cibernetica este știința controlului la ființe și mașini” a fost în decursul timpului modificată și completată pe
măsură ce oamenii de știință au înțeles mai bine domeniul și raporturile dintre această știință și cunoaștere. Caracterul său multidisciplinar și interdisciplinar i-a permis ciberneticii să-și găsească aplicabilitate în multe ramuri și domenii științifice. În evoluția sa ca știință, cibernetica a suferit transformări care au dus la necesitatea de a vorbi despre: -
cibernetica de ordinul întâi (inginerească)
-
cibernetica de ordinul doi (biologică, evoluționistă)
-
cibernetica de ordinul trei (după anul 2000) – sociocibernetica - creează cunoaștere care să poată fi utilizată în vederea atingerii unor scopuri umane.
În fiecare dintre aceste etape, definițiile sale ca știință s -au modificat pentru a surprinde mai bine atât obiectul de studiu, cât și metodele utilizate. Se remarcă însă faptul că numeroasele definiții date ciberneticii au inclus permanent o serie de aspecte comune , ceea ce le-a conferit o unitate în continuitatea lor.
6
Una dintre temele comune majorității definițiilor date ciberneticii este cauzalitatea circulară care se manifestă în procesele dinamice evolutive, descoperirea acestui tip de cauzalitate fiind atribuită direct ciberneticii. Orice proces din lumea reală, din domeniul fizic, chimic, biologic, psihologic, economic sau social include procese de tip feedback , adică procese
care se desfășoară de -a lungul unor bucle închise. Cibernetica este o știință multidisciplinară, cu o arie vastă de aplicabilitate în mai toate domeniile cunoașterii și practicii umane. Multe dintre conceptele și domeniile de mare actualitate din tehnică, economie, medicină, psihologie etc. își adaugă prefixul cyber ca o recunoaștere a aportului ciberneticii la apariția și dezvoltarea acestora (cyberspațiu, cybersecurity, cyberrisc, cyberdiagnostic, cyberbanking etc.).
Obiectul de studiu al ciberneticii economice În prezent, se acceptă tot mai mult ideea că cibernetica este o metaștiință din care a derivat un grup de discipline științifice interdependente care au ca obiect comun de studiu sistemul complex, abordat însă cu metode diferite, din unghiuri de vedere diferite, în scopuri diferite. Stuart Kaufman a denumit această mulțime de discipline științele complexității (inteligența artificială, algoritmii genetici, biologia evoluționistă, dinamica sistemelor, geometria fractală, teoria rețelelor booleene, sinergetica, teoria catastrofelor, teoria haosului etc.). Prin proprietățile sale intrinseci, sistemul cibernetic este un sistem complex care se adaptează permanent la medii complexe. Obiectul de studiu al ciberneticii îl constituie sistemul adaptiv complex (CAS). Acest sistem are o serie de proprietăți generale, pe care le regăsim la acesta indiferent de domeniul realității în care există. Cibernetica economică , ca parte distinctă a ciberneticii generale, are drept obiect de studiu sistemul adaptiv complex din economie. Economiile de piață, precum
și diferitele componente ale acestora (firme, gospodării, bănci etc.) sunt privite în acest context ca sisteme adaptive complexe.
7
Metodele de studiu ale ciberneticii economice
– modelarea și simularea sistemelor cibernetice Principalele etape ale procesului de modelare sunt: •
observarea sistemului (realității economice)
•
analiza și interpretarea informației
•
•
•
•
analiza sistemului elaborarea modelului economico-matematic
testarea și validarea modelului efectuarea analizelor și prognozelor pe baza modelului
(1) Observarea sistemului este, de regulă, etapa iniţială a procesului de modelare. În cadrul acestei etape, pornind de la o teorie sau metodologie elaborată anterior, se culeg date şi informaţii despre sistemul car e urmează a fi modelat şi/sau mediul său înconjurător.
(2) Analiza şi interpretarea informaţiei urmează imediat după etapa de observare. Informaţiile culese pot fi, de multe ori, foarte diverse sau într -un volum extrem de mare. Aceste informaţii sunt clasificate, ordonate, separate de informaţiile irelevante sau
redundante, rămânând în final doar informaţia relevantă, care va fi utilizată efectiv în elaborarea modelului. De regulă, această etapă utilizează diferite metode statistice, econometrice sau de data mining care cresc eficienţa şi precizia informaţiilor astfel
obţinute.
(3) Analiza sistemului are drept obiectiv principal obţinerea de informaţii relevante despre sistem prin studiul proprietăţilor acestuia care pot fi evidenţiate fără utilizarea unui anumit model. În cadrul acestei etape, pe baza unor metodologii de analiză de sistem , se stabilesc: –
subsisteme ale sistemului analizat,
–
variabilele şi parametrii care definesc sistemul respectiv,
–
interdependenţele dintre acestea,
–
–
factorii care determină schimbări de comportament în sistem şi modul în care mediul înconjurător influenţează sistemul modelat. 8
Metodele de analiză de sistem utilizate în cibernetică sunt foarte diverse şi multe dintre ele se efectuează cu ajutorul calculatoarelor şi a unor soft -uri foarte dezvoltate. (4) Elaborarea propriu- zisă a modelului reprezintă etapa centrală a întregului proc es de modelare. Ea are drept principal obiectiv obţinerea unui model al sistemului într -o formă anterior stabilită (matematică, grafică etc.). În cadrul acestei etape sunt: –
stabilite principalele relaţii dintre variabilele şi parametrii sistemului,
–
structurate principalele blocuri ale modelului şi conexiunile dintre acestea,
–
specificate datele şi informaţiile necesare pentru ca modelul elaborat să poată fi
rezolvat utilizând o anumită metodă de rezolvare. (5) Validarea modelului reprezintă etapa finală a procesului de modelare în cadrul căreia modelul obţinut este testat, iar soluţia acestuia este comparată cu proprietăţile sistemului modelat. Validarea modelului poate conduce la anumite modificări ale acestuia, astfel
încât să răspundă mai bine obiectivelor urmărite. Uneori validarea poate conduce la concluzia că întregul proces de modelare trebuie reluat, astfel încât să se îmbunătăţească în mod semnificativ performanţele modelului elaborat. Există diferite metode de validare care depind de tipul de model elaborat, dimensiunile acestuia sau precizia datelor şi informaţiilor dorite.
Modelarea bazată pe ecuații este metoda care utilizează o anumită teorie matematică pentru a construi, valida și rezolva modele asociate sistemelor cibernetico -economice. Cele mai multe metode de acest tip se bazează pe : -
teoria ecuațiilor diferențiale (sistemele sunt considerate continue în timp) sau
-
teoria ecuațiilor cu diferențe finite (sistemele sunt considerate în timp discret)
Există o multitudine de modele de acest tip precum și metode de rezolvare a acestora deose bit de perfecționate, care încearcă să surprindă cât mai multe dintre proprietățile sistemelor dinamice modelate.
9
Modelarea bazată pe agenți este o metodă mai recentă care pornește de la ipoteza că sistemele cibernetice complexe sunt alcătuite din agenți individuali, fiecare dintre aceștia acționând autonom și rațional, într -un context definit de alți agenți sau de alte sisteme aflate în mediul înconjurător. Modelele bazate pe agenți sunt din ce în ce mai evoluate, reușind să surprindă mult mai multe dintre proprietățile importante pe care le au sistemele cibernetice complexe (sistemele adaptive complexe).
Economia bazată pe agenți este un domeniu nou care se ocupă cu studiul aplicării agenților în rezolvarea diferitelor probleme economice:crearea de economii artificiale (virtuale) cu
ajutorul unor interacțiuni economice între agenți (sisteme, subsisteme) care, la început nu au cunoștințe despre mediul înconjurător, dar au abilitatea de a învăța și coordona acțiunile, organizându-se ei înșiși într -o economie. În studiul sistemelor cibernetice, m etoda modelării este completată de simularea sistemelor
cibernetice care utilizează metode specifice pentru a produce anumite schimbări în sistem sau în mediul său înconjurător în vederea studierii modificărilor ce se produc ca urmare a acestora în structura sau comportamentul întregului sistem. Prin intermed iul simulării pot fi studiate comportamentele sistemelor cibernetice de-a lungul unor perioade mari de timp viitoare, discrete sau continue, oferind posibilitat ea fundamentării științifice a deciziilor
viitoare cu ajutorul cărora sistemele respective vor fi orientate, conduse și reglate.
10
ABORDAREA SISTEMIC Ă
– de la sisteme generale la sisteme cibernetice – •
•
•
•
•
•
Noțiunea de sistem Caracteristicile unui sistem
Structura și starea unui sistem Tipuri de sisteme
Noțiunea de sistem cibernetic Proprietățile sistemelor cibernetice Noțiunea de sistem
Conceptul de sistem apare în formă embrionară încă din filozofia antică greacă. Afirmând că întregul este mai mult decât suma părților, Aristotel dă o primă definiție noțiunii de sistem,
care se va dezvolta și va evolua pentru a ajunge la forma actuală, de abia la începutul secolului XX. Cel care pune bazele unei teorii închegate privind teoria sistemele (considerat fondatorul teoriei generale a sistemelor) este biologul german Ludwig von Bertalanffy (1901-1972) care în perioada 1928-1950 publică o serie de lucrări reprezentând începuturile teoriei
generale a sistemelor și a sistemelor deschise. Conform definiției date de Ludwig von Bertalanffy, “ sistemul este format dintr-o mulțime de elemente aflate într-o interdependență neîntâmplătoare ”.
În conformitate cu Open University (1980), un sistem este un ansamblu cu un scop (obiectiv), care are componente (părți) ce coexistă în vederea deservirii unui interes uman
particular, dar care se schimbă la părăsirea sistemului.
În sensul cel mai larg , denumirea de sistem poate fi atribuită oricărei colecții de obiecte sau procese între care există anumite conexiuni, stabilite în vederea atingerii unui scop. 11
Prin sistem se înțelege orice secțiune a realității în care se poate identifica un ansamblu de
elemente materiale sau nemateriale (echipamente, metode, tehnici, fenomene, obiecte, procese, concepte, personal etc.), interconectate printr-o mulțime de relații (conexiuni,
interacțiuni). Conexiunile se pot stabili și cu sisteme, subsisteme sau elemente din mediul înconjurător. De aceea, se face distincția între : –
–
conexiuni interne – care se stabilesc între e lementele aceluiași sistem (subsistem) conexiuni externe ( intr ări și ieșiri) – dintre elementele unui sistem și elemente din mediul înconjurător.
Atât elementele, cât și relațiile (conexiunile) au caracter dinamic, iar existența și funcționarea sistemului este subordonată realizării unor obiective bine definite (unui scop). Exemplu. Societatea comercială (firma) satisface în totalitate caracteristicile care reies din definiția unui sistem: –
mulțimea de elemente este alcătuită din: salariații, elementele materiale, clădiri,
materii prime, produse, mijloace financiare, informaționale etc.; –
relațiile între aceste elemente, cât și cu mediul înconjurator, au un caracter dinamic,
complex; - scopul este de a fabrica produse și a presta servicii, obținând beneficii.
Structura și starea unui sistem Sistemul presupune prioritatea întregului asupra părților componente . De aceea, studiul unui sistem nu se poate face doar prin analiza părților sale componente, ci presupune și studiul comportamentului său de ansamblu, adică a raportului dintre părțile componente și dintre acestea și mediul înconjurător. Prin aceasta, metoda de analiză sistemică se deose bește esențial de abordarea analitică.
12
Structura sistemului = mulțimea relațiilor între componentele unui sistem, precum și a relațiilor între componente și ansamblu: –
structura statică - modul în care elementele unui sistem sunt dispuse între ele (dacă legătura dintre aceste elemente este de compoziție, de apartenență, de utilizare, de
vizibilitate a unui element asupra altuia, se spune că există o relație statică între elemente); –
interfața - reprezintă schimbul dinamic între două elemente (un flux de informații).
Structura sistemului și conexiunile sale externe (intrări și ieșiri) determină o anumită evoluție a acestuia care, măsurată la un anumit moment de timp, reprezintă “starea” sistemului. Dacă considerăm un moment arbitrar pe scara timpului și -l denumim momentul inițial, atunci starea sistemului la acel moment de timp va fi starea inițială.
Evoluția sistemului poate fi reprezentată atunci ca o succesiune de stări începând cu starea inițială și continuând cu alte stări corespunzătoare diferitelor momente de timp considerate în ordine crescătoare. Dacă se dă un moment de timp final, atunci starea la acel moment este starea finală.
Traiectoria de evoluție (de stare) a sistemului reprezintă mulțimea de stări ale sistemului cuprinsă între starea inițială și starea finală (dacă există). Starea sistemului se modifică datorită acțiunii unor factori interni sau a unor perturbații externe: –
–
comportament intern - modificarea stării sistemului datorită factorilor interni; comportament extern - modificarea stării sistemului în urma acțiunii unor perturbații externe.
Ansamblul comportamentelor interne și externe ale sistemului se numește comportament general al sistemului și se poate reprezenta prin diferite forme pe care le are traiectoria de evoluție a acestuia. Un sistem își adaptează comportamentul la cerințele mediului său înconjurător. De capacitatea de adaptare a sistemului și de viteza de reacție va depinde durata sa de supraviețuire. 13
Tipuri de sisteme În funcție de criteriul de clasificare utilizat, sistemele sunt de mai multe tipuri. •
•
După natura lor: -
sisteme naturale (organismele vii);
-
sisteme elaborate (tehnice, economice, conceptuale, informaționale) .
După modul de funcționare: -
sisteme deschise (intrările sunt influențate de către ieșiri);
-
sisteme închise (ieșirile nu influențează intrările).
După comportamentul general: -
sisteme deterministe - acele sisteme a căror traiectorie de evoluție este rezultatul unui comportament general determinist , în sensul că putem cunoaște și reprezenta efectele
tuturor factorilor interni și externi care afectează sistemul; -
sisteme stochastice – sisteme a căror traiectorie de evoluție este rezultatul unui comportament general aleator (stochastic), adică efectele factorilor interni și externi
care influențează sistemul sunt cunoscute cu o anumită probabilitate; -
sisteme haotice - sisteme a căror traiectorie de evoluție este rezultatul unui comportament general haotic, în sensul că efectele factorilor interni și externi care
influențează sistemul nu pot fi cunoscute nici măcar cu un anumit grad de probabilitate.
14
Noțiunea de sistem cibernetic Pentru analiza comportamentului sistemelor, în ansamblul lor, s-a propus conceptul de „cutie
neagră” care reprezintă sistemul privit ca un tot, făcând abstracție de procesele sale interne. Cutia neagră primește impulsuri din partea mediului înconjurător ( intrările în sistem) și după ce preia aceste impulsuri, le transformă în acțiuni asupra mediului ( ieșirile din sistem). Acest sistem devine sistem cibernetic, atunci când apare fenomenul de reglare (numită conexiune inversă sau feed-back ).
Prin sistem cibernetic se înțelege un sistem având cel puțin o buclă de reglaj ( feed-back ) prin
care se aplică de la ieșirea sistemului un semnal la intrarea acestuia, unde un mecanism de comparație permite ca rezultatul compunerii semnalului de ieșire cu cel de intrare să fie transmis blocului de decizie. Sistemele cibernetice constituie o clasă importantă de sisteme reale – întâlnită în natură, tehnică, economie sau societate.
Proprietățile sistemelor cibernetice Sistemele cibernetice constituie o clasă importantă de sisteme care, pe lângă proprietățile generale ale sistemelor, au o serie de proprietăți specifice care le conferă caracteristici comune. Atunci când se definește un sistem cibernetic trebuie avute în vederea ambele tipuri
de trăsături, deoarece prin concatenarea acestora sistemul respectiv poate fi inclus în clasa sistemelor studiate de cibernetică. Prin urmare, proprietățile sistemelor cibernetice pot fi împărțite în două mari clase : -
proprietăți general sistemice – provin din faptul că sistemele cibernetice aparțin sistemelor în general;
-
proprietăți specific cibernetice (proprietăți generale ale organizării și funcționării sistemelor cibernetice) – le conferă acestora identitate și specificitate în cadrul categoriei generale de sisteme.
15
Propriet ățile general sistemice ale unui sistem cibernetic sunt: -
sistem dinamic
-
sistem deschis
-
sistem de dimensiuni mari
-
sistem complex.
Sistemul cibernetic este un sistem dinamic. Aceasta înseamnă că într -un interval dat de timp sistemul cibernetic își modifică starea și/sau structura și/sau comportamentul, fie ca urmare a acțiunii unor perturbații externe, fie ca efect al unor factori interni. Prin urmare, în cadrul acestor sisteme variabila timp este esențială.
Se știe că timpul intervine în absolut toate sistemele reale (fizice, chimice, biologice, economice sau sociale). Sensul său de curgere, din trecut spre viitor, nu poate fi încetinit sau inversat.
Din perspectivă cibernetică, lumea înconjurătoare conține o varietate infinită de ritmuri interne de scurgere a timpului , fiecare dintre acestea fiind legat de evoluția sistemelor
respective. Deoarece ne aflăm într -o singură lume (perceptibilă, observabilă), este necesară raportarea acestor ritmuri diferite la o scară unică a timpului , considerată un invariant. Diviziunile acestei scale se numesc T-invarianți în raport cu care distingem: -
sisteme dinamice discrete – au proprietatea că între doi T-invarianți nu există un al treilea T-invariant;
-
sisteme dinamice continue – au T-invarianții stabiliți astfel încât, oricare ar fi d oi Tinvarianți, între ei putem găsi un al treilea T -invariant.
Deși metodologic, se face distincția între aceste două tipuri de sisteme, în realitate este vorba despre același sistem având, însă, T -invarianți diferiți. Tratarea unui sistem cibernetic ca un sistem dinamic continuu sau un sistem dinamic discret este
pur arbitrară, ținând mai mult de scopul urmărit decât de sistemul existent în
realitate. De multe ori, abordările continue se transformă în abordări discrete , efectuîndu-se
ceea ce se numește discretizare, în special datorită faptului că sistemele discrete sunt mai ușor de reprezentat pe calculator. 16
Sistemul cibernetic este un sistem deschis. Conceptul de sistem deschis a fost introdus de Ludwig von Bertalanffy pentru a putea explica abaterea sistemelor vii de la cel de-al doilea principiu al termodinamicii. Conform acestui principiu, entropia în sisteme închise crește
continuu, ceea ce are ca efect tendința de a trece către o dezordine maximă, de nivelare a diferențelor, de atingere a unei stări de omogenitate și rigiditate maximă. Din contră, sistemele din lumea vie trec, în cursul evoluției lor, către o organizare mai înaltă, o mai mare eterogenitate și mai multă diferențiere, proces denumit sintropie. Acest lucru este posibil deoarece sistemele vii au un schimb permanent de substanță, energie și informație
cu mediul înconjurător. Sistemele deschise sunt caracterizate de faptul că au conexiuni cu alte sisteme din mediul ambiant. În raport cu direcția lor, aceste conexiuni se pot împărți în două categorii: –
intr ări în sistem (input-uri)
–
ieșiri din sistem (output-uri).
Intrările în sistem reprezintă mulțimea conexiunilor dintre alte sisteme (subsisteme) și sistemul respectiv prin care se transferă substanță, energie și/sau informație din mediul înconjurător la sistemul considerat. Intrările, de regulă, reduc entropia sistemului deschis, măr ind sintropia acestuia. Totuși, anumite intrări pot reprezenta șocuri și perturbații pentru sistemul respectiv, determinând disfuncții sau chiar dezorganizare. De aceea, anumite sisteme sunt protejate în
raport cu aceste intrări , realizându-se o filtrare în funcție de intensitatea efectelor pe care le-ar putea produce în sistem. Sistemele pentru care nu toate intrările sunt luate în considerare, se numesc sisteme semideschise, ele utilizându-se frecvent atunci când dorim să studiem doar efectul anumitor intrări, celelalte fiind neglijate.
Ieșirile din sistem reprezintă mulțimea conexiunilor dintre sistemul considerat și alte sisteme (subsisteme) din mediul ambiant prin intermediul cărora se transferă substanță, energie și/sau informație de la acest sistem în mediul înconjurător. Ca și în cazul intrărilor, există o mare
varietate de ieșiri din sisteme (fluxuri de producție, energie, oameni, informație, decizii ș.a.).
17
Ieșirile, de regulă, sporesc entropia sistemului, reducând gradul său de organizare și complexitate, deci reducând sintropia. Cu toate acestea, există anumite ieșiri care au efect
invers asupra entropiei sistemului, mărindu-i varietatea și organizarea (înlocuirea mașinilor și instalațiilor vechi dintr -o întreprindere este de natură să asigure o mai bună organizare a acesteia).
Sistemul cibernetic este un sistem de dimensiuni mari. Conceptul de sistem mare a pătruns relativ recent în teoria sistemelor, el fiind definit, în general, de existența unui număr mare de elemente componente și varietatea legăturilor dintre acestea. Primele sisteme abordate ca sisteme mari au fost sistemele tehnice: sistemele de conducere
automată, sistemele de logistică militară, sistemele de transport, sistemele energetice etc. Pentru astfel de sisteme, dar prin extensie, și pentru sistemele economice, sociale ș.a. s -au stabilit criterii pe care trebuie să le îndeplinească pentru a putea fi considerate sisteme mari : –
–
–
elementele și subsistemele sale componente să formeze un tot unitar;
să îndeplinească o funcție complexă sau anumite criterii de eficiență; să conțină un număr mare de elemente identice sau diferite, legate între ele prin conexiuni variate;
–
să fie organizate după principii ierarhice;
–
comportamentul întregului sistem să fie influențat de un număr mare de factori externi
a căror apariție să fie aleatoare; –
funcționalitatea să fie complexă;
–
o parte dintre funcții să fie îndeplinite, eventual, de către om.
Sistemele cibernetice reale îndeplinesc aceste criterii, deci pot fi considerate sisteme mari. Sistemul cibernetic este un sistem complex. Complexitatea reprezintă o proprietate intrinsecă a unor sisteme, printre care și cele cibernetice. Un sistem poate fi complex în r aport cu o funcție, dar simplu în raport cu o alta sau cu interacțiunea dintre el și mediul înconjurător. Acest fapt face destul de dificilă elaborarea unor criterii pe baza cărora să poată fi apreciată complexitatea unui sistem. Reprezentarea intuitivă a complexității sistemului ar lega această proprietate de dimensiuni, numărul de conexiuni dintre elemente și intensitatea acestora, de prezența sau absența omului etc. 18
Principiile generale ale organizării și funcționării sistemelor cibernetice (proprietăți specific cibernetice) Principiile generale, descoperite pe măsură ce cibernetica s -a dezvoltat ca știință, sunt următoarele: –
–
–
–
–
legea varietății necesare (legea lui Ross Ashby) legea conexiunii inverse (Wiener) principiul sinergiei (Hacken)
principiul complementarității externe legea raportului entropie / sintropie.
Legea varietății necesare. A fost descoperită de Ross Ashby, unul dintre întemeietorii ciberneticii și dezvoltată și aplicată, ulterior, de către St. Beer. În esență, această lege afirmă că: „Varietatea la ieșirea (output-ul) unui sistem poate fi modificată doar printr -o varietate suficientă la intrarea (input -ul) acestuia”.
Constrângerea este o relație între două mulțimi de obiecte care determină reducerea varietății dintr-o mulțime datorită varietății din cealaltă mulțime. Orice lege a naturii reprezintă o
constrângere întrucât ea este un invariant al sistemelor din natură, care limitează varietatea fenomenelor naturale. În societate sau economie, legile au caracter mai general, deci constrângerile sunt mai slabe. De aceea, în sistemele economice sau sociale, varietatea este mai mare decât în sistemele fizice sau tehnice.
Raportul dintre varietate și constrângere se poate exprima cu ajutorul gradelor de libertate asociate unui obiect sau sistem. Cu cât număr ul de grade de libertate este mai mare, cu atât varietatea acestuia este mai mare și, în consecință, constrângerea la care este supus sistemul este mai mică. Cu toate acestea, există o limită superioară a valorilor acestui raport. Varietatea unui sistem se modifică continuu sub influența intrărilor. Conform legii lui Ashby,
sensul acestei modificări este numai către o varietate mai mică.
19
În cibernetică, acest aspect este deosebit de important, sugerând o modalitate de a obține un anumit nivel al complexi tății la ieșirea sistemului, prin aplicarea unor intrări (decizii,
comenzi) având o anumită varietate.
Legea varietății necesare arată că între varietatea comportamentului unui sistem și varietatea intrărilor sale există relația: ț ă ≥
Comenzile (deciziile) aplicate sistemului pot fi interpretate ca niște constrângeri. Cu cât varietatea constrângerilor este mai mare, cu atât varietatea comportamentelor de care este
capabil sistemul respectiv este mai mică. Legea conexiunilor inverse (feedback). Noțiunea de buclă feedback este un concept fundamental în cibernetică, regăsindu-se în structura oricărui sistem cibernetic. În esență, o buclă feedback, este un circuit închis de relații între diferite mărimi care definesc un sistem. Orice modificare, între anumite limite, a unei variabile ce intervine în acest circuit,
determină un lanț de reacții al căror efect ar fi, în final, modificarea din nou a mărimii inițiale.
Bucla feedback conferă sistemului posibilitatea de a -și asigura supraviețuirea și perpetuarea (homeostaza) într-un anumit mediu ambiant. Într-un sistem complex putem avea mai multe bucle feedback. Una sau mai multe bucle
feedback independente formează mecanisme feedback de reglare și autoreglare ale sistemului. Perturbațiile care apar în anumite componente sau subsisteme ale sistemului re spectiv se pot transmite, prin intermediul buclelor feedback, către alte componente sau subsisteme, afectând astfel întregul sistem. De aceea, cunoașterea și reprezentarea structurii buclelor feedback dintr-un sistem este foarte importantă deoarece prin intermediul mecanismelor de reglare și decizie acest sistem economic este condus și coordonat.
20
Principiul sinergiei. Pentru sistemele cibernetice, efectul sinergic se atinge atunci când funcționarea concomitentă a părților (subsistemelor) separate, dar interdependente, asigură obținerea, la nivelul întregului sistem, a unui efect mai mare decât suma efectelor părților (subsistemelor), luate separat. Prin urmare, într-un sistem cibernetic, efectul sinergic (emergent, multiplicativ) apare ca un
efect complementar, condiționat de funcționarea interdependentă a subsistemelor sale componente. Acest efect poate avea atât o inf luență pozitivă, determinând amplificarea efectului integral, cât și negativă, micșorând efectul integral.
Principiul complementarității externe. Acesta se referă la modalitățile concrete de integrare și interacțiune ale sistemului cibernetic cu mediul înconjurător, deci cu alte sisteme din lumea reală. Orice sistem cibernetic constituie un element (subsistem) al cel puțin unei bucle feedback dintr-un sistem cibernetic de ordin superior. Prin urmare, orice sistem cibernetic poate fi analizat ca sistem izo lat doar în mod formal, el fiind, prin intermediul intrărilor și ieșirilor
sale, în interacțiune cu alte sisteme cibernetice aflate în mediul său ambiant. În consecință, tot ce ne înconjoară formează un sistem gigant a cărui structură este formată din lanțuri de sisteme și subsisteme interdependente și incluse unele în altele. Din aceast ă înlănțuire de sisteme se poate ie și utilizând principiul complementarității externe care, pentru orice sistem real dat , pune în evidență trei nivele: –
–
sistemul real considerat care poate fi analizat relativ izolat sau în interacțiune cu
mediul înconjurător , alcătuit din sisteme cu care sistemul analizat are conexiuni directe sau interdependențe a căror intensitate depășește o anumită limită, dar este complet separat de acesta;
–
complementul extern, adică acele sisteme cu care sistemul real considerat nu are legătură directă sau interacțiunile sunt atât de slabe încât nu trebuie luate în considerare.
Astfel, avem un criteriu care poate fi utilizat în pentru izolarea anumitor sisteme în vederea
analizei și modelării acestora.
21
Legea raportului entropie / sintropie. În sistemele cibernetice, organizarea și funcționarea subsistemelor componente ca și a întregului sistem se poate considera dependentă de cantitatea de informație existentă. Deci, cu cât entropia informațională este mai mică cu atât cantitatea de informație acumulată este mai mare și, deci, sintropia informațională crește, ceea ce înseamnă că raportul dintre sintropie și entropie informațională condiționează direct aceste sisteme. În sistemele cibernetice există tendința ca sintropia informațională să crească și entropia informațională să scadă . Aceasta se poate întâmpla deoarece sistemele cibernetice sunt
sisteme cu autoreglare și autoorganizare, ele având, deci, proprietatea că își pot menține homeostaza și gradul de organizare pe măsură ce se acumulează și utilizează informația existentă în mediul înconjurător. Sintetizând, se poate defini sistemul cibernetic ca fiind: –
–
acel sistem general (dinamic, deschis, mare și complex) care
satisface legitățile și principiile generale ale sistemelor cibern etice (legea varietății necesare, legea conexiunii inverse, principiul sinergiei, principiul complementarității externe și legea raportului entropie / sintropie).
22
