teoria sistemelor 2010

87
TEORIA GENERALǍ A TEORIA GENERALǍ A SISTEMELOR SISTEMELOR ( ( GENERAL SYSTEM THEORY GENERAL SYSTEM THEORY ) ) Sef lucrari dr. Irena RAILEANU

Upload: iordachescu-amalia

Post on 03-Jul-2015

421 views

Category:

Documents


6 download

TRANSCRIPT

Page 1: TEORIA SISTEMELOR 2010

TEORIA GENERALǍ A TEORIA GENERALǍ A SISTEMELORSISTEMELOR

((GENERAL SYSTEM THEORYGENERAL SYSTEM THEORY))

Sef lucrari dr. Irena RAILEANU

Page 2: TEORIA SISTEMELOR 2010
Page 3: TEORIA SISTEMELOR 2010
Page 4: TEORIA SISTEMELOR 2010
Page 5: TEORIA SISTEMELOR 2010
Page 6: TEORIA SISTEMELOR 2010
Page 7: TEORIA SISTEMELOR 2010

CELULA CA SISTEM - CELULA CA SISTEM - reprezentare schematica reprezentare schematica

Nucleu

ADN

Mitocondrie(centrala energetica)

Ribozom(fabrica de proteine)

Materie

Carburant Membrana

Citoplasma

Deseuri

Lucru metabolic

Informatie Informatie

Page 8: TEORIA SISTEMELOR 2010
Page 9: TEORIA SISTEMELOR 2010
Page 10: TEORIA SISTEMELOR 2010
Page 11: TEORIA SISTEMELOR 2010
Page 12: TEORIA SISTEMELOR 2010
Page 13: TEORIA SISTEMELOR 2010
Page 14: TEORIA SISTEMELOR 2010

1. 1. Conceptul de sistem: definiţie, clasificări, Conceptul de sistem: definiţie, clasificări, exempleexemple

2. 2. Delimitarea structurală şi funcţională a unui Delimitarea structurală şi funcţională a unui sistemsistem

3. 3. Deosebirile dintre sistemele deschise vii şi Deosebirile dintre sistemele deschise vii şi neviinevii

4. 4. Principiile termodinamicii în cazul Principiile termodinamicii în cazul biosistemelorbiosistemelor

5. 5. Caracteristici generale ale biosistemelorCaracteristici generale ale biosistemelor

6. 6. Cibernetica şi biocibernetica Cibernetica şi biocibernetica

7. 7. Condiţii şi moduri de abordare a sistemelor Condiţii şi moduri de abordare a sistemelor pentru studiupentru studiu

Page 15: TEORIA SISTEMELOR 2010

In cunoasterea stiintifica se disting 2 tendinte:

1. Tendinţa ANALITICĂ, reducţionistă, de caracterizare exhaustivă (raţionament clasic sau cartezian)

2. Tendinţa de SINTEZĂ a datelor obţinute în vederea descrierii / explicării ansamblului unei structuri, a unei funcţii

Teoria generală a sistemelor elaborată de Ludwig von Bertalanffy (SUA) după 1950 reprezintă cea mai importantă expresie a tendinţei de sinteză.

Page 16: TEORIA SISTEMELOR 2010

Ludwig von Bertalanffy

“Teoria generala a sistemelor - o noua abordare a unitatii stiintei” 1951

“Un sistem poate fi definit ca un complex de elemente in stare de interactiune”.

Un sistem reprezinta un ansamble de componente (de natura fizica, chimica, sau alcatuite din structuri vii) care se afla aranjate si interconectate intr-un anumit mod. Un sistem prezinta functii si proprietati noi, care nu sunt caracteristice componentelor izolate ale sistemului. Ex.: molecula, celula, sistemul cardio-vascular etc.

Page 17: TEORIA SISTEMELOR 2010

Un sistem este definit de cinetica componentelor sale, dar si de relatiile sale cu mediul extern. De aceea intervin multimile X ale intrarilor si Y ale iesirilor, care variabile fiind determina o serie de stari S1, S2 sau S3.

X1, X2, X3

Y1, Y2, Y3

Page 18: TEORIA SISTEMELOR 2010

CELULA CA SISTEM - CELULA CA SISTEM - reprezentare schematica reprezentare schematica

Nucleu

ADN

Mitocondrie(centrala energetica)

Ribozom(fabrica de proteine)

Materie

Carburant Membrana

Citoplasma

Deseuri

Lucru metabolic

Informatie Informatie

Page 19: TEORIA SISTEMELOR 2010

1. 1. Conceptul de sistem: definiţie, clasificări, Conceptul de sistem: definiţie, clasificări, exempleexemple

2. 2. Delimitarea structurală şi funcţională a unui Delimitarea structurală şi funcţională a unui sistemsistem

3. 3. Deosebirile dintre sistemele deschise vii şi Deosebirile dintre sistemele deschise vii şi neviinevii

4. 4. Principiile termodinamicii în cazul Principiile termodinamicii în cazul biosistemelorbiosistemelor

5. 5. Caracteristici generale ale biosistemelorCaracteristici generale ale biosistemelor

6. 6. Cibernetica şi biocibernetica Cibernetica şi biocibernetica

7. 7. Condiţii şi moduri de abordare a sistemelor Condiţii şi moduri de abordare a sistemelor pentru studiupentru studiu

Page 20: TEORIA SISTEMELOR 2010

Un sistem se delimiteaza STRUCTURAL si FUNCTIONAL.

STRUCTURAL

1. o frontiera mai mult sau mai putin permeabila

2. componente care pot fi identificate, denumite si clasificate

3. o retea de relatii, transport si comunicare, care vehiculeaza materie, energie sau informatie sub diverse forme

4. rezervoare in care se afla stocate materie, energie, informatie

Page 21: TEORIA SISTEMELOR 2010

FUNCTIONAL

1. Fluxuri de materie diversa

2. Centrii de decizie care primesc informatii si le transforma in actiuni.

transformariprodusi,deseuri

materieenergie

informatie

R

Page 22: TEORIA SISTEMELOR 2010

3. Bucle de feed-back

4. Un timp de raspuns – pentru efectuarea ajustarilor sau a corectiilor necesare functionarii optime a sistemului

INTRARE SISTEM IESIRE

Page 23: TEORIA SISTEMELOR 2010

D.p.d.v. al conexiunilor si interactiunilor cu sistemele inconjuratoare se pot

distinge 3 categorii de sisteme:

- izolate (teoretic)

- inchise (numai schimburi energetice, nu si materiale cu mediul inconjurator)

- deschise (sisteme biologice si anorganice)

Page 24: TEORIA SISTEMELOR 2010

Sistemele vii – VIATA

“o insula de antientropie intr-un univers entropic” - Schrodinger

- autoreproducerea – dimanimica nonliniara

- mutatia – haos determinist

- metabolismul

Organismul este alcatuit dintr-o serie de subsisteme, sisteme si supersisteme ierarhizate. Ex.: 3 supersisteme (nervos, imun si endocrin).

Page 25: TEORIA SISTEMELOR 2010

1. 1. Conceptul de sistem: definiţie, Conceptul de sistem: definiţie, clasificări, exempleclasificări, exemple2. 2. Delimitarea structurală şi Delimitarea structurală şi funcţională a unui sistemfuncţională a unui sistem3. 3. Deosebirile dintre sistemele deschise Deosebirile dintre sistemele deschise vii şi neviivii şi nevii4. 4. Principiile termodinamicii în cazul Principiile termodinamicii în cazul biosistemelorbiosistemelor5. 5. Caracteristici generale ale Caracteristici generale ale biosistemelorbiosistemelor6. 6. Cibernetica şi biocibernetica Cibernetica şi biocibernetica 7. 7. Condiţii şi moduri de abordare a Condiţii şi moduri de abordare a sistemelor pentru studiusistemelor pentru studiu

Page 26: TEORIA SISTEMELOR 2010

III. Deosebirile dintre sistemele deschise vii (biosisteme) şi sistemele nevii (anorganice)Deosebiri Schimburile de materie şi energie - vitale pentru biosisteme - produc dezagregarea sistemelor nevii Cunoaşterea structurilor şi funcţiilor - insuficientă pentru biosisteme - suficientă în cazul sistemelor nevii Toate biosistemele sunt cibernetice - dar numai o parte a sistemelor nevii Deosebiri d.p.d.v. energeticToate sistemele se supun principiilor termodinamicii, dar biosistemele prezintă o serie de particularităţi legea I – a conservării energiei legea II – a entropiei (gr. entropus)

Page 27: TEORIA SISTEMELOR 2010

1. 1. Conceptul de sistem: definiţie, Conceptul de sistem: definiţie, clasificări, exempleclasificări, exemple2. 2. Delimitarea structurală şi Delimitarea structurală şi funcţională a unui sistemfuncţională a unui sistem3. 3. Deosebirile dintre sistemele deschise Deosebirile dintre sistemele deschise vii şi neviivii şi nevii4. 4. Principiile termodinamicii în cazul Principiile termodinamicii în cazul biosistemelorbiosistemelor5. 5. Caracteristici generale ale Caracteristici generale ale biosistemelorbiosistemelor6. 6. Cibernetica şi biocibernetica Cibernetica şi biocibernetica 7. 7. Condiţii şi moduri de abordare a Condiţii şi moduri de abordare a sistemelor pentru studiusistemelor pentru studiu

Page 28: TEORIA SISTEMELOR 2010

Studiul diferitelor tipuri de transformări de energie care se produc în organismele vii se numeşte bioenergetică. Prin energie (E, W) în fizică se înţelege mărimea care măsoară

capacitatea unui sistem de a modifica starea altor sisteme cu care acesta intră în interacţiune. Ca urmare a acestei

interacţiuni se pot produce efecte: mecanice (E mecanică), calorice (E termică), electrice (E electronică), magnetice (E magnetică), sonore (E sonoră), chimice (E chimică),

nucleare (E nucleară). Energia se exprimă prin posibilitatea pe care o are corpul de a efectua un anumit lucru mecanic şi

se măsoară în jouli (J).

Termodinamica reprezintă studiul modificărilor energetice care însoţesc diferitele evenimente din univers.

Termodinamica biologică reprezintă acelaşi studiu concentrat asupra biosistemelor.

Page 29: TEORIA SISTEMELOR 2010

Legea 0 - sta la baza, sustine definitia notiunii de temperatura.

Legea 1 - conservarea energiei, cu mentiunea ca tot o forma de energie este si caldura.

Legea 2 - entropia unui sistem macroscopic izolat nu scade niciodata.

Legea 3 - entropia unui cristal perfect este 0.

Legea 4 - speculativa, controversata.

Page 30: TEORIA SISTEMELOR 2010

Primul principiuPrimul principiu

ΔU = Q + W

Principiul al II-leaPrincipiul al II-lea

Formula lui Boltzmann

S = k ln N

Orice insulă de viaţă ---> generează entropie

Legea conservării energiei

U = suma energiilor (c + p) particulelor din sistem

Q = variaţie a U prin agitaţie termică

W (sau L) = variaţie a U prin mişcări ordonate ale unui număr mare de particule (osmotic, chimic, electric).

Muşchiul - generator de Q

Entropia unui cristal perfect este nulă, ln 1 = 0Cu cât sistemul e mai dezordonat, S creşte

In natură -> tendinţă la entropie maximă. Ori, organismele vii îndeosebi în prima parte a vieţii îşi măresc gradul de ordine, iar entropia lor în loc să crească scade.

Page 31: TEORIA SISTEMELOR 2010

În ştiinţele naturii se numeşte principiu un enunţ logic rezultat din generalizarea unor constatări experimentale.

Nu poate fi dedus, nici demonstrat; poate fi însă verificat în oricâte cazuri particulare.

Este valabil atât timp cât nu este contrazis ferm de nici un fapt experimental nou.

Page 32: TEORIA SISTEMELOR 2010

Principiul I

ΔU = Q + L

Principiul I

ΔU = Q + L

ΔU = variatia energiei interne

Q = căldura absorbită, schimbată cu mediul

L = lucrul mecanic efectuat variaţie a U prin mişcări ordonate ale unui număr mare de particule (osmotic, chimic, electric).

Sistem izolat:

Q = 0, L = 0 ΔU = 0 Energia totală a unui sistem izolat se conservă.

Marea majoritate a proceselor biologice se

desfăşoară la presiune constantă: H = U + pV

ΔH = ΔU + p ΔV = ΔU + Lp = Qp

Variaţia entalpiei între 2 stări reprezintă căldura schimbată de sistem într-un proces izobar.

Page 33: TEORIA SISTEMELOR 2010

ΔH = Qp

ΔH creşte atunci când primeşte Q.

ΔH scade atunci când cedează Q mediului înconjurător.

Reacţiile chimice (biochimice) sunt exoterme - degajă Q, deci ΔH scade.

Reacţiile chimice (biochimice) sunt endoterme - absorb Q, deci ΔH creşte.

Page 34: TEORIA SISTEMELOR 2010

Q = ΔU + L = ΔU + p ΔV = Δ(U + pV) = ΔH

APLICAŢIE = contracţia musculară

Muşchiul - generator de Q:Q1, Q5 - căldura de repausQ2 - căldura de menţinere a forţeiQ3 - căldura de menţinere + căldura de scurtareQ4 - căldura de relaxare

ΔU = Q + FΔx

ΔU apare ca rezultat al unor reacţii biochimice: hidroliza ATP, reacţia creatin-kinazei, reacţia miokinazei.

Calcul: ΔU mol x nr. de moli reactanţi consumaţi.

Page 35: TEORIA SISTEMELOR 2010

Muschiul produce mai multă căldură si mai mult lucru mecanic

Muschiul produce mai multă căldură si mai mult lucru mecanic

decât

Experimental se constată:

- variaţia energiei libere (entalpiei) din reacţiile chimice,

- şi din procesele fizice cunoscute în muşchi

- variaţia energiei libere (entalpiei) din reacţiile chimice,

- şi din procesele fizice cunoscute în muşchi

În concluzie: în muşchi au loc şi alte procese, necunoscute încă.

Page 36: TEORIA SISTEMELOR 2010

Principiul II – al entropieiDaca o cantitate de caldura ΔQ este absorbita reversibil de catre un sistem la temperatura T (izoterm), entropia sistemului S creste

cu ΔS = ΔQ / T

Sistem izolat -

proces reversibilB

T-dT

A

dQ

B

T+dT

A

dQ

dSB = dQ / T dSA = - dQ / T

dS = dSA + dSB = dQ / T + - dQ / T = 0

In orice proces reversibil variatia totala a entropiei este nula.

Page 37: TEORIA SISTEMELOR 2010

Sistem izolat -

proces ireversibil

T1 > T2B

T2

A

ΔQ

T1

ΔSB = ΔQ / T2

ΔSA = - ΔQ / T1

Variatia entropiei intregului sistem este:

ΔS = ΔSA + ΔSB = - ΔQ / T1 + ΔQ / T2 > 0 (T1 > T2)

In orice transformare ireversibila entropia sistemului creste.

Page 38: TEORIA SISTEMELOR 2010

a

b

dc

a

b

c

d

Probabilitatea ca o moleculă să se afle într-o anumită jumătate a recipientului este ½. Probabilitatea ca toate cele 4 molecule să se afle în aceeaşi jumătate a recipientului este egală cu produsul probabilităţilor pentru fiecare moleculă în parte:

P = ½ x ½ x ½ x ½ = (½)4 = 1/16

Page 39: TEORIA SISTEMELOR 2010

a

b

dc

Toate moleculele se află într-un compartiment, ordinea este maximă.

Probabilitatea de realizare a stării P este 1/16, probabilitatea termodinamică N = 1, entropia este minimă.

Page 40: TEORIA SISTEMELOR 2010

a

b

c

d

Toate moleculele se află egal repartizate între cele 2 compartimente, corespunzând echilibrului termodinamic, dezordinea este maximă.

Probabilitatea de realizare a stării P este 6/16, probabilitatea termodinamică N = 6, entropia este maximă.

Page 41: TEORIA SISTEMELOR 2010

Nr. molec. Nr. molec. stg.stg.

Nr. Nr. molec. molec.

dr.dr.

molec. molec. stg.stg.

molec. dr.molec. dr. NN PP

00 44 -- a,b,c,da,b,c,d 11 1/161/16

11 33 aa

bb

cc

dd

b,c,db,c,d

a,c,da,c,d

a,b,da,b,d

a,b,ca,b,c

44 4/164/16

22 22 a,ba,b

a,ca,c

a,da,d

b,cb,c

b,db,d

c,dc,d

c,dc,d

b,db,d

b,cb,c

a,da,d

a,ca,c

a,ba,b

66 6/166/16

33 11 a,b,ca,b,c

a,b,da,b,d

a,c,da,c,d

b,c,db,c,d

dd

cc

bb

aa

44 4/164/16

44 00 a,b,c,da,b,c,d -- 11 1/161/16

ab

dc

a

b

dc

ab

dc

ab

dc

Page 42: TEORIA SISTEMELOR 2010

Formula lui Boltzmann

S = k ln N

K = constanta lui Boltzmann

Formula lui Boltzmann

S = k ln N

K = constanta lui Boltzmann

Starea cea mai probabila P = 6/16 este si starea cu probabilitate termodinamica maxima N = 6. In orice stare s-ar afla moleculele tind sa treaca in starea de cea mai mare probabilitate, trecerea inversa fiind foarte putin probabila. Pe de alta parte un sistem termodinamic tinde sa treaca dintr-o stare oarecare intr-o stare de entropie mai mare. Rezulta deci ca entropia este o functie de probabilitate.

Page 43: TEORIA SISTEMELOR 2010

ENTROPIA este deci o masura a DEZORDINII unui sistem.

Cu cat sistemul este mai ordonat cu atat entropia lui este mai mica.

In ex. nostru sistemul are entropie minima cand toate cele 4 molecule se afla in aceeasi jumatate de recipient. Sistemul tinde insa in mod spontan spre starea de entropie maxima.

Dat fiind ca intr-un proces ireversibil o parte din Q absorbita este folosita pentru crestera entropiei rezulta ca lucrul maxim posibil este produs atunci cand sistemul se desfasoara reversibil.

Page 44: TEORIA SISTEMELOR 2010

Organismele

- preiau din mediu hrana - molecule complexe cu entropie variata (primesc din mediu entropie negativa = negentropie),

-- elimina in mediu molecule simple ce rezulta din arderea primelor (molecule cu entropie pozitiva)

Orice insulă de viaţă -> generează entropie

“viata o insula de antientropie intr-un univers entropic” - Schrodinger

Page 45: TEORIA SISTEMELOR 2010

Ordine = entropie nula

Dezordine, haos = entropie maxima

Page 46: TEORIA SISTEMELOR 2010

Entropia unui cristal perfect

este 0.

Page 47: TEORIA SISTEMELOR 2010

1. 1. Conceptul de sistem: definiţie, Conceptul de sistem: definiţie, clasificări, exempleclasificări, exemple2. 2. Delimitarea structurală şi Delimitarea structurală şi funcţională a unui sistemfuncţională a unui sistem3. 3. Deosebirile dintre sistemele deschise Deosebirile dintre sistemele deschise vii şi neviivii şi nevii4. 4. Principiile termodinamicii în cazul Principiile termodinamicii în cazul biosistemelorbiosistemelor5. 5. Caracteristici generale ale Caracteristici generale ale biosistemelorbiosistemelor6. 6. Cibernetica şi biocibernetica Cibernetica şi biocibernetica 7. 7. Condiţii şi moduri de abordare a Condiţii şi moduri de abordare a sistemelor pentru studiusistemelor pentru studiu

Page 48: TEORIA SISTEMELOR 2010

V. Caracteristici generale ale biosistemelor

BIOSISTEMELE prezintă o serie de caracteristici generale:

Sunt rezultatul unei evoluţiiConsecinţă - nu este suficientă cunoaşterea parametrilor actuali, este necesară şi cunoaşterea trecutului - evoluţia sistemului

Exemple: - medic - anamneza - studiul personalităţii

umane (genotip, fenotip) - ereditate + mediu

Page 49: TEORIA SISTEMELOR 2010

Genetics: Separated Twins, Environment

and IQ

The Washington Post

October 15, 1990, William Booth

University of Minnesota

50 perechi de gemeni monozigoti:

- 70 % - ereditatii

- 30 % - factorilor de mediu

Page 50: TEORIA SISTEMELOR 2010

Au caracter informaţional în sistemele tehnice generarea unor forme de energie din alte forme de energie; în biosisteme -> transformările energetice -> recepţia, prelucrarea, acumularea şi transmiterea informaţiilor. uneori informaţia este alterată. Pentru a preveni acest fenomen este necesar ca mesajul să fie în formă dezvoltată. Surplusul de mesaj care asigură transmiterea lui corectă se numeşte redundanţă.Ex.: mesajul repetat conţinut în garnitura cromozomială dublă. IntegralitateaProprietăţile unui biosistem nu se reduc la suma însuşirilor părţilor sale componente, ci reprezintă însuşiri structurale şi funcţionale noi, pe care nu le au părţile componente.

Page 51: TEORIA SISTEMELOR 2010

Programul - orice modificare posibilă pe viitor pe baza schimbului de ENERGIE, SUBSTANTA, INFORMATIE

TIPURI DE PROGRAME:- programul propriu - autoconservarea sistemului (digestie, apărare, reproducere);- programe inferioare - ale sistemelor subordonate;- programe superioare - ale sistemelor din care face parte sistemul (Ex.: tesut - celule)Exemple: - capilare cerebrale ------- capilare musculare

Page 52: TEORIA SISTEMELOR 2010

Exemple: - capilare cerebrale - capilare musculare

- joncţiuni (gap) strânse - gap largi BHE

Exemple: - celulele suşă

Page 53: TEORIA SISTEMELOR 2010

Echilibrul dinamic sau starea staţionară (steady-state): consecinţa faptului că biosistemele întreţin permanent schimburi de substanţe, energie şi informaţie. Exemplu: biopotenţialul de repaus.

Complexitatea sistemelor: sisteme fuzzy, procese cu dinamică non-lineară (teoria catastrofelor), ordine, dezordine, autoorganizare, teoria haosului determinist (HAOS - struct., funcţional), la baza unor funcţii şi structuri se află module moleculare complexe.

Page 54: TEORIA SISTEMELOR 2010

Autoreglarea: La nivelul biosistemelor se disting procese de reglare şi de control datorită capacităţii acestora de a recepţiona, produce şi emite informaţie. Prelucarea optimă a informaţiei şi rezistenţa biosistemelor la diverse perturbări este asigurată prin mecanisme de tip cibernetic.

Page 55: TEORIA SISTEMELOR 2010

1. 1. Conceptul de sistem: definiţie, Conceptul de sistem: definiţie, clasificări, exempleclasificări, exemple2. 2. Delimitarea structurală şi Delimitarea structurală şi funcţională a unui sistemfuncţională a unui sistem3. 3. Deosebirile dintre sistemele deschise Deosebirile dintre sistemele deschise vii şi neviivii şi nevii4. 4. Principiile termodinamicii în cazul Principiile termodinamicii în cazul biosistemelorbiosistemelor5. 5. Caracteristici generale ale Caracteristici generale ale biosistemelorbiosistemelor6. 6. Cibernetica şi biociberneticaCibernetica şi biocibernetica 7. 7. Condiţii şi moduri de abordare a Condiţii şi moduri de abordare a sistemelor pentru studiusistemelor pentru studiu

Page 56: TEORIA SISTEMELOR 2010

Cibernetica şi biocibernetica :Cibernetica şi biocibernetica : origine, definiţie, domeniiorigine, definiţie, domenii conceptul de informaţie, unităţi de conceptul de informaţie, unităţi de

măsură, cantitate de informaţiemăsură, cantitate de informaţie transmisia informaţiei, tipuri de transmisia informaţiei, tipuri de

semnale, canal de transmisiesemnale, canal de transmisie caracteristici ale informaţiei din caracteristici ale informaţiei din

organism în funcţie de vârstăorganism în funcţie de vârstă sisteme cibernetice şi sisteme cibernetice şi

biociberneticebiocibernetice patologia în relaţie cu informaţiapatologia în relaţie cu informaţia

Page 57: TEORIA SISTEMELOR 2010

CIBERNETICA[gr. kibernan = a dirija, kibernat = a dirija o corabie, a guverna; kibernitis = pilot, guvernator]Etimologic, deci, cibernetica ar fi ştiinţa pilotajului, a guvernării, a controlului.

Norbert Wiener, matematician

Arthuro Rosenblueth, fiziolog la Facultatea de Medicină a Universităţii Harvard, colaborator al lui Walter Cannon (conceptul de homeostazie - menţinerea unor condiţii constante ale mediului intern).

CIBERNETICA (dec. 4, sec. XX)

Page 58: TEORIA SISTEMELOR 2010

Norbert Wiener

Page 59: TEORIA SISTEMELOR 2010

1948 - 2 lucrări fundamentale

1. WIENER – Cibernetica sau ştiinţa comenzii şi comunicării la fiinţe şi maşini

2. SHANNON - Teoria matematică a comunicării

ISTORIC

Page 60: TEORIA SISTEMELOR 2010

DEFINIŢIE

Norbert Wiener:Ştiinţa modurilor de recepţie,

păstrare, transformare şi utilizare a informaţiei de către maşini,

organisme vii sau asocieri ale acestora.

O definiţie actuală:Studiul proceselor de

comandă şi de comunicare la fiinţele vii, la maşini şi în

sistemele sociologice sau economice.

Se disting:

1. cibernetica teoretică şi 2. cibernetica aplicată.

1. Elementele de bază ale ciberneticii teoretice sunt teoria informaţiei, teoria algoritmilor şi teoria sistemelor cu reglare automată. Aceste teorii au ca obiect studiul sistemelor destinate elaborării de informaţii.

Page 61: TEORIA SISTEMELOR 2010

2. Domeniile principale ale ciberneticii aplicate sunt:a. tehnicăb. economicăc. medicală, d. biocibernetica

Rol în dezvoltarea ciberneticii:

- iniţial ştiinţele biologice

- ulterior automatizarea electronică şi dezvoltarea tehnicii de calcul

Page 62: TEORIA SISTEMELOR 2010

În timp, studiul informaţiei în sine s-a detaşat de cibernetică, apărând teoria informaţiei şi informatica, al căror obiect este modul de transmitere şi prelucrare automată a informaţiilor (codificare, decodificare, valorificare, conservare –

stocare etc.).

În prezent, rădăcina ciber se extinde:- ciberspaţiu (engl. cyberspace, fr. cybermonde, cyberspace): spaţiu virtual ce cuprinde comunitatea internauţilor şi resursele de informaţii numerice accesibile în cadrul reţelelor de calculatoare;- cibernaut: utilizator al unui sistem de realitate virtuală sau a unei reţele Internet;- cyberkeley: utopie a unui ciberspaţiu care permite accesul generalizat la cunoaştere, libertate de cercetare şi de creaţie.

Page 63: TEORIA SISTEMELOR 2010

SISTEME CIBERNETICE

Sisteme închise sau şi cu reglare automată sunt prevăzute cu un transport de informaţie, de la ieşire spre intrare, prin care se compară efectul produs cu mărimea de intrare. Acest transport recurent de informaţie este denumit în cibernetică feedback (în engl. – „a alimenta înapoi”) sau conexiune inversă (alte sinonime în română: aferentaţie inversă, aferentaţie recurentă, retroreacţie, retroacţiune etc.).

Page 64: TEORIA SISTEMELOR 2010

Există 2 tipuri de feedback:

1. negativ - care compensează variaţiile mărimii de ieşire

2. pozitiv - amplifică variaţiile mărimii de ieşire

Page 65: TEORIA SISTEMELOR 2010

receptor calea senzitivămodulator (centru

de comandă)calea motorie efectorul

conexiunea inversă

Page 66: TEORIA SISTEMELOR 2010

HIPOTALAMUS

nucleul paraventricular

HIPOFIZA

celulele tirotrope

T3 T4

+/- TRH

TIROIDA

Page 67: TEORIA SISTEMELOR 2010

Schema procesului de Schema procesului de autoreglare celularaautoreglare celulara

ADN - operator al sintezei proteinelor

Enzime specializa

te

Metaboliti

feed-back

Reglare biochimi

ca

feed-back

(blocaj direct)

feed-before

sau

feed-back scurt

Page 68: TEORIA SISTEMELOR 2010

INFORMAŢIE

Definiţie:Este extrem de dificil de definit informaţia, ca în cazul tuturor noţiunilor de mare generalitate (cum sunt materia, energia, timpul, spaţiul, viaţa).

Câteva definiţii ale informaţiei:- dată inteligibilă, de orice natură, măsura noutăţii conţinutului unui mesaj recepţionat,- formulare ce descrie un element dintr-un sistem structurat,- în informatică: element de cunoaştere care poate fi codificată pentru conservare (stocare), tratare (procesare) sau pentru comunicare.

Page 69: TEORIA SISTEMELOR 2010

Natura informaţiei:Informaţia nu este nici materie, nici energie, dar pentru a fi transmisă sau recepţionată are nevoie de un suport material şi de un consum de energie. Informatia leagă între ele părţi determinante ale unui sistem şi nu poate exista în lipsa evenimentelor care se petrec în sistem.

Cantitatea de informaţie:Cantitatea de informaţie furnizată de realizarea unui eveniment este legată de probabilitatea de realizare a evenimentului respectiv şi anume:ea este cu atât mai mare cu cât probabilitatea este mai mică (adică nedeterminarea este mai mare).

Page 70: TEORIA SISTEMELOR 2010

Shannon a stabilit formula cantităţii de informaţie:

Deci cantitatea de informaţie este invers proporţională cu probabilitatea pe scară logaritmică.Informaţia adusă de realizarea evenimentului este sigur nulă (ştim dinainte că se va realiza cu siguranţă), iar cea adusă de evenimentul imposibil este infinită.

Page 71: TEORIA SISTEMELOR 2010
Page 72: TEORIA SISTEMELOR 2010

Unitatea de măsură a cantităţii de informaţie:Se consideră cazul cel mai simplu, când probabilitatea de realizare a unui mesaj este ½ (înlăturarea nedeterminării cu privire la un experiment cu două posibilităţi echiprobabile):

Page 73: TEORIA SISTEMELOR 2010

Pentru motivul că s-a considerat cazul binar, unitatea a fost

denumită bit, acronim de la binary digit. S-a încercat şi introducerea unor unităţi pe baza logaritmilor naturali sau zecimali (nit-ul sau dit-ul), dar caracterul binar al componentelor elementare ale circuitelor logice utilizate la calculatoare a impus păstrarea bit-ului.Cu ajutorul formulei entropiei informaţionale se poate calcula cantitatea de informaţie: - o literă dintr-un text scris poartă o informaţie de 1-4 biţi, - o pagina tipărită, cu 2 000 - 3 000 litere - - - 102 biţi.

În cazul organismului este important fluxul de informaţie (cantitatea de informaţie pe unitatea de timp). Debitul de informaţie se exprimă în unitatea denumită baud:

1 baud = 1 bit / secundă

Page 74: TEORIA SISTEMELOR 2010

Exemple:

- fluxul de informaţie transmis prin vorbirea curentă este de circa 200 bauds,

- fluxul de informatie sub formă de semnale recepţionate de organismul uman a fost evaluat la 107 bauds, din care 2 x 104 bauds pe calea analizorului vizual.

Page 75: TEORIA SISTEMELOR 2010

- - transmisia informaţiei, transmisia informaţiei, tipuri de semnale, canal tipuri de semnale, canal

de transmisiede transmisie - -

Page 76: TEORIA SISTEMELOR 2010

Ex.: vocea umana

Page 77: TEORIA SISTEMELOR 2010

Digitale - se pot masura

- de ex., frecventa pulsului, a respiratiei etc.

Analoge - toti parametrii biochimici

- de ex. glicemia

glicemia

timp

100 mg /dl

87 109

116

106

Page 78: TEORIA SISTEMELOR 2010
Page 79: TEORIA SISTEMELOR 2010

1. 1. Conceptul de sistem: definiţie, Conceptul de sistem: definiţie, clasificări, exempleclasificări, exemple2. 2. Delimitarea structurală şi Delimitarea structurală şi funcţională a unui sistemfuncţională a unui sistem3. 3. Deosebirile dintre sistemele deschise Deosebirile dintre sistemele deschise vii şi neviivii şi nevii4. 4. Principiile termodinamicii în cazul Principiile termodinamicii în cazul biosistemelorbiosistemelor5. 5. Caracteristici generale ale Caracteristici generale ale biosistemelorbiosistemelor6. 6. Cibernetica şi biocibernetica Cibernetica şi biocibernetica 7. 7. Condiţii şi moduri de abordare a Condiţii şi moduri de abordare a sistemelor pentru studiusistemelor pentru studiu

Page 80: TEORIA SISTEMELOR 2010

VII. Condiţii şi moduri de abordare

a sistemelor pentru studiu

Conditii:

1. Individualizarea sistemului

2. Delimitarea excitatiei (perturbarii)

3. Obtinerea unei reactii masurabile

Page 81: TEORIA SISTEMELOR 2010
Page 82: TEORIA SISTEMELOR 2010
Page 83: TEORIA SISTEMELOR 2010
Page 84: TEORIA SISTEMELOR 2010
Page 85: TEORIA SISTEMELOR 2010
Page 86: TEORIA SISTEMELOR 2010
Page 87: TEORIA SISTEMELOR 2010