Инфодинамика, Обобщённая энтропия и негэнтропия - Лийв Э Х. Страница 28

Хотя переход системы от преобладающей формы массы в форму энергии или ОНГ теоретически возможен, общие закономерности таких переходов маловыяснены. Известны только условия и технология превращения массы в энергию путём ядерных реакций и взрывов. Энергия и ОНГ могут превращаться друг в друга в космосе, где имеются огромные запасы гравитационной энергии, которая является одно-временно запасом ОНГ (ОЭ гравитационной энергии счи-тается равным нулю).

В обычных наземных условиях практически не наблю-дается процессов превращений массы, энергии или ОНГ друг в друга. Поэтому в этих условиях и в условно изолированных системах можно исходить отдельно из постоянства массы, из постоянства энергии и из предельных значений ОЭ и ОНГ. Это значит, что в такой системе самопроизвольно ОЭ не может уменьшаться и ОНГ не может увеличиваться.

Практическое значение законов сохранения заключается в возможности составления балансов массы, энергии и ОНГ и определения пределов применения разных процессов и операций внутри условно изолированной системы. Это даёт возможность в ранних стадиях поиска отсеивать явно не-эффективные решения и операции, балансы массы, энергии или ОНГ, которые не удовлетворяют целевым критериям.

В мире не существует полностью изолированных систем. Однако, исследование условно изолированных моделей часто помогает выяснить характер и направление процессов массо-, энерго- и инфообмена внутри системы. Сложнее сос-тавлять балансы для открытых систем, обменивающих мас-сой, энергией и ОНГ с другими системами, в т.ч. с окру-жающей средой. В таком случае учитывают притоки и оттоки составляющих и предельно возможные величины ОЭ и ОНГ.

1. Вместо данной системы рассматривается более общая система, состоящая из системы и окружающей среды. Разу-меется и в этой общей системе действуют все законы сохранения.

2. Вместо системы рассматривается комплекс из двух или более систем, обладающие одинаковыми целевыми кри-териями и инфоканалами.

3. Вместо изолированной системы рассматривается открытая система со всеми входами и выходами массы, энер-гии и информации. Формулы для составления баланса следующие:

Мн + М1 - М2 = Мк

Qн + Q1 - Q2 = Qк

ОНГн + И1 - И2 ? ОНГк

где: Мн, Qн, ОНГн, - масса, энергия и ОНГ систем в начале процесса,

Мк, Qк, ОНГк, - масса, энергия и ОНГ в конце процесса,

М1, Q1, И1, - поступающие в систему масса, энергия и информация,

М2, Q2, И2, - выходящие из системы масса, энергия и информация. масса S М1 ???R энергия S Q1 ???R инфо S И1 ???R Система Мн R Мк Qн R Qк ОНГн R ОНГк масса ???R S М2 энергия ???R S Q2 инфо ???R S И2

Нетрудно видеть в указанных формулах аналогию с форму-лой давно известного бухгалтерского баланса:

Дн + Д1 - Д2 = Дк или Дн + Д1 = Дк + Д2 Доходы Расходы (пассив) (актив)

где: Дн и Дк Наличные деньги, или средства в начале и конце периода,

Д1 и Д2 Приходы и расходы денег, или средств.

Аналогия обоснована, так как одной из функцией денег является служить мерой количества товаров, энергии и информации. Тем самым деньги сами частично приобретают свойства информации. Практически по их движению можно сделать выводы о потоках информации. Однако, не всю ин-формацию можно измерить деньгами. Кроме денежного баланса требуется ещё составление баланса ОНГ (веро-ятностную).

Методы баланса используют широко в разных областях науки. Например, балансы теплоты в климатологии, балансы энергии в энергетике, балансы воды в гидрологии. Вместе с другими данными они помогают составлять систем уравнений, которые точнее описывают процессы в системах и между системами. Дополнительные данные можно получить при сос-тавлении уравнений баланса ОЭ и ОНГ. При этом уве-личивается количество уравнений, описывающих состояние системы и возможности расчёта большего количества не-известных параметров. Однако, составление балансов ОНГ значительно сложнее, чем балансов вещества и энергии. Определение ОНГ связано с установлением цели, условных вероятностей и других характеристик. Во вторых, ОНГ легче рассеивается в окружающую среду или превращается в энергию более низкого уровня и эти процессы трудно учесть в балансах. Тем не менее во многих случаях можно достаточной точностью установить предельные значения (минимум ОЭ и максимум ОНГ) которые дают возможность отсеивать явно неэффективные решения и варианты. Вероятность их соот-ветствия установленным критериям небольшая.

Расчёты ОЭ и ОНГ обычно требуют учёта многих фак-торов, целей и структурных особенностей систем. Дальней-ших исследований требуют взаимоотношения ОЭ и ОНГ: можно ли говорить о постоянстве их суммы или о других зависимостях? В ряде случаев, например, при выборе модели с постоянной максимально возможной ОЭ, зависимость суммирования наблюдается. Действительно, при введении в такую систему информации, соответственно уменьшается ОЭф и увеличивается ОНГф, то есть:

ОЭф + ОНГф = ОЭмакс = const.

В реально существующих системах, однако, оказывают влияние много дополнительных факторов, которые не дают возможность применять вышеуказанную формулу. Во пер-вых, часто неизвестно максимально возможная ОЭ системы. Она может приближаться к бесконечности (реальные систе-мы) или изменятся (в моделях обычно увеличивается) в ходе процессов, происходящих в системе. Имеется ряд общих положений, которые помогают приближённо моделировать систему, установить её основные критерии и ограничения. Исходные положения для расчёта ОЭ и ОНГ комплекса систем следующие.

1. ОЭ комплекса независимых (по влиянию на цель) систем не может быть меньше, чем сумма условных энтропий всех отдельных систем и в изолированном комплексе не мо-жет уменьшаться.

2. В случае существования зависимостей (информа-ционных связей) между отдельными системами, соответст-вующие изменения ОЭ и ОНГ учитываются при расчёте этих величин комплекса систем. В общем, чем больше инфор-мационных связей, тем меньше ОЭф и больше ОНГф .

3. ОНГ комплекса всех независимых систем не может быть больше, чем сумма ОНГ всех отдельных систем и она в изолированном комплексе систем не может увеличиваться. Зависимые системы могут иметь дополнительную ОНГ.

4. В случае открытых систем необходимо при состав-лении баланса учитывать с дополнительным поступлением и удалением (вводом и выводом) ОНГ и ОЭ. При этом, чем больше в системе раньше имеется ОНГ, тем более эффек-тивно она использует дополнительно поступающую инфор-мацию и превращает её в дополнительную ОНГ.

5. Невозможно создать балансы информации так как они зависят полностью от ОНГ принимающей её системы и информация является характеристикой процесса, а не состо-яния системы. Балансы можно составлять на ОНГ или ОЭ, правильнее балансы-ограничения (неравенства).

6. Балансы можно составлять только относительно опре-делённой цели или результата. Это значит, что все состав-ляющие балансов ОНГ и ОЭ будут определены только отно-сительно определённых целей, событий или результатов. Это не уменьшает ценность полученных данных, так как даёт возможность прогнозировать вероятность достижения конк-ретной цели или результата.

Указанные положения можно распространять на комп-лексы систем любой сложности. Например, такие системы как человеческий мозг, состоят из десятков миллиардов нервых клеток. Экономические системы государства состоят из миллионов людей, фирм, организаций и предприятий. Конечно, чем больше систем в комплексе, тем более слож-ными и многочленными становятся сами балансы. Однако, необязательно рассматривать отдельно каждую микросистему. Их можно обычно разделить по функциональным или структурным признакам в отдельные совокупности систем и рассматривать последние в качестве самостоятельных систем. В этом и заключается преимущество балансового метода, что он даёт возможность выяснить существенные и несу-щественные элементы-системы в комплексе и сосредоточить большее внимание на существенные. Последние системы име-ют больше ОНГ или наоборот, больше ОЭ. Оба варианта являются существенными. Системы или элементы, которые сильно увеличивают ОЭ комплекса, резко уменьшают веро-ятность достижения цели или результата и их действие необ-ходимо ограничить. Зато те системы (элементы, факторы), которые значительно увеличивают ОНГ, увеличивают веро-ятность достижения цели и их влияние необходимо всячески усиливать.