ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Концепция оптимальности биосистем из "Теория управления и биосистемы Анализ сохранительных свойств" И в самом деле часто используется именно как средство достижения оптимальности в заранее неизвестных условиях [237,238]. [c.101] Достижение хорошего качества процессов в системе (или даже оптимальности) за счет адаптации обычно связано с включением в систему дополнительных более или менее сложных устройств переработки информации. Поэтому сложные адаптивные системы могут служить адекватной моделью адаптивного поведения достаточно высокоорганизованных живых организмов, которые могут с помощью хорошо развитого аппарата обработки информации производить оценку вероятностных характеристик внешней среды и реагировать в соответствии с этими оценками. В живых системах надорганизменного и суборганиз-менного уровня процессы адаптации должны протекать на более простом в смысле алгоритмического обеспечения уровне. Одним из простейших возможных механизмов адаптации является использование параметрических обратных связей. [c.101] Адаптивное поведение у живых организмов, осуществляемое при помощи параметрической обратной связи, рассматривается, в частности, в книге Р. Розена [175, гл. 11]. Адаптивный характер поведения системы при этом означает, что если ее реакция на данное воздействие не является предпочтительной, то в системе постепенно происходят такие изменения, которые позволяют достичь предпочтительного состояния. В нелинейных биологических системах адаптация осуществляется за счет того, что характеристики отдельных звеньев системы начинают меняться в зависимости от значений выходного сигнала системы (или каких-либо внутренних сигналов). [c.101] Интересно, что Р. Розен, развивая идею оптимальности биологических систем, невольно наталкивает здесь читателя на еретическую мысль — вместо того, чтобы создавать сложные оптимальные конструкции и алгоритмы, биосистеме достаточно иметь простые механизмы типа параметрической обратной связи и, адаптируясь к условиям среды, достигать тех же внешних характеристик поведения, что и в оптимальной системе, но более простыми и надежными, хотя и более энергоемкими, способами. Оптимальность и адаптация при этом оказываются двумя различными и даже конкурирующими вариантами достижения одной цели — получения предпочтительного поведения биосистемы. [c.101] В последнее время, однако, термин оптимальность широко используется при описании биосистем в другом смысле, когда оптимальными являются свойства самих систем —их наилучшее функционирование (оптимальные процессы, оптимальные алгоритмы) или их строение (оптимальная структура). Оптимальность в биосистемах не только существенно по-разному понимается у разных авторов (хотя прототипом оптимальной биосистемы чаще всего является оптимальная система в технике), но и встречает принципиальные возражения. Сейчас, ознакомившись с основными представлениями теории управления, мы можем подробнее рассмотреть аргументы за и против этой концепции. [c.102] Для биолога, вникающего в глубинные процессы, происходящие в живой природе, характерно не только знание и понимание многих основных и частных закономерностей жизненных явлений. Содб зжательный язык, используемый им для описания биосистем, не избегает эмоционально окрашенных терминов. Изумительная приспособленность живых систем к условиям обитания, удивительное постоянство их внутренней среды — термины, к которым естественные науки охотно прибегают для характеристики процессов регуляции в биосистемах. Оптимальность, понимаемая как высокое качество биосистемы, ее наилучшая приспособленность, для естественных наук является поэтому понятием едва ли не само собой разумеющимся. Инженер, физик, а иногда и математик [366] со своей стороны часто склонны более трезво смотреть на то, что безусловно восхищает биолога. [c.102] Аналогичным образом иногда делаются допущения и об экстремальном характере процессов в живых системах. Таков, например, принцип наименьщего взаимодействия , предложенный в работе [51]. Суть этого принципа заключается в следующем. Для сложных управляющих систем типична структура, допускающая выделение относительно автономных подсистем. Для каждой из подсистем все остальные подсистемы относятся к внещней среде, и целесообразность поведения подсистемы проявляется в том, что в устойчивых состояниях все они стремятся функционировать как бы независимо, автономно. Система называется целесообразно работающей во внешней среде, если она минимизирует свое взаимодействие со средой. [c.103] Возможно, однако, что в такой общей форме этот принцип не будет достаточно конструктивным и потребуется его уточнение для каких-то более конкретных типов живых систем ведь даже для неживой природы экстремальные принципы формулируются лишь для отдельных классов явлений. [c.103] Другим источником представлений об оптимальности живых систем служит анализ эволюционных процессов живой природы. Нет сомнений в том, что эволюционный процесс имеет глубокие внутренние закономерности, приводящие к движению эволюции по своего рода экстремальным траекториям (см., например, [233]). В последних моделях эволюции биологических макромолекул отбор также интерпретируется как результат действия некоторого экстремального принципа [255]. [c.103] В наиболее развернутой форме различные аспекты принципа оптимальности в биологии описаны, пожалуй, в книге [175], имеющей, однако, тенденцию к популярности изложения. Основная идея этой книги может быть сформулирована следующим образом живые организмы, пребывающие совместно в течение достаточно долгого времени в определенной совокупности окружающих условий, постепенно приобретают признаки, оптимальные для этих условий. Такой процесс происходит при выполнении двух следующих допущений а) преимущества, имеющиеся у индивидуумов в борьбе за существование, передаются потомству б) данные условия среды остаются неизменными достаточно долго. [c.103] Биологические системы управления по Р. Розену также подвергаются действию естественного отбора, и поэтому из принципа оптимальной конструкции непосредственно следует, что можно говорить и об оптимальных механизмах регулирования их функций. В книге, однако, круг биосистем, где реализуется принцип оптимальности, ограничен лишь организмами по мнению ее автора, в популяциях возникают хотя и хорошие, но не оптимальные способы защиты от изменений условий среды [175, стр. 119—120]. [c.104] Хотя принципы оптимальности и распространяются на механизмы управления в организме, в качестве примера в книге приводятся, однако, не оптимальные системы управления, подобные рассмотренным выше в разд. 4.1, а механизмы минимизации сигнала рассогласования в обычных моделях следящих систем (терморегуляция, дыхательный хемостат, регуляция величины зрачка). В целом концепция оптимальности в форме, предложенной Р. Розеном, вызывает возражения у целого ряда авторов. Поэтому следующий раздел мы посвятим рассмотрению недостатков этой теории. [c.104] Вернуться к основной статье