Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
21. Определение кибернетики как науки, место кибернетики среди других наук. Методы.
Основные разделы. Кибернетические системы: определение, организация, классификация,
Кибернетика
Открытие кибернетики как науки связано с именем американского учёного Норберта Винера (1948 г.), который показал, что законы управления являются общими и их можно применять в разных областях науки и техники.
Кибернетика - это наука об управлении и связях в живых организмах и машинах.
Предмет изучения кибернетики: общие закономерности организации и управления в системах различной физической природы: машинах, живых организмах и пр.
Основные разделы кибернетики: теория информации, теория игр, теория управления, теория ЭВМ и др.
22. Теория игр и ее применение для поиска оптимального решения при диагностики
заболевания.
Теория игр - теория математических моделей принятия оптимальных решений в условиях неопределенности.
Свое название этот раздел кибернетики получил из-за того, что фактор неопределенности можно интерпретировать как противника в спортивной игре, который препятствует принятию оптимального решения.
(ПРИМЕР ЧИТАЙТЕ В ФАИЛЕ КОТОРЫЙ Я СКИНУЛ НА СТРАНИЦЕ 126)
23. Теория информации. Качественная и количественная оценки информации. Формула
Информация - сообщение, которое может быть использовано системой управления для устранения неопределенности (качественная оценка).
Информация - мера устранения неопределенности (количественная оценка).
Для определения количества полученной информации можно использовать формулу К. Шеннона для равновероятных состояний:
Н = log2 N ,
где Н - количество полученной информации в битах, N - число равновероятных состояний или событий.
Бит - количество информации в двоичной системе счисления, если N равно двум, т.е. если выбор производится из двух равновероятных состояний. Само название "бит" происходит от двух английских слов: binary digit (bit), что и означает в вольном переводе "выбор из двух пальцев", т.е. равновероятный выбор.
Пример. Нейрон может находиться в двух равновероятных состояниях возбужденном или невозбужденном. Какое количество информации необходимо получить для полного устранения неопределенности?
Н = log2 N = log2 2 = 1 бит.
Пример. В пачке находится 16 экзаменационных билетов. Какое количество информации получит студент, если ему сообщить, где находится билет №3?
Н = log2 N = log2 16 = 4 бита.
24. Управление. Виды управления. Регулирование. Теория автоматического регулирования.
(ТАР). Структура системы управления. Прямые и обратные связи (на биологических
примерах). Устойчивость САР. Переходные функции САР (на примере регуляции уровня
сахара при диабете)
Теория управления - раздел кибернетики, изучающий системы управления.
Кибернетическая система - упорядоченная совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, закономерно образующих единое целое, которое обладает свойствами, отсутствующими у элементов, образующих это целое.
Пример: человеческий организм.
Основные свойства систем:
Система управления, как минимум, содержит в себе два основных блока или устройства: управляющее устройство (УУ) и управляемый объект (УО), между которыми имеются прямые и обратные связи.
Под положительной обратной связью понимают такую связь, при которой система переходит на более высокий уровень функционирования.
Под отрицательной обратной связью понимают такую связь, при которой происходит стабилизация параметров системы.
Управление. Виды управления Управление - процесс воздействия на управляемый объект с целью перевода его в требуемое состояние.
Управление бывает двух видов - сохраняющее и поисковое.
В большинстве случаев при заболеваниях нарушаются процессы управления в организме, при этом параметры перестают поддерживаться на оптимальном уровне. Главной врачебной задачей на данном этапе является задача, связанная с нахождением той системы автоматического регулирования в организме, которая стала работать неустойчиво с тем, чтобы попытаться восстановить ее работу.
Для того, чтобы определить устойчиво работает данная САР или нет, следует произвести исследование переходных функций САР (в клинике подобные исследования называют функциональными пробами). Под переходными функциями САР понимают реакцию системы на воздействие в виде одиночного скачка параметра. В качестве примера рассмотрим определение устойчивости системы регуляции уровня сахара в крови у больного со скрытой формой сахарного диабета. Для того чтобы установить устойчиво или нет работает САР уровня сахара в крови, необходимо заставить эту систему работать.
управление - такой вид управления, при котором заранее не известно требуемое значение параметров, и это значение отыскивается в ходе управления.
Пример: поиск оптимальной величины кровяного артериального давления при нагрузке.
Более простым видом управления является сохраняющее управление, когда значение какого-то параметра сохраняется на строго заданном уровне (смотри пример с поддержанием постоянства концентрации тироксина в крови). Сохраняющее управление иначе называют регулированием.
25. Нарушение процессов управления в организме. Кибернетический подход заболевания в
организме.
Кибернетический подход к этиологии и патогенезу заболеваний на примере
развития рака легкого у курильщиков.
В основе большинства заболеваний лежит нарушение процессов управления в организме. Любое заболевание при своем развитии проходит две основные стадии:
ПРИМЕР
(Кибернетический подход к этиологии и патогенезу заболеваний на примере развития рака лёгкого у курильщика
формируется целый комплекс симптомов и черт характера:
Если курение продолжается, то на слизистой оболочке дыхательных путей возникают небольшие язвочки, на дне которых обнажаются нервные стволики. Токсины табачного дыма, воздействуя на эти образования, вызывают их раздражение и усиливают кашель. Для того чтобы уменьшить неприятные ощущения, организм идет на усиленную выработку слизи - мокроты. Мокрота временно закрывает язвенные дефекты, но эта защита ненадежна, т.к. при кашле мокрота отделяется, и язвочки вновь остаются не прикрытыми.
Это стадия функциональных расстройств - бронхит курильщика
При дальнейшем курении организм идет для более надежного закрытия язвенных дефектов на ускорение темпов роста эпителия слизистых оболочек бронхов. Для того чтобы увеличить темпы роста эпителия, необходимо повысить скорость считывания генетической информации с информационной РНК, а эта скорость для каждого человека генетически определена. При превышении этой скорости происходит генетический сбой - возникает клетка с необычным набором ферментов и огромной скоростью роста. Это раковая клетка!
Заболевание, начиная с этого момента, вступило во вторую стадию своего развития - стадию параметрических расстройств. Теперь можно бросить курить или не бросать курение, раковое заболевание будет прогрессировать и речь теперь может идти только о том, когда же наступит трагический конец.
26. Надежность САР. Принципы обеспечения высокой надежности биологических систем (на
примере работы нервной системы).
Надежность - способность САР поддерживать регулируемые параметры на заданных уровнях в условиях действия реальных помех.
Принципы обеспечения высокой надежности биологических систем
Функциональным элементом центральной нервной системы (ЦНС) является нейрон. Каждый нейрон очень ненадежен, т.к. каждый час гибнет (и не восстанавливается!) около 1000 нейронов. Почему же, если сами нейроны очень ненадежны, биологические системы являются чрезвычайно надежными? Вот основные принципы обеспечения надежности биологических систем:
27. Принцип работы системы автоматического регулирования (САР) с воздействием по возмущению (на примере регуляции уровня кислорода в крови при закрытом пневмотораксе).
Недостатком САР с воздействием по рассогласованию является то, что система начинает регулировать только тогда, когда параметр уже отклонился от заданного уровня и, поэтому с помощью данной системы регулирования невозможно получить истинные константы. Было обнаружено, что подобным образом работают системы у больного человека, а у здорового они работают более совершенно, когда колебания регулируемого параметра практически исключены даже при действии значительных по величине помех. Подобные системы регулирования были названы "САР с воздействием по возмущению".
Рассмотрим блок-схему САР с воздействием по возмущению.
28. Принцип работы системы автоматического регулирования (САР) с воздействием по
рассогласованию (на примере регуляции АКД при кровопотери).
НЕТУ
29. Моделирование. Основные виды моделирования. Примеры
сходство между моделью и объектом чисто внешнее.
30. Компьютерное моделирование. Основные этапы компьютерного моделирования.
Реализованная на компьютере математическая модель называется компьютерной математической моделью, а проведение целенаправленных расчетов с помощью компьютерной модели называется вычислительным экспериментом.
Этапы компьютерного математического моделирования:
Первый этап - определение целей моделирования. Эти цели могут быть различными:
Второй этап: определение входных и выходных параметров модели; разделение входных параметров по степени важности влияния их изменений на выходные. Такой процесс называется ранжированием, или разделением по рангам.
Третий этап: построение математической модели. На этом этапе происходит переход от абстрактной формулировки модели к формулировке, имеющей конкретное математическое представление. Математическая модель — это уравнения, системы уравнений, системы неравенств, дифференциальные уравнения или системы таких уравнений и пр.
Четвертый этап: выбор метода исследования математической модели. Чаще всего здесь используются численные методы, которые хорошо поддаются программированию. Как правило, для решения одной и той же задачи подходит несколько методов, различающихся точностью, устойчивостью и т.д. От верного выбора метода часто зависит успех всего процесса моделирования.
Пятый этап: разработка алгоритма, составление и отладка программы для ЭВМ — трудно формализуемый процесс.
Шестой этап: тестирование программы. Работа программы проверяется на тестовой задаче с заранее известным ответом. Это — лишь начало процедуры тестирования, которую трудно описать формально исчерпывающим образом. Обычно тестирование заканчивается тогда, когда пользователь по своим профессиональным признакам сочтет программу верной.
Седьмой этап: собственно вычислительный эксперимент, в процессе которого выясняется, соответствует ли модель реальному объекту (процессу).
Модель достаточно адекватна реальному процессу, если некоторые характеристики процесса, полученные на ЭВМ, совпадают с экспериментально полученными характеристиками с заданной степенью точности. В случае несоответствия модели реальному процессу возвращаемся к одному из предыдущих этапов.
7