Теория управления и биосистемы. Анализ сохранительных свойств - Новосельцев В.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Палеонтологические данные, похоже, свидетельствуют о том, что вновь возникшие виды наиболее приспособлены к своей среде — они быстро распространяются в ней (рис. 4.3). Но, закрепляясь в сообществе живых организмов (биосе), новый вид
5 В 910 11 1213 14
Четвертичный HI 1 1 III 1
периоЗ
Третичный
периоЗ
Mw ШЧ й II If ! 1
Юра m 1 in 11 ни
Триас m\kMSL Ш?Л
Пермь
Карбон !'т-----
Девон Т
Рис. 4.3. Распространенность хвойных пород в различные геологические эпохи [152]. Воз* никнув, новые виды, как правило, быстро увеличивают свою численность, что соответ* ствует расширению ветвей на рисунке, но постепенно при изменении условий среды численность видов начинает сокращаться, н вид может полностью исчезнуть. В правом столбце —геологический масштаб времени, начиная от древнейшего девонского периода и кончая современным четвертичным 1. Cordaitales. 2. Lebaihiaceae. 3. Voltziaceae. 4. Podo-zamitaceae. 5. Araucariaceae. 6. Cheirolepidiaceae. 7. Palissyaceae. 8. Podocarpaceae 9. Cephalotaxaceae. 10. Taxaceae. 11. Pinuceae. 12. Sciadopityaceae. 13. Taxodiaceae.
14. Cupressaceae.
самим своим присутствием изменяет условия обитания — отношения внутри биоса. Достигнув максимума, вид (или таксон) постепенно теряет свойство «максимальной приспособленности», когда, возможно, он достигал наиболее благоприятного соотношения с условиями окружения. Численность вида начинает сокращаться, и сам вид может полностью исчезнуть. Так вымерло около 90% всех созданных природой к настоящему времени таксонов [61, 152]; «...основным фактором вымирания более или менее широко распространенных групп форм... являются взаимоотношения внутри биоса» [61]. Были ли «оптимальными»
вымершие виды? Или, развиваясь в направлении оптимума, они просто не успели достигнуть его? Оптимально ли трехкамерное сердце рыб, которое «просто не доросло до четырехкамерного» [116]? Человек как биологический вид, по крайней мере, явно не успевает эволюировать вслед за изменяемой им же средой. Уже сейчас звено «человек-оператор» является самым узким местом в системе «человек-машина» [18]. Сохраняемая в эволюции как одна из основ самосохранения биохимическая индивидуальность оказывается сейчас едва ли преодолимым препятствием для получения организмом помощи извне — пересадки органов и тканей.
Эволюция близорука — она отдает предпочтение тем видам, которые получают преимущество немедленно. Тем самым в принципе достижимым является лишь ближайший локальный экстремум за счет мелких изменений конструкции организма; кардинальные мутации, как правило, детальны [102, 116, 248]. «Приспособленность, доведенная до максимума, представляет собой относительный оптимум» [99].
Критический анализ эволюционного процесса с точки зрения конструктора технических систем, — по выражению самого автора, «пасквиль на эволюцию» — принадлежит С. Лему [102, стр. 456]. Подытоживая сказанное, можно согласиться с его положением, что «эволюция оставляет своим творениям самые примитивные органы и биохимическое оснащение, лишь бы с их помощью они управлялись с сохранением вида». Согласиться, помня, однако, что слова эти принадлежат скорее мыслителю, чем специалисту в области систем.
2. Биологическим системам не нужна оптимальность. Оптимальное функционирование системы связано с необходимостью получения, хранения и переработки большого количества информации о среде, состоянии и целях системы и т. д. У многих типов биосистем — и прежде всего у различных видов организмов — имеются достаточные для этого возможности. Другие типы биосистем — многие органы и системы в организме, популяции, биогеоценозы — вряд ли обладают соответствующими характеристиками. Но даже на орга-низменном уровне вопрос о целесообразности использования всех возможностей для получения строго оптимальных решений весьма дискуссионен.
Начать с того, что оптимальность в технике не так уж привлекает конструкторов систем. Даже при учете всех факторов (полная информация) оптимальность технических систем дает обычно выигрыш, не превышающий 10—15% по сравнению с грамотным, хотя и не оптимальным решением задачи. Таков, например, выигрыш, который может дать оптимальность в детерминированной задаче быстродействия. Заметим также, что
решения, построенные по различным оптимальным алгоритмам (отличающимся выбором критерия качества), часто очень близки друг другу и дают примерно одинаковые процессы в системе. Сравним, например, насколько будет отличаться быстродействие систем, которые оптимальны по некоторым другим критериям, прямо не связанным с оптимизацией времени переходного процесса. В статье [229] такое сравнение проведено для систем, в которых минимизируется ошибка за время переходного процесса е(0 при воздействии на систему единичного скачка. Оказывается, что если ошибка минимизируется по разным критериям (например, интеграл модуля ошибки, интеграл квадрата модуля ошибки и т. д.), то переходные процессы тем не менее практически заканчиваются за то же время, что и при оптимальном быстродействии. Относительное удлинение времени переходного процесса б составляет не более 0,4% (см. рис. 4.4).
