Evolutionary methodology for multi-alternative control of complex systems

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The article presents the results of studies devoted to the property of multi-alternative structure and functioning of complex biological systems. The purpose of the work is: generalization of these results in the form of an evolutionary methodology of multi-alternative control of large artificial systems, identification of the place of this methodology among known cybernetic principles of control, and determination of its capabilities in practical implementation. It is noted that the relevance of the above-mentioned generalization is determined by the urgent need to systematize various areas within the framework of cybernetics itself as a science. The cybernetic basis of the methodology of multi-alternative control is revealed, consisting in the reproduction of evolutionary mechanisms of living systems that go beyond the mechanism of natural selection and are traditionally considered as a property of the diversity of these systems. Based on the analysis of the content of these mechanisms, fairly simple principles of the proposed methodology are formulated: the principle of diversity and separation of functions, the principle of multi-level structure and the principle of modularity. The constructive nature of these principles is shown, directly indicating the methods and ways of their practical implementation. A generalized model of a multi-alternative control system is presented, and a description of its functional units is given. The system-forming role of the multi-alternative control methodology in relation to a number of basic cybernetic principles of control of false objects is shown, consisting in identifying the general evolutionary content of these principles. Specific examples of the application of the methodology for the synthesis of control systems for various objects are considered, and its high efficiency is demonstrated.

About the authors

Semen Leonidovich Podvalny

Voronezh State Technical University

Email: spodvalny@yandex.ru
Voronezh

Eugeny Mikhaylovich Vasiljev

Voronezh State Technical University

Email: vgtu-aits@yandex.ru
Voronezh

References

  1. АБАКУМОВ А.И. Модели Неймана – Гейла. – Владиво-сток: ДВГУ, 2004. – 44 с.
  2. АБАКУМОВ А.И., ПИДЮРА Т.А. Магистральные ха-рактеристики матричных моделей экономической ди-намики. – Владивосток: Вестник ТГЭУ. – 2010.– № 2. – С. 96–103.
  3. АНДРЕЕВА С.И., АНДРЕЕВ Н.И. Эволюционные преоб-разования двустворчатых моллюсков Аральского моря в условиях экологического кризиса. – Омск: Изд-во Омско-го государственного педагогического университета, 2003. – 382 с.
  4. АНИСИМОВ А.А., ТАРАРЫКИН С.В. Особенности синтеза параметрически грубых систем модального управления с наблюдателями состояния // Известия РАН. Теория и системы управления. – 2012.– №5.– С. 3–14.
  5. АРИСТОВ А.О. Теория квазиклеточных сетей. – М: МИСиС, 2014. – 188 с.
  6. БАШАРИН А.В., НОВИКОВ В.А., СОКОЛОВСКИЙ Г.Г. Управление электроприводами. – Л.: Энергоиздат, 1982. – 392 с.
  7. ВАСИЛЬЕВ Е.М., ГУСЕВ К.Ю. Модальное управление нестационарными системами // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2008. – Т. 4, №8. – С. 46–54.
  8. ВАСИЛЬЕВ Е.М., ТАРАТЫНОВ О.Ю. Алгоритмы управления тепловлажностной обработкой бетонных изделий // Вестник Воронежского государственного тех-нического университета. – 2012. – Т. 8, №2. – С. 13–16.
  9. ВЕСЕЛОВ Г.Е., ПОПОВ А.Н., КУЗЬМЕНКО А.А. Синер-гетический подход в теории управления: истоки, раз-витие, результаты // Тр. Х Всероссийской науч. конф. «Системный синтез и прикладная синергетика». – Ро-стов–на-Дону, Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2021. – С. 12–18.
  10. ВИНЕР Н. Кибернетика, или управление и связь в жи-вотном и машине. – М.: Наука, 1983. – 344 с.
  11. ВОРОНИН А.А., ГУБКО М.В., МИШИН С.П. и др. Ма-тематические модели организаций. – М.: Ленанд, 2008. – 360 с.
  12. ГАЛИМОВ Э.М. Феномен жизни: между равновесием и нелинейностью. Происхождение и прин¬ципы эволю-ции. – М.: Едиториал УРСС, 2006. – 256 с.
  13. ГРИНИН Л.Е., МАРКОВ А.В., КОРОТАЕВ А.В. Макро-эволюция в живой природе и обществе. – М.: Либроком, 2009. – 248 с.
  14. ДОКИНЗ Р. Эгоистичный ген.– М.: АСТ, 2013. – 512 с.
  15. ЕМЕЛЬЯНОВ С.В. Системы автоматического регули-рования с переменной структурой. – М.: Наука, 1967. – 336 с.
  16. ЖМУДЬ В.А. Адаптивные системы автоматического управ¬ления с единственным основным контуром // Авто-матика и программная инженерия. – 2014. – №2(8). – С. 106–122.
  17. КИМУРА М. Молекулярная эволюция: теория нейтраль-ности. – М.: Мир, 1985. – 394 с.
  18. КОЛЕСНИКОВ А.А. Синергетическая теория управле-ния. – М.: Энергоатомиздат, 1994. – 334 с.
  19. КОЛЕСНИКОВ А.А. Синергетическая теория управле-ния: концепция, методы, тенденции развития // Известия Южного федерального университета. Технические науки. – 2001. – Т. 23, №5. – С. 7–27.
  20. КОЛЕСНИКОВ А.А. Синергетические методы управле-ния сложными системами: теория системного синтеза. – М.: КомКнига, 2006. – 240 с.
  21. КОЛМОГОРОВ А.Н. Три подхода к определению поня-тия «количество информации» // Проблемы передачи информации. – 1965. – Т. 1, вып. 1. – С. 3–11.
  22. КРАСНОВА С.А., УТКИН В.А., УТКИН А.В. Блочный синтез систем управления роботами-манипуляторами в условиях неопределённости. – М.: Ленанд, 2014. – 208 с.
  23. КРАСНОВА С.А. Каскадный синтез наблюдателей состояния для нелинейных систем при наличии возмуще-ний // Автоматика и телемеханика. – 2003. – №1. – С. 3–26.
  24. КРАСОВСКИЙ А.А. Проблемы физической теории управления // Автоматика и телемеханика. – 1990. – №11. – С. 3–28.
  25. КУЗОВКОВ Н.Т. Модальное управление и наблюдающие устройства. – М.: Машиностроение, 1976. – 184 с.
  26. ЛЁТОВ А.М. Условно устойчивые регулируемые систе-мы (об одном классе оптимальных регулируемых си-стем) // Автоматика и телемеханика. – 1957. – №7. – С. 601–604.
  27. МАКАРОВ В.Л., РУБИНОВ А.М. Математическая теория экономической динамики и равновесия. – М.: Наука, 1973. – 336 с.
  28. НЕЙМАН ДЖ. Теория самовоспроизводящихся авто-матов. – М.: URSS, 2010. – 384 с.
  29. НОВИКОВ Д.А. Кибернетика: Навигатор. История кибернетики, современное состояние, перспективы раз-вития. – М.: Ленанд, 2016. – 160 с.
  30. НОВИКОВ Д.А. Методология управления. – М.: Либро-ком, 2011. – 128 с.
  31. НОВИКОВ Д.А. Теория управления образовательными системами. – М.: Народное образование, 2009. – 452 c.
  32. НОВИКОВ С.П. Вторая половина XX века и ее итог: кризис физико-математического сообщества в России и на Западе // Вестник ДВО РАН. – 2006. – Вып. 4. – С. 3–22.
  33. НОВИКОВ А.М., НОВИКОВ Д.А. Методология. – М.: Синтег, 2007. – 668 с.
  34. Новые концепции общей теории управления: Сборник научных трудов / Под ред. А.А. Красовского. – М.-Таганрог: ТРТУ, 1995. – 183 с.
  35. ПОДВАЛЬНЫЙ С.Л., ВАСИЛЬЕВ Е.М. Матричная репликация в NP-полных задачах комбинаторной опти-мизации // Вестник Воронежского государственного тех-нического университета. – 2022. – Т. 18, №4. – С. 7–14.
  36. ПОДВАЛЬНЫЙ С.Л. Многоальтернативные системы: обзор и классификация // Системы управления и инфор-мационные технологии. – 2012. – №2. – С. 4–13
  37. ПОДВАЛЬНЫЙ С.Л., ВАСИЛЬЕВ Е.М. Многоальтерна-тивное управление открытыми системами: концепция, состояние и перспективы // Управление большими си-стемами. Вып. 48. – М.: ИПУ РАН, 2014. – С. 6–58.
  38. ПОДВАЛЬНЫЙ С.Л., ВАСИЛЬЕВ Е.М. Многоальтерна-тивность: эволюционная стратегия биологических си-стем // Управление большими системами. – 2019. Вып. 77. – С. 125–170.
  39. ПОДВАЛЬНЫЙ С.Л., ВАСИЛЬЕВ Е.М. Системы мно-гоальтернативного управления: эволюционный подход. – Старый Оскол: Изд-во ТНТ, 2023. – 376 с.
  40. ПОДВАЛЬНЫЙ С.Л., ВАСИЛЬЕВ Е.М. Многоуровневая сигнальная адаптация в нестационарных системах управления // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2022. – Т. 18, №5. – С. 38–47.
  41. ПОДВАЛЬНЫЙ С.Л., ЗАХВАТОВ В.И., ВАСИЛЬЕВ Е.М. Принцип разделения функций в задачах модального управления // Вестник Воронежского госу-дарственного технического университета. – 2022. – Т. 18, №1 – С. 7–16.
  42. ПОДВАЛЬНЫЙ С.Л., ВАСИЛЬЕВ Е.М. Синтез систем высокого порядка с сигнальной адаптацией // Вестник Воронежского государственного технического универси-тета. – 2024. – Т. 20, №3. – С. 7–14.
  43. ПРАНГИШВИЛИ И.В. Системный подход и общеси-стемные закономерности. – М.: СИНТЕГ, 2000. – 528 с.
  44. ПРАНГИШВИЛИ И.В. Энтропийные и другие систем-ные закономерности. – М.: Наука, 2003. – 428 с.
  45. РЕДЬКО В.Г. Эволюционная кибернетика. – М.: Наука, 2003. – 155 с.
  46. РЕДЬКО В.Г. Эволюция, нейронные сети, интеллект. Модели и концепции эволюционной кибернетики. – М.: Либроком, 2013. – 224 с.
  47. ТИМОФЕЕВ-РЕСОВСКИЙ Н.В., ВОРОНЦОВ Н.Н., ЯБЛО¬КОВ А.В. Краткий очерк теории эволюции. – М.: Наука, 1977. – 303 с.
  48. УТКИН В.И. Метод разделения движений в задачах наблюдения // Автоматика и телемеханика. – 1990. –№3. – С. 27–37.
  49. УТКИН В.И. Скользящие режимы и их применение в системах с переменной структурой. – М.: Наука, 1974. – 272 с.
  50. УТКИН В.И. Условно устойчивая система с переменной структурой в работе А.М. Лётова // Автоматика и те-лемеханика. – 2011. – №11. – С. 140–142.
  51. ФИЛИМОНОВ Н.Б. Методологический кризис «всепо-беждающей математизации» современной теории управления // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2016. – Т. 17, №5. – С. 291–300.
  52. ХАКЕН Г. Синергетика. – М.: Мир, 1980. – 404 c.
  53. ХАКЕН Г. Информация и самоорганизация: макроско-пический подход к сложным системам. – М.: УРСС, 2014. – 320 с.
  54. ЭЙГЕН М. Самоорганизация материи и эволюция био-логических макромолекул. – М.: Мир, 1973. – 224 с.
  55. ЭШБИ У.Р. Введение в кибернетику. – М.: КомКнига, 2005. – 432 с.
  56. ЭШБИ У.Р. Конструкция мозга. Происхождение адап-тивного поведения. – М.: Изд. иностр. лит., 1962. – 397 с.
  57. ABBOTT D. The reasonable ineffectiveness of mathematics // Procs. of the IEEE. – 2013. – Vol. 101, No. 10. – P. 2147–2153.
  58. COPE E.D. The primary factors of organic evolution. – Sydney: Wentworth Press, 2016. – 588 p.
  59. HEYLIGHEN F., JOSLYN C. Cybernetics and Second-Order Cybernetics // Encyclopedia of Physical Science & Technology. – New York: Academic Press, 2001. – P. 155–170.
  60. KESSLER C. Ein beitrag zur theorie mehrschleifiger rege-lungen // At-Automatisierungstechnik. – 1960. – Vol. 8, No. 1–12. – P. 261–266.
  61. KROC J., JIMÉNEZ-MORALES F., GUISADO J.L. et al. Building efficient computational cellular automata models of complex systems: background, applications, results, soft-ware, and pathologies // Advances in Complex Systems. – 2019. – Vol. 22, No. 5. – 1950013. – 38 p.
  62. Mechanism design and management: mathematical methods for smart organizations / Ed. by Prof. D. Novikov. – New York: Nova Science Publishers, 2013. – 163 p.
  63. PODVALNY S.L., VASILJEV E.M. Analytical synthesis of aggregated regulators for unmanned aerial vehicles // Jour-nal of Mathematical Sciences. – 2019. – Vol. 239, No. 2. – P. 135–145.
  64. ZHANG J., XIONG X., WANG Y. et al. Simulation model for cascading failure in complex network: a cellular automa-ta approach // Proc. of the 2nd World Symposium on Soft-ware Engineering. – New York: Publisher Association for Computing Machinery, 2020. – P. 274–277.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».