Теория обратной связи на котиках

fotovivo — 12.02.2021

Как рассказать внуку об ООС

Отрицательная обратная связь, положительная - в технике это всего лишь термины, не значит, что одна плохая, другая хорошая (как бы не наоборот =)
Вещь совершенно фундаментальная и интересная, при этом объяснимая на простых наглядных примерах.
Например, на котиках ~((=((^.^

- Дикий котик, хочешь его погладить, а он цапнет - это отрицательная?
- Не обязательно; отрицательная обратная связь - это не единичное событие, это процесс.

Больше зерна в амбаре - больше мышей может прокормиться. Проявляется положительная обратная связь - с каждой новой итерацией увеличившееся поголовье способствует очередному приросту, предыдущий результат влияет на последующий. Что дальше будет?
- Схомячат все зерно.


- И тут открывается экологическая ниша для хищников: хозяева амбара заводят котиков. Больше мышей - больше котиков будут жить в сытости и довольстве (столоваться в амбаре - не то, что по лесу за добычей бегать). Котики - это включенный в систему регулятор - отрицательная обратная связь на расплод грызунов. Сидела бы тихо одна мышиная семья в десяток голов - никто б на них внимания не обратил.
Это важно - связь называется "отрицательной" не потому, что мышам горе (котикам так наоборот, лафа), а потому, что увеличение "выходного сигнала" (пожирание зерна) приводит к запуску механизма, снижающего этот "сигнал".
Тогда как положительная связь, наоборот, способствовала усилению - больше зерна засыпали, больше едоков дружно принималось за его уничтожение.

Традиционный учебный пример системы сдержек и противовесов отрицательной обратной связи: котиков становится больше и больше, они выедают мышей, начинают голодать, в итоге численность котиков снижается, а через время, воспрянув духом, мыши восстанавливают свою популяцию и "всё повторится с начала".

Но это кошки-мышки на свободном выпасе.
Нам более интересна управленческая задача отладки ООС.

Но, сперва, об истории вопроса

"Томский университет современного юмора и радости (ТУСЮР):

Второго августа 2015 г. всё прогрессивное человечество с чюйством прыгучей радости и глубокой благодарности Гарольду Блэку отмечает восемьдесят восьмой хеппибёздник его величайшего изобретения – отрицательной обратной связи в усилителях.

Молодой инженер-электрик Гарольд Стивен Блэк (1898–1983) работал в Белл Лабораториес. Как он сам писал в статье, идея усилителя с отрицательной обратной связью посетила его умственный мозг, когда он ехал на пароме через Гудзон из Нью-Джерси до Нью-Йорка 2 августа 1927 г. В то время штаб-квартира Белловской лаборатории была расположена на 463-й западной улице Манхэттена. Живя в Нью-Джерси, ему каждое утро приходилось ездить на работу на пароме. В дороге обнаружилось, что писать решительно не на чем. Тогда был использован ежедневник с одной случайно затесавшейся чистой страницей, на которой стояла лишь дата. Статья была написана мгновенно, хотя этому предшествовали годы исследований и многих неудач. Не смотря на немедленное признание важности концепции обратной связи, потребовались годы дополнительной работы.

Отрицательная обратная связь была известна давно. Её принцип прост, как топор. Часть выходного отклика системы направляется на её вход так, чтобы полностью изменить входное воздействие.
Целью является поддержание постоянного уровня какой-либо величины или препятствие её изменению.
В частности, сливной бачок унитаза – это классический пример использования отрицательной обратной связи. Когда вода заполняет бак почти полностью, поплавок поднимается, и связанный с ним рычаг перекрывает кран. В данном случае сигнал обратной связи противоположен воздействию, уменьшая его. Отрицательная обратная связь поддерживает равновесие системы.

Все началось в 1921 году, когда Гарольд Блэк окончил Вустерский политехнический институт с дипломом бакалавра-электрика и поступил на работу в отдел разработчиков Вестерн Электрик, научно-исследовательский отдел которой сформировал ядро Белл Лабс в 1925 г.
Неотложной проблемой в то время являлись большие искажения и неустойчивость усилителей, используемых в телефонии. Коэффициент усиления таких приборов изменялся под воздействием неисчислимого множества факторов: напряжения питания, температуры, старения ламп и т.д., инженеры сталкивались с этими трудностями на трансконтинентальной телефонной линии. Линия была модернизирована и включала трёхканальную систему с двенадцатью усилителями. Белл строила вторую трансконтинентальную линию в 1923 г. с четырьмя каналами и двадцатью усилителями.
Блэк заинтересовался проблемой и попросил своего начальника дать возможность поработать над улучшенной системы из тысячи каналов. Начальству поплохело от такого рацпредложения. Он сказал Блэку, что тот может делать, что хочет, но в свободное от основной работы время.

Блэком была решена задача расширения полосы частот. Повышение информационной ёмкости каналов связи напрямую связано с широкополосностью. Полосу рабочих частот ограничивают реактивные элементы (катушки индуктивности, напр). Их влияние принципиально не возможно уничтожить, но можно значительно ослабить схемотехнически. Наиболее просто это сделать введением отрицательной обратной связи.
Теперь стало возможным проектирование 100-канального усилителя с полосой рабочих частот до 1 МГц для коаксиально-кабельных линий.

Решение не было очевидным. Блэк знал о двух главных типах обратной связи, но в данном случае отрицательная обратная связь уменьшала усиление. Как бы ухудшая качества устройства. Но, как оказалось, правильно выбранная глубина обратной связи уменьшала искажения и шум. Причём положительный эффект достигался с помощью пассивных элементов.



Хотя Блэк считается первооткрывателем усилителя с отрицательной обратной связью, эта область – плод египетского труда и нечеловеческих усилий целой группы инженеров, теоретиков и организаторов коммерциализации разработок. История усилителя Блэка иллюстрирует многое из теории и технологии. Конечно, это озарение, пришедшее в умственный мозг одного человека. Но это и труд многих инженеров и теоретиков, в первую очередь, математиков.

Новый (он же хорошо забытый старый) приём перекрасил всю систему в качественно новый колер, трансформировав беду в победу."

Что подвигло автора статьи "Не хотите учить свою историю, будете учить чужую" на издевательский стиль изложения, в тексте не раскрыто, есть только намек на "забытое старое".

Блек придумал схему, с помощью которой подавляются помехи, хотя уровень сигнала усиливается не на всю катушку, но избавление от шумов того стоит. Принцип "отрицательной обратной связи" стал важнейшей концепцией сперва кибернетики, потом его переняли биологи, обществоведы и далее везде.



Юзер постит котиков в сообществе "Снимаем прекрасное", больше котиков - больше лайков, вдохновленный успехом, постит еще больше котиков, получает за день еще больше лайков, его примеру следуют другие любители прекрасного и пушистого - положительная обратная связь стимулирует прирост мими-фото.
До тех пор пока группа, предназначенная для "прекрасного вокруг", не оказывается завалена открыточными картинками, которые в данном случае - шум. Задача администратора наладить ООС. С оптимальным коэффициентом - той самой "глубиной обратной связи".
Если запретить размещать любые пользовательские фото в группе - в ней не останется никого и ничего, состояние когда "сигнал" не проходит, что равносильно отключению устройства. Но сообщество должно развиваться, полезный "сигнал" усиливаться - тогда вводят хитрые санкции против мимишечек в пользу целевого контента.
Так же, как Блек использовал суровый матан для расчета схемы линейного усилителя.



- Что ж такого хитрого, запретить кото-фото?
- Если бы только котики, шум в данном случае - вообще все "няшки". Чтобы запретить "всё, кроме художественной фотографии" - понадобится ввести ручной контроль, бдящий 24х7. Чреватый тёрками с обладателями "иного художественного видения".
Нужно что-нибудь типа секретной формулы СК, учитывающий факторы, неизъяснимые словами, понижающий шансы "шума" на доступ к аудитории.




«Баллада о бубенчике»

Однажды инженер Сизов
по коридору в семь часов
шел с папироскою во рту
и наступил на хвост коту
гражданки Бантиковой… Та
на хриповатый вой кота…
примчалась вихрем в коридор,
побагровев, как помидор,
и изложила вслух, каков
в уборной скрывшийся Сизов.
Хозяйки Птицына и Зак
признали, что Сизов дурак,
нахал, невежа, дармоед,
что для него святого нет,
что алкоголик он и вор,
и с целью вышел в коридор
осуществить свою мечту
и наступить на хвост коту
гражданки Бантиковой. Плюс
он паразит и. мелкий трус,
поскольку скрылся в туалет,
сидит и думает, что нет
управы на него. Балбес!
Как в инженеры он пролез?!
Пусть в этом разберется суд,
пускай жилплощадь отберут,
покажут этому скоту,
как наступать на хвост коту
гражданки Бантиковой. Так
решили Птицына и Зак…
Ответчик инженер Сизов
явился в суд, и пять часов
он клялся с пеною у рта,
что он не истязал кота
гражданки Бантиковой. Ей
в кастрюлю не бросал гвоздей,
что он на стенках не писал,
что он не бабник, не нахал,
не мот, не пьяница, не вор,
что он из форточки во двор
арбузных корок не кидал,
и не устраивал скандал
на кухне он из-за того,
что кот мяукнул на него.
Оставив свой домашний труд,
пришли вдвоем в народный суд
хозяйки Птицына и Зак;
и со слезами на глазах
они сказали, что готов
ответчик инженер Сизов
их растерзать и истребить
и что в одной квартире жить
не смогут с извергом никак.
Судья еще раз опросил
всех лиц и внятно огласил
суда суровый приговор:
«Чтоб не было в квартире ссор,
бубенчик привязать к хвосту
многострадальному коту
гражданки Бантиковой. Впредь
обязан под ноги смотреть
ответчик инженер Сизов…»
Уже под утро, в пять часов,
пришел Сизов к себе домой.
Бутылку он принес с собой.
Бутылка та была пуста.
Бутылкой он пришиб кота
гражданки Бантиковой…

из книги Алексея Кирносова «Два апреля»

Смешнее было в контексте. Совершенно не помню, о чем книга - какой-то производственный роман из серии "и жизнь и слезы и вотэтовсё", видимо достаточно увлекательный, раз я его в подростковом возрасте одолела. Только эпизод "с котиком" и запомнился: стихи про суд читают прямо на суде, судят поэта по фамилии Ломтик за тунеядство; парень не подсуетился каким-нибудь истопником на четверть ставки устроиться, говорит, что занят написанием стихов. - Вы что, член Союза писателей? Но тут его общественный защитник, как раз из этого Союза поясняет, что для вступления нужно предъявить значимое произведение, а его в один за один день не напишешь.
Зачитывают образчик поэзии подсудимого, зал вповалку, а там и судья не удержался, прыснул. Ломтика отдали на поруки, хэппи энд.
Давно искала текст стихотворения, по первым строкам, было глухо, видимо наконец кто-то оцифровал забытую книгу.

Гугловыдача работает с обратной связью - больше полезного находит, чаще к ней обращаются. С другой стороны, чем авторитетнее поисковая система, тем активнее ее населяют сео-оптимизаторы, стремящиеся пропихнуть на верхние места собственный товар ресурс. Расплодившиеся "вредители" могут забить собой всю поисковую выдачу, практически перекрыв полезный "сигнал". Гуглояндексы борются с напастью опять же с помощью сложновыделанной ООС. СЕО отвечает все более изощренными приемами. Поисковики усложняют фильтры.
Никакая прямая связь аки цензура, редакторская проверка со столь масштабной задачей не справится в принципе. Подсмотренный у природы, реализованный в схемотехнике принцип ООС отсекает нежелательный элемент не на сто процентов и с переменным успехом, но работает достаточно эффективно.
Тогда как неподкованный юзер хотел бы странного невозможного - одновременно и стопроцентного избавления от "шумов" и свободы творческого поиска.

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив