Вопросы, обсуждающиеся в настоящей книге, лежат на стыке двух наук: физики (точнее, статистической термодинамики) и кибернетики (включающей теорию информации). Соответственно, книга рассчитана и на читателей различных специальностей.

В первую очередь она адресована физикам, интересующимся принципиальными вопросами взаимосвязи между термодинамическими и информационными понятиями, термодинамическими характеристиками информационных процессов. К таким вопросам следует отнести, во-первых, анализ общих свойств и различий между обычно рассматриваемыми в термодинамике энергетическими процессами и процессами информационными. Во-вторых, существенно знать предельные соотношения, связывающие термодинамические характеристики с информационными. В частности, один из центральных вопросов состоит в установлении взаимосвязи между информацией и энтропией.

Предполагается, что читателем книги может быть также и специалист по кибернетике (в частности, по теории информации), которого интересуют физические (термодинамические) основы и особенности процессов управления и других информационных процессов.

Наконец, книга может заинтересовать инженера, проектирующего различные информационные системы. Такому читателю существенно знать принципиальные пределы энергетической цены информации для различных информационных процессов, а также уметь ставить и решать условно-экстремальные задачи, минимизирующие энергетическую цену информации при различных реальных ограничениях.

Пытаясь в изложении материала как-то удовлетворить запросам перечисленных различных групп читателей, автор, естественно, сталкивался с определёнными трудностями, преодолеть которые, видимо, не всегда удалось наилучшим образом.

Прежде всего, в соответствии с основной задачей книги, был принят физический (а не математический, как в классической теории информации) уровень строгости изложения. Далее, изложение ведётся по возможности таким образом, чтобы содержание было понятно и в какой-то мере интересно для любой из перечисленных выше категорий читателей. При этом неизбежно кое-где наличие избытка информации для одних групп читателей и недостатка — для других. Автор надеется, что в изложении основного оригинального материала (главы 2—6) таких мест не слишком много.

Что же касается вводной (первой) главы, носящей обзорный характер, то здесь автор сознательно шёл на известную избыточность изложения. Представлялось целесообразным в первых двух параграфах подробно обсудить происхождение и развитие основных термодинамических и информационных понятий, используемых на протяжении всего дальнейшего изложения: энтропия и количество информации. Соответственно, физик может ограничиться лишь беглым просмотром § 1.1, а кибернетик — § 1.2. Обзорные §§ 1.3—1.4 кратко знакомят читателя с представленными в литературе различными взглядами на соотношение между информацией и энтропией, а также с некоторыми из основных результатов, полученных при исследовании квантовомеханических ограничений в процессах передачи информации. В заключение главы 1 формулируется и кратко обосновывается задача книги — исследование термодинамических ограничений в информационных процессах.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Предисловие	5
Введение	7

Г л а в а 1. Энтропия в термодинамике и теории информации.
Количество информации и негэнтропия	13

§ 1.1. Физическая энтропия и вероятностно-статистическое обоснование
классической термодинамики	13
§ 1.2. Количество информации и энтропия в теории информации	26
§ 1.3. Соотношения между энтропией и информацией — первый аспект:
информация о микросостояниях. Негэнтропия	32
§ 1.4. Классические и квантовые гиббсовские ансамбли сигналов.
Предельные соотношения	47

Г л а в а 2. Демон Максвелла и термодинамические модели процесса
управления	61

§ 2.1. Демон Максвелла и его изгнание	61
§ 2.2. Энтропийная эффективность демона Максвелла	66
§ 2.3. Молекулярный генератор на аммиаке — демон Максвелла XX века	72
§ 2.4. Системы управления и виды информационных процессов	77
§ 2.5. Термодинамическая модель процесса управления в общем случае	84
§ 2.6. Соотношения между энтропией и информацией — основной аспект:
информация о макросостояниях	92
§ 2.7. Особенности термодинамики информационных процессов	95

Г л а в а 3. Термодинамические пределы точности физического
измерения	102

§ 3.1. Процессы активного и пассивного измерения и их
термодинамические модели	102
§ 3.2. Информационные характеристики процесса измерения	110
§ 3.3. Энтропийная эффективность и энергетическая цена точности
физического измерения	115
§ 3.4. Энергетическая цена информации, полученной в процессе
обнаружения	129

Г л а в а 4. Энергетическая цена точности, надёжности и количества
информации для различных способов физического представления
чисел	146

§ 4.1. Физический смысл позиционного (векторного) представления чисел	146
§ 4.2. Амплитудное представление чисел	152
§ 4.3. Унарное представление и однопозиционный код	156
§ 4.4. Разрядное представление чисел	161
§ 4.5. Сравнение различных способов представлепия чисел	169

Г л а в а 5. Энергетическая цена информации при её передаче
с использованием помехоустойчивого кодирования	174

§ 5.1. Постановка задачи энергетически оптимального синтеза системы
связи	174
§ 5.2. Классы каналов. Безусловные нижние оценки	181
§ 5.3. Кодирование. Условные и эффективные нижние и верхние оценки	191
§ 5.4. Обсуждение результатов	197

Г л а в а 6. Некоторые вопросы сложности обработки информации	202

§ 6.1. Процесс обработки информации и критерии его сложности	202
§ 6.2. Энергетический критерий сложности обработки информации.
Термодинамические модели процесса	207
§ 6.3. Эффективный метод уменьшения сложности решения одного класса
граничных задач	227

Литература	240
Алфавитный указатель	251

Книги на ту же тему

Эргодическая теория и информация, Биллингслей П., 1969
Возникновение биологической организации, Кастлер Г., 1967
От существующего к возникающему: Время и сложность в физических науках, Пригожин И., 1985
Энтропийные и другие системные закономерности: Вопросы управления сложными системами, Прангишвили И. В., 2003
Тотальная видимость, Морвиль П., 2008
Информатика, Луенбергер Д. Д., 2008
Достоверность информации в сложных системах, Мельников Ю. Н., 1973
Введение в квантовую теорию информации, Холево А. С., 2002
О некоторых вопросах современной математики и кибернетики. Сборник статей в помощь учителю математики, Смолянский М. Л., сост., 1965
Техническая кибернетика. Учебник для радиотехнических вузов, Гитис Э. И., Данилович Г. А., Самойленко В. И., 1969
Кибернетическое моделирование. Некоторые приложения, Кемени Д. Д., Снелл Д. Л., 1972
Техническая кибернетика: Системы автоматического управления с приспособлением характеристик. — 2-е изд., Ивахненко А. Г., 1962
Основы кибернетики, Джордж Ф., 1984
Эволюционная кибернетика, Редько В. Г., 2001
Эволюция, нейронные сети, интеллект: Модели и концепции эволюционной кибернетики. — 5-е изд., стереотип., Редько В. Г., 2007
Концепция информации и биологические системы, Филдс У. С., Эббот У., ред., 1966
Теория информации в биологии, Йокки Г., ред., 1960
Основы физики биосферы, Хильми Г. Ф., 1966
Термодинамика и кинетика биологических процессов: Проблемы неравновесной термодинамики, кинетики переходных процессов, экстремальные принципы, переходные процессы в живых системах, Зотин А. И., ред., 1980
Термодинамика и макрокинетика природных иерархических процессов, Гладышев Г. П., 1988
Нелинейно-динамическая криптология. Радиофизические и оптические системы, Владимиров С. Н., Измайлов И. В., Пойзнер Б. Н., 2009
Эффективное кодирование, Новик Д. А., 1965
Коды и математика (рассказы о кодировании), Аршинов М. Н., Садовский Л. Е., 1983
Основы кодирования, Вернер М., 2006
Искусство помехоустойчивого кодирования. Методы, алгоритмы, применение, Морелос-Сарагоса Р., 2005

elapsed time 0.029 sec

/Наука и Техника/Физика

ОГЛАВЛЕНИЕ

Книги на ту же тему