Кибернетика или управление и связь в животном и машине

Винер Норберт

 

(10.16)

Это эргодическая теорема Биркгоффа, доказанная некогда автором [196] и другими.

В упомянутой статье из «Acta Mathematica» установлено, что если U — действительное унитарное преобразование функции K(t), то

 

, (10.17)

где отличается от только сохраняющим меру преобразованием интервала (0, 1) в себя.

196

Wiener N. The Ergodic Theorem. // Duke Mathematical Journal. — 1939. — Vol. 5. — P. 1-39;

также в Modern Mathematics for the Engineer. / Ed.: E.F. Beckenbach. — New York: McGrow Hill, 1956. P. 166—186 (русский перевод: Современная математика для инженеров. / Под ред. Э.Ф. Беккенбаха. — М.: ИЛ, 1959. С. 185—215. — Ред.).

Пусть теперь К(t) принадлежит к L², и пусть

 

(10.18)

в смысле Планшереля [197] . Рассмотрим действительную функцию

 

, (10.19)

изображающую отклик линейного преобразователя на броунов вход. Она будет иметь автокорреляцию

 

, (10.20)

197

Wiener N. Plancherel’s Theorem. // Wiener N. The Fourier Integral and Certain of Its Applications. — Cambridge, England: The University Press; New York: Dover Publications, Inc., 1933. P. 46—71 (гл. «Теорема Планшереля» в кн.: Винер Н. Интеграл Фурье и некоторые его приложения. — М.: Физматгиз, 1963. — Ред.)

[c.282]

которая, в силу эргодической теоремы, почти для всех значений будет равна

 

(10.21)

Тогда спектр почти всегда будет равен

 

(10.22)

Но это истинный спектр. Выборочная автокорреляция за время усреднения А (в нашем случае 2700 сек) будет равна

 

(10.23)

В результате выборочный спектр почти всегда будет иметь временное среднее

 

(10.24)

Следовательно, выборочный спектр и истинный спектр будут иметь одно и то же среднее значение по времени.

Для многих целей нам интересен приближенный спектр, в котором интегрирование по т производится только по интервалу (0, В), где В в описанном выше частном случае равно 20 сек. Напомним, что f(t) — действительная функция, а автокорреляция — симметрическая [c.283] функция. Поэтому интеграл от 0 до В можно заменить интегралом от —В до В:

 

(10.25)

Эта величина будет иметь среднее значение

 

(10.26)

Квадрат приближенного спектра в интервале (—В, В) будет равен

 

а эта величина будет иметь среднее значение

 

 

 

 

[c.284]

 

 

 

 

. (10.27)

Как

известно, если m обозначает среднее, то

 

(10.28)

Таким образом, среднеквадратическая ошибка приближенного выборочного спектра будет равна

 

(10.29)

Но

 

(10.30)

Следовательно, интеграл

 

(10.31)

равен величине 1/А, умноженной на текущее взвешенное среднее от g. Если усредняемая величина приблизительно постоянна в малом интервале 1/А, как [c.285] можно здесь разумно предположить, мы получим как приближенную главную часть среднеквадратической ошибки в любой точке спектра выражение

 

(10.32)

Заметим, что если приближенный выборочный спектр имеет максимум при u=10, то величина этого максимума

 

(10.33)

Эта величина при гладкой функции q мало будет отличаться от |q(10)|². Среднеквадратическая ошибка спектра, отнесенная к этой величине как единице измерения, будет равна

 

(10.34)

и, следовательно, не превосходит

 

(10.35)

В рассматриваемом случае она равна

 

(10.36)

Если допускать реальность явления провала, или, по крайней мере, реальность крутого падения нашей кривой на частоте около 9,05 гц, то будет уместно поставить по этому поводу несколько физиологических вопросов. Три главных касаются физиологической функции наблюденных нами явлений, физиологического механизма, производящего их, и применения, которое они могли бы найти в медицине.

Заметим, что резкая линия частоты эквивалентна точным часам. Так как мозг есть в некотором смысле управляющее и вычислительное устройство, естественно спросить, находят ли часы применение в других формах управляющих и вычислительных устройств. И действительно, многие из них содержат часы. Часы применяются [c.286] в таких устройствах в целях стробирования [198] . Все такие устройства должны комбинировать большое число импульсов в один импульс. Если импульсы передаются простым включением или выключением цепи, их синхронность не имеет большого значения и стробирование не нужно. Однако при подобном способе передачи импульсов вся цепь оказывается занятой вплоть до смены сообщения и значительная часть аппаратуры выводится из действия на неопределенное время. Поэтому желательно, чтобы в вычислительном или управляющем устройстве сообщения передавались комбинированным сигналом включения-выключения. Тогда аппаратура будет сразу же свободна для дальнейшего использования. Достичь этого можно, если сообщения будут запоминаться, чтобы их всех можно было послать одновременно, и затем быстро комбинироваться, пока они еще в машине. Здесь необходимо стробирование, а стробирование удобно осуществлять при помощи часов.

198

Стробированием (gating), или временной селекцией, называется такой способ работы устройства, при котором его цепи реагируют только на сигналы в определенных временных пределах. — Прим. ред.