Положительный отзыв - Positive feedback

Тревога или паника иногда могут распространяться положительными отзывами среди стада животных, вызывая давка.
Схема причинной петли который изображает причины давки как петлю положительной обратной связи.
В социологии сетевой эффект может быстро создать положительный отзыв банковский бег. На фото выше Набег банка в Великобритании Northern Rock в 2007 году.

Положительный отзыв (обостряющая обратная связь, самоусиливающаяся обратная связь) - это процесс, который происходит в Обратная связь что усугубляет последствия небольшого нарушения. Таким образом, воздействие возмущения на систему включает увеличение величины возмущения.[1] Это, А производит больше B что, в свою очередь, производит больше А.[2] Напротив, система, в которой результаты изменения действуют, уменьшая или противодействуя, имеет негативный отзыв.[1][3] Обе концепции играют важную роль в науке и технике, включая биологию, химию и кибернетика.

Математически положительная обратная связь определяется как положительный усиление контура вокруг замкнутого причинно-следственного цикла.[1][3]То есть положительный отзыв - это в фазе с ввод, в том смысле, что он добавляет, чтобы увеличить ввод.[4][5]Положительная обратная связь имеет тенденцию вызывать нестабильность системы. Когда усиление контура положительное и больше 1, обычно будет экспоненциальный рост, увеличивая колебания, хаотичное поведение или другие отклонения от равновесие.[3] Параметры системы обычно ускоряются до экстремальных значений, что может привести к повреждению или разрушению системы или может закончиться с системой. защелкнутый в новое стабильное состояние. Положительная обратная связь может контролироваться сигналами в системе. фильтрованный, затухающий, или же ограничено, или его можно отменить или уменьшить, добавив отрицательный отзыв.

Положительный отзыв используется в цифровая электроника для перевода напряжений из промежуточных в состояния «0» и «1». С другой стороны, тепловой разгон это тип положительной обратной связи, которая может разрушить полупроводниковые переходы. Положительный отзыв в химические реакции может увеличить скорость реакции, а в некоторых случаях может привести к взрывы. Положительная обратная связь в механической конструкции вызывает переломный момент, или «сверхцентровые», механизмы защелкиваются в нужном положении, например, в переключатели и плоскогубцы. Из-под контроля это может вызвать мосты рушатся. Положительная обратная связь в экономических системах может вызвать циклы подъема затем спада. Знакомый пример положительной обратной связи - громкий визг или воющий звук, производимый звуковая обратная связь в системы громкой связи: микрофон улавливает звук из собственных динамиков, усиливает его и снова отправляет через динамики.

Тромбоцит свертываемость демонстрирует положительную обратную связь. Поврежденная стенка кровеносного сосуда выделяет химические вещества, которые инициируют образование сгустка крови через скопление тромбоцитов. По мере того, как собирается больше тромбоцитов, выделяется больше химикатов, которые ускоряют процесс. Процесс идет все быстрее и быстрее, пока стенка кровеносного сосуда не будет полностью герметизирована и цикл положительной обратной связи не закончится. Экспоненциальная форма графика иллюстрирует механизм положительной обратной связи.

Обзор

Положительная обратная связь усиливает или усиливает эффект, оказывая влияние на процесс, который его вызвал. Например, когда часть электронного выходного сигнала возвращается на вход и находится в фазе с ним, система прирост увеличена.[6] Обратная связь от результата к исходному процессу может быть прямой или через другие переменные состояния.[3] Такие системы могут обеспечивать богатое качественное поведение, но то, является ли обратная связь мгновенной положительной или отрицательной по знаку, имеет чрезвычайно важное влияние на результаты.[3] Положительная обратная связь усиливает, а отрицательная обратная связь смягчает исходный процесс. Положительный и отрицательный в этом смысле относятся к усилению контура больше или меньше нуля и не подразумевают каких-либо оценочные суждения относительно желательности результатов или эффектов.[7] Таким образом, ключевой особенностью положительной обратной связи является то, что небольшие помехи становятся больше. Когда в системе происходит изменение, положительная обратная связь вызывает дальнейшее изменение в том же направлении.

Базовый

Базовая система обратной связи может быть представлена ​​этой блок-схемой. На схеме символ + является сумматором, а A и B - произвольными. причинный функции.

На схеме показан простой контур обратной связи. Если коэффициент усиления контура AB положительный, то выполняется условие положительный или же регенеративный обратная связь существует.

Если функции A и B линейны, а AB меньше единицы, то общий выигрыш системы от входа к выходу конечен, но может быть очень большим, когда AB приближается к единице.[8] В этом случае можно показать, что общий коэффициент усиления или усиление «замкнутого контура» от входа к выходу составляет:

Когда AB> 1, система нестабильна, поэтому не имеет четко определенного усиления; выигрыш можно назвать бесконечным.

Таким образом, в зависимости от обратной связи изменения состояния могут быть сходящимися или расходящимися. Результатом положительной обратной связи является увеличение изменения, так что небольшие возмущения могут привести к большим изменениям.

Система в равновесии, в которой имеется положительная обратная связь при любом изменении ее текущего состояния, может быть нестабильной, и в этом случае говорят, что система находится в состоянии неустойчивое равновесие. Величина сил, которые действуют, чтобы вывести такую ​​систему из состояния равновесия, является возрастающая функция «дистанции» состояния от положения равновесия.

Положительная обратная связь не обязательно означает нестабильность равновесия, например, стабильную. на и выключенный состояния могут существовать в архитектурах с положительной обратной связью.[9]

Гистерезис

Основная статья: Гистерезис
Гистерезис заставляет выходное значение зависеть от истории входа
В Триггер Шмитта В цепи обратная связь с неинвертирующим входом усилителя сдвигает выход прямо от приложенного напряжения к максимальному или минимальному напряжению, которое может генерировать усилитель.

В реальном мире петли положительной обратной связи обычно не вызывают постоянно увеличивающегося роста, но видоизменяются посредством каких-то ограничивающих эффектов. Согласно с Донелла Медоуз:

«Петли положительной обратной связи являются источниками роста, взрыва, эрозии и коллапса систем. Система с неконтролируемым положительным контуром в конечном итоге разрушит сама себя. Вот почему их так мало. Обычно отрицательная петля срабатывает рано или поздно. "[10]

Гистерезис, при котором начальная точка влияет на то, где заканчивается система, может быть вызван положительной обратной связью. Когда коэффициент усиления контура обратной связи выше 1, тогда выход перемещается от входа: если он выше входа, он перемещается к ближайшему положительному пределу, а если он ниже входа, он перемещается к ближайшему отрицательному пределу. предел.

Как только он достигнет предела, он будет стабильным. Однако, если ввод превышает предел,[требуется разъяснение ] то отзыв поменяет знак[сомнительный – обсуждать] и выход будет двигаться в противоположном направлении, пока не достигнет противоположного предела. Таким образом, система показывает бистабильный поведение.

Терминология

Условия положительный и отрицательный были впервые применены к обратной связи до Вторая Мировая Война. Идея положительной обратной связи была актуальна уже в 1920-х годах с появлением регенеративный контур.[11]

Фриис и Дженсен (1924) описал регенерацию в комплекте электронных усилителей как случай, когда действие "обратной связи" положительное в отличие от действия отрицательной обратной связи, о котором они упоминают лишь вскользь.[12] Гарольд Стивен Блэк В классической статье 1934 года впервые подробно описывается использование отрицательной обратной связи в электронных усилителях. По словам Блэка:

«Положительная обратная связь увеличивает коэффициент усиления усилителя, отрицательная обратная связь снижает его».[13]

Согласно с Минделл (2002) Вскоре после этого возникла путаница в терминах:

«... Фриис и Дженсен провели то же различие, которое использовал Блэк между« положительной обратной связью »и« отрицательной обратной связью », основываясь не на знаке самой обратной связи, а, скорее, на ее влиянии на коэффициент усиления усилителя. , Найквист и Боде, когда они основывались на работе Блэка, называли отрицательную обратную связь обратной связью с перевернутым знаком. Блэку было трудно убедить других в полезности своего изобретения отчасти из-за путаницы по основным вопросам определения ».[11](p121)

Примеры и приложения

В электронике

Рекуперативный радиоприемник в винтажном стиле. Благодаря контролируемому использованию положительной обратной связи достаточное усиление может быть получено от одного вакуумная труба или клапан (в центре).

Рекуперативные схемы были изобретены и запатентованы в 1914 г.[14] для усиления и приема очень слабых радиосигналов. Тщательно контролируемые положительные отзывы о сингле транзистор усилитель может умножить его прирост на 1000 и более.[15] Следовательно, сигнал может быть усилен 20 000 или даже 100 000 раз за один каскад, что обычно имеет коэффициент усиления только от 20 до 50. Проблема с регенеративными усилителями, работающими с такими очень высокими коэффициентами усиления, заключается в том, что они легко становятся нестабильными и начинают колебаться. Радист должен быть готов постоянно изменять количество обратной связи для хорошего приема. Современные радиоприемники используют супергетеродинный конструкция с большим количеством каскадов усиления, но гораздо более стабильная работа и отсутствие положительной обратной связи.

Колебания, которые могут возникнуть в регенеративной радиосхеме, используются в электронные генераторы. Используя настроенные схемы или пьезоэлектрический кристалл (обычно кварц ) сигнал, усиленный положительной обратной связью, остается линейным и синусоидальный. Есть несколько дизайнов таких гармонические осцилляторы, в том числе Генератор Армстронга, Осциллятор Хартли, Генератор Колпитца, а Генератор моста Вина. Все они используют положительную обратную связь для создания колебаний.[16]

Многие электронные схемы, особенно усилители, включают негативный отзыв. Это снижает их коэффициент усиления, но улучшает их линейность, входное сопротивление, выходное сопротивление, и пропускная способность, и стабилизирует все эти параметры, включая усиление с обратной связью. Эти параметры также становятся менее зависимыми от деталей самого усилительного устройства и в большей степени зависят от компонентов обратной связи, которые с меньшей вероятностью будут меняться в зависимости от производственных допусков, возраста и температуры. Разница между положительными и отрицательными отзывами для AC сигналы является одним из фаза: если сигнал подается обратно в противофазе, обратная связь отрицательная, а если она синфазна, обратная связь положительная. Одна из проблем разработчиков усилителей, использующих отрицательную обратную связь, заключается в том, что некоторые компоненты схемы будут вводить сдвиг фазы в пути обратной связи. Если есть частота (обычно высокая частота), на которой фазовый сдвиг достигает 180 °, разработчик должен обеспечить очень низкое усиление усилителя на этой частоте (обычно на фильтрация нижних частот ). Если усиление контура (произведение коэффициента усиления усилителя и степени положительной обратной связи) на любой частоте больше единицы, тогда усилитель будет колебаться на этой частоте (Критерий устойчивости Баркгаузена ). Такие колебания иногда называют паразитные колебания. Усилитель, стабильный в одном наборе условий, может вызвать паразитные колебания в другом. Это может быть связано с изменениями температуры, напряжения питания, настройками элементов управления на передней панели или даже с приближением человека или другого проводящего объекта.

Усилители могут плавно колебаться, и их трудно обнаружить без осциллограф, или колебания могут быть настолько обширными, что проходит только очень искаженный сигнал или вообще не проходит требуемый сигнал, или возникает повреждение. Низкочастотные паразитные колебания были названы «моторными лодками» из-за сходства со звуком низкооборотистого выхлопа.[17]

Эффект от использования триггера Шмитта (B) вместо компаратора (A)

Многие общие цифровой электронный схемы используют положительную обратную связь. Хотя обычный простой логический логические ворота обычно полагаются просто на усиление, чтобы подтолкнуть напряжения цифрового сигнала от промежуточных значений к значениям, которые предназначены для представления логический «0» и «1», но многие более сложные ворота используют обратную связь. Когда ожидается изменение входного напряжения в аналог способ, но точные пороги требуются для последующей цифровой обработки, Триггер Шмитта Схема использует положительную обратную связь, чтобы гарантировать, что если входное напряжение плавно поднимется выше порогового значения, выход будет быстро и быстро переведен из одного логического состояния в другое. Одним из следствий использования триггером Шмитта положительной обратной связи является то, что, если входное напряжение снова плавно опускается ниже того же порога, положительная обратная связь будет удерживать выход в том же состоянии без изменений. Этот эффект называется гистерезис: входное напряжение должно упасть ниже другого, более низкого порога, чтобы «разблокировать» выход и сбросить его до исходного цифрового значения. Уменьшая степень положительной обратной связи, можно уменьшить ширину гистерезиса, но полностью устранить ее нельзя. Триггер Шмитта в некоторой степени запирание схема.[18]

Положительная обратная связь - это механизм, с помощью которого повышается результат, например уровень белка. Однако, чтобы избежать каких-либо колебаний уровня белка, этот механизм ингибируется стохастически (I), поэтому, когда концентрация активированного белка (A) превышает пороговое значение ([I]), петлевой механизм активируется и концентрация A увеличивается экспоненциально, если d [A] = k [A]
Иллюстрация триггера R-S («сброс-установка»), сделанного из двух цифровых ни ворота с положительными отзывами. Красный и черный означают логические «1» и «0» соответственно.

Электронный резкий поворот, или «защелка», или «бистабильная мультивибратор ", - это схема, которая из-за высокой положительной обратной связи не стабильна в сбалансированном или промежуточном состоянии. Такая бистабильная схема является основой одного кусочек электронных объем памяти. Триггер использует пару усилителей, транзисторов или логических вентилей, соединенных друг с другом, так что положительная обратная связь поддерживает состояние схемы в одном из двух несбалансированных стабильных состояний после того, как входной сигнал был удален, до тех пор, пока не появится подходящий альтернативный сигнал. применяется для изменения состояния.[19] Компьютер оперативная память (RAM) может быть сделано таким образом, с одной схемой фиксации для каждого бита памяти.[20]

Тепловой разгон происходит в электронных системах, потому что некоторый аспект схемы может пропускать больше тока, когда она становится горячее, и чем горячее она становится, тем больше тока она пропускает, что нагревает ее еще больше, и поэтому она пропускает еще больший ток. Последствия для рассматриваемого устройства обычно катастрофические. Если устройства должны использоваться на пределе их максимальной мощности, а тепловой разгон возможен или вероятен при определенных условиях, улучшения обычно могут быть достигнуты путем тщательного проектирования.[21]

Поворотный стол фонографа подвержен акустической обратной связи.

Аудио и видео системы могут демонстрировать положительную обратную связь. Если микрофон принимает усиленный звуковой выход музыкальные колонки в той же цепи, то воющие и визжащие звуки звуковая обратная связь (при максимальной мощности усилителя) будет слышен, поскольку случайный шум повторно усиливается положительной обратной связью и фильтрованный по характеристикам аудиосистемы и помещения.

Аудио и живая музыка

Звуковая обратная связь (также известный как акустическая обратная связь, просто как обратная связь или эффект Ларсена) - это особый вид положительной обратной связи, которая возникает, когда между аудиовходом существует звуковая петля (например, микрофон или же звукосниматель для гитары ) и аудиовыход (например, громко усиленный громкоговоритель ). В этом примере микрофон принимает сигнал усиленный и вышел из громкоговорителя. Затем звук из громкоговорителя может снова приниматься микрофоном, дополнительно усиливаться и затем снова проходить через громкоговоритель. В частота Результирующий звук определяется резонансными частотами в микрофоне, усилителе и громкоговорителе, акустикой комнаты, диаграммами направленности приема и излучения микрофона и громкоговорителя, а также расстоянием между ними. Для малых Системы PA звук легко распознается как громкий визг или визг.

Обратная связь почти всегда считается нежелательной, когда она возникает в микрофон певца или оратора на мероприятии, где используется система звукоусиления или же Система громкой связи. Аудио инженеры используйте различные электронные устройства, такие как эквалайзеры и, с 1990-х годов, устройства автоматического обнаружения обратной связи, чтобы предотвратить эти нежелательные визги или визжащие звуки, которые отвлекают аудиторию от удовольствия от мероприятия. С другой стороны, с 1960-х гг. Электрогитара игроки в рок музыка группы, использующие громкие гитарные усилители и искажение Эффекты намеренно создают обратную связь гитары для создания желаемого музыкального эффекта. "I Feel Fine" группы Beatles - один из первых примеров использования обратной связи в качестве эффекта записи в популярной музыке. Он начинается с одного ударного Обратная связь нота, полученная путем перещипывания струны А на гитаре Леннона. Такие исполнители, как The Kinks и The Who, уже использовали отзывы вживую, но Леннон по-прежнему гордился тем фактом, что Beatles были, возможно, первой группой, которая намеренно поместила это на винил. В одном из своих последних интервью он сказал: «Я бросаю вызов никому, чтобы найти запись - если только это не старая блюзовая пластинка 1922 года, - которая использует обратную связь таким образом».[22]

Принципы звуковой обратной связи впервые открыл датский ученый. Сорен Абсалон Ларсен. Микрофоны - не единственные преобразователи, подверженные этому эффекту. Рекордная колода пикап патроны может делать то же самое, обычно в диапазоне низких частот ниже примерно 100 Гц, что проявляется как низкий гул. Джими Хендрикс был новатором в намеренном использовании гитарной обратной связи в его гитарные соло для создания уникальных звуковых эффектов. Он помог развить контролируемое и музыкальное использование звуковой обратной связи в Электрогитара играть[23] и позже Брайан Мэй был известным сторонником этой техники.[24]

Видео отзыв.

видео

Аналогично, если видеокамера указывает на монитор экран, который отображает собственный сигнал камеры, то повторяющиеся шаблоны могут быть сформированы на экране с помощью положительной обратной связи. Этот эффект видеосвязи использовался во вступительных эпизодах к первый десять сериал телепрограммы Доктор Кто.

Переключатели

В электрические переключатели, включая биметаллическая лента На основе термостатов переключатель обычно имеет гистерезис переключения. В этих случаях гистерезис достигается механически за счет положительной обратной связи в механизме переломного момента. Действие положительной обратной связи сводит к минимуму время возникновения дуги во время переключения, а также удерживает контакты в разомкнутом или замкнутом состоянии.[25]

В биологии

Положительная обратная связь - это усиление реакции организма на раздражитель. Например, во время родов, когда головка плода прижимается к шейке матки (1), это стимулирует нервный импульс от шейки матки к мозгу (2). Когда мозг получает уведомление, он подает сигнал гипофизу, чтобы он выпустил гормон, называемый окситоцин (3). Затем окситоцин переносится через кровоток в матка (4) вызывая схватки, подталкивая плод к шейке матки, в конечном итоге вызывая роды.

В физиологии

Ряд примеров систем положительной обратной связи можно найти в физиология.

  • Одним из примеров является начало схватки в роды, известный как Рефлекс Фергюсона. Когда происходит сокращение, гормон окситоцин вызывает нервный раздражитель, который стимулирует гипоталамус для выработки большего количества окситоцина, который усиливает сокращения матки. Это приводит к увеличению сокращений в амплитуда и частота.[26](pp924–925)
  • Другой пример - процесс свертывание крови. Петля запускается, когда поврежденная ткань выделяет химические вещества, которые активируют тромбоциты в крови. Активированные тромбоциты выделяют химические вещества, чтобы активировать больше тромбоцитов, вызывая быстрый каскад и образование тромба.[26](стр. 392–394)
  • Кормление грудью также включает в себя положительную обратную связь, поскольку, когда ребенок сосет сосок, возникает нервная реакция в спинной мозг и вверх в гипоталамус головного мозга, который затем стимулирует гипофиз железа производить больше пролактин производить больше молока.[26](p926)
  • Всплеск эстроген вовремя фолликулярная фаза причин менструального цикла овуляция.[26](p907)
  • Поколение нервные сигналы другой пример, в котором мембрана нервного волокна вызывает небольшую утечку ионов натрия через натриевые каналы, что приводит к изменению мембранного потенциала, что, в свою очередь, вызывает большее открытие каналов и т. д. (Цикл Ходжкина ). Таким образом, небольшая первоначальная утечка приводит к взрыву утечки натрия, который создает нервную систему. потенциал действия.[26](стр59)
  • В связь возбуждения-сжатия В сердце увеличение количества внутриклеточных ионов кальция в сердечных миоцитах обнаруживается рецепторами рианодина в мембране саркоплазматического ретикулума, которые транспортируют кальций в цитозоль в виде физиологической реакции с положительной обратной связью.

В большинстве случаев такие петли обратной связи завершаются выпуском контр-сигналов, которые подавляют или разрывают петлю. Схватки во время родов прекращаются, когда ребенок находится вне тела матери. Химические вещества разрушают сгусток крови. Лактация прекращается, когда ребенок перестает кормить грудью.[26]

В регуляции генов

Положительная обратная связь - хорошо изученное явление в регуляции генов, где она чаще всего связана с бистабильность. Положительная обратная связь возникает, когда ген активируется прямо или косвенно через двойную отрицательную обратную связь. Генетические инженеры построили и протестировали простые сети положительной обратной связи у бактерий, чтобы продемонстрировать концепцию бистабильности.[27] Классическим примером положительной обратной связи является лак оперон в Кишечная палочка. Положительная обратная связь играет неотъемлемую роль в клеточной дифференциации, развитии и прогрессировании рака, и поэтому положительная обратная связь в регуляции генов может иметь значительные физиологические последствия. Случайные движения в молекулярная динамика в сочетании с положительной обратной связью может вызвать интересные эффекты, такие как создание популяции фенотипически разных клеток из одной и той же родительской клетки.[28] Это происходит потому, что за счет положительной обратной связи шум может усиливаться. Положительная обратная связь также может возникать в других формах клеточная сигнализация, например, кинетика ферментов или метаболические пути.[29]

В эволюционной биологии

Петли положительной обратной связи использовались для описания аспектов динамики изменений биологических эволюция. Например, начиная с макроуровня, Альфред Дж. Лотка (1945) утверждал, что эволюция видов, по сути, была вопросом отбора, который возвращал потоки энергии, чтобы захватывать все больше и больше энергии для использования живыми системами.[30] На человеческом уровне Ричард Д. Александр (1989) предположили, что социальная конкуренция между человеческими группами и внутри них была связана с отбором интеллекта, таким образом постоянно производя все более и более совершенный человеческий интеллект.[31] Креспи (2004) обсудили несколько других примеров петель положительной обратной связи в эволюции.[32] Аналогия Эволюционная гонка вооружений предоставить дополнительные примеры положительной обратной связи в биологических системах.[33]

В фанерозое биоразнообразие показывает устойчивый, но не монотонный рост от почти нуля до нескольких тысяч родов.

Было показано, что изменения биоразнообразие сквозь Фанерозой гораздо лучше коррелируют с гиперболической моделью (широко используемой в демография и макросоциология ) чем с экспоненциальный и логистика модели (традиционно используются в популяционная биология и широко применяется к ископаемое биоразнообразие также). Последние модели предполагают, что изменения в разнообразии управляются положительной обратной связью первого порядка (больше предков, больше потомков) и / или негативный отзыв возникающие из-за ограничения ресурсов. Гиперболическая модель подразумевает положительную обратную связь второго порядка. Гиперболический паттерн рост мирового населения было продемонстрировано (см. ниже) как результат положительной обратной связи второго порядка между размером популяции и скоростью технологический рост. Гиперболический характер роста биоразнообразия аналогичным образом можно объяснить положительной обратной связью между разнообразием и сложностью структуры сообщества. Было высказано предположение, что подобие кривых биоразнообразие а человеческая популяция, вероятно, происходит из того факта, что оба они являются производными от интерференции гиперболического тренда (вызванного положительной обратной связью) с циклической и стохастической динамикой.[34][35]

Иммунная система

А цитокиновый шторм, или же гиперцитокинемия потенциально смертельная иммунная реакция, состоящая из петли положительной обратной связи между цитокины и иммунные клетки, с очень высоким уровнем различных цитокинов.[36] При нормальной иммунной функции петли положительной обратной связи могут использоваться для усиления действия В-лимфоцитов. Когда В-клетка связывает свои антитела с антигеном и активируется, она начинает выделять антитела и секретировать белок комплемента, называемый С3. Как C3, так и B-клеточные антитела могут связываться с патогеном, и когда B-клетка имеет свои антитела, связывающиеся с патогеном с помощью C3, это ускоряет секрецию этой B-клеткой большего количества антител и большего количества C3, тем самым создавая петлю положительной обратной связи.[37]

Смерть клетки

Апоптоз это каспаза -опосредованный процесс клеточной гибели, целью которого является удаление долгоживущих или поврежденных клеток. Неудача этого процесса была связана с такими важными условиями, как рак или же болезнь Паркинсона. Самой сутью апоптотического процесса является автоактивация каспаз, которую можно смоделировать с помощью петли положительной обратной связи. Эта положительная обратная связь вызывает автоматическую активацию эффекторная каспаза с помощью промежуточных каспаз. При изоляции от остальной части пути апоптоза эта положительная обратная связь представляет только одно стабильное устойчивое состояние, независимо от числа промежуточных стадий активации эффекторной каспазы.[9] Когда этот основной процесс дополняется ингибиторами и усилителями эффектов каспаз, этот процесс представляет бистабильность, тем самым моделируя живое и умирающее состояния клетки.[38]

В психологии

Виннер (1996) описал одаренных детей как движимые петлями положительной обратной связи, включающими в себя создание собственного учебного курса, это удовлетворение обратной связью, тем самым дополнительно устанавливая цели обучения на более высокий уровень и так далее.[39] Виннер назвал эту петлю положительной обратной связи «яростью, которую нужно преодолеть». Вандерверт (2009a, 2009b) предположил, что вундеркинд можно объяснить с точки зрения петли положительной обратной связи между результатом мышления / выполнения в рабочая память, который затем подается в мозжечок где он оптимизируется, а затем возвращается в рабочую память, тем самым постоянно увеличивая количественный и качественный выход рабочей памяти.[40][41] Вандерверт также утверждал, что этот цикл положительной обратной связи между рабочей памятью и мозжечком отвечает за язык эволюция рабочей памяти.

В экономике

Рынки с социальным влиянием

Было показано, что рекомендации по продуктам и информация о прошлых покупках существенно влияют на выбор потребителей, будь то музыка, фильмы, книги, технологические и другие типы продуктов. Социальное влияние часто вызывает феномен "богатые становятся богатыми" (Эффект Мэтью ), где популярные товары становятся еще более популярными.[42]

Динамика рынка

Согласно теории рефлексивность продвинутый Джордж Сорос изменения цен вызваны процессом положительной обратной связи, при котором на ожидания инвесторов влияют движения цен, поэтому их поведение усиливает движение в этом направлении до тех пор, пока оно не станет неустойчивым, после чего обратная связь ведет цены в противоположном направлении.[43]

Системный риск

Системный риск представляет собой риск, который представляет для системы процесс усиления, усиления или положительной обратной связи. Обычно это неизвестно, и при определенных условиях этот процесс может экспоненциально усиливаться и быстро приводить к разрушительным или разрушительным последствиям. хаотичный поведение. А Схема Понци является хорошим примером системы положительной обратной связи: средства новых инвесторов используются для выплаты необычно высокой прибыли, что, в свою очередь, привлекает больше новых инвесторов, вызывая быстрый рост до краха. В. Брайан Артур также изучал и писал о положительной обратной связи в экономике (например, W. Brian Arthur, 1990).[44] Хайман Мински предложил теорию о том, что определенные методы кредитной экспансии могут превратить рыночную экономику в «систему усиления отклонений», которая может внезапно рухнуть,[45] иногда называют "Минский момент ".

Простые системы, которые четко отделяют входы от выходов, не подвержены системный риск. Этот риск более вероятен по мере увеличения сложности системы, поскольку становится все труднее увидеть или проанализировать все возможные комбинации переменных в системе даже в условиях тщательного стресс-тестирования. Чем эффективнее сложная система, тем больше вероятность того, что она будет подвержена системным рискам, потому что требуется лишь небольшое отклонение, чтобы нарушить работу системы. Следовательно, хорошо спроектированные сложные системы обычно имеют встроенные функции, позволяющие избежать этого состояния, такие как небольшое трение, или сопротивление, или инерция, или временная задержка, чтобы разъединить выходы и входы внутри системы. Эти факторы составляют неэффективность, но они необходимы, чтобы избежать нестабильности.

В 2010 Флэш-сбой инцидент был обвинен в практике высокочастотная торговля (HFT),[46] хотя вопрос о том, действительно ли HFT увеличивает системный риск, остается спорным.[нужна цитата ]

Рост населения

Основная статья: рост населения

Можно считать, что сельское хозяйство и население находятся в режиме положительной обратной связи,[47] Это означает, что одно движет другим с возрастающей интенсивностью. Предполагается, что эта система положительной обратной связи когда-нибудь закончится катастрофой, поскольку современное сельское хозяйство использует весь легко доступный фосфат и прибегает к высокоэффективным монокультурам, которые более восприимчивы к системный риск.

Аналогичным образом можно рассматривать технологические инновации и человеческое население, и это было предложено в качестве объяснения очевидного гиперболический рост человеческой популяции в прошлом, вместо более простого экспоненциальный рост.[48]Предполагается, что темпы роста ускоряются из-за положительной обратной связи второго порядка между населением и технологиями.[49](p133–160) Технологический рост увеличивает несущую способность земли для людей, что приводит к росту населения, а это, в свою очередь, способствует дальнейшему технологическому росту.[49](p146)[50]

Предрассудки, социальные институты и бедность

Гуннар Мюрдал описал порочный круг об увеличении неравенства и бедности, известной как "круговая кумулятивная причинность ".[51]

В метеорологии

Засуха усиливается за счет положительной обратной связи. Отсутствие дождя снижает влажность почвы, что приводит к гибели растений и / или заставляет их выделять меньше воды через испарение. Оба фактора ограничивают эвапотранспирация, процесс, при котором водяной пар добавляется в атмосферу с поверхности и добавляет в атмосферу сухую пыль, которая поглощает воду. Меньше водяного пара означает низкий точка росы температуры и более эффективное дневное отопление, уменьшающие вероятность влажности в атмосфере, ведущей к образованию облаков. Наконец, без облаков не может быть дождя, и петля полная.[52]

В климатологии

Смотрите также: Обратная связь об изменении климата

Климатические «воздействия» могут подтолкнуть климатическую систему в сторону потепления или охлаждения,[53] например, повышенные атмосферные концентрации парниковые газы вызвать потепление на поверхности. Принуждения являются внешними по отношению к климатической системе, а обратная связь - это внутренние процессы системы. Некоторые механизмы обратной связи действуют относительно изолированно от остальной климатической системы, в то время как другие тесно связаны.[54] Силы, обратная связь и динамика климатической системы определяют, насколько и насколько быстро меняется климат. Основные положительные отзывы в глобальное потепление тенденция потепления к увеличению количества водяного пара в атмосфере, что, в свою очередь, приводит к дальнейшему потеплению.[55] Основной негативный отзыв исходит от Закон Стефана – Больцмана количество тепла, излучаемого Землей в космос, пропорционально четвертой степени температуры поверхности Земли и атмосферы.

Другие примеры подсистем положительной обратной связи в климатологии включают:

  • Более теплая атмосфера растает лед, и это изменяет альбедо что еще больше согревает атмосферу.
  • Гидраты метана могут быть нестабильными, поэтому потепление океана может высвободить больше метан, который также является парниковым газом.
  • Торф, встречающиеся в природе в торфяные болота, содержит углерод. Когда торф сохнет разлагается, и может дополнительно гореть. Торф также выделяет оксид азота.
  • Глобальное потепление влияет на распределение облачности. Облака на больших высотах усиливают парниковый эффект, а низкие облака в основном отражают солнечный свет, оказывая противоположное влияние на температуру.

В межправительственная комиссия по изменению климата (МГЭИК) Четвертый оценочный отчет заявляет, что «антропогенное потепление может привести к некоторым эффектам, которые являются резкими или необратимыми, в зависимости от скорости и масштаба изменения климата».[56]

В социологии

А самоисполняющееся пророчество представляет собой социальную петлю положительной обратной связи между убеждениями и поведением: если достаточное количество людей верят, что что-то правда, их поведение может сделать это правдой, а наблюдения за их поведением могут, в свою очередь, укрепить веру. Классический пример - это банковский бег.

Еще один социологический пример положительной обратной связи - это сетевой эффект. Когда большее количество людей поощряется присоединиться к сети, это увеличивает охват сети, поэтому сеть расширяется еще быстрее. А вирусное видео является примером сетевого эффекта, в котором ссылки к популярному видео публикуются и распространяются, что гарантирует, что больше людей увидят видео, а затем повторно опубликуют ссылки. Это основа многих социальных явлений, в том числе Схемы Понци и письма счастья. Во многих случаях размер популяции является ограничивающим фактором для эффекта обратной связи.

В химии

Если химическая реакция вызывает выделение тепла, и сама реакция происходит быстрее при более высоких температурах тогда велика вероятность положительной обратной связи. Если выделяемое тепло не отводится от реагентов достаточно быстро, тепловой разгон может произойти и очень быстро привести к химическому взрыв.

В консервации

На многих диких животных охотятся ради их частей, которые могут быть весьма ценными. Чем ближе к исчезновению становятся целевые виды, тем выше их цена. Это пример положительной обратной связи.[57]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Бен Цукерман и Дэвид Джефферсон (1996). Человеческое население и экологический кризис. Джонс и Бартлетт Обучение. п. 42. ISBN  9780867209662. В архиве из оригинала от 06.01.2018.
  2. ^ Кизинг, Р. (1981). Культурная антропология: современная перспектива (2-е изд.) С.149. Сидней: Holt, Rinehard & Winston, Inc.
  3. ^ а б c d е Бернар П. Зейглер; Герберт Прахофер; Раздел Таг Гон Кима (2000). «3.3.2 Обратная связь в непрерывных системах». Теория моделирования и моделирования: интеграция дискретных событийных и непрерывных сложных динамических систем. Академическая пресса. п. 55. ISBN  9780127784557. В архиве из оригинала от 03.01.2017. Положительная обратная связь - это петля с четным числом отрицательных влияний [вокруг петли].
  4. ^ С. В. Амос; Р. В. Амос (2002). Словарь Newnes по электронике (4-е изд.). Newnes. п. 247. ISBN  9780750656429. В архиве из оригинала от 29.03.2017.
  5. ^ Рудольф Ф. Граф (1999). Современный словарь электроники (7-е изд.). Newnes. п. 276. ISBN  9780750698665. В архиве из оригинала от 29.03.2017.
  6. ^ "Положительный отзыв". Оксфордский словарь английского языка. Издательство Оксфордского университета. В архиве из оригинала 2 марта 2014 г.. Получено 15 апреля 2014.
  7. ^ "Обратная связь". Глоссарий. Сеть метадизайнеров. В архиве из оригинала 16 апреля 2014 г.. Получено 15 апреля 2014.
  8. ^ Электронные схемы и устройства второе издание. Ральф Дж. Смит
  9. ^ а б Лопес-Каамаль, Фернандо; Миддлтон, Ричард Х .; Хубер, Генрих (февраль 2014 г.). «Равновесия и устойчивость одного класса контуров положительной обратной связи». Журнал математической биологии. 68 (3): 609–645. Дои:10.1007 / s00285-013-0644-z. PMID  23358701. S2CID  2954380.
  10. ^ Донелла Медоуз, Точки воздействия: места для вмешательства в систему В архиве 2013-10-08 в Wayback Machine, 1999
  11. ^ а б Минделл, Дэвид А. (2002). Между человеком и машиной: обратная связь, управление и вычисления до кибернетики. Балтимор, Мэриленд: Издательство Университета Джона Хопкинса. ISBN  9780801868955. В архиве из оригинала от 06.01.2018.
  12. ^ Friis, H.T .; Дженсен, А. Г. (апрель 1924 г.), «Усилители высокой частоты», Технический журнал Bell System, 3 (2): 181–205, Дои:10.1002 / j.1538-7305.1924.tb01354.x
  13. ^ Блэк, Х.С. (январь 1934 г.), "Стабилизированные усилители обратной связи", Электротехника, 53: 114–120, Дои:10.1109 / ee.1934.6540374
  14. ^ США 1113149, Армстронг, Э. Х., "Беспроводная приемная система" 
  15. ^ Китчин, Чарльз. «Проект коротковолнового регенеративного приемника». В архиве из оригинала 10 июля 2010 г.. Получено 23 сентября 2010.
  16. ^ "Синусоидальные генераторы". EDUCYPEDIA - электроника. Архивировано из оригинал 27 сентября 2010 г.. Получено 23 сентября 2010.
  17. ^ Селф, Дуглас (2009). Руководство по проектированию усилителя мощности звука. Focal Press. С. 254–255. ISBN  978-0-240-52162-6. В архиве из оригинала от 29.01.2014.
  18. ^ «CMOS-триггер Шмитта - уникальный универсальный конструктивный элемент» (PDF). Примечания 140 по применению Fairchild Semiconductor. Полупроводники Fairchild. 1975 г. В архиве (PDF) из оригинала 22 ноября 2010 г.. Получено 29 сентября 2010.
  19. ^ Странд, Роберт. «Защелки и шлепки». Лаборатория Bordelais de Recherche en Informatique. В архиве из оригинала 16 июля 2011 г.. Получено 4 ноября 2010.
  20. ^ Уэйн, Сторр. «Основы последовательной логики: SR Flip-Flop». Electronics-Tutorials.ws. В архиве из оригинала 16 сентября 2010 г.. Получено 29 сентября 2010.
  21. ^ Шарма, Биджай Кумар (2009). "Лекция по аналоговой электронике 4, часть C Процедура проектирования RC-связанного усилителя". Получено 29 сентября 2010.
  22. ^ Шефф, Дэвид (2000). Все, что мы говорим. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Пресса Св. Мартина. п.173. ISBN  978-0-312-25464-3.
  23. ^ Шедвик, Кит (2003). Джими Хендрикс, музыкант. Книги о Backbeat. п. 92. ISBN  978-0-87930-764-6.
  24. ^ Мэй, Брайан. "Бернс Брайан Мэй Tri-Sonic Pickups". House Music & Duck Productions. В архиве из оригинала 20 ноября 2010 г.. Получено 2 февраля 2011.
  25. ^ «Положительная обратная связь и бистабильные системы» (PDF). Вашингтонский университет. В архиве (PDF) из оригинала от 13.04.2015. * Не гистерезисные переключатели, переключатели без памяти: эти системы не имеют памяти, то есть после удаления входного сигнала система возвращается в исходное состояние. * Гистерезисные переключатели, бистабильность: бистабильные системы, напротив, имеют память. То есть при переключении в то или иное состояние эти системы остаются в этом состоянии до тех пор, пока не будут принудительно переключены обратно. Выключатель света - распространенный пример бистабильной системы из повседневной жизни. Все бистабильные системы основаны на некоторой форме петли положительной обратной связи.
  26. ^ а б c d е ж Гайтон, Артур С. (1991) Учебник медицинской физиологии. (8-е изд). Филадельфия: W.B. Сондерс. ISBN  0-7216-3994-1
  27. ^ Hasty, J .; McMillen, D .; Коллинз, Дж. Дж. (2002). «Спроектированные генные схемы». Природа. 420 (6912): 224–230. Bibcode:2002Натура 420..224H. Дои:10.1038 / природа01257. PMID  12432407.
  28. ^ Veening, J .; Smits, W. K .; Койперс, О. П. (2008). «Бистабильность, эпигенетика и хеджирование ставок на бактерии» (PDF). Ежегодный обзор микробиологии. 62 (1): 193–210. Дои:10.1146 / annurev.micro.62.081307.163002. HDL:11370 / 59bec46a-4434-4eaa-aaae-03461dd02bbb. PMID  18537474.
  29. ^ Bagowski, C.P .; Феррелл, Дж. Э. (2001). «Бистабильность в каскаде JNK». Текущая биология. 11 (15): 1176–1182. Дои:10.1016 / S0960-9822 (01) 00330-X. PMID  11516948. S2CID  526628.
  30. ^ Лотка, А (1945). «Закон эволюции как принцип максимума». Человеческая биология. 17: 168–194.
  31. ^ Александр, Р. (1989). Эволюция психики человека. В книге П. Миллара и К. Стрингера (ред.), Человеческая революция: поведенческие и биологические взгляды на происхождение современного человека (стр. 455-513). Принстон: Издательство Принстонского университета.
  32. ^ Креспи, Б. Дж. (2004). «Порочные круги: положительная обратная связь в основных эволюционных и экологических переходах». Тенденции в экологии и эволюции. 19 (12): 627–633. Дои:10.1016 / j.tree.2004.10.001. PMID  16701324.
  33. ^ Докинз Р. 1991. Слепой часовщик Лондон: Пингвин. Примечание: W.W. Norton также опубликовал эту книгу, и некоторые цитаты могут относиться к этой публикации. Однако текст идентичен, поэтому все зависит от того, какая книга находится под рукой.
  34. ^ Марков А., Коротаев А. «Морское биоразнообразие фанерозоя следует гиперболической тенденции». Палеомир. Том 16, выпуск 4, декабрь 2007 г., страницы 311-318
  35. ^ Марков А .; Коротаев, А. (2008). «Гиперболический рост морского и континентального биоразнообразия через фанерозой и эволюцию сообществ». Журнал общей биологии. 69 (3): 175–194. PMID  18677962. В архиве из оригинала от 25 декабря 2009 г.
  36. ^ Остерхольм, Майкл Т. (2005-05-05). «Подготовка к следующей пандемии». Медицинский журнал Новой Англии. 352 (18): 1839–1842. CiteSeerX  10.1.1.608.6200. Дои:10.1056 / NEJMp058068. PMID  15872196.
  37. ^ Пол, Уильям Э. (сентябрь 1993 г.). «Инфекционные болезни и иммунная система». Scientific American. 269 (3): 93. Bibcode:1993SciAm.269c..90P. Дои:10.1038 / scientificamerican0993-90. PMID  8211095.
  38. ^ Эйссинг, Томас (2014). «Анализ бистабильности модели активации каспазы для рецептор-индуцированного апоптоза». Журнал биологической химии. 279 (35): 36892–36897. Дои:10.1074 / jbc.M404893200. PMID  15208304.
  39. ^ Виннер, Э. (1996). Одаренные дети: мифы и реальность. Нью-Йорк: Основные книги. ISBN  978-0465017607.
  40. ^ Вандерверт, Л. (2009a). Рабочая память, когнитивные функции мозжечка и вундеркинд. В Л.В. Шавинина (ред.), Международный справочник по одаренности (стр. 295-316). Нидерланды: Springer Science.
  41. ^ Вандерверт, Л. (2009b). «Появление вундеркинда 10 000 лет назад: эволюционное и эволюционное объяснение». Журнал разума и поведения. 30 (1–2): 15–32.
  42. ^ Altszyler, E; Berbeglia, F .; Berbeglia, G .; Ван Хентенрик, П. (2017). «Переходная динамика на рынках пробных предложений с социальным влиянием: компромисс между привлекательностью и качеством». PLOS ONE. 12 (7): e0180040. Bibcode:2017PLoSO..1280040A. Дои:10.1371 / journal.pone.0180040. ЧВК  5528888. PMID  28746334.
  43. ^ Аззопарди, Пол В. (2010), Поведенческий технический анализ, Harriman House Limited, стр. 116, ISBN  9780857190680, в архиве из оригинала от 29.03.2017
  44. ^ Артур, У. Брайан (1990). «Положительные отзывы в экономике». Scientific American. 262 (2): 80. Bibcode:1990SciAm.262b..92A. Дои:10.1038 / scientificamerican0290-92.
  45. ^ Гипотеза финансовой нестабильности В архиве 2009-10-09 на Wayback Machine Хайман П. Мински, Рабочий доклад № 74, май 1992 г., стр. 6–8
  46. ^ "Выводы относительно рыночных событий 6 мая 2010 г." (PDF). 2010-09-30. В архиве (PDF) с оригинала 15 августа 2017 года.
  47. ^ Браун, А. Дункан (2003), Лента или обратная связь: сельское хозяйство, динамика населения и состояние планеты, Утрехт: Международные книги, ISBN  978-90-5727-048-2
  48. ^ Долгоносов, Б. (2010). «О причинах гиперболического роста в биологических и человеческих мировых системах». Экологическое моделирование. 221 (13–14): 1702–1709. Дои:10.1016 / j.ecolmodel.2010.03.028.
  49. ^ а б Коротаев А. Компактные математические модели развития мировой системы и то, как они могут помочь нам прояснить наше понимание процессов глобализации В архиве 2018-01-06 в Wayback Machine. Глобализация как эволюционный процесс: моделирование глобальных изменений. Отредактировано Джордж Моделски, Тессалено Девезас и Уильям Р. Томпсон. Лондон: Рутледж, 2007. С. 133–160.
  50. ^ Коротаев А.В., Малков А.С. Компактная математическая модель экономического и демографического роста мировой системы, 1 н.э. – 1973 н.э. // МЕЖДУНАРОДНЫЙ ЖУРНАЛ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ В ПРИКЛАДНЫХ НАУКАХ Том 10, 2016. С. 200-209 В архиве 2018-01-06 в Wayback Machine.
  51. ^ Бергер, Себастьян. «Циркулярная кумулятивная причинность (CCC) à la Myrdal and Kapp - политический институционализм для минимизации социальных издержек» (PDF). В архиве (PDF) из оригинала 26 апреля 2012 г.. Получено 26 ноября 2011.
  52. ^ С.-Ю. Саймон Ван; Джин-Хо Юн; Кристофер С. Функ; Роберт Р. Гиллис, ред. (2017). Экстремальные климатические явления: закономерности и механизмы. Вайли. С. 81–82. ISBN  9781119068037.
  53. ^ NRC США (2012 г.), Изменение климата: свидетельства, последствия и выбор, Национальный исследовательский совет США (US NRC), в архиве из оригинала от 03.05.2016, стр.9. Также доступно как PDF В архиве 2013-02-20 в Wayback Machine
  54. ^ Понимание обратной связи об изменении климата, Национальная академия наук США В архиве 2012-02-10 в Wayback Machine
  55. ^ «8.6.3.1 Водяной пар и погрешность - AR4 WGI, Глава 8: Модели климата и их оценка». Архивировано из оригинал на 2010-04-09. Получено 2010-04-23.
  56. ^ МГЭИК. «Изменение климата 2007: Обобщающий отчет. Вклад рабочих групп I, II и III в Четвертый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата. Стр. 53» (PDF). В архиве (PDF) из оригинала от 09.02.2010. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  57. ^ Холден, Мэтью Х .; Макдональд-Мэдден, Ева (2017). «Высокие цены на редкие виды могут привести к вымиранию больших популяций: еще раз об антропогенном эффекте Аллее». Журнал теоретической биологии. 429: 170–180. arXiv:1703.06736. Bibcode:2017arXiv170306736H. Дои:10.1016 / j.jtbi.2017.06.019. PMID  28669883. S2CID  4877874.
  58. ^ Положительная обратная связь возникает, когда человеку говорят, что он что-то сделал хорошо или правильно.Том Коэнс и Мэри Дженкинс, «Отмена служебной аттестации», стр. 116.

дальнейшее чтение

  • Норберт Винер (1948), Кибернетика или управление и коммуникация у животных и машин, Париж, Hermann et Cie - MIT Press, Кембридж, Массачусетс.
  • Кэти Сален и Эрик Циммерман. Правила игры. MIT Press. 2004. ISBN  0-262-24045-9. Глава 18: Игры как кибернетические системы.

внешняя ссылка