星野 力 (1993) はやわかり システムの世界

  • 星野 力 [つとむ], 1993: はやわかり システムの世界。共立出版, 129 pp. ISBN 4-320-02645-4.

1993年に出た本。わたしは新刊で買ったおぼえがある。情報処理の授業を担当していて、そこでつかう概念の参考にした。その数年後に、気候システムについて教えるときの「システム」の意味を考える参考にもした。

ほかのシステムについての入門書が、特定の専門分科の概念にかぎられているか、あるいは、あまりに一般的な話かだったのに対して、コンピュータアーキテクチャと制御工学とを持ち場としながら、他の分野をも展望しているので、よい入門書だと思った。しかし、全体をとおして読んでいなかった。

2020年9月に、また気候システムの教材をつくりながら、深入りはしないが、どんな話題をあつかっているかを知る態度で目をとおした。第7章までは いまの入門者にもすすめられるが、第8章はすすめられないと思う。

本書は、大学で著者が担当していた「工学システム原論」という科目の教材をもとにしたものだそうだ。

大きく2部にわかれている。第1部は基礎的なことがら、第2部はトピックスだ。

第1部 第1章。
1.1節。工学的システムから出発するが、自然界のシステムをもふくむシステムの特徴 (定義になるかもしれないもの)をつぎのように提示している。

多種または多数の構成要素からなっている集合体で、その構成要素間の協調と競合により各構成要素固有の性質とは別の特性や特徴が、集合体全体の特性や特徴として現れているようなもの

1.2節。システムを考えるときには、境界を設定し、内外の出入りを考える。その例として、保存則のなりたつ質量やエネルギーについて、たまりの変化と出入りを関係づけて考えることものべている。
1.3節。サブシステムからなるシステムでは、サブシステム間の相互作用がある。システムには、中央制御機構のあるものも、ないものもある。

第2章。ここは制御理論の分野でのシステムの概念。
時間に関する常微分方程式で表現できるシステムがでてくる。時間は連続だが、空間的構造は考えない(集中しているようにあつかう)。線形システムと非線形システム、インパルス応答、伝達関数表現、状態変数表現、ラプラス変換などのキーワードがでてくる。

第3章。時間や空間を連続としてあつかうモデルと離散であつかうモデルがある。この章ではおもに時間離散のばあいをあつかう。
システムのモデルには、確定系と確定しない系がある。確定しないが確率的にきまる(変数値が統計的分布関数にしたがう)系を「確率系」という。その例として、ランダムウォークとマルコフ過程を説明する。

第4章。つぎのような概念を説明する。
4.1節。システムのグラフ(ネットワーク)表現。
4.2節。システム最適化、{線形、非線形、動的}計画法、最適制御。
4.3節。システムの信頼度。ここでは、コンピュータを利用したプラントなどの具体的なものを評価するときの考えかたがあつかわれている。
4.4節。ゲーム理論。

第2部 第5章。システム科学・システム工学の「ルーツ」、つまりこの専門分野ができるまでの学説史の話。大部分はWienerとvon Neumannについて。
Wienerについては、フィードバック制御、サイバネティックスという「総合的な哲学」、自動化により多くの労働者が失業するのではないかという心配、の話題がある。
von Neumannについては、衝撃波のシミュレーション、ゲーム理論、などもでてはくるが、おもに、計算機のアーキテクチャの話だ。著者(星野さん)は、いわゆる von Neumann型コンピュータの原理の発明は、だれかひとりの業績ではないとする。(本書よりすこしあと、この主題の本をだしている。) しかし von Neumann の貢献はたしかに大きいとする。
5.3節では、情報理論について、Shanon の名まえをだして、簡単にのべている。

第6章。経済学をシステム論的にみる。次の2つの話題がある。

ミクロ経済学的モデル: 自由市場における需給均衡と価格の形成
マクロ経済学的モデル: 国民所得均衡と経済循環

(この「経済循環」は「景気変動」のことで、本文でもそういいかえられている。)

第7章。(いわゆるvon Neumann型の)コンピュータのアーキテクチャの基本を、やや具体的にのべる。しっかり書かれているが、計算機についての入門書と同様な記述だ。

第8章。「人工知能」や「人工生命」について。第2部のあたまにかかれた「私見である」「確立している「真理」という読み方はしないでほしい」ということわりがきは、とくにこの部分にかかわるのだと思う。
1960年代、コンピュータが「人工知能」に発展すると思われたが、Hubert Dreyfus (1965年)が、いま知られている種類のコンピュータでは無理だと言った。
学習過程については、神経回路のモデルをまねて表現できるという期待(ニューラルネット、コネクショニズム)や、遺伝と進化のモデルをまねて表現できるという期待 (遺伝的アルゴリズム)がある。【2010年代の機械学習ブームも、具体的道具はちがうが、この流れのつづきのように、わたしには見える。】
それから「人工生命」の話になる。これは、計算機の中のソフトウェアによって、生物の遺伝と変異による進化と同様な特徴をもった現象をおこすことをさしているらしい。【本書のこの部分の話題をわたしはおいかけていないが、ちょっと見た印象ではおもちゃのように見える。いまは、現実の生物の進化を(部分的にせよ)説明するモデルがもとめられていると思う。他方、機械学習のモデルを自発的に進化するものにすることにも期待があると思うが、(おそらく)潜在的危険が認識されているので、期待を宣伝することはさけられているように、わたしには見える。】

外カバーの図案は、本書の構成を聞いたイラストレーターによる図解にちがいないが、その作者の名まえは見あたらない。
-「システムのルーツ」を木の根のような位置に配置して、「ノイマン、ウィナー」の名まえを出している。第5章の話題。
-BASIC … 第1部であつかった「基本」をさす。しかし、1993年ごろ、本のなかみを知らず表紙だけ見た人は、プログラム言語名だと思ってしまったかと思う。
-COMPUTER … 第7章の話題。
-OR … オペレーションズリサーチ。くわしくあつかわれていないが、第1部 4.2節の「計画法」の関連の用語としてちょっとでてくる。
-ECONOMY … 第6章の話題。
-LIFE … 「生命」。第8章の話題。

折りかえしのあとに くわしい目次をつける。

== 目次 ==
はじめに
謝辞
目次
第 I 部 システムの基礎
1. システムの基本用語
– 1.1 システムとは何か?
– 1.2 システム環境とシステム境界
– 1.3 サブシステムとシステム構造
2. システムの動的モデル
– 2.1 入出力関係とブラックボックス
– 2.2 静的なシステムと動的なシステム
– 2.3 システム間のアナロジー
– 2.4 線形システムと非線形システム
– 2.5 伝達関数表現と状態変数表現
– – 2.5.1 ラプラス変換
– – 2.5.2 伝達関数表現
– 2.6 状態変数表現
3. 連続系と離散系
– 3.1 離散化と差分方程式
– 3.2 オートマトンモデル
– 3.3 確定系と確率系
– – 3.3.1 ランダムウォーク
– – 3.3.2 マルコフ過程
4. いろいろなシステムモデル
– 4.1 グラフによるシステムの図的表現
– 4.2 システム工学とシステム最適化
– – 4.2.1 線形計画法
– – 4.2.2 非線形計画法
– – 4.2.3 動的計画法
– – 4.2.4 最適制御
– – 4.2.5 その他の最適化問題
– 4.3 システムの信頼度
– 4.4 ゲーム理論
第 II 部 システムの世界
5. システム科学・工学のルーツ
– 5.1 ノーバート・ウィナー
– 5.2 ジョン・フォン・ノイマン
– 5.3 情報理論, その他
6. 分散システムの例: 経済学のモデル
– 6.1 自由市場における需給均衡と価格の形成
– 6.2 国民所得均衡と経済の循環
7. コンピュータの世界, その垂直構造
– 7.1 垂直構造とアーキテクチャ
– 7.2 命令実行制御
– 7.3 ソフトウェアの世界
– 7.4 コンピュータのシステム論
8. 人工知能の冬、人工生命の春
– 8.1 ドレフュス事件
– 8.2 記号主義的人工知能の原理的な困難
– 8.3 脳のしくみ
– 8.4 神経回路の数理モデルとコネクショニズム
– 8.5 生物のシステム論的理解
– 8.6 遺伝と適応の計算, 遺伝的アルゴリズム
– 8.7 人工生命の例
– – 8.7.1 マメゾウムシの研究
– – 8.7.2 原始の地球: TIERRA
– – 8.7.3 言語と意味の共進化
– 8.8 人工生命の主張
– 8.9 進化論をコンピュータで検証する
– 8.10 人工生命の春
9. おわりに, システムにおける工学的方法
参考文献
索引

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