प्रतिक्रिया
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फीडबैक तब होता है जब किसी सिस्टम के आउटपुट को इनपुट के रूप में करणीयता की सिग्नल चेन (सिग्नल प्रोसेसिंग चेन) के हिस्से के रूप में वापस रूट किया जाता है। कारण-और-प्रभाव जो एक सर्किट या लूप बनाता है।[1] सिस्टम को तब अपने आप में वापस फीड करने के लिए कहा जा सकता है। फीडबैक सिस्टम पर लागू होने पर कारण और प्रभाव की धारणा को सावधानी से संभाला जाना चाहिए:
प्रतिक्रिया प्रणाली के बारे में सरल कारण तर्क मुश्किल है क्योंकि पहली प्रणाली दूसरी को प्रभावित करती है और दूसरी प्रणाली पहले को प्रभावित करती है, जिससे एक परिपत्र तर्क होता है। यह कारण और प्रभाव पर आधारित तर्क को पेचीदा बना देता है, और संपूर्ण प्रणाली का विश्लेषण करना आवश्यक है। जैसा कि वेबस्टर द्वारा प्रदान किया गया है, व्यवसाय में प्रतिक्रिया मूल या नियंत्रक स्रोत के लिए किसी क्रिया, घटना या प्रक्रिया के बारे में मूल्यांकन या सुधारात्मक जानकारी का प्रसारण है।[2]
— कार्ल जोहान एस्ट्रोम और रिचर्ड एम.मुर्रे, प्रतिक्रिया प्रणाली: वैज्ञानिकों और इंजीनियरों के लिए एक परिचय[3]
इतिहास
पुराने काल से ही आत्म-विनियमन के साधन मौजूद रहे हैं और फीडबैक के विचार ने 18 वीं शताब्दी तक ब्रिटेन में अर्थशास्त्र में प्रवेश करना शुरू कर दिया था, लेकिन उस समय में यह कोई सार्वभौमिक अमूर्त धारणा नहीं थी और इसका कोई नाम भी नहीं था।[4]
पानी को स्थिर स्तर पर बनाए रखने के लिए सर्वप्रथम ज्ञात कृत्रिम प्रतिक्रिया उपकरण एक बॉलकॉक था, जिसका आविष्कार प्राचीन मिस्र के सिकंदरिया में 270 ईसा पूर्व में किया गया था।[5] इस डिवाइस ने फीडबैक के सिद्धांत को समझाया: एक कम जल स्तर वाल्व खोलता है, बढ़ता पानी तब सिस्टम में फीडबैक प्रदान करता है, आवश्यक स्तर तक पहुंचने पर वाल्व को बंद कर देता है। इसके बाद जल स्तर में उतार-चढ़ाव के रूप में यह एक परिपत्र फैशन में पुनः होता है।[5]
17 वीं शताब्दी के बाद से पवन चक्कियों में चक्की के पाटों के बीच की दूरी और दबाव को नियंत्रित करने के लिए केन्द्रापसारक राज्यपालों का उपयोग किया जाता था। 1788 में, जेम्स वॉट ने अपने उत्पादन के भाप इंजनों में उपयोग के लिए अपने व्यापार भागीदार मैथ्यू बोल्टन के एक सुझाव के बाद अपना पहला केन्द्रापसारक गवर्नर डिजाइन किया था। शुरुआती भाप इंजनों ने पूरी तरह से पारस्परिक गति को नियोजित किया, और पानी पंप करने के लिए उपयोग किया गया - एक ऐसा अनुप्रयोग जो काम करने की गति में भिन्नता को सहन कर सकता था, लेकिन अन्य अनुप्रयोगों के लिए भाप इंजनों का उपयोग गति के अधिक सटीक नियंत्रण के लिए कहा जाता था।
1868 में, जेम्स क्लर्क मैक्सवेल ने एक प्रसिद्ध पेपर ऑन गवर्नर्स लिखा, जिसे प्रतिक्रिया नियंत्रण सिद्धांत में व्यापक रूप से एक क्लासिक माना जाता है।[6] यह नियंत्रण सिद्धांत और प्रतिक्रिया के गणित पर एक मील का पत्थर था।
एक यांत्रिक प्रक्रिया में पहले की स्थिति में लौटने के अर्थ में वापस फ़ीड करने के लिए क्रिया वाक्यांश, 1860 के दशक तक अमेरिका में उपयोग में था,[7][8] और 1909 में, नोबेल पुरस्कार विजेता कार्ल फर्डिनेंड ब्रौन ने एक विद्युत सर्किट के घटकों के बीच (अवांछित) युग्मन (इलेक्ट्रॉनिक्स) को संदर्भित करने के लिए एक संज्ञा के रूप में फ़ीड-बैक शब्द का उपयोग किया गया था।[9]
1912 के अंत तक, शुरुआती इलेक्ट्रॉनिक एम्पलीफायरों (ऑडियो ट्यूब) का उपयोग करने वाले शोधकर्ताओं ने पता लगाया था कि आउटपुट सिग्नल के जानबूझकर युग्मन भाग को इनपुट सर्किट में वापस लाने से प्रवर्धन (पुनर्योजी सर्किट के माध्यम से) को बढ़ावा मिलेगा, लेकिन ऑडियो को चीखने या गाने का कारण भी बनेगा।[10] आउटपुट से इनपुट तक सिग्नल को फीड बैक करने की इस क्रिया ने 1920 तक एक अलग शब्द के रूप में फीडबैक शब्द के उपयोग को उत्पन्न किया गया था।[10]
1940 के दशक के बाद से साइबरनेटिक्स का विकास वृत्ताकार कारण प्रतिक्रिया तंत्र के अध्ययन के आसपास केंद्रित था।
पिछले कुछ वर्षों में प्रतिक्रिया की सर्वोत्तम परिभाषा के रूप में कुछ विवाद रहा है। साइबरनेटिशियन विलियम रॉस एशबी (1956) के अनुसार, प्रतिक्रिया तंत्र के सिद्धांतों में रुचि रखने वाले गणितज्ञ और सिद्धांतकार "कार्रवाई की चक्रीयता" की परिभाषा को पसंद करते हैं, जो सिद्धांत को सरल और सुसंगत रखता है। जिन लोगों के पास अधिक प्रायोगिक उद्देश्य हैं, उनके लिए फीडबैक किसी ठोस संबंध के द्वारा जान-बूझ कर किया जाने वाला प्रभाव होता है।
[प्रायोगिक प्रयोगकर्ता] गणितज्ञ की परिभाषा पर आपत्ति जताते हुए, यह इंगित करते हुए कि यह उन्हें यह कहने के लिए मजबूर करेगा कि प्रतिक्रिया सामान्य पेंडुलम में मौजूद थी ... इसकी स्थिति और इसकी गति के बीच - एक "प्रतिक्रिया", जो व्यावहारिक दृष्टिकोण से, कुछ हद तक रहस्यमय है। इसके लिए गणितज्ञ प्रतिकार करते हैं कि यदि प्रतिक्रिया को केवल तभी माना जाए जब इसका प्रतिनिधित्व करने के लिए कोई वास्तविक तार या तंत्रिका हो, तो सिद्धांत अराजक हो जाता है और अप्रासंगिकताओं से भर जाता है।[11]: 54
प्रबंधन सिद्धांत में उपयोग पर ध्यान केंद्रित करते हुए, रामप्रसाद (1983) प्रतिक्रिया को आम तौर पर ... वास्तविक स्तर और सिस्टम पैरामीटर के संदर्भ स्तर के बीच के अंतर के बारे में जानकारी के रूप में परिभाषित करता है जिसका उपयोग किसी तरह से अंतर को बदलने के लिए किया जाता है। वह इस बात पर जोर देता है कि जब तक कार्रवाई में अनुवाद नहीं किया जाता तब तक सूचना अपने आप में प्रतिक्रिया नहीं होती है।[12]
प्रकार
सकारात्मक और नकारात्मक प्रतिक्रिया
नकारात्मक प्रतिक्रिया: यदि इनपुट सिग्नल के संबंध में सिग्नल प्रतिक्रिया विपरीत ध्रुवीयता या चरण से 180 डिग्री से बाहर है, तो प्रतिक्रिया को नकारात्मक प्रतिक्रिया कहा जाता है।
नकारात्मक प्रतिक्रिया के एक उदाहरण के रूप में, आरेख एक कार में एक क्रूज नियंत्रण प्रणाली का प्रतिनिधित्व कर सकता है, उदाहरण के लिए, जो गति सीमा जैसे लक्ष्य गति से मेल खाता है। नियंत्रित प्रणाली कार है; इसके इनपुट में इंजन से और सड़क के बदलते ढलान (अशांति) से संयुक्त टोक़ शामिल है। कार की गति (स्थिति) को स्पीडोमीटर द्वारा मापा जाता है। त्रुटि संकेत गति का प्रस्थान है जैसा कि स्पीडोमीटर द्वारा लक्ष्य गति (सेट बिंदु) से मापा जाता है। इस मापी गई त्रुटि की व्याख्या नियंत्रक द्वारा त्वरक को समायोजित करने के लिए की जाती है, जिससे इंजन (प्रभावकार) को ईंधन प्रवाह का आदेश मिलता है। इंजन टॉर्क में परिणामी परिवर्तन, प्रतिक्रिया, गति में त्रुटि को कम करने के लिए, सड़क की गड़बड़ी को कम करने के लिए बदलते सड़क ग्रेड द्वारा लगाए गए टोक़ के साथ जोड़ती है।
डब्लूडब्लूII से पहले "सकारात्मक" और "नकारात्मक" शब्द पहली बार प्रतिक्रिया के लिए लागू किए गए थे। पुनर्योजी सर्किट की शुरुआत के साथ 1920 के दशक में सकारात्मक प्रतिक्रिया का विचार पहले से ही मौजूद था।[13] फ्रिस और जेन्सेन (1924) ने इलेक्ट्रॉनिक एम्पलीफायरों के एक सेट में पुनर्जनन को एक ऐसे मामले के रूप में वर्णित किया है जहां नकारात्मक फीड-बैक कार्रवाई के विपरीत फीड-बैक क्रिया सकारात्मक है, जिसका उल्लेख वे केवल पासिंग में करते हैं।[14] हेरोल्ड स्टीफन ब्लैक का क्लासिक 1934 का पेपर पहले इलेक्ट्रॉनिक एम्पलीफायरों में नकारात्मक प्रतिक्रिया के उपयोग का विवरण देता है। ब्लैक के अनुसार:
सकारात्मक फीड-बैक एम्पलीफायर के लाभ को बढ़ाता है, नकारात्मक फीड-बैक इसे कम करता है।[15]
मिंडेल (2002) के अनुसार इसके कुछ ही समय बाद शर्तों में भ्रम उत्पन्न हो गया था:
... फ्रिस और जेन्सेन ने "पॉजिटिव फीड-बैक" और "नेगेटिव फीड-बैक" के बीच इस्तेमाल किए गए समान अंतर ब्लैक को बनाया था, जो फीडबैक के संकेत पर नहीं बल्कि एम्पलीफायर के लाभ पर इसके प्रभाव पर आधारित था। इसके विपरीत, नाइक्विस्ट और बोडे, जब वे काले रंग के काम पर बने होते हैं, तब नकारात्मक फ़ीडबैक को उसी प्रकार कहा जाता है, जिस प्रकार संकेत उल्टा होता है। ब्लैक को आंशिक रूप से अपने आविष्कार की उपयोगिता के बारे में दूसरों को समझाने में परेशानी हुई क्योंकि परिभाषा के बुनियादी मामलों में भ्रम मौजूद था।[13]: 121
शर्तों के लागू होने से पहले ही, जेम्स क्लर्क मैक्सवेल ने भाप इंजनों में उपयोग किए जाने वाले केन्द्रापसारक गवर्नरों से जुड़े कई प्रकार के घटक गतियों का वर्णन किया था, जो उन लोगों के बीच अंतर करते हैं जो गड़बड़ी या दोलन के आयाम में लगातार वृद्धि करते हैं, और जो उसी की कमी का कारण बनता है।[16]
शब्दावली
सकारात्मक और नकारात्मक प्रतिक्रिया की शर्तों को अलग-अलग विषयों में अलग-अलग तरीकों से परिभाषित किया गया है।
- एक पैरामीटर के संदर्भ और वास्तविक मूल्यों के बीच की खाई को बदलना, इस आधार पर कि अंतर चौड़ा (सकारात्मक) या संकुचित (नकारात्मक) है।[12]
- क्रिया या प्रभाव की वैलेंस (मनोविज्ञान) जो अंतर को परिवर्तित करती है, इस आधार पर कि क्या यह प्राप्तकर्ता या प्रेक्षक को प्रसन्न (सकारात्मक) या अप्रसन्न (नकारात्मक) भावनात्मक अर्थ रखता है।[17]
दो परिभाषाएँ भ्रम पैदा कर सकती हैं, जैसे कि जब एक प्रोत्साहन (इनाम) का उपयोग (अंतर को कम करें) खराब प्रदर्शन को बढ़ावा देने के लिए किया जाता है। परिभाषा 1 के संदर्भ में, कुछ लेखक वैकल्पिक शब्दों का प्रयोग करते हैं, सकारात्मक/नकारात्मक के स्थान पर आत्म-प्रबलिंग/आत्म-संशोधन करते हैं,[18] संतुलन बढ़ाते/संतुलन रखते हुए,[19] विवेक-वृद्धि/विवेक[20] या पुनर्योजी/डिजनेटिव[21] के साथ सकारात्मक/नकारात्मक बदलाव करते हैं। और परिभाषा 2 के लिए, कुछ लेखक कार्रवाई या प्रभाव को प्रतिक्रिया के बजाय सकारात्मक/नकारात्मक सुदृढीकरण या दंड के रूप में वर्णित करने की वकालत करते हैं।[12][22] फिर भी एक अनुशासन के भीतर भी प्रतिक्रिया का एक उदाहरण सकारात्मक या नकारात्मक कहा जा सकता है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि मूल्यों को कैसे मापा या संदर्भित किया जाता है।[23]
यह भ्रम उत्पन्न हो सकता है क्योंकि फीडबैक का उपयोग या तो सूचनात्मक या प्रेरक उद्देश्यों के लिए किया जा सकता है, और अक्सर इसमें गुणात्मक संपत्ति और मात्रात्मक संपत्ति दोनों घटक होते हैं। कोनेलन और ज़मके (1993) ने इसे रखा:
"मात्रात्मक" प्रतिक्रिया हमें बताता है कि कितना और कितने, गुणात्मक' प्रतिक्रिया हमें बताता है कि कितना अच्छा, बुरा या उदासीन।[24]: 102
नकारात्मक और सकारात्मक प्रतिक्रिया की सीमाएं
जबकि सरल प्रणालियों को कभी-कभी एक या दूसरे प्रकार के रूप में वर्णित किया जा सकता है, फीडबैक लूप वाली कई प्रणालियों को इतनी आसानी से सकारात्मक या नकारात्मक के रूप में नामित नहीं किया जा सकता है, और यह विशेष रूप से सच है जब कई लूप मौजूद होते हैं।
जब केवल दो भाग जुड़े होते हैं ताकि प्रत्येक दूसरे को प्रभावित करे, प्रतिक्रिया के गुण पूरे के गुणों के बारे में महत्वपूर्ण और उपयोगी जानकारी देते हैं। लेकिन जब भाग चार तक बढ़ जाते हैं, यदि प्रत्येक तीन अन्य को प्रभावित करता है, तो उनके माध्यम से बीस सर्किटों का पता लगाया जा सकता है; और सभी बीस सर्किटों के गुणों को जानने से सिस्टम के बारे में पूरी जानकारी नहीं मिलती है।[11]: 54
अन्य प्रकार की प्रतिक्रिया
सामान्य तौर पर, फीडबैक सिस्टम में कई सिग्नल वापस खिलाए जा सकते हैं और फीडबैक लूप में अक्सर सकारात्मक और नकारात्मक प्रतिक्रिया का मिश्रण होता है जहां सकारात्मक और नकारात्मक प्रतिक्रिया अलग-अलग आवृत्तियों या सिस्टम के राज्य स्थान में अलग-अलग बिंदुओं पर हावी हो सकती है।
बाइपोलर फीडबैक शब्द जैविक प्रणालियों को संदर्भित करने के लिए गढ़ा गया है जहां सकारात्मक और नकारात्मक प्रतिक्रिया प्रणाली परस्पर क्रिया कर सकती हैं, एक का आउटपुट दूसरे के इनपुट को प्रभावित करता है, और इसके विपरीत भी हो सकता है।[25]
प्रतिक्रिया के साथ कुछ प्रणालियों में बहुत जटिल व्यवहार हो सकते हैं जैसे कि गैर-रैखिक प्रणालियों में अराजक व्यवहार, जबकि अन्य में बहुत अधिक अनुमानित व्यवहार होते हैं, जैसे कि वे जो डिजिटल सिस्टम बनाने और डिजाइन करने के लिए उपयोग किए जाते हैं।
डिजिटल सिस्टम में फीडबैक का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, बाइनरी काउंटर और इसी तरह के डिवाइस फीडबैक को नियोजित करते हैं जहां वर्तमान स्थिति और इनपुट का उपयोग एक नए राज्य की गणना के लिए किया जाता है जिसे बाद में फीड किया जाता है और इसे अपडेट करने के लिए डिवाइस में वापस क्लॉक किया जाता है।
अनुप्रयोग
गणित और गतिशील प्रणाली
फीडबैक गुणों का उपयोग करके, किसी एप्लिकेशन की जरूरतों को पूरा करने के लिए सिस्टम के व्यवहार को बदला जा सकता है; सिस्टम को स्थिर, उत्तरदायी या स्थिर बनाया जा सकता है। यह दिखाया गया है कि फीडबैक के साथ डायनेमिक सिस्टम अराजकता के किनारे के अनुकूलन का अनुभव करते हैं।[26]
जीव विज्ञान
जीवों, पारिस्थितिक तंत्र, या जीवमंडल जैसे जीव विज्ञान प्रणालियों में, अधिकांश मापदंडों को निश्चित पर्यावरणीय परिस्थितियों के तहत एक निश्चित इष्टतम स्तर के आसपास संकीर्ण सीमा के भीतर नियंत्रण में रहना चाहिए, नियंत्रित पैरामीटर के इष्टतम मूल्य का विचलन आंतरिक और बाहरी वातावरण में परिवर्तन के परिणामस्वरूप हो सकता है। कुछ पर्यावरणीय परिस्थितियों में बदलाव के लिए सिस्टम को कार्य करने के लिए बदलने के लिए उस सीमा के परिवर्तन की भी आवश्यकता हो सकती है। बनाए रखने के लिए पैरामीटर का मान एक स्वागत प्रणाली द्वारा दर्ज किया जाता है और एक सूचना चैनल के माध्यम से एक विनियमन मॉड्यूल को अवगत कराया जाता है। इसका एक उदाहरण इंसुलिन दोलन है।
जैविक प्रणालियों में सकारात्मक और नकारात्मक दोनों प्रकार के नियामक सर्किट होते हैं। अन्य संदर्भों की तरह, सकारात्मक और नकारात्मक का अर्थ यह नहीं है कि प्रतिक्रिया अच्छे या बुरे प्रभाव का कारण बनती है। एक नकारात्मक फीडबैक लूप वह है जो एक प्रक्रिया को धीमा करता है, जबकि सकारात्मक फीडबैक लूप इसे तेज करता है। दर्पण न्यूरॉन्स एक सामाजिक प्रतिक्रिया प्रणाली का हिस्सा होते हैं, जब मस्तिष्क द्वारा देखी गई कार्रवाई को स्वयं-निष्पादित क्रिया की तरह प्रतिबिंबित किया जाता है।
आसंजन अणुओं और मध्यस्थों के रूप में कार्य करने वाले स्रावित अणुओं द्वारा मध्यस्थता किए गए विविध प्रकार के सेल के बीच फीडबैक इंटरैक्शन द्वारा सामान्य ऊतक अखंडता को संरक्षित किया जाता है; कैंसर में प्रमुख प्रतिक्रिया तंत्र की विफलता ऊतक के कार्य को बाधित करती है।[27] एक घायल या संक्रमित ऊतक में, भड़काऊ मध्यस्थ कोशिकाओं में प्रतिक्रिया प्रतिक्रियाएं प्राप्त करते हैं, जो जीन अभिव्यक्ति को बदलते हैं, और व्यक्त और स्रावित अणुओं के समूहों को बदलते हैं, जिसमें अणु शामिल हैं जो विभिन्न कोशिकाओं को सहयोग करने और ऊतक संरचना और कार्य को बहाल करने के लिए प्रेरित करते हैं। इस प्रकार की प्रतिक्रिया महत्वपूर्ण है क्योंकि यह प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाओं के समन्वय और संक्रमण और चोटों से उबरने में सक्षम बनाती है। कैंसर के दौरान, इस फीडबैक के प्रमुख तत्व विफल हो जाते हैं। यह ऊतक फलन और प्रतिरक्षा को बाधित करता है।[28][29]
फीडबैक के तंत्र को सबसे पहले बैक्टीरिया में स्पष्ट किया गया था, जहां एक पोषक तत्व उनके कुछ चयापचय कार्यों में परिवर्तन करता है।[30] प्रतिक्रिया जीन और जीन नियामक नेटवर्क के संचालन के लिए भी महत्वपूर्ण है। रेप्रेसर (लैक रेप्रेसर देखें) और उत्प्रेरक प्रोटीन का उपयोग जेनेटिक ऑपेरॉन बनाने के लिए किया जाता है, जिन्हें 1961 में फ्रांकोइस जैकब और जैक्स मोनोड द्वारा फीडबैक लूप के रूप में पहचाना गया था।[31] ये फीडबैक लूप सकारात्मक हो सकते हैं (जैसा कि एक चीनी अणु और बैक्टीरिया सेल में चीनी आयात करने वाले प्रोटीन के बीच युग्मन के मामले में), या नकारात्मक (जैसा कि अक्सर चयापचय खपत में होता है)।
बड़े पैमाने पर प्रतिक्रिया के परिणाम बाहरी परिवर्तनों से गहराई से प्रभावित होने पर भी जीवों की आबादी पर स्थिर प्रभाव पड़ सकता है, यद्यपि प्रतिक्रिया का समय पहले के भाग के रूप में था, पूर्वोत्तर शिकार के चक्रों को जन्म दिया जा सकता है।[32]
ज़्योमोलॉजी में, प्रतिक्रिया चयापचय मार्ग में अपने प्रत्यक्ष उत्पादओं या नीचे की ओर मेटाबोलाइटओं द्वारा एक एंजाइम की गतिविधि के नियमन के रूप में (एलोस्टेरिक विनियमन देखें) कार्य करती है।
हाइपोथैलेमिक-पिट्यूटरी-अधिवृक्क अक्ष को काफी हद तक सकारात्मक और नकारात्मक प्रतिक्रिया द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जिनमें से अधिकांश अभी भी अज्ञात हैं।
मनोविज्ञान में, शरीर पर्यावरण से या आंतरिक रूप से एक उत्तेजना प्राप्त करता है जो हार्मोन के रिलीज का कारण बनता है। हार्मोन के रिलीज होने से उनमें से अधिक हार्मोन रिलीज हो सकते हैं, जिससे सकारात्मक फीडबैक लूप हो सकता है। यह चक्र कुछ व्यवहारों में भी पाया जाता है। उदाहरण के लिए, "शेम लूप्स" उन लोगों में होता है जो आसानी से शरमा जाते हैं। जब उन्हें पता चलता है कि वे शरमा रहे हैं, तो वे और भी शर्मिंदा हो जाते हैं, जिससे वो इसी तरह और शरमाते हैं।[33]
