Головна

Введення: системний погляд на світ

  1.  II. 1. Системний підхід до побудови виховного процесу
  2.  XII. ВЗГЛЯД антропології
  3.  XX з'їзд КПРС: погляд через сорок років
  4.  А) пристрій введення в) пристрій виведення з) системний блок д) зовнішні пристрої е) внутрішні пристрої
  5.  А. Ейнштейн про некласичної науці і Бога. Зміна пізнавальних установок і новий погляд на світ.
  6.  Авраам і його погляди
  7.  Альтернативні погляди: монетаризм і раціональні очікування

лекція 1

Основи теорії систем; структура системних наук

Структура системних наук, принципи системного підходу, предмет системного АНАЛІЗУ

Введення: системний погляд на світ

Характерними властивостями оточуючого нас світу (особливо світу сучасної людської цивілізації) є складність, взаємозалежність, мінливість. При цьому і складність, і взаємозалежність, і мінливість постійно зростають, породжуючи все нові проблеми. Вельми дивно, що навколишній нас світ існує, причому досить довго, розвивається в цілому прогресивно, в бік ускладнення. Ця проблема усвідомлена ще з середини XIX століття, коли були створені дві фундаментальні науки, - термодинаміка (Клаузиус) і теорія еволюції (Дарвін), - висновки яких суперечили один одному. Відповідно до класичної термодинаміки, теоретичної науки, заснованої на фундаментальних принципах, світ повинен розвиватися регресивно, в бік спрощення, наближаючись в межі до стану теплового рівноваги. Теорія еволюції, навпаки, переконливо доводила прогресивний розвиток живої природи Землі, що підтверджується даними, наприклад, палеонтології. Та й розвиток людства (особливо - техніки, технологій від кам'яної сокири до мобільного телефону супутникового зв'язку) свідчить про усложняющемся розвитку, що супроводжується, на жаль, все зростаючими ризиками, небезпеками, кризами.

Приклади?

Відповідь на питання виникнення, існування, розвитку, структури систем в рамках класичних наук дають теорія систем і теорія самоорганізації (синергетика). Застосуванням основних принципів і результатів цих наук до дослідження й проектування складних штучних систем займається системний аналіз на основі так званого системного підходу. Системний аналіз - комплексна, синтетична дисципліна, системний аналітик повинен бути ерудованим і об'єктивно мислячою людиною, добре володіє як загальними методами власне системних наук, так і основними знаннями в предметній області, яку аналізує. Наприклад, в області інформаційних систем і технологій, або в металургії, або - космічної техніки, або - бізнес-процесів ...

Системних аналітиків іноді називають генералісти на противагу «вузьким» фахівцям. У будь-якому досить складній справі, проект потрібні і ті і інші. Вкрай бажано при цьому, щоб фахівець, навіть найвужчий, використовував системний підхід і володів системними методами у вирішенні своїх завдань. А генералісти (керівник, системний аналітик, проектант, експерт) просто зобов'язаний це робити, розбираючись при цьому і в предметної області. На практиці поки це, на жаль, не завжди так, є багато прикладів вузького, своєкорисливого підходу до вирішення складних проблем, що замість вирішення породжує проблеми ще більш складні і неприємні. Системний аналіз вчить широко і об'єктивно мислити, «розбирати» складні проблеми, синтезувати раціональні, правильні рішення.

Більш точні визначення термінів системних наук будуть дані нижче.

Наш короткий курс матиме три складових.

Перша - загальнонаукова. Вивчимо сучасну структуру системних наук, основні поняття, проблематику, завдання.

Друга складова - методологічна (методологія - це набір узгоджених методів дослідження, вирішення завдань). Вивчимо методи системного аналізу, що розуміється як а) аналіз систем і б) аналіз проблем.

Третя складова - практична. Це рішення деяких системних задач. В основному (через дефіцит часу) обмежимося завданнями структурування та багатокритеріального вибору, які, власне кажучи, і складають «серцевину», специфіку системного аналізу.

На жаль, через дефіцит часу і відсутності у студентів спеціальностей необхідної математичної підготовки, питання математичного моделювання систем практично доведеться опустити. І ряд інших питань теж. А жаль. Загалом, це спроба створення дуже короткого курсу для гуманітаріїв з невеликим математичним багажем. Але - для спеціальностей, що має пряме відношення до прикладної інформатики і, отже, до прикладного системного аналізу.

Системний аналіз (не кажучи вже про комплекс системних наук) - велика дисципліна. За пів семестру не вивчені, навіть займаючись тільки їм. Його вивчення вимагає загальної ерудиції, широти мислення, а й вельми розвиває ці корисні властивості. Системний підхід і системний аналіз - потужний інструмент впорядкування і ефективного використання знань, досвіду, інтуїції керівників, експертів, фахівців, та й сучасно освічених людей в питаннях постановки цілей і рішення складних проблем. Проблем самого різного характеру.

Приклади?

Основні поняття і визначення

Саме основне, первинне тут, звичайно ж, - система.

Для розгону. В математиці первинним поняттям є поняття безлічі або сукупності.

Визначення 1. безліч - Це об'єднання в єдине ціле цілком певних, що розрізняються елементів (математичних об'єктів: точок, прямих, рівнянь, операторів, елементів груп, ...). Безліч задається або перерахуванням його елементів, або зазначенням правила, що визначає їх [Тлумачний математичний словник].

Система - це теж сукупність об'єктів (званих також елементами, компонентами), об'єктів будь-якої природи, але не «аби яка». Ця сукупність визначається не правилами, а властивостями.

Приклади систем: організм, автомобіль, комп'ютер, Інтернет, підприємство, держава. Ще приклади: наука (система знань і методів), система міжнародного права, інформаційно-аналітична система.

Приклади ще?

Приклади «несістем» (кластерів): купа цегли, деталей, натовп, пасажири в трамвайному вагоні.

Приклади ще?

Ми бачимо, що системи можуть бути дуже різними.

Класифікація систем за походженням.

Системи за походженням діляться на:

- Природні (природні: Сонячна система, біосфера Землі),

- Штучні (технічні),

- Штучні (абстрактні),

- Комплексні (поєднання в одній системі кількох типів).

Приклади ще?

Хорошим прикладом комплексної системи є комп'ютер з програмним забезпеченням («залізо» і софт).

Пізніше ми уточнимо класифікацію, а поки визначимо то головне, що відрізняє будь-яку справжню систему.

У всіх об'єктів, що утворили систему, є хоча б одна властивість, яке не можна отримати простим додаванням або усреднением властивостей самих об'єктів.

Властивість автомобіля?

Властивість комп'ютера?

Властивість Інтернету?

Властивість рослини?

Властивість тексту підручника?

Властивість вузу?

Властивість нормативно-правової системи?

У більшості систем таких властивостей кілька або багато.

Визначення 2. Властивість сукупності об'єктів будь-якої (в тому числі - різної) природи, яке не є сумою або середньозважений властивостей цих об'єктів і при цьому є властивістю вищого організаційного порядку (більш НЕГЕНТРОПІЙНОЇ - пояснимо пізніше), ніж властивості об'єктів називається інтегративним властивістю.

Часто використовуються рівнозначні терміни: емерджентність (Емергентность), емерджентні властивість [Жилін, Перегудов і Тарасенко].

Integral - тут щось ціле, невід'ємне, істотне, незбиране.

To emerge - з'являтися, виникати, проявлятися.

Визначення 3. Сукупність об'єктів, що володіє інтегративним властивістю, називається системою[Жилін].

У літературі існує багато (десятки!) Визначень системи. На наш погляд визначення 2 і 3 дають найбільш компактне, незбиране (системне!) Визначення системи. Тому, що все інші визначення виникають з них як слідства, зупинимося на них (дотримуючись принципу «Не множення сутностей без необхідності» - такт званим принципом «бритви Оккама»). Це порівняно недавно викристалізувалася визначення системи дивним чином збігається з твердженням (ще!) Аристотеля: «Ціле більше своїх частин».

Щоб бути емерджентной, володіти інтегративним властивістю, система повинна мати деяку структуру, Тобто набір (склад) своїх елементів і (головне!) Взаємозв'язку між елементами.

Далі ми вивчимо наслідки з визначень системи і визначимо поняття структури. А зараз задамося питанням: навіщо все це потрібно? Навіщо вивчати системи взагалі? Адже існують конкретні, «приватні» науки. Наприклад, фундаментальні науки - фізика, хімія, біологія і відповідні їм прикладні технічні науки, хіміко-технологічні, медичні. Вони вивчають конкретні об'єкти і навіть часто називають їх системами. Наприклад, система матеріальних точок в механіці, система харчування двигуна. Навіщо тоді потрібні системні науки, яка їх структура і як вони співвідносяться з конкретними науками?

Спочатку «навіщо?». Навколишній нас світ - величезний набір розвиваються і взаємодіючих систем, часто - ієрархічно вбудованих один в одного (надсистем и підсистем). Можливо, Всесвіт являє собою величезну систему, головне інтегративну властивість якої - існування розумного життя, розуму (антропний принцип).

Сильний антропний принцип: «Всесвіт повинна бути такою, щоб у ній на деякому етапі еволюції допускалося існування спостерігачів». Тобто розумних істот.

Незважаючи на величезну різницю своєї природи і масштабів, всі системи мають ряд загальних властивостей, законів розвитку і тому можуть вивчатися загальних позицій. Системи можуть проектуватися, створюватися і поліпшуватися на основі деякого набору загальних принципів, званого системним підходом. Людина сама по собі - система, він змушений мати справу з природними і штучними системами. Тому вміння аналізувати, прогнозувати, покращувати інтегративні властивості систем, часто сильно полегшує життя і роботу, допомагаючи уникати неприємних наслідків [Жилін]. Інтегративні властивості часто неочевидні. Особливо для новостворюваних штучних систем. Ще менш очевидний зв'язок цих властивостей зі складом і структурою системи.

Аналізом систем як таких займається теорія систем, Аналізом інтеграційних властивостей систем і аналізом проблем, що виникають при дослідженнях і проектуванні штучних систем - системний аналіз, Питаннями проектування і створення комплексних, людино-машинних, так званих ергатівний систем займається системний синтез (контролю, тощо). Більш докладно структуру системної науки розглянемо нижче.

Багато життєво важливі системи демонструють складне, автономне, неочевидне, «антіінтуітівное» поведінку. Тут особливо необхідний системний підхід і системні науки.

Визначення 4. Система зі складним, автономним, неочевидним поведінкою називається складною системою.

Як правило, складна система складається з багатьох елементів, Має складну структуру з різноманітними зв'язками. Це іноді розглядається як визначення складної системи. Дивно (є приклади), що складна поведінка можуть демонструвати і вельми прості за складом і структурі системи. Відповідно до нашого визначення, ми їх також будемо називати складними системами.

Визначення 5. Система, що складається з великого числа елементів, називається великою системою.

Велика система часто, але не обов'язково є складною. Це залежить від мети розгляду. Так, всі матеріальні тіла складаються з величезної кількості атомів, але далеко не завжди розглядаються як «великі системи з атомів». Складність системи визначається в першу чергу складністю і різноманітністю зв'язків. У зв'язку з цим (вибачте за тавтологію) дамо ще два визначення.

Визначення 6. Елементом (компонентом) системи назвемо деякий об'єкт (матеріал, абстрактний), який має властивість або властивостями, важливими для даної проблеми, але внутрішню будову його в рамках цієї проблеми можна не розглядати.

Грубо кажучи, це «чорний ящик» - але тільки в рамках даного дослідження, в рамках іншої проблеми наш елемент може бути системою (підсистемою). А наша система може в свою чергу бути підсистемою більшої системи - надсістеми. Наприклад, вуз - це підсистема системи вищої освіти, світова економіка - надсистема для економіки національної.

Визначення 7. зв'язок - Це важливий для цілей розгляду обмін речовиною, енергією або інформацією між елементами системи, або між системою і зовнішнім середовищем. Зв'язком будемо також називати матеріальний канал такої взаємодії (наприклад, провід, оптичне волокно, електромагнітне поле). Зв'язки приєднуються до елементів через входи і виходи.

Різниця між елементом і зв'язком (як каналом взаємодії): зв'язок тільки передає щось, а елемент це щось (речовина, енергію, інформацію) істотно переробляє. Загальна назва елементів і зв'язків: ланкисистеми.

Складне, автономне поведінка - критерій реальності об'єкта [Дойч]. Тому всі реальні системи є, взагалі кажучи, складними. А відповідно до теореми Геделя - і більшість абстрактних систем теж. Більш того, такі абстрактні системи згідно з критерієм реальності можна розглядати як реальні [Дойч]. Ми бачимо, що системна наука має всеосяжний характер, це ріднить її з філософією і математикою. Але існують і суттєві відмінності від цих дисциплін.

Відмінність від філософії - конструктивність, наявність інструментарію для вирішення конкретних практичних проблем.

Відмінність від математики: «математика любить важкі завдання, а системний аналіз - складні проблеми».

Тепер ми можемо дати розгорнуте визначення системи (це - розширення визначення 3).

Визначення 8. система- Це сукупність елементів (об'єктів, компонентів, ланок), що володіє наступними ознаками:

а) зв'язками, що дозволяють за допомогою переходів по ним від елемента до елементу з'єднати два будь-яких елемента сукупності (тобто систему можна представити зв'язковим графом - графом зв'язків);

б) інтегративним (емерджентним) властивістю, - призначенням, функцією, поведінкою, - відмінним від властивостей елементів і не є сумою (об'єднанням) або середньозваженими властивостей окремих елементів [Губанов та ін., Жилін].

Ознака а) називають связностью системи, ознака б) - функцією системи. Вказівка ??елементів, зв'язків і емерджентних властивостей (функцій) конкретної системи називається описом (завданням) системи за визначенням.

Всі ці визначення системи є занадто загальними. Щоб зробити їх більш корисними для практичних завдань треба їх уточнити, ввести певні класи упорядкованих трійок M, X, F (елементи, зв'язку, функції). Ці класи можна ввести за допомогою одного з двох фундаментальних критеріїв відмінності [Клір]:

а) системи, що базуються на певних типах елементів M;

б) системи, що базуються на певних типах відносин X.

Критерій а) відповідає традиційному поділу науки і техніки на «приватні науки» по все більш вузьким спеціалізаціями: фізика, механіка, механіка рідини, гідравліка, ... сантехніка. Кожна з дисциплін задається певним типом елементів. При цьому певний тип відносин не фіксується. Відносини випливають з «законів природи» в даній предметній області.

Критерій б) відповідає саме системним наук: клас задається типом відносин і структурою системи, а самі елементи можуть бути різної природи. Наприклад: ієрархічні структури в суспільстві, економіці, техніці будуються на відносно домінування «верхніх» рівнів системи над «нижніми».

Можлива і класифікація систем, що базується на певних інтеграційних властивостях F. У техніці і економіці системи різної природи, але з однаковим призначенням називаються субститутами (замінниками), або конкурентами (наприклад, плівкова і цифрова фотографія). Питання про класифікацію за властивостями опрацьований ще недостатньо.

Чому?

Приватні науки мають експериментальну основу, а системні - теоретичну.

Чому?

Можна сказати, системні науки дають новий вимір людського пізнання: вони «ортогональні» (перпендикулярні) традиційним приватним наук [Клір]. Гарне образне порівняння: якщо все наукове знання представити у вигляді будівлі, то «приватні» науки - це поверхи, а системні - це сходи. Приватні науки без системних - це поверхи без сходів, а системні без приватних - це сходи в порожнечу [Жилін]. Додамо, що використання комп'ютерів та інформаційних технологій перетворює сходи в швидкісні ліфти.

 Індивідуальне завдання 4. |  Структура системної науки


 Системний підхід і системний аналіз |  Системний аналіз |  Математичне моделювання в системному аналізі |  Моделі дослідження операцій. оптимізаційні моделі |  Імітаційне моделювання. |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати