Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Інші
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Систем управління
Кафедра:
Кафедра автоматики
Інформація про роботу
Рік:
2008
Тип роботи:
Методичні вказівки до лабораторної роботи
Предмет:
Системний аналіз
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
ПРИДНІПРОВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ БУДІВНИЦТВА ТА
АРХІТЕКТУРИ
КАФЕДРА АВТОМАТИКИ І ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до лабораторних робіт:
«Основні поняття і визначення системного аналізу»
«Класифікація систем. Великі і складні системи»
«Міра складності системи»
«Управління в системі і управління системою»
«Еволюція і стійкість систем»
у дисципліні
„СИСТЕМНИЙ АНАЛІЗ СКЛАДНИХ СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ”
для студентів фаху 6.092501
“Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології”
Дніпропетровськ 2008
Лабораторна робота № 1
«Основні поняття і визначення системного аналізу»
Предмет системного анализу
На сучасному етапі розвитку можна говорити про настання етапу наукового, системно - міждисциплінарного підходу до проблем науки, освіти, техніки і технології, етапу, що концентрує увагу не лише на речовинно- енергетичних, але і на інформаційно-логічних, системно-міждисциплінар-них аспектах, побудови і дослідження системно-інформаційної картини світу. Системний аналіз - система понять, методів (серед яких має бути метод декомпозиції) і технологій для вивчення, опису, реалізації систем різної природи і характеру, міждисциплінарних проблем; це система загальних законів, методів, прийомів дослідження таких систем.
Будь-яку наочну область також можна визначити як системну.
Наочна область - розділ науки, що вивчає наочні аспекти системних процесів і системні аспекти наочних процесів і явищ. Це визначення можна вважати за системне визначення наочної області. Приклад. Інформатика - наука, що вивчає інформаційні аспекти системних процесів і системні аспекти інформаційних процесів. Це визначення можна вважати за системне визначення інформатики. Системный аналіз тісно пов'язаний з синергетикою. Синергетика - міждисциплінарна наука, що вивчає загальні ідеї, методи і закономірності організації (зміни структури, її просторово-часового ускладнення) різних об'єктів і процесів, інваріанти цих процесів. "Синергетика" в переводі - сумісний, такий, що погоджено діє.
Системний аналіз тісно зв'язаний і з філософією. Філософія дає загальні методи змістовного аналізу, а системний аналіз дає загальні методи формального, міжнаочного аналізу наочних областей, виявлення і опису, вивчення їх системних інваріантів.
Можна дати і філософське визначення системного аналізу: системний аналіз - це прикладна діалектика. Системний аналіз надає до використання в різних науках, системах наступні методи і процедури:
абстрагування і конкретизація;
аналіз і синтез;
індукція і дедукція;
формалізація;
структуризація;
макетування;
алгоритмізація;
моделювання;
програмне управління;
розпізнавання, класифікація і ідентифікація образів;
експертне оцінювання і тестування і інші методи і процедури.
1.2. Системні ресурси суспільства
Є наступні основні типи ресурсів в природі і в суспільстві.
Речовина - найбільш добре вивчений ресурс, який в основному, представлений таблицею Д. І. Менделєєва достатньо повно і поповнюється не так часто. Речовина виступає як віддзеркалення постійності матерії в природі, як міра однорідності матерії.
Енергія - не повністю вивчений тип ресурсів, наприклад, ми не володіємо керованою термоядерною реакцією. Енергія виступає як віддзеркалення мінливості матерії, переходів з одного виду в іншій, як міра безповоротності матерії.
Информация - мало изученный тип ресурсов. Информация выступает как отражение порядка, структурированности материи, как мера порядка, самоорганизации материи (и социума). Сейчас это понятие мы будем понимать как некоторые сообщения; ниже этому понятию мы посвятим более детальное обсуждение.
Человек - выступает как носитель интеллекта высшего уровня и является в экономическом, социальном, гуманитарном смысле важнейшим и уникальным ресурсом общества, выступает как мера разума, интеллекта и целенаправленного действия, мера социального начала, высшей формы отражения материи (сознания).
Организация (или организованность) выступает как форма ресурсов в социуме, группе которая определяет его структуру, включая институты человеческого общества и его надстройки, выступает как мера упорядоченности ресурсов. Организация системы связана с наличием некоторых причинно-следственных связей в этой системе. Организация системы может иметь различные формы, например, биологическую, информационную, экологическую, экономическую, социальную, временную, пространственную и она определяется причинно-следственными связями в материи и социуме.
Пространство - мера протяженности материи (события), распределения её (его) в окружающей среде.
Время - мера обратимости (необратимости) материи, событий. Время неразрывно связано с изменениями действительности.
Можно говорить о различных полях, в которые "помещен" любой человек: материальном, энергетическом, информационном, социальном, их пространственных и временных характеристиках.
Пример. Рассмотрим простую задачу - пойти утром на занятия в вуз. Эта часто решаемая студентом задача имеет все аспекты:
Материальный, физический аспект - студенту необходимо переместить некоторую массу, например, учебников и тетрадей на нужное расстояние.
Энергетический аспект - студенту необходимо иметь и затратить нужное количество энергии на перемещение.
Информационный аспект - необходима информация о маршруте движения и месторасположении вуза и нужно обрабатывать по пути своего движения информацию.
Человеческий аспект - перемещение, в частности, переезд на автобусе невозможен без человека, например, без водителя автобуса.
Организационный аспект - необходимы подходящие транспортные сети и маршруты, остановки и т.д..
Пространственный аспект - перемещение на определённое расстояние.
Временной аспект - на данное перемещение будет затрачено время (за которое произойдут соответствующие необратимые изменения в среде, в отношениях, в связях).
Все типы ресурсов тесно связаны и сплетены. Более того, они невозможны друг без друга, актуализация одного из них ведет к актуализации другого.
Пример. При сжигании дров в печке выделяется тепловая энергия, тепловая энергия используется для приготовления пищи, пища используется для получения биологической энергии организма, биологическая энергия используется для получения информации (например, решения некоторой задачи), перемещения во времени и в пространстве. Человек и во время сна расходует свою биологическую энергию на поддержание информационных процессов в организме; более того, сон - продукт таких процессов.
Социальная организация и активность людей совершенствуют информационные ресурсы, процессы в обществе, последние, в свою очередь, совершенствуют производственные отношения.
Если классическое естествознание объясняет мир исходя из движения, взаимопревращений вещества и энергии, то сейчас реальный мир, объективная реальность могут быть объяснены лишь с учётом сопутствующих системных, особенно, системно-информационных процессов.
2.1. Цель, задача, структура, система, системность
Дадим простое интуитивное определение системы и подсистемы (ниже мы дадим более строгое и полное определение).
Система - объект, процесс в котором участвующие элементы связаные некоторыми связями и отношениями.
Подсистема - часть системы с некоторыми связями и отношениями.
Любая система состоит из подсистем, любая подсистемы любой системы может быть рассмотрена сама как система.
Пример. Наука - система, когнитивная система обеспечивающая получение, проверку, фиксацию (хранение), актуализацию знаний общества. Наука имеет подсистемы: математика, информатика, физика, филология и др. Любое знание существует лишь в форме систем (систематизированное знание), а теория - наиболее развитая система их организации в систему позволяющая не только описывать, но и объяснять, прогнозировать события, процессы.
Необходимые атрибуты информатики как научного знания:
наличие предметной сферы - процессов и систем;
выявление, систематизация, описание свойств и атрибутов процессов и систем;
выявление и описание закономерностей в этих процессах и системах;
актуализация этих закономерностей для изучения процессов и систем, их поведения и связей с окружающей средой.
Определим некоторые основные понятия системного анализа, ибо системный стиль мышления, системный подход к рассмотрению проблем являются методологической основой методов многих (если не всех) наук.
Цель - образ несуществующего, но желаемого - с точки зрения задачи или рассматриваемой проблемы - состояния среды, т.е. такого состояния, которое позволяет решать проблему при данных ресурсах. Это - описание, представление некоторого наиболее предпочтительного состояния системы. Пример. Основные социально-экономические цели общества:
экономический рост;
полная занятость населения;
экономическая эффективность производства;
стабильный уровень цен;
экономическая свобода производителей и потребителей;
справедливое распределение ресурсов и благ;
социально-экономическая обеспеченность и защищённость;
торговый баланс на рынке;
справедливая налоговая политика.
Понятие цели конкретизируется различными объектами и процессами.
Пример. Цель - функция (найти значение функции). Цель - выражение (найти аргументы, превращающие выражение в тождество). Цель - теорема (сформулировать и/или доказать теорему - т.е. найти условия превращающие сформулированное предложение в истинное высказывание). Цель - алгоритм (найти, построить последовательность действий, продукций обеспечивающих достижения требуемого состояния объекта или процесса перевода его из исходного состояния в финальное).
Целенаправленное поведение системы - поведение системы (т.е. последовательность принимаемых ею состояний), ведущее к цели системы.
Задача - некоторое множество исходных посылок (входных данных к задаче), описание цели, определенной над множеством этих данных и, может быть, описание возможных стратегий достижения этой цели или возможных промежуточных состояний исследуемого объекта.
Пример. Глобальная экономическая задача, с которой сталкивается любое общество - корректное разрешение конфликта между фактически неограниченным человеческим потреблением товаров и услуг и ограниченными ресурсами (материальными, энергетическими, информационными, людскими), которые могут быть актуализированы для удовлетворения этих потребностей. При этом рассматривают следующие основные экономические задачи общества:
Что производить (какие товары и услуги)?
Как производить (каким образом и где)?
Для кого производить (для какого покупателя, рынка)?
Решить задачу - означает определить четко ресурсы и пути достижения указанной цели при исходных посылках.
Решение задачи - описание или представление того состояния задачи, при котором достигается указанная цель; решением задачи называют и сам процесс нахождения, описания этого состояния.
Пример. Рассмотрим следующую “задачу”: решить квадратное уравнение (или составить алгоритм его решения). Такая постановка проблемы неправильна, ибо не поставлена цель, задача, не указано, как решить задачу и что понимать в качестве решения задачи. Например, не указаны общий вид уравнения - приведенное или же не приведенное уравнение (а алгоритмы их решения - различны!). Задача также поставлена не полностью - не указан тип входных данных: вещественные или комплексные коэффициенты уравнения, не определены понятие решения, требования к решению, например, точность корня (если корень получится иррациональным, а нужно было определить его с некоторой точностью, то задача вычисления приближенного значения корня - автономная, не очень простая задача). Кроме того, можно было бы указать возможные стратегии решения - классическое (через дискриминант), по теореме Виета, оптимальным соотношением операндов и операции (см. ниже соответствующий пример в главе посвящённой алгоритмам).
Описание (спецификация) системы - это описание всех её элементов (подсистем), их взаимосвязей, цели, функции при некоторых ресурсах т.е. всех допустимых состояний.
Если входные посылки, цель, условие задачи, решение или, возможно, даже само понятие решения плохо описываемы, формализуемы, то эти задачи называются плохо формализуемыми. Поэтому при решении таких задач приходится рассматривать целый комплекс формализованных задач, с помощью которых можно исследовать эту плохо формализованную задачу. Сложность исследования таких задач - в необходимости учета различных, а часто и противоречивых критериев определения, оценки решения задачи.
Пример. Плохо формализуемыми будут, например, задачи восстановления “размытых” текстов, изображений, составления учебного расписания в любом большом вузе, составления “формулы интеллекта”, описания функционирования мозга, социума, перевода текстов с одного языка на другой с помощью ЭВМ и др.
Структура - это все то, что вносит порядок в множество объектов, т.е. совокупность связей и отношений между частями целого, необходимые для достижения цели.
Далее мы дадим более формальное (математическое) определение структуры. Понятие структуры одно из наиболее важных понятий - как в абстрактном понимании, так и при его конкретизации.
Пример. Примерами структур могут быть структура извилин мозга, структура студентов на курсе, структура государственного устройства, структура кристаллической решетки вещества, структура микросхемы и др. Кристаллическая решетка алмаза - структура неживой природы; пчелиные соты, полосы зебры - структуры живой природы; озеро - структура экологической природы; партия (общественная, политическая) - структура социальной природы; Вселенная - структура как живой и неживой природы.
Структуры систем бывают разного типа, разной топологии (или же пространственной структуры). Рассмотрим основные топологии структур (систем). Соответствующие схемы приведены на рисунках ниже.
Линейные структуры:
Рис. Структура линейного типа.
Иерархические, древовидные структуры:
Рис. Структура иерархического (древовидного) типа.
Часто понятие системы предполагает наличие иерархической структуры, т.е. систему иногда определяют как иерархическую целостность.
Сетевая структура:
Рис. Структура сетевого типа.
Матричная структура:
Рис. Структура матричного типа.
Пример. Примером линейной структуры является структура станций метро на одной (не кольцевой) линии. Примером иерархической структуры является структура управления вузом: “Ректор - Проректора - Деканы - Заведующие кафедрами и подразделениями - Преподаватели кафедр и сотрудники других подразделений”. Пример сетевой структуры - структура организации строительно - монтажных работ при строительстве дома: некоторые работы, например, монтаж стен, благоустройство территории и др. можно выполнять параллельно. Пример матричной структуры - структура работников отдела НИИ выполняющих работы по одной и той же теме.
Кроме указанных основных типов структур используются и другие, образующиеся с помощью их корректных комбинаций - соединений и вложений.
Пример. “Вложение друг в друга” плоскостных матричных структур может привести к более сложной структуре - структуре пространственной матричной (например, вещества кристаллической структуры типа изображённой на рис.). Структура сплава и окружающей среды (макроструктура) могут определять свойства и структуру сплава (микроструктуру):
Рис. Структура типа кристаллической (пространственно-матричной).
Такого вида структуры часто используются в системах с тесно связанными и равноправными (“по вертикали” и “по горизонтали”) структурными связями. В частности, такую структуру могут иметь системы открытого акционерного типа, корпорации на рынке с дистрибьютерной сетью и другие.
Пример. Из комбинаций матрично-матричного типа (образуемую комбинацией “плоскостных”, например, временных матричных структур), можно получить, например, время - возрастную матричную “пространственную” структуру. Комбинация сетевых структур может дать вновь сетевую структуру. Комбинация иерархической и линейной структуры может привести как к иерархической (при “навешивании” древовидной структуры на древовидную), так и к неопределенностям (при “навешивании” древовидной структуры на линейную).
Из одинаковых элементов можно получать структуры различного типа.
Пример. Макромолекулы различных силикатов можно получать из одних и тех же элементов (Si, O):
(а) (б) (в) Рис. Структуры макромолекул из кремния и кислорода (а, б, в).
Пример. Из одних и тех же составляющих рынка (ресурсы, товары, потребители, продавцы) можно образовывать рыночные структуры различного типа: ОАО, ООО, ЗАО и др. При этом структура объединения может определять свойства, характеристики системы.
Структура является связной, если возможен обмен ресурсами между любыми двумя подсистемами системы (предполагается, что если есть обмен i- ой подсистемы с j-ой подсистемой, то есть и обмен j- ой подсистемы с i-ой.
В общем случае, можно образовывать сложные, связные m-мерные структуры (m-структуры), у которых подсистемы - (m-1)-мерные структуры. Такие m-структуры могут актуализировать связи и свойства, которые невозможно актуализировать в (m-1)-структурах и эти структуры широко используются в прикладных науках (социология, экономика и др.) - для описания и актуализации сложных взаимосвязанных многопараметрических и многокритериальных проблем и систем, в частности, для построения указанных ниже когнитивных структурных схем (когнитивных карт).
Указанного типа топологические структуры называют комплексами или симплициальными комплексами и математически их можно определить как объект K(X,Y,f), где X - это m-структура (mD-симплекс), Y - множество событий (вершин), f - связи между X и Y или математически:
Пример. Примером простого геометрического комплекса может быть известный геометрический плоскостной (2D) граф, который состоит из вершин (отождествляются с некоторыми событиями), соединяемых между собой некоторыми одномерными дугами (отождествляются с некоторыми связями этих вершин). Сеть городов на географической карте соединенных дорогами образует плоскостной граф. Понятие математического графа - ниже.
Пример. Рассмотрим множество хороших друзей X={Иванов, Петров, Сидоров} и замечательных городов Y={Москва, Париж, Нальчик}. Тогда можно построить 3-структуру (2D-симп-лекс) в R3 (в пространстве трёх измерений - высота, ширина, длина), образуемую связыванием элементов X и Y, например, по принципу “кто где был” (рис.). В этой структуре использованы сетевые 2-структуры (2D-симплексы) X, Y (в которых, в свою очередь использованы 1-структуры). При этом элементы X и Y можно брать как точки (0D-симплексы)- элементы пространства нулевого измерения - R0 .
Рис. Геометрическая иллюстрация сложных связных структур.
Если структура плохо описываема или определяема, то такое множество объектов называется плохо структурируемым.
Пример. Плохо структурируемы будут проблемы описания многих исторических эпох, проблем микромира, общественных и экономических явлений, например, динамики курса валют на рынке, поведения толпы и др.
Плохо формализуемые и плохо структурируемые проблемы (системы) наиболее часто возникают на стыке различных наук, при исследовании синергетических процессов и систем.
Способность к нахождению решений в плохо формализуемых, плохо структурируемых средах - наиболее важная отличительная черта интеллектуальности (наличия интеллекта).
По отношению к людям - это способность к абстракции, по отношению к машинам или автоматам - способность к адекватной имитации каких-либо сторон интеллекта и интеллектуального поведения человека.
Интеллектуальная проблема (задача) - проблема человеческого интеллекта, целеполагания (выбора цели), планирования ресурсов (выбора необходимых ресурсов) и построения (выбора) стратегий его достижения.
Такие понятия как “интеллект”, “интеллектуальность” у специалистов различного профиля (системного анализа, информатики, нейропсихологии, психологии, философии и др.) могут несколько различаться, причём это не несёт в себе никакой опасности.
Примем, не обсуждая её положительные и отрицательные стороны, следующую “формулу интеллекта”:
“Интеллект = цель + факты + способы их применения”,
или, в несколько более “математическом”, формализованным виде:
“Интеллект = цель + аксиомы + правила вывода из аксиом”.
Интеллектуальными системами называют такие человеко-машинные системы, которые обладают способностью выполнять (или имитировать) какие-либо интеллектуальные процедуры, например, автоматически классифицировать, распознавать объекты или образы, обеспечивать естественный интерфейс, накапливать и обрабатывать знания, делать логические выводы. Используют и другой, более старый термин - “система искусственного интеллекта”. В информатике актуальна задача повышения интеллектуальности компьютерных и программных систем, технологий и обеспечения интеллектуального интерфейса с ними. В то же время интеллектуальные системы базируются на неполных и не полностью формализуемых знаниях о предметной области, правилах вывода новых знаний, поэтому должны динамически уточняться и расширяться (в отличие от, например, формализуемых и полных математических знаний).
Понятие “система” в переводе с греческого означает “целое, составленное из частей”. Это одна из абстракций информатики и системного анализа, которую можно конкретизировать, выразить в конкретных формах.
Пример. Система теоретических принципов, положений, система государственного устройства, нервная система, производственная система. Можно дать и следующее, более полное определение системы.
Система - это средство достижения цели или все то, что необходимо для достижения цели (элементы, отношения, структура, работа, ресурсы) в некотором заданном множестве объектов (операционной среде).
Дадим теперь более строгое определение системы.
Система - множество связанных друг с другом элементов некоторого вполне определенного множества (некоторых определенных множеств), образующих целостный объект при условии задания для этих объектов и отношений между ними некоторой цели и некоторых ресурсов для достижения этой цели.
Цель, элементы, отношения или ресурсы подсистем при этом будут уже другими, отличными от указанных для всей системы.
Рис. Структура системы в общем виде.
Любая система имеет внутренние состояния, внутренний механизм преобразования входных сигналов, данных в выходные (внутреннее описание) и внешние проявления (внешнее описание). Внутреннее описание даёт информацию о поведении системы, о соответствии (несоответствии) внутренней структуры системы целям, подсистемам (элементам) и ресурсам в системе, внешнее описание - о взаимоотношениях с другими системами, с целями и ресурсами других систем.
Внутреннее описание системы определяет внешнее описание.
Пример. Банк образует систему. Внешняя среда банка - система инвестиций, финансирования, трудовых ресурсов, нормативов и т.д. Входные воздействия - характеристики (параметры) этой системы. Внутренние состояния системы - характеристики финансового состояния. Выходные воздействия - потоки кредитов, услуг, вложений и т.д. Функции этой системы - банковские операции, например, кредитование. Функции системы также зависят от характера взаимодействий системы и внешней среды. Множество выполняемых банком (системой) функций зависят от внешних и внутренних функций, которые могут быть описаны (представлены) некоторыми числовыми и/или нечисловыми, например, качественными, характеристиками или характеристиками смешанного, качественно - количественного характера.
Пример.Физиологическая система “Организм человека” состоит из подсистем “Кровообращение”, “Дыхание”, “Зрение” и др. Функциональная система “Кровоообращение” состоит из подсистем “Сосуды”, “Кровь”, “Артерия” и др. Физико-химическая система “Кровь” состоит из подсистем “Лейкоциты”, “Тромбоциты” и др. и так далее до уровня элементарных частиц.
Рассмотрим систему “Река” (без притоков). Представим её в виде пронумерованных участков реки (камер, подсистем) так, как это изображено на рис.
Рис. Модель реки (течение реки - от 1 к n).
Внутреннее описание системы (каждой подсистемы) может иметь вид:
где x(t,i) - объём воды в i-ой камере в момент времени t, a - коэффициент грунтового просачивания воды, b - осадки, с - испарение с поверхности камеры (a, b, c - входные параметры).
Внешнее описание системы может иметь вид:
где k(x,t,i) - коэффициент, учитывающий влияние грунтового просачивания (структуру дна, берега реки), l(x,t,i) - коэффициент, учитывающий влияние осадков (интенсивность осадков), X(t) - объём воды в реке (у стока, у края последней камеры номер n).
Морфологическое описание системы - описание строения или структуры системы: описание совокупности А элементов этой системы и необходимого для достижения цели набора отношений R между ними.
Морфологическое описание задается кортежом:
где: А - множество элементов и их свойств, В - множество отношений с окружающей средой, R - множество связей в А, V - структура системы, тип этой структуры, Q - описание, представление системы на каком-либо языке. Из морфологического описания системы получают функциональное описание системы (т.е. описание законов функционирования, эволюции системы), а из нее - информационное описание системы (описание информационных связей как системы с окружающей средой, так и подсистем системы) или же так называемую информационную систему, а также информационно-логическое (инфологическое) описание системы.
Пример. Морфологическое описание экосистемы может включать, в частности, структуру обитающих в ней хищников и жертв (система типа “хищники - жертвы”), их трофическую структуру (структуру типа “кто кого поедает?”) или структуру, состав пищи, обычного рациона обитателя), их свойства, связи и отношения. Трофическая структура рассматриваемой ниже экосистемы - одноуровневая, т.е. хищники и жертвы образуют две непересекающиеся совокупности X и Y со свойствами S(X) и S(Y). Возьмем в качестве языка Q морфологического описания русский язык с элементами алгебры. Тогда можно предложить следующее упрощённое модельное морфологическое описание этой экосистемы:
A={человек, тигр, коршун, щука, баран, газель, пшеница, кабан, клевер, полевая мышь (полёвка), змея, жёлудь, карась}, X={человек, тигр, коршун, щука, кабан, змея, баран}, Y={газель, пшеница, клевер, полёвка, жёлудь, карась}, S(X)={пресмыкающееся, двуногое, четырёхногое, плавающее, летающее}, S(Y)={живое существо, зерно, трава, орех}, B={обитатель суши, обитатель воды, растительность} R={хищник, жертва}.
Если использовать результаты популяционной динамики (раздела математики, изучающей динамику, эволюцию популяций), то можно используя приведённое морфологическое описание системы записать адекватное функциональное описание системы. В частности, динамику взаимоотношений в этой системе можно записать в виде уравнений Лотка - Вольтерра:
где: xi(t)-численность (плотность) i-ой популяции, bi j - коэффициент поедания i-го вида жертв j-ым видом хищников (прожорливости), ai - коэффициент рождаемости i-го вида.
Морфологическое описание системы зависит от учитываемых связей, их глубины (связи между главными подсистемами, между второстепенными подсистемами, между элементами), структуры (линейная, иерархическая, сетевая, матричная, смешанная), типа (прямая связь, обратная связь), характера (позитивная, негативная).
Пример. Морфологическое описание автомата для производства некоторого изделия может включать геометрическое описание изделия, программу (описание последовательности действий автомата), описание операционной обстановки (маршрут обработки, ограничения действий и др.). При этом это описание зависит от типа и глубины связей, структуры изделия, заготовки и др. 3FA
Информационное описание системы часто позволяет нам получать дополнительную информацию о системе, извлекать новые знания о системе, решать информационно-логические задачи, исследовать инфологические модели систем.
Пример. Рассмотрим простую информационно-логическую задачу: у Джека машина - красная, у Питера - не черная, не синяя, не голубая, у Майкла - черная и синяя, у Бэрри - белого и синего цветов, у Алекса - машины всех перечисленных цветов; у кого была какого цвета машина, если все они были на пикнике на машинах разного цвета? Ответ на этот, на первый взгляд, нелёгкий вопрос можно легко получить с помощью информационного описания системы с помощью таблицы разрешенных ситуации (таблицы состояний - рис.):
.
Джек
Питер
Майкл
Алекс
Бэрри
Красная
+
+
-
+
-
Черная
-
-
+
+
-
Синяя
-
-
+
+
+
Голубая
-
-
-
+
-
Белая
-
+
-
+
+
Рис. Исходная таблица состояний информационно-логической задачи
Из этой таблицы видно, что Джек был на красной машине, а следовательно, Питер мог быть только на белой машине. Отсюда следует, что Бэрри был на синей, Майкл - на черной, а Алекс - на голубой машине.
Постановка и решение информационно-логических задач - мощное средство выяснения информационных связей в системе, причинно - следственных связей, проведения аналогий, развития алгоритмического мышления, внимания и т.д.
Две системы назовём эквивалентными, если они имеют одинаковые цель, составляющие элементы, структуру. Между такими системами можно установить связь (связи) некотором конструктивным образом.
Можно также говорить об эквивалентности по цели (по элементам, по структуре).
Пусть даны две эквивалентные системы X и Y и система X обладает структурой (или свойством, величиной) I. Если из этого следует, что и система Y обладает этой структурой (или свойством, величиной) I, то I называется инвариантом систем X и Y. Можно говорить об инвариантном содержании двух и более систем или об инвариантном погружении одной системы в другую. Инвариантность двух и более систем предполагает наличие такого инварианта.
Пример. Если рассматривать процесс познания в любой предметной области, познания любой системы, то глобальным инвариантом этого процесса является его спиралевидность. Итак, спираль познания - это инвариант любого процесса познания, независимый от внешних условий и состояний (хотя параметры спирали и его развертывание, например, скорость и крутизна развертывания зависят от этих условий). Цена - инвариант экономических отношений, экономической системы; она может определять и деньги, и стоимость, и затраты.
Основные признаки системы:
целостность, связность или относительная независимость от среды и систем (это наиболее существенная количественная характеристика системы), с исчезновением связности исчезает и сама система, хотя элементы системы и даже некоторые связи, отношения между ними могут быть сохранены;
наличие подсистем и связей между ними или наличие структуры системы (это наиболее существенная качественная характеристика системы), с исчезновением подсистем или связей между ними может исчезнуть и сама система;
возможность обособления или абстрагирования от окружающей среды, т.е. относи- тельная обособленность от тех факторов среды, которые в достаточной мере не влияют на достижение цели;
связи с окружающей средой по обмену ресурсами;
подчиненность всей организации системы некоторой цели (как это, впрочем, следует из определения системы);
эмерджентность или несводимость свойств системы к свойствам элементов.
Подсистема должна обладать всеми свойствами системы, в частности, свойством целостности (по подцели) и эмерджентности, что отличает подсистему от компоненты системы - набора элементов, для которых не сформулирована подцель и нет целостности.
Целое - всегда есть система, а целостность всегда присуща системе, проявляясь в системе в виде симметрии, повторяемости (цикличности), адаптируемости и саморегуляции, наличии и сохранении инвариантов.
“В организованной системе каждая часть или сторона дополняет собой другие и в этом смысле нудна для них как орган целого, имеющий особое значение” (Богданов А.А.).
Кажущееся изменение целостности системы - это лишь изменение наших “точек взгляда на них”, например, изменений по времени или по пространственной координате. Целостности присуще свойство колебательности, цикличности, с определёнными законами сохранения ресурсов (вещества, энергии, информации, организации, пространственных и временных инвариантов).
Пример. В ряде экосистем, например, популяционных, изменение численности или плотности популяции представляет собой колебательный процесс, с определёнными законами сохранения, аналогичным законам сохранения и превращения энергии.
При системном анализе различных объектов, процессов, явлений необходимо пройти следующие этапы системного анализа:
Формулировка целей, их приоритетов и проблем исследования.
Определение и уточнение ресурсов исследования.
Выделение системы (от окружающей среды) с помощью ресурсов.
Определение и описание подсистем.
Определение и описание целостности (связей) подсистем и их элементов.
Анализ взаимосвязей подсистем.
Построение структуры системы.
Установление функций системы и её подсистем.
Согласование целей системы с целями подсистем.
Анализ (испытание) целостности системы.
Анализ и оценка эмерджентности системы.
Испытание системы (системной модели), её функционирования.
Когнитология - междисциплинарное (философия, нейропсихология, психология, лингвистика, информатика, математика, физика и др.) научное направление изучающее методы и модели формирования знания, познания, универсальных структурных схем мышления.
При системном анализе систем удобным инструментом их изображения является инструментарий когнитивной структуризации.
Цель когнитивной структуризации - формирование и уточнение гипотезы о функционировании исследуемой системы, т.е. структурных схем причинно- следственных связей, их количественной оценки.
Причинно-следственная связь между системами (подсистемами, элементами) А и В положительна (отрицательна), если увеличение или усиление А ведёт к увеличению или усилению (уменьшению или ослаблению) В.
Пример. Когнитивная структурная схема для анализа проблемы энергопотребления может иметь следующий вид:
Рис. Пример когнитивной карты.
Кроме когнитивных схем могут использоваться когнитивные решетки (шкалы, матрицы), которые позволяют определять стратегии поведения (например, производителя на рынке).
Решетка образуется с помощью системы факторных координат, где каждая координата соответствует одному фактору, показателю (например, финансовому) или некоторому интервалу изменения этого фактора. Каждая область решетки соответствует тому или иному поведению. Показатели могут быть относительными (например, от 0 до 1), абсолютными (например от минимального до максимального), биполярными (“высокий или большой” - “низкий или маленький)”, чёткими и нечёткими, детерминированными и недетерминированными. Такие решётки могут быть полезны, в частности, для оптимизации делового распределения основной группы налогов между федеральным и региональным бюджетами, выработки стратегии повышения бюджетного самообеспечения и др. На рис. показана одна такая решётка (в биполярной системе показателей); зона D - наиболее благоприятная, зона A - наименее благоприятная.
Рис. Когнитивная решетка финансовой устойчивости фирмы.
Когнитивный инструментарий позволяет снижать сложность исследования, формализации, структурирования, моделирования системы.
Резюмируя вышесказанное, можно дать философское, диалектическое определение системы: система - это есть часть объективной реальности, ограниченная целью (целями) и ресурсами.
Системно в мире все: практика и практические действия, знание и процесс познания, окружающая среда и связи с ней (в ней).
Любая человеческая интеллектуальная деятельность обязана быть по своей сути системной деятельностью, предусматривающей использование совокупности взаимосвязанных системных процедур на пути от постановки задачи и целей к нахождению и использованию решений.
Пример. Любое экологическое решение должно базироваться на фундаментальных принципах системного анализа, информатики, управления и учитывать поведение человека и живых организмов (включая и растений) в окружающей среде - в материально - энергетико - информационном поле т.е. на рациональных, экологически обоснованных нормах поведения в этой среде, с точки зрения “Системы” из подсистем “Человек”, “Природы” и “Космос”.
Незнание же системного анализа не позволяет знаниям (закладываемым традиционным образованием) превращаться в умения и навыки их применения, в навыки ведения системной деятельности (построения и реализации целенаправленных, структурированных, обеспеченных ресурсами или ресурсоограниченных конструктивных процедур решения проблем). Системно мыслящий и действующий человек, как правило
17.03.2013 00:03-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора