- •Введение
- •1. Возникновение и развитие системных представлений
- •1.1. Предварительные замечания
- •1.2. Роль системных представлений в практической деятельности
- •Системность и алгоритмичность
- •1.3. Внутренняя системность познавательных процессов
- •Анализ и синтез в познании
- •Эволюция взглядов на системность мышления
- •1.4. Системность как всеобщее свойство материи
- •Вся природа системна
- •Системы как абстракция
- •Свойства любых систем
- •1.5. Краткий очерк истории развития системных представлений
- •Системность как объект исследования
- •Первые шаги кибернетики
- •Тектология богданова
- •Кибернетика винера
- •Попытки построения общей теории систем
- •Литература
- •Упражнения
- •Вопросы для самопроверки
- •2. Модели и моделирование
- •2.1. Широкое толкование понятия модели
- •Развитие понятия модели
- •Модель как философская категория
- •2.2. Моделирование - неотъемлемый этап всякой целенаправленной деятельности
- •Цель как модель
- •Познавательные и прагматические модели
- •Статические и динамические модели
- •2.3. Способы воплощения моделей
- •Абстрактные модели и роль языков
- •Материальные модели и виды подобия
- •Знаковые модели и сигналы
- •2.4. Условия реализации свойств моделей
- •2.5. Соответствие между моделью и действительностью: различия
- •Конечность моделей
- •Упрощенность моделей
- •Приближенность моделей
- •Адекватность моделей
- •2.6. Соответствие между моделью и действительностью: сходство
- •Истинность моделей
- •Сочетание истинного и ложного в модели
- •2.7. О динамике моделей
- •Сложности алгоритмизации моделирования
- •Естественная эволюция моделей
- •Заключение
- •Литература
- •Упражнения
- •Вопросы для самопроверки
- •3. Системы модели систем
- •3.1. Множественность моделей систем
- •3.2. Первое определение системы
- •Проблемы и системы
- •Сложности выявления целей
- •3.3. Модель "черного ящика"
- •Компоненты "черного ящика"
- •Сложности построения модели "черного ящика"
- •Множественность входов и выходов
- •3.4. Модель состава системы
- •Компоненты модели состава
- •Сложности построения модели состава
- •3.5. Модель структуры системы
- •Отношения и структуры
- •Свойство и отношение
- •3.6. Второе определение системы. Структурная схема системы
- •Структурная схема как соединение моделей
- •3.7. Динамические модели систем
- •Отображение динамики системы
- •Функционирование и развитие
- •Типы динамических моделей
- •Общая математическая модель динамики
- •Заключение
- •Упражнения
- •Вопросы для самопроверки
- •4. Искусственные и естественные системы
- •4.1. Искусственные системы и естественные объекты
- •4.2. Обобщение понятия системы. Искусственные и естественные системы
- •Структурированность естественных объектов
- •Субъективные и объективные цели
- •4.3. Различные классификации систем
- •Классификация систем по их происхождению
- •Типы переменных системы
- •Типы операторов системы
- •Типы способов управления
- •4.4. О больших и сложных системах
- •Ресурсы управления и качество системы
- •Различение больших и сложных систем
- •Другие подходы к понятию сложности
- •Заключение
- •Литература
- •Упражнения
- •Вопросы для самопроверки
- •5. Информационные аспекты изучения систем
- •5.1. Информация как свойство материи
- •5.2. Сигналы в системах
- •Понятие сигнала
- •Типы сигналов
- •5.3. Случайный процесс - математическая модель сигналов
- •Непредсказуемость - основное свойство сигналов
- •Классы случайных процессов
- •5.4. Математические модели реализации случайных процессов
- •Моделирование конкретных реализации
- •Некоторые модели ансамбля реализации
- •5.5. О некоторых свойствах непрерывных сигналов
- •Частотно-временное представление сигналов
- •Дискретное представление сигналов
- •5.6. Энтропия
- •Понятие неопределенности
- •Энтропия и ее свойства
- •Дифференциальная энтропия
- •Фундаментальное свойство энтропии случайного процесса
- •5.7. Количество информации
- •Количество информации как мера снятой неопределенности
- •Количество информации как мера соответствия случайных объектов
- •Свойства количества информации
- •Единицы измерения энтропии и количества информации
- •Количество информации в индивидуальных событиях
- •5.8. Об основных результатах теории информации
- •Избыточность
- •Скорость передачи и пропускная способность
- •Кодирование в отсутствие шумов
- •Кодирование при наличии шумов
- •Пропускная способность гауссова канала связи
- •Заключение
- •Литература
- •Упражнения
- •Вопросы для самопроверки
- •6. Роль измерений в создании моделей систем
- •6.1. Эксперимент и модель
- •Классическое представление об эксперименте
- •Современное понятие эксперимента
- •6.2. Измерительные шкалы
- •Шкалы наименований
- •Порядковые шкалы
- •Модифицированные порядковые шкалы
- •Шкалы интервалов
- •Шкалы отношений
- •Шкалы разностей
- •Абсолютная шкала
- •Согласование шкалы с природой наблюдений
- •О других шкалах
- •6.3. Расплывчатое описание ситуаций
- •Понятие расплывчатости
- •Основные понятия теории расплывчатых множеств
- •6.4. Вероятностное описание ситуации. Статистические измерения
- •Понятие случайной неопределенности
- •О природе случайности
- •Статистические измерения
- •6.5. Регистрация экспериментальных данных и ее связь с последующей их обработкой
- •Классификационные модели
- •Числовые модели
- •Особенности протоколов наблюдений
- •Заключение
- •Литература
- •Упражнения
- •Вопросы для самопроверки
- •7. Выбор (принятие решений)
- •7.1. Многообразие задач выбора
- •Выбор как реализация цели
- •Множественность задач выбора
- •7.2. Критериальный язык описания выбора
- •Выбор как максимизация критерия
- •Сведение многокритериальной задачи к однокритериальной
- •Условная максимизация
- •Варианты оптимизации при разноважных критериях
- •Выбор между упорядочениями
- •Поиск альтернативы с заданными свойствами
- •Нахождение паретовского множества
- •7.3. Описание выбора на языке бинарных отношений
- •Способы задания бинарных отношений
- •Отношения эквивалентности, порядка и доминирования
- •Об оцифровке порядковых шкал
- •7.4. Язык функций выбора
- •Функции выбора как математический объект
- •Ограничения на функции выбора
- •7.5. Групповой выбор
- •Описание группового выбора
- •Различные правила голосования
- •Парадоксы голосования
- •7.6. Выбор в условиях неопределенности
- •Задание неопределенности с помощью матрицы
- •Критерии сравнивания альтернатив при неопределенности исходов
- •Общее представление о теории игр
- •7.7. О выборе в условиях статистической неопределенности
- •Статистические решения как выбор
- •Общая схема принятия статистических решений
- •Понятие об основных направлениях математической статистики
- •Правила "статистической техники безопасности"
- •7.8. Выбор при расплывчатой неопределенности
- •Многокритериальный выбор в расплывчатой ситуации
- •Некритериальные задачи расплывчатого выбора
- •7.9. Достоинства и недостатки идеи оптимальности
- •Достоинства оптимизационного подхода
- •Ограниченность оптимизационного подхода
- •7.10. Экспертные методы выбора
- •Факторы, влияющие на работу эксперта
- •Методы обработки мнений экспертов
- •Метод "делфи"
- •7.11. Человеко-машинные системы и выбор
- •Пакеты прикладных программ для выбора
- •Базы знаний, экспертные системы
- •Системы поддержки решений
- •7.12. Выбор и отбор
- •Повторный выбор
- •Основные идеи теории элитных групп
- •Процедура "претендент- рекомендатель"
- •Процедуры "прополка" и "снятие урожая"
- •Процедура "делегирование"
- •Литература
- •Упражнения
- •Вопросы для самопроверки
- •8. Декомпозиция и агрегирование как процедуры системного анализа
- •8.1. Анализ и синтез в системных исследованиях
- •Сочетание анализа и синтеза в системном исследовании
- •Особенности синтетических методов
- •8.2. Модели систем как основания декомпозиции
- •Содержательная модель как основание декомпозиции
- •Связь между формальной и содержательной моделями
- •Проблема полноты моделей
- •8.3. Алгоритмизация процесса декомпозиции
- •Компромиссы между полнотой и простотой
- •Типы сложности
- •Алгоритм декомпозиции
- •8.4. Агрегирование, эмерджентность, внутренняя целостность систем
- •Эмерджентность как результат агрегирования
- •8.5. Виды агрегирования
- •Конфигуратор
- •Агрегаты-операторы
- •Классификация как агрегирование
- •Функция нескольких переменных как агрегат
- •Статистики как агрегаты
- •Агрегаты-структуры
- •Заключение
- •Литература
- •Упражнения
- •Вопросы для самопроверки
- •9. О неформализуемых этапах системного анализа
- •9.1. Что такое системный анализ
- •Разнородные знания и системный анализ
- •Системный анализ как прикладная диалектика
- •9.2. Формулирование проблемы
- •Превращение проблемы в проблематику
- •Методы построения проблематики
- •9.3. Выявление целей
- •Опасность подмены целей средствами
- •Влияние ценностей на цели
- •Множественность целей
- •Опасность смешения целей
- •Изменение целей со временем
- •9.4. Формирование критериев
- •Критерии как модель целей
- •Причины многокритериальности реальных задач
- •Критерии и ограничения
- •9.5. Генерирование альтернатив
- •Способы увеличения числа альтернатив
- •Создание благоприятных условий
- •Способы сокращения числа альтернатив
- •Мозговой штурм
- •Синектика
- •Разработка сценариев
- •Морфологический анализ
- •Деловые игры
- •9.6. Алгоритмы проведения системного анализа
- •Трудности алгоритмизации системного анализа
- •Компоненты системных исследований
- •9.7. Претворение в жизнь результатов системных исследований
- •Внедрение результатов системного анализа в практику
- •Необходимость методологии внедрения
- •Рост и развитие
- •Условие добровольности участия в анализе
- •Роль отношений между участниками анализа
- •Проблемы и способы их решения
- •Роль этики в системном анализе
- •9.8. О специфике социальных систем
- •Несводимость социальных законов к биологическим и физическим
- •Существуют ли исторические закономерности?
- •"Мягкая" методология в системном анализе
- •Согласие при разногласиях
- •Учитывать будущее
- •Неожиданность как следствие сложности
- •Заключение
- •Литература
- •Вопросы для самопроверки
- •Краткий словарь специальных терминов
-
Упражнения
3.1
Приведите примеры:
а) системы, которая предназначена для выполнения определенной пели, но которую можно использовать и для других целей;
б) системы, спроектированной специально для реализации одновременно нескольких различных целей:
в) разных систем, предназначенных для одной и той же цели. Сформулируйте цель работы вашего факультета так, чтобы она не была общей для других факультетов, в том числе для родственных факультетов других вузов.
3.3
Обсудите проблему множественности входов и выходов на примере знакомой вам системы (радиоприемника, столовой, велосипеда и т.п.). Перечислите при этом нежелательные входы и выходы. Установите, как можно устранить недостатки системы (нежелательные связи со средой).
Выделите в примере из предыдущего упражнения главную цель системы, дополнительные цели и ограничения.
Приведите случай, когда другие модели, кроме модели "черного ящика", не нужны пли недопустимы.
3.4
Приведите пример, когда различным целям соответствуют разные модели состава: а) различающиеся субстратно, т.е. содержащие разные элементы; б) различающиеся делением на подсистемы, но содержащие одни и те же элементы; в) различающиеся из-за отличий в определении элементарности.
3.5
Попробуйте привести пример свойства, которое хотя и проявляется во взаимодействии, но существует само по себе как атрибут объекта.
3.6
Сравните формальную структурную схему какой-нибудь известной вам организации с ее реальной структурой. Обсудите расхождения.
3.7.
Рассмотрите процессы функционирования и развития на примере конкретной системы.
Обсудите общее и различное в росте и развитии системы,
-
Вопросы для самопроверки
-
Чем объясняется существование различных определений системы? Как совместить справедливость каждого чу них с тем, что они различны?
-
Соответствие между конструкцией системы и ее целью не однозначно, но и не произвольно. Что же их связывает?
-
От чего зависит количество входов и выходов модели "черного ящика" для данной системы?
-
Какими признаками должна обладать часть системы, чтобы ее можно было считать элементом?
-
Что общего и в чем различие между понятием элемента и его моделью "черного ящика"?
-
Какова связь между вторым определением системы и ее структурной схемой?
-
Какие особенности системы отражены в ее графе и какие свойства системы не отображаются этой моделью?
-
В чем различие между функционированием и развитием?
-
Каким способом удается компактно описать связь между входом и выходом системы, если значение выхода в данный момент зависит от всей предыстории входа?
-
В чем состоит условие физической реализуемости динамической модели?
-
Какие приемы могут помочь повысить степень полноты содержательных моделей систем?
-
4. Искусственные и естественные системы
-
4.1. Искусственные системы и естественные объекты
-
Один из основных признаков системы состоит в ее структурированности, в целесообразности связей между ее элементами. Понятное и очевидное, если речь идет о системах, созданных человеком, такое описание (определение) системы приводит к сложным вопросам, когда приходится сталкиваться с естественной структурированностью реальных природных объектов. Как красиво и правильно растут кристаллы! Как стройна наша Солнечная система! Как целесообразно устроены живые организмы! Явно налицо необходимые признаки систем. Но в таком случае мы должны вернуться к первому определению системы и поставить перед собой вопрос: на достижение каких целей направлено функционирование этих систем, и если такие цели существуют, то кто их поставил?
На ранней стадии развития общественного сознания стройность и целесообразность природы пытались объяснить сравнительно просто -допустив существование некоторого "внечеловеческого" разума. Это и явилось одной из причин возникновения различных религий, отличие между которыми в основном состоит в том, где находится этот "всезнающий и всемогущий" разум и какие намерения ему присущи. Такая гипотеза нас не устраивает не только потому, что ее принятие сопровождается рядом отрицательных* общественных последствий (побуждением людей к пассивному подчинению "воле всевышнего", использованием религии реакционными классами, отрицанием или ограничением возможностей науки в познании мира и т.д.), но и потому, что эта гипотеза по существу не отвечает на поставленный вопрос. Ведь предполагаемый "сверхъестественный" разум также система, но тогда кто, в свою очередь, "создал" эту систему и откуда возникают ее цели?
Наука не нуждается в гипотезе о существовании бога. Противоречие, которое имеет место, возникло из-за того, что мы сначала абсолютизировали второе определение системы, а затем вспомнили, что всякая система есть средство достижения цели. Это логическая ошибка, такая же, как допущенная в следующем рассуждении: "Всякий человек имеет четыре конечности, туловище и голову. Следовательно, всякое существо с четырьмя конечностями, туловищем и головой есть человек".
Попробуем последовательно придерживаться принятой точки зрения, Мы признаем, во-первых, первое и второе определения системы, а во-вторых, что окружающий мир состоит из структурированных объектов, имеющих связанные между собой части, Следовательно, всякая система есть объект, но не всякий объект есть система.
Пример 1. Лес - это объект, но лишь до тех пор, пока его свойства не используются для конкретных целей. Например, при постройке нового города на лесистой территории часть леса в черте города сохранена в целях, поставленных проектировщиками; теперь эта часть леса входит в систему "город". Или: леспромхозу отведен новый участок леса для разработки. С этого момента такой участок становится элементом системы "леспромхоз".
У леса нет "целей" украсить город или способствовать сохранению его хорошего микроклимата, предоставить леспромхозу возможность выполнить план или снабдить вас грибами. Лес имеет только свойства, знание и использование которых дает возможность всем этим системам достичь своих целей. У леса есть еще очень много (бесконечно много!) свойств, которые, будучи познанными, потенциально могут быть использованы для создания систем. Подобное рассуждение применимо к любому объекту.
Такой подход обладает следующим достоинством: он подчеркивает, что если человек и может добиться любой цели, то не любым образом. Законы природы (обобщенное выражение познанных свойств объектов) нельзя нарушать, их можно только использовать. Мы намечаем конечный пункт (цель), но пути его достижения определяет природа. Реализовать поставленную цель можно только соподчиняя, организуя, используя естественные свойства объектов. Недостижимы лишь цели, противоречащие объективным природным закономерностям. Утверждая это, однако, не следует путать действительно объективные свойства природы и конкретные знания о них на современном этапе.
Пример 2. Известно, что из закона сохранения энергии следует невозможность создания вечного двигателя, т.е. системы, дающей на выходе энергию и ничего не имеющей на входе. Поэтому цель создать вечный двигатель недостижима.
Пример 3. Достижима ли цель создания мыслящей машины? Законы природы, которые запрещали бы это, неизвестны, Конечно, отсюда еще не следует, что такая цель достижима, но поиски способов ее достижения не выглядят напрасными; на современном уровне знаний достижение этой цели не исключено, но и не гарантировано.
Подведем итог: В данном параграфе сделана попытка сохранить понятие системы только для искусственных систем. При таком подходе реальные объекты, несмотря на свою структурированность, системами не признаются, поскольку отсутствуют цели их возникновения и развития.