Теория систем и системный анализ

1.Систе́ма (от греч. σύστημα, «составленный») — множество взаимосвязанных объектов и ресурсов, организованных процессом системогенеза в единое целое и противопоставляемое среде. Система в системном анализе — совокупность сущностей (объектов) и связей между ними, выделенных из среды на определённое время и с определённой целью.

      Термин  используется для обозначения как  конкретной системы (например, экономическая  система России), так и для абстрактной теоретической модели (например, рыночная экономическая система).

      Любой неэлементарный объект можно рассмотреть  как подсистему целого (к которому рассматриваемый объект относится), выделив в нём отдельные части  и определив взаимодействия этих частей, служащих какой-либо функции.

      Изучением систем занимаются системология, кибернетика, общая теория систем, системный анализ, теория систем, термодинамика, ТРИЗ (теория решения изобретательских задач), системная динамика и другие науки.

2. Общая теория систем была предложена Л. фон Берталанфи в 30-е годы XX-го века. Его предшественником был, в частности, Богданов со своей тектологией. Основной идеей Общей теории систем, предложенной Берталанфи, является признание изоморфизма законов, управляющих функционированием системных объектов.

История развития

  Идея наличия  общих закономерностей при взаимодействия большого, но не бесконечного числа  физических, биологических и социальных объектов была впервые высказана  Берталанфи в 1937 году на семинаре по философии в Чикагском университете. Однако первые его публикации на эту тему появились только после войны.

  В 50-70-е  годы XX-го века был предложен ряд  новых подходов к построению Общей  теории систем такими учеными как, М. Месарович, Л. Заде, Р. Акофф, Дж. Клир, А. И. Уемов, Ю. А. Урманцев, Р. Калман, С. Бир, Э. Ласло, Г.П. Мельников и др..

  Общей чертой этих подходов была разработка логико-концептуального  и математического аппарата системных  исследований. 

3. Типы задач.

Задачу синтеза, то есть, задачу созидающую (эволюционную), имеющую порядок рассмотрения от проблемы к структуре, называют прямой.

  ПРОБЛЕМЫ (p) -> ЦЕЛИ (g) -> ФУНКЦИИ (f) -> СТРУКТУРА (s)

Обратный порядок  рассмотрения системы — от структуры  к проблеме принято [1, стр. 14] называть обратной задачей.

  СТРУКТУРА (s)-> ФУНКЦИИ (f)-> ЦЕЛИ (g) -> ПРОБЛЕМЫ (p)

Третьим типом  задач являются задачи оптимизации. Задача оптимизации может быть самой разнообразной. Каждой задаче находятся свои методы решения, которые с течением времени видоизменяются. Наиболее общий подход к этой задаче описан в . Здесь строится модель творческой деятельности (U) как процесса взаимодействия субъекта (S) со средой (En). Описание сделано по методологии теории управления как оптимизация достижения цели (G). Под средой (En) следует иметь в виду ресурсные ограничения.

4. Эпистемологические уровни систем. Крупные классы систем представляются в системологии эпистемологическими уровнями (ЭУ). Множество ЭУ образует решетку. Узлы решетки - это классы эквивалентности общих (стандартных,  неинтерпретированных) систем, обладающих принципиальными методологическими отличиями. Каждый класс эквивалентности- это определенный тип общих систем. Иерархия ЭУ образует таксономию систем (рис. 1).  Основу такой иерархии составляют: исследователь и его среда; объект и его среда; взаимодействие исследователя и объекта. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Обычно идеализированные свойства исследуемых объектов и процессов формулируются в виде аксиом, затем по строгим правилам логического вывода из них выводятся другие истинные свойства (теоремы). Эта теория в совокупности образует математическую модель исследуемого объекта. Т.о. первоначально исходя из пространственных и количественных соотношений.

 

8-10. Представить проблему исследования с системных позиций, это значит осуществить описание объекта исследования, проблемы и окружающей среды в системных терминах.

Система – нечто  целое 

Система – организованное множество 

Система – множество  вещей, свойств и отношений

Система – множество  элементов, образующих структуру и  обеспечивающих определенное поведение  в условиях окружающей среды 

Система – вход, выход, состояния, операторы перехода, операторы выходов 

Система – биосистемы – генотип, условия существования, процессы обмена, развитие, функционирование, репродукция 

автоматическая  регулировка 

Экономические системы – цель, внешний ресурс, внутренний ресурс, исполнение, процесс, помехи, контроль, управление, результат.

      Элемент – предел членения системы с точки зрения решения конкретной задачи поставленной цели.

      Входной элемент – входной элемент  и ресурсы.

      Выходной  элемент.

      Определяя входной элемент и ресурсы  системы важно указать, контролируют они проектируемую систему или  нет (являются они частью системы или частью окружающей среды).

Подсистема выполняет, по крайней мере, одну функцию системы, имеет подцель и обладает свойством  целостности.

      Структура – наиболее существенное взаимоотношение  между элементом и их группами, которые мало меняются при изменениях в системе и обеспечивают существование системы и ее основные свойства.

      Связь – строение (статика), функционирование (динамика), характеризуемые направлением, силой и характером или видом.

      Состояние – множество существенных свойств, которыми система обладает в данный момент времени (мгновенный срез).

      Цель  – заранее мыслимый результат  сознательной деятельности человека.

      Поведение – способность системы переходить из одного состояния в другое при  неизвестных закономерностях перехода.

      3 типа поведения: целенаправленное, нецеленаправленное, управляемое.

Как отличать:

      Если  имеется целенаправленное поведение, то объект – часть системы.

      Если  поведение целенаправленное, то преследуется цель.

      Целенаправленное  поведение должно быть связано с внешней средой, т. к. из нее поступают сигналы, указывающие на то, способствует ли выбранное поведение достижению поставленной цели. Всегда должен осуществляться выбор из нескольких возможных направлений.

      Управляемость свойственна техническим системам, которые не имеют собственных целей, а удовлетворяют цели человека.

      Целенаправленное  поведение свойственно системам, которые способны принимать решения (деятельность человека).

Модели:

      Сетевые – декомпозиция системы во времени

      Иерархические (сильные, слабые)

      Многоуровневые  иерархические структуры:

            Страты

      Стратификация – задание системы семейством моделей, каждая из которых описывает  поведение системы с точки  зрения соответствующего уровня абстрагирования (страта).

Для уменьшения неопределенности ситуации выделяют уровни сложности принимаемого решения. Определяют совокупность последовательно решаемых проблем.

            Эшелоны

Система представляется в виде относительно независимых  подсистем, которые имеют права  принятия решений, а иерархия определяется тем, что некоторые из них находятся под влиянием или управлением вышестоящих

      Матричные структуры

      Структуры с произвольными связями

12-15. Классификация систем:

По виду научного направления (физические, математические)

Основано на форме существующей материи (живые, неживые, биологические, физические)

Абстрактные (элементы – понятия, продукты мышления) и  математические системы (реальные, конкретные)

По виду формализации аппарата (детерминированные – все  составные части взаимодействуют  точно прогнозируемым образом, стохастические – детальное предсказание сделать невозможно, только с долей вероятности)

По отношению  к окружающей среде (закрытые – часы, открытые, частично открытые)

Органичные и  неорганичные. В основе различия лежат  особенности присущих им процессов развития. Органичные – не только структурные, но и генетические связи, имеют не только связи координации, но и субординации, имеет управляющие механизмы воздействия целого на части. Структура частей определяется структурой целого. В процессе развития части качественно преобразуются вместе с целым.

Рефлексивные (реакция  на внешние воздействия однозначна) и нерефлексивные.

По степени  организованности. Представить систему  в виде хорошо организованной –  это значит определить элементы, их взаимосвязи, правила объединения в более крупные компоненты. Если система описана в виде хорошо организованной – можно использовать математический аппарат. При представлении системы в виде плохо организованной – не ставится задача определения всех компонентов, их свойств, связей между ними и целей системы. В этом случае система характеризуется набором макропараметров и закономерностями, которые находятся на основе некоторой выборки компонентов.

Самоорганизующиеся. Этот подход позволяет исследовать  наименее изученные объект и процессы. Системы, относящиеся к данному классу, обладают признаками плохо организованных систем. Эти системы способны адаптироваться, изменять структуру, формировать варианты поведения, выбирать из них наилучший. Системный анализ пытается именно этим классом систем представлять объекты.

Адаптивные, целенаправленные, целеполагающие. Признание всеобщности  адаптации явилось и признанием того, что всем типам систем свойственна  одна целевая стратегия – самосохранение. Целенаправленные системы – эти  системы не только адаптируются, но и действуют в соответствии с некоторым планом, параметры которого определены извне. Целеполагающие – способны сами формировать свои цели и планировать поведение, но при этом в них не происходит качественного изменения структуры и принципов функционирования.

Сложные и простые  системы.

Интуитивное понимание  сложности