Теория систем и системный анализ

Лекция 1. Вводные замечания – комментарии ТЕОРИЯ СИСТЕМ И СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ Предварительные замечания. При изучении методических материалов по курсу необходимо учитывать следующие важные моменты. 1. Рассматриваемая дисциплина включает в себя основные положения научного направ- ления, которое с момента своего возникновения распадается на несколько интенсивно развивающихся направлений – научных школ, каждая из которых старательно убеждает всех заинтересованных в том, что её подходы, набор понятий, терминология, и т.п. является самой правильной. В связи с чем, почти как синонимы рассматриваются названия Теория систем, Системный подход, Системный анализ и менее известные – Тектология, Системология. В книгах с соответствующими названиями содержание большей частью совпадает, однако, например, определение понятия Системы дается по разному и по этому поводу возникают дискуссии о наиболее правильном определении. При этом в пылу полемики забывается один из базовых принципов системного анализа – принцип мультимодельности. Его основное содержание было сформулировано еще в 1956 году, когда рассматриваемое направление исследований формировалось как самостоятельная научная дисциплина. Принцип, сформулированный в символически-афористической форме. гласит: «Не путать карту с местностью», то есть не надо путать изучаемый объект и его модель. Один объект исследования может отображаться с различных точек зрения, причем модели, не только не обязаны совпадать, но иногда могут противоречить друг другу. Поэтому не конструктивны утверждения и споры – какая модель самая правильная. Подобно тому, как для разных ЦЕЛЕЙ лучше подходят разные Карты местности (при спортивном ориентировании и для военных – топографическая, для политиков – политическая. для экономистов, например – карта полезных ископаемых и т.п.), так и для эффективного решения различных научных и инженерных задач могут быть использованы различные модели. Тем самым акцентируется следующий тезис: мы не спорим, какая модель самая правильная, а выбираем ту, которая наиболее эффективно приводит к решению научной или инженерной задачи. Вышесказанное объясняет почему, во-первых, определения системы, не совпадают, а вовторых, под разными названиями названий системных исследований во многом скрывается одно и то же содержание. Далее перейдем к конкретике. 2. В области нашей профессиональной деятельности (прикладной информатики) устоя- лось следующее понимание и использование названий системных исследований. Теория систем – это теоретическая наука, определяющая основные понятия, связи между ними и закономерности присущие ВСЕМ объектам, которые можно или нужно рассматривать как целостные системы. Системный анализ – это научно-инженерная деятельность, которая позволяет строить модели объектов и/или процессов для конкретных прикладных (точный термин - предметных) областей, рассматривая их как системы. Результатом системного анализа является модель изучаемого конкретного объекта или процесса, рассматриваемого как система. 1 Поскольку методы, способы, приемы моделирования и вид получаемых моделей для некоторых, а иногда и для всех областей совпадают, то появляется возможность их обобщенных формулировок. Эти обобщения являются содержанием Системного подхода. Другими словами, Системный подход обобщает методы, способы, приемы моделирования различных объектов, которые могут рассматриваться как одинаковые системы, и дает инструкции, позволяющие выявить эту одинаковость. На уровне аналогий. Теория систем – это Физика (общая и теоретическая), Системный подход – это сопромат, детали точных механизмов, электротехника и т.п. Системный анализ – это проектирование мостов, расчет коробки передач, конструирование радио и теле- аппаратуры, разработка чипов и т.д. Основным объектом изучения в прикладной информатике являются информационные СИСТЕМЫ, и это одна из причин, по которой желательно хорошее понимание теории систем, системного подхода и, особенно, системного анализа. Далее. С точки зрения прикладной информатики любая Информационная технология – это процесс ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННОЙ обработки ПРОБЛЕМНО значимых и ПРЕДМЕТНО оформленных данных. Принцип ЦПП – и это не просто определение, а руководство к действию, когда директор завода поймал Вас (начальника IT отдела) на лестнице и сказал «Потеряли управление цехами». С точки зрения системного подхода была сформулирована проблема – несоответствия функциональных возможностей системы управления предъявляемым к ней требованиям. И Вы знаете, что Вам необходимо разобраться с ситуацией обработки информации, моделируя имеющие место процессы в виде функциональных и объектных моделей до уровня подробности, на котором становится очевидной причина возникновения проблемы (Модель – Как есть). Далее – и это творчество, Вам необходимо на основе некоторой идеи построить модель информационных процессов (Как должно быть) и сформулировать ЦЕЛЬ – ПЕРЕХОД от одной модели к другой. Естественно этот «ПЕРЕХОД» заменяется конкретными словами Вашей идеи. Далее слово ПРОБЛЕМНО предполагает, что будет использована, может быть с доработкой, какая-то существующая модель или придумана новая. И все необходимые (значимые) для этой модели данные должны получаться, обрабатываться, хранится, выводится. Полный курс дисциплины, помимо всего прочего дает систематизированный перечень используемых в различных областях науки (их и называют проблемными) моделей. Предметное оформление означает, что разрабатывая систему для использования конкретными пользователями, необходимо обеспечить понятность взаимодействия между человеком и программной системой (в обе стороны). Для чего используется тезаурусный анализ и построение онтологий – это направления системного похода. Остановимся подробнее на различных определениях понятия системы, даваемых в различных книжках, в частности учебниках. 3. Подобно тому, как взгляд на шар, например, Земной с различных пространственных точек зрения даст разные, может быть пересекающиеся, картины, взгляды на определения системы различны у различных научных направлений (школ). Некоторые определения, частично совпадают. В настоящее время выделяются нижеперечисленные взгляды/подходы к определению понятия системы. 2 - Структурный (другие названия морфологический, микроскопический). Система определяется как набор взаимосвязанных элементов. Основой формального моделирования является теория графов. Это один из основных подходов в нашей профессии. Вы прекрасно представляете, сколько моделей в нашей проблемной и предметной областях изображается в виде различных фигурок (вершин графа), соединяемых линиями (ребрами графа) или стрелками (дуги графа). Важнейшие: модели сущность-связь, диаграммы потоков данных, структурнообъектные модели обработки данных и производственных (бизнес) процессов. – Функциональный. Под функцией понимается действие, направленное на достижение конкретной цели. Система рассматривается как набор взаимосвязанных действий, осуществляемых многими акторами («действующими субъектами»), образующими систему. Цели должны быть согласованы и упорядочены соподчиненностью целям системы в целом. Для системы в целом определены две цели. Первая – существовать в изменяющемся мире, сохраняя условную стабильность (гомеостаз) – устойчивость. Вторая – перейти в новое состояние, не разрушаясь – развитие. Сами по себе цели противоречивы, но сочетаются в реальных системах («чтобы шагнуть, надо упасть»). Основа формализации – дерево целей, в общем случае – нестрогая иерархия целей и структурно функциональные диаграммы. – Макроскопический (иногда называют экологический). Система рассматривается как целое, без детализации, но во взаимодействии с другими системами разного уровня. Основные понятия Система – среда (системное окружение). – Иерархический. Система рассматривается как совокупность подсистем, каждая из которых система и состоит в свою очередь из подсистем более «низкого» уровня, и так далее. Подсистемы нижнего уровня состоят из элементов, рассмотрение которых как систем не представляет интереса с точки зрения решаемых задач. – Процессуальный. Система рассматривается как совокупность одновременно протекающих непрерывных процессов. Основной используемой формальной моделью являются системы алгебраических, чаще интегро-дифференциальных уравнений. Дам пример определения системы, сочетающего разные подходы, из одноименного курса Бауманки. Привожу его, поскольку оно ближе всех к определению именно информационной системы «Систему можно определить как группу взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, которые образуют единое целое, действуя совместно для достижения единой цели, выполняя ввод, вывод и преобразование(информации, вещества, энергии). Это понятие соответствует динамической системе с тремя основными функциями: ввод, обработка (преобразование), вывод. Ввод охватывает сбор, получение и организацию элементов, поступающих в систему для обработки. Обработка – это преобразование элементов входа в элементы вывода, Вывод охватывает передачу элементов, созданных при обработке, до места их потребления». С методологической точки зрения выделяют Дескриптивные и Конструктивные модели систем. Это модели, которые строятся для разных целей. Очень хорошо описаны в лекциях по системному подходу школы Щедровицкого (он их и придумал). В качестве самостоятельного упражнения рассмотрите как определения дескриптивных и конструктивных моделей соотносятся с вышеперечисленными подходами. 3 Также с методологической точки зрения определяют модели типа Черный ящик, Серый ящик, Белый ящик. В более общем случае определяют феноменологическую модель (ответ на вопрос – ЧТО мы видим, типичные представители математико-статистические модели) и концептуальную модель (ответ на вопрос – КАК оно устроено, т.е. объяснение механизма наблюдаемого в терминах причинно-следственных связей). Вопрос ПОЧЕМУ, вообще-то вопрос «к богу» и ответ на него дается заменой ответом на вопрос КАК, на более детальном, глубоком уровне. 4. В заключении – Базовыми учебниками по дисциплине для нашей специальности являются: 1. Волкова В.Н., Денисов А.А. Теория систем и системный анализ. 2. Тарасенко Ф.П. Прикладной системный анализ. Их систематически переиздают в переработанном виде. Годятся любые издания, вышедшие за последние 10 лет. Их можно легко найти в Интернете и скачать. 4