Теория систем Основы теории систем. Соотношение принципа системности, системного (комплексного) подхода и системного анализа
Выбери формат для чтения
Загружаем конспект в формате pptx
Это займет всего пару минут! А пока ты можешь прочитать работу в формате Word 👇
+Лекция 2.
Теория систем Основы теории систем.
Соот ношение принципа системност и,
системного (комплексного) подхода и
системного анализа.
•
• Структура системных исследований
• Системный поАКОА представляет собой общенаучную
методологию качественного исследования и
моделирования различных объектов и процессов как
систем. Большинство исследователей, особенно в
прикладном аспекте, подчеркивает именно
методологическую роль системного подхода, его
качественный
• Предметом исследований в рамках
общей теории является изучение:
• —различных классов, видов и типов
систем;
• —основных принципов и
закономерностей поведения систем;
• —процессов функционирования и
развития систем.
• Системные исследования представляют
собой совокупность научных концепций,
теорий, методологий и методов, в которых
сложный объект исследования или
моделирования рассматривается как система.
Кроме того, это особая форма научнотехнической деятельности, ориентированная
на специфические методы описания, познания
и создания (конструирования) сверхсложных
объектов как систем.
Классическая» теория систем.
• «Эта теория использует классическую математику и
имеет цели: установить принципы, применимые к
системам вообще или к их определенным подклассам
(например, к закрытым и открытым системам);
разработать средства для их исследования и описания и
применить эти средства к конкретным случаям. Учитывая
достаточную общность получаемых результатов, можно
утверждать, что некоторые формальные системные
свойства относятся к любой сущности, которая является
системой (к открытым системам, иерархическим
системам и т.д.), даже если ее особая природа, части,
отношения и т.д., не известны или не исследованы.
Классическая» теория систем
• Примерами могут служить: обобщенные
принципы кинетики, применимые, в частности, к
популяциям молекул или биологических
существ, т.е. к химическим и биологическим
системам; уравнения диффузии, используемые
в физической химии и для анализа
распространения слухов; понятия устойчивого
равновесия и модели статистической механики,
применимые к транспортным потокам;
аллометрический анализ биологических и
социальных систем.
Использование вычислительных машин
и моделирование.
• Системы дифференциальных уравнений, применяемые для
«моделирования» или спецификации систем, обычно требуют
много времени для решения, даже если они линейны и содержат
немного переменных; нелинейные системы уравнений
разрешимы только в некоторых частных случаях. По этой
причине с использованием вычислительных машин открылся
новый подход к системным исследованиям. Дело не только в
значительном облегчении необходимых вычислений, которые
иначе потребовали бы недопустимых затрат времени и энергии,
и замене математической изобретательности заранее
установленными последовательностями операций. Важно еще и
то, что при этом открывается доступ в такие области, где в
настоящее время отсутствует соответствующая математическая
теория и нет удовлетворительных способов решения.
Использование вычислительных машин
и моделирование.
• Так, с помощью вычислительных машин могут
анализировать системы, по своей сложности далеко
превосходящие возможности традиционной математики; с
другой стороны, вместо лабораторного эксперимента
можно воспользоваться моделированием на
вычислительной машине и построенная таким образом
модель затем может быть проверена в реальном
эксперименте. Таким способом Б. Гесс, например,
рассчитал 14-звенную цепь реакций гликолиза в клетке на
модели, содержащей более 100 нелинейных диф
ференциальных уравнений. Подобный анализ стал
обычным делом в экономических разработках, при
исследовании рынка и т. д.
Теория ячеек
• Одним из аспектов системных иссле
дований, который следует выделить,
поскольку эта область разработана
чрезвычайно подробно, является теория
ячеек, изучающая системы,
составленные из под единиц с
определенными граничными условиями,
причем между этими под единицами
имеют место процессы переноса.
• Такие ячеечные системы могут иметь,
например, «цепную» или «сосковую»
структуру (цепь ячеек или центральную ячейку,
сообщающуюся с рядом периферийных ячеек).
Вполне понятно, что при наличии в системе
трех и более ячеек математические трудности
становятся чрезвычайно большими. В этом
случае анализ возможен лишь благодаря
использованию преобразований Лапласа и
аппарата теорий сетей и графов.
Теория множеств.
• Общие формальные свойства систем и
формальные свойства закрытых и открытых
систем могут быть аксиоматизированы в
языке теории множеств. По математическому
изяществу этот подход выгодно отличается
от более грубых и специализированных
формулировок «классической» теории
систем. Связи аксиоматизированной теории
систем с реальной проблематикой системных
исследований пока выявлены весьма слабо.
Теория графов.
• Многие системные проблемы относятся к
структурным и топологическим свойствам
систем, а не к их количественным
отношениям. В этом случае используется
несколько различных подходов. В теории
графов, особенно в теории
ориентированных графов (диграфов),
изучаются реляционные структуры,
представляемые в топологическом
пространстве.
• Эта теория применяется
для исследования реляционных
аспектов биологии. В магматическом
смысле она связана с матричной
алгеброй, но своими моделями — с тем
разделом теории ячеек, в котором
рассматриваются системы,
содержащие частично «проницаемые»
подсистемы, а вследствие этого — с тео
рией открытых систем.
• Теория сетей. Эта теория, в свою
очередь, связана с теориями множеств,
графов, ячеек и т. д. Она применяется к
анализу таких систем, как нервные
сети.
• Кибернетика. В основе кибернетики, т.е. теории
систем управления, лежит связь (передача
информации) между системой и средой и внутри
системы, а также управление (обратная связь)
функциями системы относительно среды.
Кибернетические модели допускают широкое
применение, но их нельзя отождествлять с теорией
систем вообще. В биологии и других
фундаментальных науках кибернетические модели
позволяют описывать формальную структуру
механизмов регуляции, например, при помощи блоксхем и графов потоков
• Использование кибернетических моделей
позволяет установить структуру регуляции системы
даже в том случае, когда реальные механизмы
остаются неизвестными и система представляет
собой «черный ящик», определяемый только его
входом и выходом. Таким образом, одна и та же
кибернетическая схема может применяться к
гидравлическим, электрическим, физиологическим
и другим системам. Тщательно разработанная
техническая теория сервомеханизмов применяется
естественным системам в ограниченном объеме.
• Теория информации. По К. Шеннону,
математическое выражение для понятия
информации изоморфно выражению для
негэнтропии в термодинамике. Считается, что
понятие информации можно использовать в
качестве меры организации. Хотя теория
информации имеет большое значение для техники
связи, ее применение в науке весьма незначительно.
Главной проблемой остается выяснение отношения
между информацией и организацией, между
теорией информации и термодинамикой.
Теория автоматов.
• Это так называемая теория абстрактных
автоматов, имеющих вход, выход,
иногда способных действовать методом
проб и ошибок и обучаться. Общей
моделью теории автоматов является
машина Тьюринга, которая представляет
собой абстрактную машину, способную
печатать (или стирать) на ленте
конечной длины цифры 1 и 0.
• Можно показать, что любой сколь угодно
сложный процесс может моделироваться
машиной Тьюринга, если этот процесс
можно выразить конечным числом операций.
В свою очередь, то, что возможно логически
(т.е. в алгоритмическом символизме),
может также быть сконструировано — в
принципе, но не всегда практически —
автоматом (т, е. алгоритмической машиной).
• Теория игр. Несмотря на то, что теория игр
несколько отличается от других рассмотренных
системных подходов, все же ее можно поставить
в ряд наук о системах. В ней рассматривается
поведение «рациональных» игроков,
пытающихся достичь максимальных выигрышей
и минимальных потерь за счет применения
соответствующих стратегий в игре с соперником
(или природой). Следовательно, теория игр
рассматривает системы, включающие
антагонистические силы.
Теория решений. Теория очередей.
• Теория решений. Эта математическая
теория изучает условия выбора между
альтернативными возможностями.
• Теория очередей. Рассматривает
оптимизацию обслуживания при
массовых запросах.
• Несмотря на неоднородность и явную неполноту
проведенного рассмотрения, отсутствие
достаточной четкости в различении моделей
(например, моделей открытой системы, цепи
обратной связи) и математических формализмов
(например, формализмов теорий множеств,
графов, игр), такое перечисление позволяет
показать, что существует целый ряд подходов к
исследованию систем, а некоторые из них
обладают мощными математическими методами.
• Проведение системных исследований
означает прогресс в анализе проблем,
которые ранее не изучались, считались
выходящими за пределы науки или
чисто философскими.
• проблема соответствия между моделью и
реальностью чрезвычайно сложна. Нередко
мы располагаем тщательно разработанными
математическими моделями, но остается
неясным, как можно применять их в
конкретном случае. Для многих
фундаментальных проблем вообще
отсутствуют подходящие математические
средства. Чрезмерные ожидания привели в
последнее время к разочарованию.
• Так, кибернетика продемонстрировала свое влияние
не только в технике, но и в фундаментальных
науках; построила модели ряда конкретных явлений,
показала научную правомерность телеологического
объяснения и т.д. Тем не менее кибернетика не
создала нового широкого «мировоззрения»,
оставаясь скорее расширением, чем заменой
механистической концепции. Теория информации,
математические основы которой детально
разработаны, не смогла построить интересных
приложений в психологии и социологии.
• Многие теории, получившие огромное влияние в
науке, являются нематематическими по своему
характеру (например, психоаналитическая
теория), а в других случаях лежащие и их основе
математические конструкции осознаются позднее
и охватывают лишь отдельные аспекты
соответствующих эмпирических данных (как в
теории отбора).
• Математика, по сути дела, сводится к
установлению (алгоритмов, которые более точны,
чем алгоритмы обычного языка.
• Вероятно, лучше иметь сначала какую-то
нематематическую модель со всеми ее
недостатками, но охватывающую
некоторый не замеченный ранее аспект
исследуемой реальности и позволяющую
надеяться на последующую разработку
соответствующего алгоритма, чем
начинать со скороспелых
математических моделей.
• Таким образом, модели, выраженные в
обычном языке, оставляют себе место в
теории систем. Идея системы
сохраняет значение даже там, где ее
нельзя сформулировать математически
или где она остается скорее направля
ющей идеей, чем математической
конструкцией.
• В рамках системного подхода существуют и
механистические, и организмические тенденции
и модели, пытающиеся познать системы либо с
помощью таких понятий, как «анализ»,
«линейная (включая круговую) причинность»,
«автомат» и т.д., либо при помощи понятий
«целостность», «взаимодействие», «динамика»
и им подобных. Эти два типа моделей не
исключают друг друга и даже могут
использоваться для описания одних и тех же
явлений.
• Системные исследования — вся совокупность
научных и технических проблем, которые при всей
их специфике и разнообразии сходны в понимании
и рассмотрении исследуемых ими объектов как
систем, т. е. множества взаимосвязанных
элементов, выступающих в виде единого целого.
• Соответственно этому системный подход —
эксплицитное (разъяснительное) выражение
процедур представления объектов как систем и
способов их описания, объяснения, предвидения,
конструирования и т. д.
• Общая теория систем, таким образом,
выступает в этом случае как обширный
комплекс научных дисциплин. Следует,
однако, отметить, что при таком истолко
вании в известной мере теряется
определенность задач теории систем и ее
содержания. Строго научной концепцией (с
соответствующим аппаратом, средствами и
т.д.) можно считать лишь общую теорию
систем в узком смысле.
• Что же касается общей теории систем в
широком смысле, то она или совпадает с
общей теорией систем в узком смысле (один
аппарат, одни исследовательские средства и
т.д.), или представляет собой действи
тельное расширение и обобщение общей
теории систем в узком смысле и
аналогичных дисциплин, однако тогда встает
вопрос о развернутом представлении ее
средств, методов, аппарата и т.д.
• Центральным моментом общей теории систем
является идентификация (определение)
системы как объекта теоретического
исследования (в частом случае — объекта
исследования). В теоретических построениях
«система» это абстрактный объект, в
определенной мере отражающий системные
качества, присущие реальным предметам и
явлениям. В конструктивном плане такой
объект чаще всего представляют моделью.
• Модель есть отображение (вербальное,
концептуальное, информационное,
математическое, физическое или
другое) структуры, форм и процессов
деятельности реальной системы,
взаимоувязанных между собой общей
целью.