Возникновение и развитие системных идей

 

 

Тема. Закономерности развития систем

 

При моделировании систем необходимо учитывать принципы их изменения  во времени. Для большего понимания  этих принципов существуют следующие  закономерности функционирования и  развития систем.

Закономерность  историчности. Данная закономерность связана с ЖЦ системы, который необходимо учитывать, чтобы в нужный момент суметь разработать механизмы, которые предотвратят разрушение системы. Любая система не может быть неизменной, она не только возникает, функционирует, развивается, но и погибает, и каждый легко может привести примеры становления, расцвета, упадка (старения) и даже смерти (гибели) биологических и социальных систем.

Закономерность  самоорганизации. Основная особенность самоорганизующихся систем – противостояние энтропийным тенденциям, способность адаптироваться к изменяющимся условиям, изменяя порой свою структуру. Энтропия – мера неопределенности характеристик системы.

 

Для того, чтобы в системах шла  самоорганизация, должны выполняться следующие необходимые условия:

• Система должна быть открытой и находиться  достаточно далеко от состояния, соответствующего равновесию;
• Необходимо, чтобы порядок возникал благодаря отклонениям, которые сначала осуществляют, а затем усиливают его;
• Наличие положительной обратной связи;
• Достижение системой некоторых критических размеров, способствующих и усиливающих кооперативное поведение элементов системы.

 

Главные принципы синергетического подхода  в современной науке таковы:

 

	принцип	Автор, доп.информация	Суть принципа
Принципы сложности	Принцип дополнительности	Нильс Бор (1885 – 1962), датский  физик-теоретик и общественный деятель, один из создателей современной физики. Известен как создатель первой квантовой  теории атома и активный участник разработки основ квантовой механики. Сам Бор считал принцип  дополнительности самым ценным вкладом  в науку, и пытался расширить  его применение на другие области  человеческой деятельности.	В сложных системах существует необходимость сочетания различных, ранее казавшихся несовместимыми, а ныне взаимодополняющих друг друга моделей и методов описания.
	Принцип спонтанного  возникновения	Илья Романович Пригожин (1917 – 2003). Одно из главных его достижений заключалось в том, что было показано существование неравновесных систем, которые при определённых условиях, поглощая энергию из окружающего пространства, могут совершать качественный скачок к усложнению	В сложных системах возможны особые критические состояния, когда  малейшие отклонения могут внезапно привести к появлению новых структур, полностью отличающихся от обычных
	Принцип несовместимости	Лотфи Заде (1921 г.р.). Изложил  математический аппарат теории нечетких множеств, предложил теорию нечеткой логики, теорию вербальных вычислений и представлений. Чем сложнее система, тем менее мы способны дать точные и в то же время имеющие практическое значение суждения о ее поведении. Для систем, сложность которых превосходит некоторый пороговый уровень, точность и практический смысл становятся почти исключающими друг друга характеристиками	При росте сложности  системы уменьшается возможность  ее точного описания вплоть до некоторого порога, за которым точность и смысловая  связанность информации становятся несовместимыми, взаимно исключающими характеристиками
Принципы неопределенности	Принцип управления неопределенностями	В сложных системах требуется  переход от борьбы с неопределенностями к управлению ими	Различные виды неопределенности должны преднамеренно вводиться  в модель исследуемой системы, поскольку  они служат фактором, благоприятствующим инновациям
	Принцип незнания	Знания о сложных  системах принципиально являются неполными, неточными и противоречивыми: они  обычно формируются не на основе логически  строгих понятий и суждений, а  исходя из индивидуальных мнений и  коллективных идей. Поэтому в подобных системах важную роль играет моделирование частичного знания и незнания	Знания о сложных  системах преднамеренно являются неполными, что дает возможность их постоянного изучения на основе индивидуальных или коллективных экспертных мнений
	Принцип соответствия	Один и тот же объект может описываться различными языками	Язык описания сложной  системы должен соответствовать  информации и системе и той  цели, которую она преследует
Принципы эволюции	Принцип разнообразия путей  развития	Развитие сложной системы  многовариантно и альтернативно, существует «спектр» путей ее эволюции. Переломный критический момент неопределенности будущего развития сложной системы  связан с наличием зон «разветвления» возможных путей эволюции системы	Развитие сложных систем представляет собой иерархию путей ее развития
	Принцип единства и взаимопереходов  порядка и хаоса	Эволюция сложной системы  обязательно проходит через критическую  точку – хаос, который может  иметь как положительную функцию, так и отрицательную	Эволюция сложной системы  проходит через неустойчивость; хаос не только разрушителен, но и конструктивен. Организационное развитие сложных  систем предполагает своего рода взаимодействие порядка и хаоса
	Принцип колебательной (пульсирующей) эволюции	Процесс эволюции сложной системы носит циклический характер (дифференциация – интеграция, разбегание – сближение, ослабление – усиление связей)	Процесс эволюции системы  носит не поступательный, а циклический  характер: сочетает в себе дивергентные (рост разнообразия) и конвергентные (свертывание разнообразия) тенденции

 

Тема. Характеристика сложных  систем

 

Системы: простые, сложные, сверхсложные.

Особое внимание уделяют  сложным системам (от космических  до микроскопических систем, животное, люди, общество).

Эти системы определяют различные аспекты жизнедеятельности человека.

 

По отношению к сложным системам в обществе приходится решать следующие группы проблем:

• анализ свойств и поведения системы в зависимости от ее структуры и значения параметров;
• выбор структуры и значений параметров, исходя из свойств системы;
• конструирование сложных систем.

 

Сложная система – система, состоящая из элементов различных типов, обладающая разнородными связями между ними.

 

Сложность:

• объективная – когда она обусловлена характеристиками системы и не зависит от познающего ее субъект;
• субъективная – обусловленная неполными знаниями субъекта о системе.

 

В науке выделяют 4 подхода к пониманию сложности систем:

Первый подход

Сложные системы – это системы  с плохой организацией (диффузные  системы). Свойственно технико-экономическим системам, у которых множество элементов, между которыми постоянно идет разнородные процессы.

Сложные системы – системы, функции  которых зависят от внешней среды, которая постоянно воздействует на систему.

Условия существования таких систем непредсказуемы.

Сложные системы – системы с  множеством связей, большим количеством  автономных подсистем, иерархичностью строения.

 

Второй подход

Сложные системы – системы, которые  сложно описать математическими  моделями.

Недостаток подхода в том, что строго описанных математических систем мало, а мир сложных систем очень широк. Нет инструментария для описания всего многообразия сложных систем.

 

Третий подход

Сложные системы – системы с  целенаправленным поведением, в основном социальные системы.

 

Четвертый подход

 Сложность трактуется с позиции  теории множеств – где элемент  множества выступает самостоятельным  множеством.

 

Сложные системы включают в себя разнородные составляющие (природные, технические, социальные): телефонная станция включает в себя число абонентов, технические станции, коммуникации, обслуживающий персонал и т.д.

 

 

Характеристики сложных  систем:

• наличие большого числа взаимосвязанных и взаимодействующих друг с другом элементов;
• сложность функций, выполняемых системой;
• возможность разбиения системы на подсистемы, цели функционирования которых подчиняются общей цели системы;
• наличие управления (часто имеющего иерархическую структуру), разветвленной информационной сети и интенсивных потоков информации;
• взаимодействие с внешней средой;
• функционирование в условиях случайных факторов.

 

Сложность систем можно представить  следующей формулой:

Сложность системы = сложность ее состава + сложность  ее организации

 

Сложность состава = Субстратная + параметрическая + динамическая + генетическая сложность

Субстратная сложность – сложность  компонентов, подсистем, уровней организации

Параметрическая сложность – сложность  связей и отношений в системе

Динамическая сложность – сложность  состояний, фаз, переходных процессов  системы

Генетическая (эволюционная) сложность – сложность этапов, уровней и фаз развития

 

Сложность организации = многообразие связей и отношений + многообразие законов

Многообразие связей и отношений  – уровни организации, подсистемы внутри уровней

Многообразие законов –  законы функционирования и развития

 

Таки образом, сложность систем – это интегральный показатель, который в каждом конкретном случае нуждается в анализе

 

 

Организация и структура  системы

 

Внутреннее устройство системы – единство ее состава, организации  и структуры.

Состав – набор  элементов, из которых состоит система. Он характеризует богатство системы, ее многообразие и сложность.

Изменение состава ведет  к изменению системы (если изменить состав стали, добавив в него определенные компоненты, то можно получить сталь с заданными свойствами).

Состав – необходимая  характеристика системы, но отнюдь не достаточная.

Системы могут иметь  одинаковый состав, но обладать различными свойствами, т.к. между элементами существует различная связь.

Поэтому в ТС есть 2 характеристики системы – это организация и структура системы.

Свойства системы не сводятся к свойствам ее элементов  – между ними существует различные  взаимосвязи.

Элемент – неделимая  единица системы при данном способе  расчленения.

 

Типы элементов систем

Тип элемента системы	Характеристика
упругий	Противостоит внешним  воздействиям, однозначно передает воздействие  по связи
рефлексивный	Обладает внутренним движением и осуществляет внутреннее преобразование по какому-либо алгоритму
потребитель	Воспринимает воздействие  без образования направленного  эффекта
источник	Образует направленный эффект в присутствии понуждающего внешнего воздействия
полирецепторный	Рефлексивный элемент, воздействует по нескольким направлениям
полиэффекторный	Рефлексивный элемент, образующий воздействия по нескольким направлениям при восприятии одного понуждающего воздействия
полиэлемент	Рефлексивный элемент, образующий воздействия по нескольким направлениям при условии восприятия нескольких внешних воздействий
полиисточник	Источник, образующий в  данных неизменных условиях воздействия  по нескольким направлениям
полипотребитель	Потребитель, воспринимающий воздействия по нескольким внешним  связям

 

Классификация элементов системы

По степени родства  с другими элементами:

• Гомогенные (однотипны с другими элементами)
• Гетерогенные (разнотипны с другими элементами)

 

По степени самостоятельности  элементов:

• Программный (действует по жесткой программе)
• Адаптивный (обладает способностью приспособления)
• Инициативный (обладает способностью изменять действительность)

 

По длительности существования:

• Постоянный (отличается относительно длительным временем существования)
• Временный (возникающий временно)

 

По временной принадлежности:

• Элементы прошлого (остался от прошлых этапов функционирования системы)
• Элементы настоящего (характерны для настоящего времени существования системы)
• Элементы будущего (свойственны для будущего состояния данной системы) – инновационный элемент

 

По роли в системе:

• Основной (играет главную роль в системе)
• Неосновной (играет второстепенную роль в системе)

 

По активности в системе:

• Активный (воздействует на процессы)
• Пассивный (слабо воздействует на процессы системы)

 

По характеру воздействия  на систему:

• Определенный или предсказуемый (оказывает вполне определенное воздействие на систему)
• Неопределенный или непредсказуемый (оказывает непредсказуемые воздействия на систему)

 

Элементы в системе находятся  не сами по себе, а связаны определенными  отношениями, взаимосвязями. Под связью понимается любого рода взаимоотношения между элементами системы. Это определенное ограничение на поведение объектов.

 

Связи играют большую роль в системе  и выполняют следующие функции:

• Системообразующая – связи выступают основой строения системы, обеспечивают взаимодействие элементов, их участие в общесистемных процессах;
• Специфицирующая – связи задают конкретные специфичные свойства системы, т.е. определенный набор характеристик, которые предопределяют функциональные возможности и развитие системы;
• Витальная – связи обеспечивают жизнедеятельность системы, поддерживают обмен системы с внешней средой.

 

Проблема связей системы относится  к числу недостаточно исследованных, существует большой набор классификаций  связей, что обусловлено их многоплановостью и многообразием.

Связи системы необходимо рассматривать с 4х точек зрения (подходов).

 

Подходы к рассмотрению связей системы:

1. Формальный подход. Определяет наличие и направленность связей в системе.

Связи: (не) направленные, односторонние, двусторонние, (не) равноправные, внутренние, внешние и т.д. Кроме того, они отличаются продолжительностью (долговременные/кратковременные) и частотой (частые/редкие)

2. Функциональный подход. Связи рассматриваются с точки зрения той функции, которую они выполняют.

Связи: нейтральные или статические (при которых действие и противодействие равны по величине, никаких изменений не происходит) и функциональные (когда действие и противодействие не совпадают и элемент начинает реализовывать в системе некоторую функцию).