Модели информационных процессов и систем

1. Модели информационных процессов и систем

Часть 1
Общие задачи
системного анализа
и подходы
к моделированию систем

2. Содержание части 1

1.1. Введение
1.2. Историческая справка
1.3. Основные свойства системы.
1.4. Сложные и простые, большие и малые системы
1.5. Классификация систем по их основным свойствам
1.6. Системность как всеобщее свойство материи
1.7. Основные задачи теории систем

3. Введение

В повседневной практике слово «система» употребляется в следующих
значениях:
как метод классификации - Периодическая система химических элементов
Д. И. Менделеева;
как вид теории - философская система;
как метод практической деятельности - система Станиславского;
как способ организации - система счисления;
как совокупность объектов - Солнечная система;
как свойство общества - экономическая система, политическая система.
Пример описательного определения системы:
Система - множество элементов, находящихся в отношениях и связях
друг с другом, которое образует нечто целостное
Пример конструктивного определения системы:
Система - комбинация взаимодействующих элементов,
организованных для достижения одной или нескольких
поставленных целей
Понятие «система» является базовым для Общей теории систем, которая тесно
связана с системным подходом, как направлением научного познания и с
системным анализом – методом познания, который возник в эпоху создания
компьютерной техники.

4. Историческая справка

Середина и конец XIX века.
1834 г. Ампер М.А. "Опыт о философии, или аналитическое изложение
классификации всех человеческих знаний«
1843 г. Б.Трентовский "Отношение философии к кибернетике как к искусству
управления народом".
Конец XIX - начало XX века
1869 г. - периодический закон Менделеева Д.И.,
1891 г. - открытие Федорова Е.С. о системе 230 типов кристаллической решетки (все
невообразимое разнообразие природных тел реализуется из ограниченного и
небольшого числа исходных форм). Он выявил, что главным средством
жизнеспособности и прогресса систем является не их приспособленность, а
способность к приспособлению.
1911 - 1925 гг. Богданов А.А. (наст. Фамилия - Малиновский) "Всеобщая
организационная наука (тектология)« в 3-х томах.
Он отмечал, что уровень организации тем выше, чем сильнее свойства целого
отличаются от простой суммы свойств его частей.
Основное внимание он уделял учету собственных целей организации (иногда
противоречивым по отношению к целям более высокого уровня)

5. Историческая справка

Середина XX века.
1948 г. Н. Винер "Кибернетика«. С его именем связаны такие продвижения в
развитии системных исследований (СИ), как типизация моделей систем, выявление
особого значения обратных связей в системе, осознания информации как всеобщего
свойства материи и возможности ее количественного описания, развитие
методологии моделирования вообще и в особенности с помощью ЭВМ,
подчеркивание принципа оптимальности в управлении и синтезе систем.
1950 г. Л. Берталанфи "Обзор общей теории систем ".
Выдвинута идея построения общей теории систем (ОТС), приложимой к системам
любой природы. Самым важным в его идее было понятие открытой системы.
К семидесятым годам ХХ века начали формироваться основные варианты
математической теории систем. Здесь следует назвать работы югославского ученого
Михайло Месаровича, американского математика Лотфи Заде (азербайджанца по
национальности), советских ученых А.Н. Колмогорова, А.А. Ляпунова и др.
Были даны математические определения систем, основанные на теории множеств,
логике, математическом программировании, теории вероятностей и статистике.
Появились методы математического описания структуры, функций и состояний
систем.

6. Историческая справка

Серьезный толчок в развитии теории систем произошел с появлением синергетики
– междисциплинарного направления науки, изучающего общие закономерности
явлений и процессов в сложных неравновесных системах. Было показано, что
основой функционирования и развития сложных систем является их
самоорганизация – то есть упорядочение элементов системы за счёт
внутренних факторов, без внешнего воздействия.
Большой вклад в развитие синергетического подхода внесли немецкий физиктеоретик Герман Хакен и бельгийский ученый физик русского происхождения Илья
Пригожин.
Синергетика рассматривает процессы самоорганизации в системах любой природы.
При этом изучаются состояния, возникающие в результате неоднозначного
(многовариантного) поведения систем, которые не деградируют к
термодинамическому равновесию, а развиваются вследствие открытости, притока
энергии извне, нелинейности внутренних процессов, появления особых режимов с
наличием более одного устойчивого состояния.

7.

Основные свойства системы
К основным общесистемным свойствам относятся иерархичность, целостность,
эмерджентность и функциональность.
Иерархичность системы состоит в том, что она может быть рассмотрена как элемент
системы более высокого порядка, а каждый ее элемент, в свою очередь, может
являться системой более низкого уровня. Из этого свойства вытекает возможность
декомпозиции системы – разделения ее на части для отдельного более детального
рассмотрения.
Целостность – это общесистемное свойство, заключающееся в том, что связи между
элементами в системе превосходят по силе связи этих элементов с элементами, не
входящими в систему. Это свойство позволяет выделить систему из среды.
Следствием целостности является также то, что изменение любого компонента
системы оказывает воздействие на все другие компоненты и изменение системы в
целом, и наоборот, любое изменение системы отзывается на всех ее компонентах.
Эмерджентность определяет наличие у системы таких качеств, которые присущи
только системе в целом, но не свойственны ни одному ее элементу в отдельности.
Другими словами, сумма свойств элементов не равна свойствам системы.
Функциональность предопределяет, что все элементы системы действуют и
взаимодействуют в рамках своего функционального назначения. Система всегда
имеет цели, для которых она функционирует и существует.

8. Сложные и простые, большие и малые системы

Что такое «сложная» система ?
Система, состоящая из
104-107 элементов
Система, описываемая на языке
теоретико-вероятностных
методов
Сложной системой называется система, в модели которой недостаточно
информации для эффективного управления этой системой.
Сложная система
Получение недостающей
информации
Простая система

9. Сложные и простые, большие и малые системы

Система, для актуализации модели которой в целях управления не хватает
материальных ресурсов (машинного времени, емкости памяти, других
материальных средств моделирования) называется большой.
Большая система
Создание более мощных
технических средств
Малая система

10. Классификация систем по их основным свойствам

По своим свойствам системы могут быть классифицированы по следующим
признакам
ДЕТЕРМИНИРОВАННЫЕ СТОХАСТИЧЕСКИЕ
Детерминированной называют систему, если ее поведение можно абсолютно точно
предвидеть. Система, состояния которой зависит не только от контролируемых, но
и от неконтролируемых воздействий или если в ней самой находится источник
случайности, носит название стохастической
НЕПРЕРЫВНЫЕ ДИСКРЕТНЫЕ
Если вход и выход системы измеряется или изменяется во времени дискретно, через
шаг t, то система называется дискретной. Противоположным понятием является
понятие непрерывной системы.

11. Классификация систем по их основным свойствам

СТАЦИОНАРНЫЕ НЕСТАЦИОНАРНЫЕ
Если параметры систем изменяются во времени, то она называется нестационарной,
противоположным понятием является понятие стационарной системы.
ЛИНЕЙНЫЕ НЕЛИНЕЙНЫЕ
Для линейных систем реакция на сумму двух или более различных воздействий
эквивалентна сумме реакций на каждое возмущение в отдельности, для нелинейных –
это не выполняется.

12. Системность как всеобщее свойство материи

Экологическая система – это весь материальный мир обитания человека,
обеспечивает жизнедеятельность живой материи на Земле и состоит из
физических, химических и биологических систем.
Физические системы обеспечивают различные взаимодействия тел и полей, что
является непрерывным процессом строительства всего мироздания. Механизмами
взаимодействия, функционирования и управления этих систем являются
объективные физические законы.
Химические системы осуществляют непрерывный обмен веществ в природе, их
преобразование и транспортировку из внешней среды в биологические системы и
обратно. Источниками развития этих систем являются вещества; механизмами
функционирования – законы физики и химии.
Биологические системы координируют жизнедеятельность всех организмов и их
отдельных органов, рост организма, строение, размножение, приспособление к
внешней среде и т.д. Источником развития биологических систем являются
физические, химические и в том числе и сами биологические системы вселенского
пространства.

13. Системность как всеобщее свойство материи

Социальные системы – это идеально-реальный мир, в котором живет человек
(общество, государство, этнос, коллектив, семья, нация, институты, религия,
искусства и т.д.). В этих системах люди, взаимодействую друг с другом, создают
механизмы и законы жизнеобеспечения.
Искусственные системы – это системы, созданные человеком в результате научнотехнического прогресса. Они предназначены для повышения эффективности труда,
его механизации, автоматизации и кибернетизации. Источниками
“жизнедеятельности” этих систем являются все виды систем, перечисленные выше.
Человек занимает особое место среди систем, он не только живет в мире
систем, но и сам является системой, персонифицированной составляющей
природы. Не смотря на уникальное свойство человека – разум, он живет по
законам природы, имеет такие же способы, законы функционирования как вся
природа, представляя из себя сложную физико-химико-биологическую систему
саморегуляции.

14.

Основные задачи теории систем
Основными задачами теории систем являются следующие:
1. Задача декомпозиции
Представление системы в виде
подсистем, в свою очередь
состоящих из более мелких
элементов;
2. Задача анализа
Нахождение свойств системы, ее
элементов и окружающей среды с
целью определения
закономерностей поведения
исследуемой системы;
3. Задача синтеза
Создание модели системы,
определение ее структуры,
параметров, обеспечивающих
эффективное функционирование
системы, решение задач и
достижение поставленных целей.