ТИПиС_ИСТ_Лекция 1 (2)

1. Теория информационных процессов и систем

Лекция 1
ТЕОРИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ
ПРОЦЕССОВ И СИСТЕМ
Лекции по курсу бакалавриата.
Автор: к.т.н., доцент
Н.В.Логачева

2.

Теория систем и системный анализ — наука, которая изучает общие
положения, законы, принципы построения, функционирования систем и
проведения системного анализа, а также основы моделирования систем.
Объект изучения — системы процессов и явлений окружающей нас
действительности (социальных, экономических, биологических,
технических и т. д.)
Предмет изучения — общие законы, закономерности, принципы,
технологии функционирования систем и правила проведения системного
анализа.
Цель изучения: получение знаний, овладение:
методологией, позволяющей системно рассматривать разнообразные
процессы, в том числе, процессы управления предприятиями и другими
структурами,
общими методами анализа и синтеза систем для принятия решения

3.

Формирование теории систем происходило в процессе обобщения знаний
предметных отраслей наук и синтеза общих закономерностей образования,
функционирования и поведения систем в природе, обществе и технике.
Демокрит (460-360 гг. до н. э.) положил начало материалистическому атомизму
(деление целого на части-атомы), определив фундаментальные категории
естествознания - целое, элементы и связь между ними
понятие «система» постоянно изменялось и наполнялось все новым содержанием:
Н. Винер создал теорию кибернетики, в которой обосновал законы
информационного взаимодействия элементов в процессе управления системой.
В рамках общей теории систем (ОТС) «система» рассматривается как:
• сочетание множества элементов со своими свойствами,
• множество отношений
• множество связей между ними
Связь - это функциональная характеристика элемента,
Отношение - это структурная характеристика

4.

общие свойства, которые характеризуют понятие «система»:
1) Наличие элементов, которые могут быть описаны атрибутами (свойствами
самих элементов).
2) Наличие разного вида связей между элементами, которые определяют степень
их организации в целом (функциональные свойства).
3) Наличие отношений между элементами, которые определяют уровни иерархии в
строении целого образования (свойство соотношения).
4) Наличие цели существования системы, которая определяет целесообразность ее
существования в окружающей среде (свойство самоуправления или управления).
5) Наличие языка описания состояния и функционального поведения системы
(свойство изоморфизма, многообразия средств описания).

5.

Основные категории систем
Элемент — простейшая неделимая часть системы.
Подсистема — делимая часть системы. Эта часть может самостоятельно выполнять
определенные функции.
Структура —расположение элементов или групп элементов системы и связи
(взаимосвязи) между элементами, т. е. совокупность функциональных элементов
системы, объединенных связями.
Связь. Понятие “связь” входит в любое определение системы наряду с понятием
элемент. Связь обеспечивает возникновение и сохранение структуры и свойств
системы
Система есть сущность, которая в результате взаимодействия ее частей
(компонентов) может поддерживать свое существование и функционировать
как единое целое

6.

Обобщенная схема систем с управлением
Система - это целостное структурное образование, выделяемое исследователем из
окружающей среды на основе единства функционирования множества
взаимосвязанных объектов в качестве элементов, обладающих
определенными свойствами, связями и отношениями
Иллюстрация принципа действия обратной связи

7.

Цель — желаемый результат, который может иметь место при функционировании системы.
Функция — совокупность задач, работ и мероприятий, выполняемых системой. Обычно под функцией
понимается вещественно-энергетические и информационные отношения между входными и выходными процессами.
Задача — то, что необходимо сделать для достижения цели функционирования системы.
Состояние — “срез” системы. Состояние системы характеризуется совокупностью параметров. Поведение —
реакция системы на внешние воздействия и управления. Поведение системы характеризуется изменениями
параметров системы во времени и пространстве
Равновесие – способность системы сохранять свое состояние сколь угодно долго в отсутствие или при
постоянстве внешних возмущающих воздействий.
Устойчивость —сохранение параметров функционирования системы при не незапланированных воздействиях.
Развитие — улучшение показателей, характеризующих состояние системы (совершенствование системы).
Управляемость — способность системы изменять свое состояние.
Объект управления — элемент системы, воздействие на который приводит к изменению показателей ее
функционирования, что в конечном итоге оказывает влияние на степень достижения системой в целом.
Орган управления — элемент системы, оказывающий воздействие на объект управления.

8.

принципы системного подхода:
1) целостность - это закон устойчиво-динамичного состояния системы при сохранении внешней
формы и содержания в условиях взаимодействия с окружающей средой;
2) дискретность - это закон деления целого образования на элементарные частицы (элементы
системы);
3) гармония - это закон формирования связей при обмене энергией, информацией и веществом
между элементами системы и между целой системой и окружающей ее средой;
4) иерархия - это закон построения отношений между элементами целого образования (структура
управления системой);
5) адекватность - это закон соотношения симметрии и асимметрии в природе как степень
соответствия описания реальной системы формальными методами.

9.

В теории систем широко используются методы моделирования на основе
линейного и нелинейного программирования, в основе которого лежат
теоретические методы:
- теория множеств;
- теория ячеек;
- теория сетей;
- теории графов;
- теория информации;
- теория кибернетики;
- теория автоматов;
- теория игр;
- теория оптимальных решений;
- теория очередей

10.

С конца 1970-х гг. был введен термин «принятие решений в динамической среде» (Б.
Бремер):
• необходимость принять несколько решений для достижения поставленной цели,
каждое из которых должно рассматриваться в контексте остальных решений;
• принимаемые решения не являются независимыми: каждое последующее решение
ограничено последствиями принятых ранее и в свою очередь накладывает ограничения
на последующие решения;
• среда принятия решений изменяется как сама по себе, так и вследствие принимаемых
решений;
• решения принимаются в реальном времени (т. е. непосредственно в процессе изменения
среды принятия решений)

11.

Система — совокупность элементов и отношений между ними S=H (1,0)
Система есть организованное множество: S= (ОРГ, М),
Система есть множество вещей, свойств и отношений: S= (m, n, r),
Система есть множество входов, выходов и состояний: S= (e, ST, BE, E) или S= (X, G,
S, G, λ),
где X — входы; G — выходы; S — состояния; δ — функции переходов; λ — функции выходов.
Система функционирует во времени, имеет входы и выходы, состояния, классы функций на входах и выходах, связи
между выходами и входами: S= (T, X, G, S, Ω, V, ζ, μ) ,
где Т — время; Ω — классы функций на входе; V — классы функций на выходе; ζ, μ — функциональные связи между
выходом и входом.
Система имеет генетическое (родовое) начало, условия существования, обменные
явления, развитие, функционирование и репродукцию: S= (GN, KD, MB, EV, FC, RP),
Система имеет свойства моделирования, связей, пересчитывания элементов, обучения,
самоорганизации, возбуждения: S= (F, SC, R, FL, FO, CO),
Система учитывает цели, планы, ресурсы, исполнителей, процесс, помехи, контроль, управление, мотивацию,
результат, эффективность: S= (PL, SV,RQ,RI,EX,PR,DT,RG,М,R,EF),

12.

Классификация систем:
по виду отображаемого объекта
по виду научного направления
по виду формализованного аппарата
по степени сложности
по степени открытости
по степени организованности
по виду деятельности
по принадлежности к тем или иным системам управления
по структуре
по наличию обратной связи
по расположению системы в иерархической структуре
по важности выполняемых задач
по наличию антагонистических противоречий целей
по уровню реализации функций управления

13.

Схема простейшей системы
Элементами системы могут быть:
— реальные объекты (вещество, энергия и др.), т. е. все то, что воспринимается или регистрируется с помощью
специальной аппаратуры или органов чувств;
— информация — совокупность сведений о состоянии элементов системы и системы в целом;
Состояние элементов: статическое, динамическое, переходное