Свойства систем

1.

Свойства систем
1

2.

Система
• Система – это определенным образом упорядоченное
множество элементов, взаимосвязанных между собой
и образующих некоторое целостное единство.
• Система описывается
– Составом (элементами)
– Структурой (связями между элементами)
– Выполняемой функцией
• Примеры: ПК, автомобиль, учебный курс, компьютерная
программа
Состав
Система
Структура
Функция
2

3.

Свойства систем
• Статические
1. Целостность
2. Открытость
3. Внутренняя неоднородность
4. Структурированность
• Динамические
5. Функциональность
6. Стимулируемость
7. Изменчивость системы со временем
8. Существование в изменяющейся среде
• Синтетические
9. Эмерджентность
10. Неразделимость на части
11. Ингерентность
12. Целесообразность
3

4.

Статические свойства системы
1. Целостность
Всякая система выступает как нечто единое,
целое, обособленное, отличающееся от все
го остального.
Окружающая
Система
среда
4

5.

Статические свойства системы
2. Открытость
Система не изолирована от окружающей среды, они
связаны между собой и обмениваются различными
видами ресурсов (веществом, энергией, информацией и
т.д.).
Окружающая
Входы
..
.
Система
..
.
Выходы
среда
Модель черного ящика
5

6.

Ошибки при построении модели черного ящика
• Модель всегда содержит конечный список связей, тогда
как их число у реальной системы не ограничено.
• Какие из них включать в модель, а какие — нет?
• Ответ — связи, существенные для достижения цели.
• «Существенные» — субъективно!
• Ошибка в оценке приведет к тому, что модель не вполне
будет отвечать требованию адекватности, а значит, ее
использование приведет к затруднениям в работе с
системой.
6

7.

Ошибки при построении модели черного ящика
• Ошибка первого рода — субъект расценивает связь как
существенную и принимает решение о включении ее в
модель, тогда как на самом деле по отношению к
поставленной цели она несущественна и могла бы быть
неучитываемой. Это приводит к появлению в модели
«лишних» элементов, по сути ненужных.
• Ошибка второго рода — субъект принимает решение, что
данная связь несущественна и не заслуживает быть
включенной в модель, тогда как на самом деле без нее
наша цель не может быть достигнута в полной мере или
даже совсем.
7

8.

Ошибки при построении модели черного ящика
• Ошибка третьего рода — последствия незнания. Если
мы не подозреваем о существовании некой связи, она не
перестает существовать и проявляться в реальной
действительности.
Если она несущественна, то мы в практике и не
заметим ее наличия в реальности и отсутствия в моде
ли.
Если же она существенна, мы будем испытывать те же
трудности, что и при ошибке второго рода. Разница
состоит в том, что ошибку третьего рода труднее
исправить: надо добывать новые знания.
8

9.

Ошибки при построении модели черного ящика
• Ошибка четвертого рода — неверное отнесении
существенной связи к числу входов или выходов.
Ветер от чего дует? От того, что деревья качаются.
Мальчик Джонни (О Генри. Вождь краснокожих)
9

10.

• Существуют ли закрытые (т.е. не
? имеющие связей с окружающей
средой) системы?
да, существуют
нет, не существуют
не знаю, и никогда не узнаю
10

11.

Статические свойства системы
3. Внутренняя неоднородность — различимость
частей
! Различимость частей, а не разделимость на части.
Проблема целостности систем: можно различать нужные
части системы и использовать доступную информацию о
них, но не следует разделять их.
11

12.

Система не однородна, не монолитна. Можно выделить
подсистемы. Выделенные крупные части тоже не
однородны, что требует выделять еще более мелкие
части, т.е. системы и подсистемы образуют иерархию.
1
1.1
1.1.1
1.1.3
1.1.2
1.2
1.1.4
1.2.1
1.2.3
1.2.2
1.2.4
Иерархический список частей системы
12

13.

Трудности построения модели состава системы
1. Целое можно делить на части по разному.
2. Количество частей в модели состава системы зависит
и от того, на каком уровне остановить дробление
системы (что считать элементарным?).
3. Любая система является частью какой-то большей
системы (а нередко частью сразу нескольких систем).
А эту метасистему тоже можно делить на подсистемы
по-разному. Это означает, что внешняя граница
системы имеет относительный, условный
характер.
13

14.

Подсистема
• Часть элементов системы, образующих
некоторое целостное единство
• Обладающее структурой
• Выполняющих некоторую подфункцию
внутри системы
14

15.

Статические свойства системы
4. Структурированность - наделенность
любой системы определенной структурой.
• Части системы не независимы, не изолированы
друг от друга; они связаны между собой,
взаимодействуют друг с другом.
• Свойства системы в целом существенно зависят от
того, как именно взаимодействуют ее части.
Поэтому так часто важна информация о связях
частей.
• Перечень существенных связей между
элементами системы называется моделью
структуры системы
15

16.

Трудности построения модели структуры
1. Модель структуры определяется после того, как
выбирается модель состава, и зависит от того, каков
именно состав системы. Но даже при зафиксированном
составе модель структуры вариабельна — из-за
возможности по-разному определить существенность
связей.
2. Каждый элемент системы есть «маленький черный
ящичек». Так что все четыре типа ошибок возможны при
определении входов и выходов каждого элемента,
включаемых в модель структуры.
16

17.

Динамические свойства системы
5. Функциональность. Процессы, происходящие на
выходах системы (Y(t)={y1(t), y2(t), …, yn(t)}),
рассматриваются как ее функции.
Система
..
.
y1(t)
y2(t)
Y(t)
yn(t)
Функции системы проявляются в форме действий и
отражают возможности системы. Функции системы:
• ее поведение во внешней среде;
• изменения, производимые системой в окружающей
среде;
• результаты ее деятельности;
• продукция, производимая системой.
17

18.

• Объективная многофункциональность:
Из множественности выходов следует
множественность функций, каждая из которых может
быть кем-то и для чего-то использована. Поэтому
одна и та же система может служить для разных
целей.
• Субъективная упорядоченность функций:
Можно выделить главную и второстепенные функции
системы. Но субъект, использующий систему в своих
целях, будет, естественно, оценивать ее функции и
упорядочивать их по отношению к своим
потребностям.
18

19.

Динамические свойства системы
6. Стимулируемость — подверженность любой
системы воздействиям извне и изменение ее
поведения под этими воздействиями .
На входах системы тоже происходят определенные
процессы X(t)={x1(t), x2(t), …, xm(t)}, воздействующие
на систему, превращаясь (после ряда преобразований
в системе) в Y(t).
X(t)
x1(t)
x2(t)
..
.
Система
..
.
Y(t)
xm(t)
19

20.

Динамические свойства системы
7. Изменчивость системы со временем
В любой системе происходят изменения. Изменяться могут
значения внутренних переменных (параметров) Z(t), состав и
структура системы и любые их комбинации.
Z(t)
z1(t)
..
.
z2(t)
zk(t)
..
.
Система
Изменения необходимо учитывать:
• предусматривать и закладывать в проект будущей системы
• способствовать или противодействовать им, ускоряя или
замедляя их при работе с существующей системой
20

21.

Характер этих изменений тоже может быть различным.
Поэтому могут рассматриваться различные классификации
изменений:
1. Классификация по скорости изменений: быстрые,
медленные и т.д.
2. Классификация по предсказуемости:
детерминированные и случайные процессы.
3. Классификация по типу зависимости от времени:
процессы монотонные, периодические, гармонические,
импульсные и т.д.
4. Классификация тенденций перемен в системе,
касающихся ее состава и структуры.
21

22.

Классификация тенденций перемен в системе:
• Изменения, которые не затрагивают структуры
системы: одни элементы заменяются другими,
эквивалентными; параметры (внутренние переменные
Z(t)) могут меняться без изменения структуры. Такой
тип динамики системы называют ее
функционированием.
• Изменения могут носить преимущественно
количественный характер: происходит наращивание
состава системы, и хотя при этом автоматически
меняется и ее структура, это до поры до времени не
сказывается на свойствах системы. Такие изменения
называют ростом системы.
• Качественные изменения системы, при которых
происходит изменение ее существенных свойств.
22

23.

Качественные изменения системы
Если такие изменения идут в позитивном направлении, они
называются развитием. С теми же ресурсами развитая
система добивается более высоких результатов, могут
появиться новые позитивные качества (функции).
Обратные росту изменения называют спадом,
сокращением, уменьшением. Обратное развитию
изменение именуют деградацией, утратой или
ослаблением полезных свойств.
В истории любой системы можно усмотреть периоды спада
и подъема, стабильности и неустойчивости,
последовательность которых и об разует индивидуальный
жизненный цикл системы.
Функционирование
Рост
Спад
Система
Развитие
Деградация
23

24.

Динамические свойства системы
8. Существование в изменяющейся среде. Изменяется не
только данная система, но и все остальные. Для данной
системы это выглядит как непрерывное изменение
окружающей среды.
Неизбежность существования в постоянно изменяющемся
окружении имеет множество последствий для самой
системы, начиная с необходимости ее приспособления к
внешним переменам, чтобы не погибнуть, до различных
других реакций системы.
Сами изменения также постоянно меняются; это
выражается в ускорении перемен в среде.
24

25.

Синтетические свойства системы
• Синтетические свойства системы –
обобщающие, собирательные, интегральные
свойства, учитывающие предыдущие свойства, но
делающие упор на взаимодействия системы со
средой, на целостность в самом общем
понимании.
25

26.

Синтетические свойства системы
9. Эмерджентность. Объединение частей в систему
порождает у системы качественно новые свойства, не
сводящиеся к свойствам частей, не выводящиеся из
свойств частей, присущие только самой системе и
существующие только пока система составляет одно
целое. Система есть нечто большее, нежели простая
совокупность частей.
Водород
Вода
Кислород
26

27.

• У системы есть эмерджентные свойства, которые не могут быть
объяснены, выражены через свойства отдельно взятых ее
частей.
• Источником, носителем эмерджентных свойств является
структура системы: при разных структурах у систем, образуемых
из одних и тех же элементов, возникают разные свойства.
• У системы есть и неэмерджентные свойства, одинаковые со
свойствами ее частей.
• Система выступает как единое целое потому, что она является
носителем эмерджентного свойства: не будет она целой, и
свойство исчезнет, проявляется это свойство, значит, система
цела.
• Действие системы больше зависит от того, как ее части
взаимодействуют, чем от того, как они действуют сами по себе.
27

28.

Синтетические свойства системы
10. Неразделимость на части . Это свойство является
следствием эмерджентности. Если нам нужна сама
система, а не что-то иное, то ее нельзя разделять на
части.
При изъятии из системы некоторой части изменяется состав
системы, а значит, и ее структура. Это будет уже другая
система, с отличающимися свойствами. Поскольку свойств у
прежней системы много, то какое-то свойство, связанное
именно с этой частью, вообще исчезнет. Какое-то свойство
изменится, но частично сохранится. А какие-то свойства
системы вообще несущественно связаны с изымаемой
частью.
Часть в системе и вне ее — это не одно и то же. Изменяются
ее свойства в силу того, что свойства объекта проявляются во
взаимодействиях с окружающими его объектами, а при
изъятии из системы окружение элемента становится совсем
другим.
28

29.

Синтетические свойства системы
11. Ингерентность — степень согласованности,
приспособленности к окружающей среде,
совместимости с ней.
Бывает разной и может изменяться (обучение,
забывание, эволюция, реформы, развитие,
деградация и т.п.).
От ингерентности зависят степень и качество
осуществления системой заданной функции. В
естественных системах ингерентность повышается
путем естественного отбора. В искусственных
системах она должна быть особой заботой
конструктора (программиста).
29

30.

Синтетические свойства системы
12. Целесообразность. В создаваемых человеком
системах подчиненность всего (и состава, и
структуры) поставленной цели настолько очевидна,
что должна быть признана фундаментальным
свойством любой искусственной системы.
Цель, ради которой создается система, определяет, какое
эмерджентное свойство будет обеспечивать реализацию
цели, а это, в свою очередь, диктует выбор состава и
структуры системы. Одно из определений системы так и
гласит: система есть средство достижения цели.
Если выдвинутая цель не может быть достигнута за счет
уже имеющихся возможностей, то субъект компонует из
окружающих его объектов новую систему, специально
создаваемую, чтобы помочь достичь данную цель.
30

31.

Цель системы
Существующее состояние - Y0
Желаемое состояние - Y*
Цели - желаемые будущие состояния системы Y*(t)
• Цель как образ желаемого будущего - субъективная цель
• Цель как реальное будущее - объективная цель
31

32.

Цель системы
• Искусственные системы создаются для
достижения субъективных целей;
• Естественные системы, подчиняясь законам
природы, реализуют объективные цели
32

33.

Функция системы
• Функция - это внешнее проявление свойств объекта
(системы или ее элемента) в данной системе отношений,
определенный способ взаимодействия объекта с
окружающей средой.
• Чаще всего функции проявляются в форме действий и
отражают возможности системы.
• Формула функции
Ф = Д + О + У,
где
• Ф – функция,
• Д – действие,
• О – объект, на который направлено действие,
• У – условия, при которых действие осуществляется.
33

34.

Примеры определения функции системы
Система: АВТОМОБИЛЬ
• Д – быстрая доставка по дороге
• О – людей
• У – с комфортом, защитой от внешних условий (ветра,
дождя, снега)
Система: ПЫЛЕСОС
• Д – очистка от пыли
• О – помещение
• У – многократное действие (возможность регенерации
фильтра), источник – электроэнергия, в виде переносного
устройства
34

35.

Функционирование системы
При реализации функции система
«функционирует», то есть она выполняет эту
функцию:
• потребляя
– энергию
– информацию
– вещество
• приводя в движение (в действие) связи между
элементами.
35