1.5. Свойства эмерджентности, гомеостазиса и гомеокинезиса.

Эмерджентность системы — качества, свойства системы, которые не присущи ее элементам в отдельности, а возникают благодаря объединению этих элементов в единую целостную систему. То есть это наличие у системного целого (какой-либо системы) особых свойств, не присущих ее подсистемам и блокам, а также сумме элементов, не связанных особыми системообразующими связями. Веник для уборки пола — это система. Элементами системы являются веточки, связанные в веник. Каждая отдельно взятая веточка может быть сломана и при этом зафиксировано усилие, приводящее к этому событию. Просуммируем все усилия. Свяжем веточки (точно такие же) в веник и попробуем сломать его, зафиксировав усилие. Сравним усилия. Они будут не равны. В этом и проявляется новое свойство — эмерджентность системы.

Гомеостаз (гомеостазис) – относительное постоянство состава и важнейших свойств внутренней среды системы и устойчивость её основных функций.

Например, температура 36,6 у человека является одним из показателей его гомеостаза, а наличие учебных лабораторий – показателем гомеостаза кафедры вуза, обучающей студентов техническим наукам.

Регуляторные механизмы, поддерживающие состояние или свойства элементов, подсистем и систем на оптимальном уровне, называются гомеостатическими.

Различают системный (общий) гомеостаз, обеспечивающий сохранение целостности всей системы, и частный гомеостаз – по конкретным её компонентам.

Показатель гомеостаза системы, или характеристика её целостности, показывает внутреннюю безопасность системы, т. е. способность системы в условиях внутренних и внешних воздействий сохранить свое нормальное функционирование.

Математически это можно выразить следующим образом:

= const,

где n – число основных параметров системы; – изменения значения основного i-го параметра системы.

Гомеокинез – это небольшая изменчивость (колебание) параметров системы возле некоторого среднего значения при сохранении постоянства состава её свойств и функций.

= const,

В природе обычно система находится в состоянии гомеокинеза, поскольку даже относительное постоянство основных параметров любой сложной системы – большая редкость.

Гомеокинез выпускающей кафедры вуза определяется определённым уровнем приёма студентов, уровнем успеваемости, демонстрируемым студентами при тестировании, научными достижениями сотрудников и т. д.

1.6. Классификация и общая характеристика методов системного исследования и анализа.

В учебной литературе существует разнообразные подходы к классификации методов системного анализа. Такое разнообразие объясняется наличием многообразия целей использования методов системного анализа. Чаще всего классификация имеет научно-предметную направленность. Например, методы, используемые в технике, экономике, психологии, лингвистике и т.п. Тем не менее, считаем, что классификация сделанная в работе Ю.И. Черняка наиболее универсально разделяет методы на четыре основные группы по принципу их применения в системных исследованиях: неформальные, графические, количественные и моделирования.

Такая классификация соответствует логике самого системного исследования – от описания идеи (гипотезы) до ее реализации различными формализованными способами, включая разработку математических и имитационных моделей.

Аналитические методы, которые позволяют описать ряд свойств многомерной и многосвязной системы отображаемой в виде одной единственной точки, совершающей движение в n-мерном пространстве. Это отображение осуществляется с помощью функции f(s) или посредством оператора (функционала) F(S). Также возможно отобразить точками две или более систем или их части и рассматривать взаимодействие этих точек. Каждая из этих точек совершает движение и имеет свое поведение в n-мерном пространстве. Это поведение точек в пространстве и их взаимодействие описывается аналитическими закономерностями, и может быть представлено в виде величин, функций, уравнений или системы уравнений. Аналитические методы являются основой классической математики (методы интегрального и дифференциального исчисления, поиска экстремума функции, вариационного исчисления и многие другие) и математического программирования (методы теории алгоритмом, теории игр и т.п.) Аналитические методы применяются лишь в том случае, когда свойства системы могут быть представлены в детерминированных параметрах или зависимостей между ними. Для сложных многокомпонентных, многокритериальных систем получение таких аналитических зависимостей не всегда возможно, поэтому требуется предварительное установление степени адекватности описания такой системы аналитическими методами. Поэтому, в данном случае необходимо создавать промежуточные, абстрактные модели, которые в определенной степени могут быть исследованы аналитическими методами или разрабатывать новые методы системного анализа.

Статистические методы позволяют отобразить систему с помощью случайных (стохастических) событий, процессов, которые описываются соответствующими вероятностными (статистическими) характеристиками и статистическими закономерностями. В данном случае система представляется в виде «размытой» точки (области) в n-мерном пространстве, в которую переводится система, с учетом ее свойств, посредством оператора .

Статистические методы являются основой следующих теорий: вероятности, математической статистики, исследования операций, статистического имитационного моделирования. Применяются статистические методы для исследования сложных недетерминированных (саморазвивающихся, самообучающихся) систем. Статистические методы применяются в прикладной информатике для создания программ моделирования различных систем. Это - прежде всего методы теорий: распознавания образов, стохастического программирования, массового обслуживания и статистического анализа.

Теоретико-множественные методы представления систем являются основой построения общей теории систем по М. Месаровичу. Методы, которые позволяют описывать систему в универсальных общих понятиях «множество», «элемент множества» и «отношения на множествах». Множества могут задаваться двумя способами: перечислением элементов ( , ,.. ) и названия характеристического свойства (имя, отражающее это свойство) – например А,В. При использовании таких методов допускается введение любых отношений между элементами, на основе математической логики. Математическая логика является формальным языком описания отношений между элементами, относящими к разным множествам. Теоретико-множественные методы позволяют описывать сложные системы в формальном языке моделирования. Эти методы используются в том случае, когда большая и сложная система не может быть представлена лишь методами одной предметной области, а требует взаимопонимание между специалистами разных наук. Теоретико-множественные методы системного анализа становятся основой развития новых языков программирования и автоматизации проектирования систем, которые применяются в прикладной информатике.

Логические методы являются языком описания систем в понятиях алгебры логики, которая лежит в основе функционирования микроэлементов любого компьютера. Наибольшее распространение логические методы получили под названием Булевой алгебры, как бинарного представления о состоянии элементарных схем ЭВМ. Основными понятиями алгебры логики являются такие как: высказывания, предикат, логические операции (функции сочетания, логического сложения, вычитания, умножения, отрицания и т.п.). Логические методы позволяют описывать систему в виде более простых структур на основе законов математической логики. Каждое состояние элемента рассматривается в качестве 1 или 0.На базе таких методов развиваются новые теории формального описания систем в теориях логического анализа, теории автоматов. Все эти методы расширяют возможность применения системного анализа и синтеза в прикладной информатике. Эти методы используются для создания моделей сложных систем, адекватных законом математической логики построения устойчивых структур.

Лингвистические, семиотические методы предназначены для создания специальных языков описания систем в виде понятий тезауруса (множества смысловыражающих элементов языка с заданными смысловыми отношениями и связями). Лингвистические методы используются в прикладной информатике для формального представления правил (грамматики) соединения понятий в содержание смысловых выражений. Семиотика базируется на понятиях символ (знак), знаковая система, знаковая ситуация, т.е. для символического описания содержания в вычислительной технике. В прикладной информатике выделяются такие области работы в знаковой системе, как:

• прагматика – это оценка и сравнение различных языков программирования, программ и систем по критериям полезности, выгодности и эффективности их использования;

• семантика как составная часть науки об языке (лингвистика), изучающая вопросы соотношения между элементами языка и их смысловым значением, определяет смысловые конструкции языка программирования;

• синтактика раздел семиотики, изучающей внутреннюю знаковую структуру сочетания знаков и законы образования и преобразования организованных текстов;

• синтаксис грамматические правила расстановки знаков в тексте.

Лингвистические и семиотические методы стали широко применяться в том, случае, когда для первого этапа исследования невозможно формализовать принятие решений в плохо формализуемых ситуациях и нельзя использовать аналитические и статистические методы. Эти методы являются основой развития языков программирования, моделирования, автоматизации проектирования систем разной сложности.

Графические методы позволяют наглядно отображать объект в виде образа системы, ее структуры и связей в обобщенном виде. Графические методы могут быть линейно-плоскостными и объемными. Наиболее употребляемые методы изображения системы в виде графиков Ганта, диаграмм, гистограмм, рисунков и структурных схем. Графические представления наиболее наглядно позволяют описать ситуацию или процесс для принятия решения в динамично меняющихся условиях. Такие методы применяются для структурно-функционального анализа сложных систем и происходящих в них процессах, особенно при моделировании информационно-управляющих систем. В таких системах необходимо учитывать взаимодействие человека и структурных организаций, технических устройств. Графические методы широко применяются на практике для получения управляющих решений на основе сетевого планирования.

В системном исследовании, как правило, используются все типы методов. На каждом этапе исследования автор выбирает те или иные методы, которые при наилучшем сочетании позволяют создать аргументированную и доказательную платформу исследования. Поэтому применение тех или иных методов системного анализа является делом научного творчества и основой для новых научных открытий.

Основные этапы системного анализа и системного синтеза:

1. Эмпирический системный анализ исследуемой сферы жизнедеятельности и выявление проблемных ситуаций;

2. Идентификация соответствующих объектов или процессов и уточнение цели их системного исследования;

3. Сбор и обработка информации, декомпозиция цели на задачи и выбор способа решения каждой из этих задач;

4. Разработка моделей выбранных объектов и процессов, проверка их соответствия оригиналам и цели исследования;

5. Проведение модельных расчетов и экспериментов с целью исследования и совершенствования выбранных оригиналов;

6. Теоретический системный синтез альтернативных рекомендаций (разработка предложений) и их внедрение в рассматриваемую сферу.