Основы системного подхода

Сложная система
Сложная система - совокупность простых объектов. Отличительная особенность у сложной системы - многочисленные и разные по типу связи.
Связь - средство, с помощью которого объекты воздействуют друг на друга.
Характеристики связи:
порядок
внутренняя структура и свойства
целенаправленность
Совокупность свойств связи определяет организацию системы.
Абстрагированные свойства организации:
наличие отношений подчиненности
синхронизация или чередование
упорядоченность
согласованность

Основные вопросы, подлежащие решению при исследовании сложных систем:
1. Применимость в системе знаний и технических средств.
2. Выяснение роли и места человека в системе.
3. Организация централизации и децентрализации управления и передачи информации.
4. Как ставить и решать задачи моделирования, идентификации и управления (Задача идентификации - оценка параметров модели).
5. Адаптация - приспосабливаем ость системы к изменяющимся условиям.
6. Принятие решения.
Решение указанных вопросов является содержанием теории сложных систем. Основные вопросы теории систем (3 группы):
1. Выработка законов организации систем.
2. Эффективная формализация.
3. Разработка типовых процедур моделей приемов исследований.

Системный анализ как научная дисциплина
Системный анализ - научная дисциплина занимающаяся проблематикой принятия решений в условиях анализа больших объемов информации об объектах и их связях различной природы (материальные, энергетические, информационные).
Цель применения системного анализа в сложных системах - повышение степени обоснованности а следовательно и эффективности принимаемых решений (отбрасывание бесперспективных вариантов).
В системном анализе выделяют 3 части:
1. Методология.
2. Операционная реализация.
3. Прикладная реализация в конкретной области.

Основное содержание теории сложных систем
1. Методология
Методология - призвана разработать принципы системного подхода, подстановку и реализацию основных проблем.
В этой части системного анализа определения даются на словесно - интуитивном уровне используя теорию множеств и теорию графов. Процесс выработки определений в этой области продолжается.
Принципы на которых строится методология системного анализа:
1. Целенаправленная структуризация.
2. Оптимальное чередование исполнительных и управляющих операций.
3. При установлении подвижной границы между системой и средой, где она функционирует.
2. Операционная реализация
1. Стандартные приемы моделирования процессов принятия решений.
2. Обоснованное деление на формализованные, слабоформализованные и эвристические процедуры.
3. Описание действий человека как активного элемента системы.
4. Разработка математических основ исследования операций для использования в системном анализе.

3. Прикладная реализация
Основные потребители (области, где требуется системный анализ):
научно-технические разработки
прикладная экономика
туризм, биология, экология
военное дело
социология, психология
медицина
управление государством
обучение

Вычислительная техника как инструментальное средство в системном анализе
На основе вычислительной техники реализуются процедуры принятия решений, при этом особое место занимают новые объекты:
информационные базы
диалоговые системы
средства имитационного моделирования
Три стороны взаимосвязи человека и вычислительной техники:
1. Партнерство в выполнении операций.
2. Человек разрабатывает программные средства.
3. Человек оценивает качество полученных решений и полученной информации.

ОСНОВЫ АНАЛИЗА СИСТЕМ
Наряду с математическими определениями в системном анализе широко используют лингвистические определения
Лингвистические определения являются более общими чем формальные, однако фор­мальные - более точные и исчерпывающие при ответе на вопрос о принадлежности элемента множеству.
Лингвистические определения используются в том случае, когда и элемент и множество обладают целыми списками свойств и эти списки плохо обозримы.
В основах системного подхода рассматриваются две группы задач:
Задача анализа - дана некоторая система S, функционирующая в известной среде по извест­ным законам. Требуется установить ее характеристики - результирующие. Основной во­прос: как влияет некоторый внутренний параметр системы на качество ее функционирования. Например: как влияет экстремальный характер тура на его спрос.
Задача синтеза - необходимо предложить систему S, которая в заданной среде в заданных ограничениях решает требуемую задачу. Задача синтеза в такой постановке неоднозначна. Од­нозначность Определяют слова «наилучшим образом(с минимальными затратами с максималь­ным быстродействием)». Задача синтеза может быть решена средствами теории оптимального проектирования. Математический аппарат - линейное программирование. Задача синтеза неизмеримо сложнее чем задача анализа. Решение задачи синтеза возможно путем многократного решения задачи анализа.
Например: требуется составить оптимальный по цене тур, включающий заданное множество услуг.

Лингвистические определения
1. Элемент системы - объект (материальный, энергетический, информационный), обладающий рядом важных для нас свойств, но его внутреннее содержание нас не интересует. {M,N,P,...}.
2. Связь - важный, с точки рассмотрения наших задач, обмен (материальный, энергетический, информационный) между элементами системы.
3. Система - совокупность элементов, обладающих следующими свойствами:
Связями которыми непосредственно или опосредственно соединены два любые элемента системы.
Функцией которой не обладает ни один из элементов или правильных подмножеств, но об­ладает система в целом.
4. Принципиальная разница между большой и сложной системой (два класса).
Большая система - система из многих элементов и связей одного типа.
Сложная система - использует элементы разных типов и разносторонние связи.
5. Эрготическая система - содержит элемент эргомат (человек или коллектив). Функции - принятие, исполнение решений и т.д.
6. Биотехническая система - есть технические элементы, эрготические элементы, биоло­гические элементы.

Структура сложной системы
Лингвистические определения:
Структура сложной системы - представление ее в виде расчленения ее на группы элементов с указанием связей между ними.
В основу такого расчленения могут быть положены ма­териальные обмены, функциональные признаки, организация алгоритмов, информационный обмен.
Элементы попадают в группы по признаку сильных или слабых связей. Как правило элементы в группе неоднородны.
Основные виды связей:
последовательные
параллельные
мостиковые
обратные (особенно важны при организации функционирования систем)

Декомпозиция сложной системы - деление ее на части для удобства решения задач анализа и синтеза.
В основу деления могут быть положены разные принципы. Либо близость физи­ческих явлений, либо математическая модель, либо по видам использования информации, либо общности алгоритма функционирования.
Декомпозиция - абстрактная операция, которую выполняет проектировщик.
Цель - упростить решение задачи. Сделать обозримым базовое пространство, в котором функционирует система.

Иерархия в сложных системах
Иерархия - структура с неравноправными связями, т.е. структура с подчинением.
Три основных вида:
древовидность (ярусы или страты)
ромбовидная
кольцевая
Эта абстракция которую вводят исследователи.
Представление сложной системы в виде иерархии снижает гибкость системы, но это вынужденная необходимая мера. В большинстве естественных систем присутствует иерархия.
Модульное строение систем
Среди связей некоторого элемента системы можно различить входы и выходы.
Модуль это группа элементов в системе, которая описывается с точки зрения решаемых задач исчерпы­вающе только с помощью входов и с помощью выходов.
Как правило, модули состоят из разнородных элементов системы.
На основе модульного представления систем осуществляется декомпозиция и наращивание систем.

Информационные потоки
Особенность состоит в том, что они сопровождают иные связи. Известные количественные меры информации примитивны и способны адекватно описать лишь простые задачи.
Процессы кодирования и декодирования. Оценки пропускной способности. Перспективными представляются поиск и новых мер для оценки информации и энтропии оценки стоимости информации. Вопросы ее старения и накопления. В частности для информации не выполняются законы сохранения.
Сложную систему можно трактовать как преобразователь входной информации в выходную.

Целенаправленные системы и управление
Для искусственных систем цель - решение задачи поддержки динамики системы, обес­печивающих решение одной из двух задач:
в каждый момент времени система должна находиться в требуемом заранее состоянии и в этом состоянии обеспечить заданные выходные характеристики.
через заданный промежуток времени перевести систему в заданное состояние.
Аналогично формируются и вероятностные цели: глобальные и локальные. Глобальные цели достигаются путем реализации последовательности локальных.
Управление системой при реализации цели называется целенаправленным управлением. Для его реализации необходимо:
цель
модель системы
ограничения
модель управляющих воздействий