Часть 3

49. Что характеризует морфологическое описание? Отобразите структуру морфологического описания.

морфологическое описание позволяет судить о составе элементов-подсистем, связях и структуре системы

50. В чем заключается иерархичность морфологического описания? Запишите оператор морфологического описания системы.

Для представления об основных свойствах структуры морфологическое описание также представляется на нескольких уровнях (причем эти уровни соответствуют уровням функционального описания), т. е. морфологическое описание также иерархично (рис. 3.5). При этом на разных уровнях могут использоваться принципиально иные способы описания.

Морфологическое описание включает несколько групп свойств и представляется в виде оператора G_M :

G_M ={P_S, V, , K}, (3.2)

где P_S – множество элементов (подсистем), V – множество связей,  – множество типов связей, т.е. структур, K – виды композиций.

51. Как различают систему по составу элементов? Приведите классификацию свойств элементов.

Морфологическое описание начинается с характеристики элементного состава, который может быть гомогенным (содержать однотипные элементы), гетерогенным (содержать разнотипные элементы) и смешанным. Затем исследуются свойства элементов, которые могут классифицироваться по содержанию, степени свободы, степени специализации, времени активного участия в выполнении функции.

По содержанию выделяют информационные, энергетические, вещественные и смешанные элементы. По степени специализации они могут быть предназначены для однотипных, близких (смежных) и разнотипных функций. По степени свободы в выполнении функций их разделяют на программные, адаптивные и инициативные, а по времени действия - на регулярные, непрерывные, нерегулярные и смешанные. Элементы системы могут различаться по происхождению и быть физическими (механическими, электрическими, термодинамическими и др.), химическими, биологическими и смешанными. Возможна и другая природа элементов, например, в системах государственного устройства, экономических, политических и других системах.

52. Определите понятие "отношение между элементами в системе". Перечислите виды отношений между элементами в системе.

Отношение характеризует взаимодействие или взаимосвязь двух или более объектов или явлений конкретного или абстрактного типа

Отношения могут быть рефлексивными, симметричными и транзитивными. При одновременном выполнении всех трех свойств отношение определяется как “отношение эквивалентности”.

53. Дайте определение понятий «изоморфизма» и «гомоморфизма».

В математике понятие гомоморфизма сформировалось по отношению к множествам. Два множества гомоморфны между собой, если элемента одного множества однозначно соответствуют элементам другого множества (и наоборот) и если преобразованиям над элементами первого множества соответствуют преобразования над элементами второго. О двух таких множествах говорят, что они неразличимы, тождественны с точностью до гомоморфизма. При этом совершенно безразлично, какова природа элементов этих множеств.

Наряду с гомоморфизмом в моделировании используется и менее сильная форма тождества – изоморфизм, т.е. не одно-однозначное соответствие между множествами, как это имеет место при гомоморфизме, а одно-многозначное соответствие.

54. Какое отношение между элементами в системе определено как «связь»? Дайте характеристику связей в системе.

Связь определяют как ограничение свободы элемента, их оценивают по:

– содержанию: как информационные, энергетические, вещественные и смешанные;

– силе: слабые и сильные (иногда даже предпринимаются попытки ввести “шкалу” силы связей);

– характеру (или виду): подчинения, порождения, равноправия (или безразличности), управления;

– направленности: прямые, обратные и нейтральные.

55. Как различают прямую и обратную связи?

Особо выделим прямые и обратные связи. Прямые связи предназначены для передачи вещества, энергии, информации или их комбинаций от одного элемента к другому в соответствии с последовательностью выполнения функций элементами, приводящей к достижению целевой функции системы. Обратные связи, в основном, выполняют контролирующую функцию для обеспечения качества управления процессами; их направленность противоположна направлению выполнения функции. Из теории управления известно, что прямые связи повышают чувствительность систем к внешним воздействиям, в то время как обратные связи повышают ее устойчивость к шумам и помехам.

56. В чем смысл выделения подсистем в системе? Дайте определение понятия "эффекторная подсистема", "рецепторная подсистема", "рефлексивная подсистема" Что такое "лидирующая подсистема"?

В реальных системах количество элементов значительно больше. Так количество элементов, входящих в структуру многих технических систем, может достигать десятков тысяч, а в такой биологической системе как мозг человека имеется ~10¹⁴ нейронов. Дополнительные сложности возникают, когда реализация той или иной структуры, той или иной связи описывается вероятностными законами. Эти обстоятельства являются основными причинами, которые затрудняют строгое и полное описание очень сложных и сверх сложных систем.

Выходом из этого положения может быть выделение в системах ее частей – подсистем и компонентов. Подсистемы - это достаточно обособленные независимые части системы, обладающие всеми свойствами, присущими системе, и, в частности, выполняющие некоторую частную функцию, на достижение которой они ориентированы. Если же части системы не обладают такими свойствами, а представляют собой просто совокупность однородных элементов, то такие части принято называть компонентами.

Стремление к упрощению описания заставляет объединять элементы системы в подсистемы, которые сами могут быть достаточно сложными образованиями. Различают следующие типы подсистем:

– эффекторные, способные преобразовывать управляющие воздействия и воздействовать веществам, энергией или информацией на другие подсистемы, соседние системы и ОС;

– рецепторные, способные преобразовывать внешние воздействия в информационные сигналы;

– рефлексивные, способные воспроизводить внутри себя процессы воздействия на информационном уровне;

При определении степени влияния одних подсистем на другие большое значение приобретает понятие “лидер”. Лидирующей подсистемой является та, которая, не имея детерминированного влияния со стороны какой-либо подсистемы, управляет большей частью других подсистем.

57. Дайте определение понятия "структура системы". Дайте характеристику способов изображения структуры системы. Какие типы структур Вы знаете?

Структура отражает множество всевозможных отношений (связей) между элементами внутри данной системы, взаиморасположение составных частей системы, ее устройство (строение).

По характеру отношений можно выделить многосвязные, иерархические (многоуровневые) и смешанные структуры (рис. 3.8). Для иерархических структур характерно наличие управляющих (командных) элементов. В многосвязных системах связи возможны между всеми элементами системы (подсистемы). В неиерархических (многосвязных) структурах управляющие функции распределены между всеми элементами или группами элементов.

Обычно понятие “структура” связывают с графическим отображением, однако это не обязательно. Структура может быть представлена в матричной форме, в форме теоретико-множественных описаний, с помощью языка топологии, алгебры и других средств.

58. Дайте определение понятия "композиция системы". Какие композиции системы Вам известны?

Понятие “структура” включает также представление о композиции (конфигурации) системы – пространственном расположении элементов системы, ее геометрических свойствах. Различают точечную, линейную, плоскую, объемную и смешанную конфигурации

59. Определите назначение информационного описания системы.

роль информационного описания как самостоятельной характеристики системы нельзя приуменьшить. И это объясняется, прежде всего, значением информационного обеспечения функционирования систем, применимостью теории информации и информатики для описания процессов, протекающих в системе. Информационные подходы к описанию системы позволяют понять принципы ее построения, организации и функционирования, изучать особенностей взаимодействия систем в ОС и подсистем в самой системе, а также выявлять и анализировать ошибки ее функционирования.

60. Какая часть информационного описания определяется как морфологи­ческая информация, а какая - часть информационного описания определяется как функциональная информация?

Наибольшее значение информационное описание имеет для сложных систем, особенно для тех из них, морфология и функционирование которых подчинено вероятностным законам. Реализацию конкретной морфологической структуры или конкретной реакции на внешнее воздействие из определенного множества возможных структур и реакций принято рассматривать как реализацию некоторого сообщения - события, для которых можно ввести информационные представления. Поэтому информационное описание нельзя рассматривать как абсолютно самостоятельное. В нем следует различать морфологическую J_M и функциональную J_Ф части, которые легко было бы получить из полных морфологического и функционального описаний

61. Как определяется понятие «информация»? Какие задачи решает теория информации? Что такое «сообщение»?

Информация – совокупность всех возможных сведений являющихся объектами передачи, преобразований, хранения, переработки.

Сообщение – совокупность сведений, представленных в виде конкретной системы символов(букв, цифр, кода) , форма выражения информации.

62. Как определить сколько информации получает исследователь при выполнении некоторого события из статистического ряда?

Д ля пояснения смысла понятия “энтропия” воспользуемся представлением о статистическом ряде =(x_i,p_i), отражающем возможные события в системе – x_i, где i=1,n, n – количество возможных событий, и вероятность p_i осуществления события x_i – априорная вероятность. Пусть произошло некоторое событие x_i из ряда , то произойдет перераспределение вероятностей и это событие станет достоверным, т.е. p^*_i=1 его апостериорная вероятность. В результате изменилось представление об этом ряде событий, это изменение определяется как “информация” полученная в результате реализации события x_i., а для ее количественной оценки используется известная логарифмическая мера Хартли [25]:

. (3.4)

Подобным образом можно рассчитать количество информации, которое будет получено, если произойдет любое возможное событие из ряда . Тогда можно заменить статистический ряд  другим рядом ^*(J_i,p_i). Для этого ряда можно рассчитать значение математического ожидания, которое и будет определять величину Н:

, (3.5)

Энтропия является вещественной неотрицательной величиной, ограниченной сверху. Она служит априорной характеристикой источника информации (т.е. может быть рассчитана еще до начала изменений в системе, если априорно известны вероятности всех ее возможных состояний) и определяет количество информации в среднем, которое может быть получено при реализации любого события из статистического ряда .

63. Дайте определение понятия "информационная энтропия". Как определяется пропускная способность канала связи между подсистемами?

“энтропия” – меры неопределенности случайной величины с конечным числом исходов n, определяемая как количество информации J, приходящееся на один символ сообщения в среднем. Величина энтропии Н зависит от априорной вероятности (р_i) пребывания системы в любом из n возможных состояний.

Теоретически достижимая максимальная скорость передачи информации является уже показателем соответствующей линии связи и определяет ее пропускную способность:

,

где Т - время передачи всех сообщений за один сеанс связи.

64. Какие элементы и связи определяются как вещественные, энергетические, информационные?

Вещественные – элементы материального характера

Энергетические – ресурс функционирования системы

Информационные – предписания, команды, сигналы, определяющие вид и последовательность взаимодействия элементов в системе и системы в целом.

65. Что такое "метаболизм"? Определите понятие вещественно-энергети­ческого, информационного и полного метаболизма.

Чтобы система существовала, взаимодействовала с ОС, она должна чем-то обмениваться с ней. Обменный процесс, связанный с передачей вещества, энергии и информации в количествах отдельных квантов-порций, значимо различимых для взаимодействующих подсистем, определяется как метаболизм.

Размер кванта зависит от многих факторов, в том числе и от свойств взаимодействующих систем. При проектировании новых систем часто возникает проблема согласования этих размеров, так как приходится использовать элементы разного типа, с разной чувствительностью обменного процесса. Различают информационный, вещественный и энергетический метаболизм, которые вместе составляют полный метаболизм системы.

66. В чем состоит роль генетико-прогностического описания? Какие сведения о системе включаются в генетико-прогностическое описание?

Генетико-прогностическое описание выявляет происхождение системы и позволяет оценить перспективы дальнейшего существования, т.е. позволяет проследить путь развития системы в историческом аспекте и на основании такого анализа получить более ясное представление о системах в целом. Структура этого описания должна отражать связанную во времени последовательность (сменность) этапов в развитии системы, характеристику каждого этапа, представленную в виде морфологического и функционального описаний.

67. Какие признаки могут быть учтены при классификации систем?

Происхождение

Степень организации

Взаимодействие с ОС

Сложность

И т.д. и т.п.

68. Как классифицируются системы по происхождению? Приведите примеры. Какое место в этой классификации занимают биотехнические системы?

Искусственные (механизмы, сооружения)

Естественные (созданы природой)

Смешанные (биотехнические, экономические)

69. Какие изменения могут происходить в процессе функционирования динамической системы?

Любая динамическая система способна изменять свое состояние. Внешне эти изменения сопровождаются:

– появлением новых связей и исчезновением старых;

– изменением типа связей и структуры;

– изменением элементного состава и формированием новых подсистем;

– расширением функций и т.п.,

70. Дайте определение понятия "управление". Как определяется процесс развития системы?

У правление связано с формированием процессов, определяющих целенаправленное поведение системы в рамках имеющегося ресурса; при этом неизменными остаются информационное и морфологические описания (в отношении элементного состава).

Развитие (в аспекте генетико-прогностического описания) предполагает изменение морфологии, расширения функций, увеличение ресурса и повышение эффективности проявления системы в ОС. Развитие направлено на совершенствование системы или на реализацию программы ее существования.

71. В чем Вы видите разницу между понятиями "развитие" и "управление"?

Управление всегда подразумевает наличие управляющего воздействия и управляющей системы. Развитие является процессом вполне самостоятельным. Также они различаются по степени влияния на морфологию и информационное описание

72. Какая подсистема называется "управляющей", а какая - "управляемая"? Определите понятие "процесс" как реализацию возможности управления в системе.

выделяют управляющую и управляемую подсистемы (системы) (рис. 4.1). Часто их функции воздействия друг на друга весьма сложно переплетаются, особенно в биологических и биотехнических системах.

Характерной особенностью управляемой системы является ее способность изменять поведение, местоположение, переходить в новое состояние под влиянием различных управляющих воздействий - команд, поступающих от управляющей системы

При этом всегда подразумевается наличие некоторого заранее определенного множества возможных состояний, положений, форм поведения управляемой системы, из которых осуществляется выбор. Таким образом, управление связано с целенаправленным выбором из этого множества.

Переход системы из одного состояния в другое является процессом

73. Как связаны понятия «процесс» и «состояние системы»?

Переход системы из одного состояния в другое является процессом

74. Что составляет суть процессов управления? Какая система определяется как "динамическая"? Какие параметры системы необходимо учитывать при оценке ее стояния?

совокупность процессов составляет сущность управления, при этом управление обязательно предусматривает наличие управляющего канала.

Любая динамическая система способна изменять свое состояние.

При оценке состояния системы необходим учет значений ее характеристических параметров, параметров их составляющих, а также их первых и вторых производных по времени и в пространстве.

75. В чем состоит "принцип организованности" системы? Определите задачи изучения степени организованности системы.

Свойством управляемости обладают не любые системы. Необходимым условием хотя бы потенциальной управляемости обладают только т.н. “организованные” системы, отвечающие принципу организованности, т. е. обладающие определенной структурой, целесообразным составом элементов и наличием необходимых связей между ними.