10.2. Понятие системы

10.2.1. Определение объекта

Пожалуй, трудно указать сферу человеческой деятельности, в которой не применялся бы термин «система»: постоянно слышим о системах политических, экологических, банковских, геологических, космических; о системе образования, медицинского обслуживания, социального обеспечения и т.п. Можно сказать, что любая наука занята изучением «своих» систем: биологических, физических, социальных, информационных, инженерных, экономических и пр. и, на первый взгляд, они представляются совершенно различными. Это утверждение верно, если будем рассматривать конкретные свойства и особенности систем. Однако, несмотря на частные различия, выделяются некие общие признаки, по которым можно судить, имеем ли дело с системой или же нет. Существование этих признаков позволяет построить общее (хотя и не абсолютно строгое) определение системы, которое в дальнейшем уточним, формализовав его.

Понятие «система» может рассматриваться в качестве уточнения и конкретизации понятия «сложное». Альтернативой понятию «сложное» является понятие «простое». Он применяется к тем сущностям, в отношении которых неприменимы вопросы: «Из чего состоит?» или «Как устроено?». Простое не состоит из чего-либо и никак не устроено - это конечный уровень проникновения вглубь строения. Другими словами, простое -исходные «кирпичи», из которых складывается нечто сложное. Для обозначения этих исходных простейших сущностей будем использовать термин объект.

Объект - простейшая составляющая сложного объединения, обладающая следующими качествами:

• в рамках данной задачи он не имеет внутреннего устройства и рассматривается как единое целое;

• у него имеется набор свойств (атрибутов), которые изменяются в результате внешних воздействий;

• он идентифицирован, т.е. имеет имя (название).

Комментарии к определению:

1. «...в рамках данной задачи...» означает, что одна и та же сущность в одних задачах может рассматриваться в качестве простой (т.е. объекта), а в других - нет. Например, отдельное предприятие в рамках экономики государства может считаться простым элементом, т.е. объектом, с некоторым набором параметров, для государства существенных: характер и объем выпускаемой продукции, местонахождение, потребности в ресурсном обеспечении, количество работников и т.д. При этом не включается в рассмотрение структура производства, количество производственных помещений, личности руководителей, цвет знаний и пр. В другой же задаче, где требуется найти оптимальную схему производства конкретного предприятия рассматривать его как простой элемент, безусловно, нельзя. Проникновение вглубь устройства чего-либо, вообще говоря, безгранично, поэтому всегда приходится останавливаться на некотором «уровне простоты», который приемлем для данной задачи. Таким образом, отнесение каких-то составляющих сложного объединения к объектам есть ни что иное, как упрощение реальной ситуации, т.е. моделирование. Объект - модельное представление. Выделение объектов из составляющих сложного объединения производится на этапе построения модели при решении практической задачи.

2. Объекты, безусловно, могут обладать свойствами. Понятие свойства определим следующим образом:

Свойством (атрибутом) называется качество объекта, для которого установлена мера; сама мера называется значением атрибута.

Наличие меры означает, что, во-первых, имеется качественная или количественная шкала, в соответствии с которой атрибуту приписывается значение (величина); во-вторых, определен порядок соотнесения атрибута с этой шкалой (порядок измерения). Например, цвет объекта определяем по качественной шкале с использованием градаций «красный», «черный», «зеленый» и пр., относя цвет к определенной части спектра; соотнесение со шкалой в данном случае производится по субъективному восприятию и, следовательно, не является строгим и однозначным, т.е. необъективно. Другим подобным примером является отметка, которую преподаватель выставляет учащемуся; отметку можно считать атрибутом знаний, отнесенным к принятой шкале («2», «3», «4», «5»); поскольку процедура измерения не определена однозначно, значение атрибута также необъективно. Примерами объективной установки (т.е. одинакового для всех) значения атрибута является определения меры нагретости тела посредством термометра или размеров тела посредством линейки - в обоих случаях имеется шкала, позволяющая однозначно охарактеризовать атрибут количественно. Даже из приведенных примеров видно, что свойства объекта могут определяться различными величинами: цвет задается словом, школьная отметка - целым числом, температура и длина - числом вещественным. Таким образом, приходим к необходимости использования различных типов величин (типов данных) для описания свойств объекта, о чем шла речь в гл. 5.

3. Набор свойств объекта будем называть полем свойств. В поле свойств выделяются две составляющие: свойства индивидуальные и общие. К индивидуальным свойствам относятся те, которые выделяют данный объект из множества ему подобных. Например, если в качестве объектов рассматривать автомобили одной марки, то индивидуальными атрибутами оказываются цвет, год выпуска, пробег. К общим свойствам относятся те, которые обеспечивают принадлежность данного объекта к некоторому множеству ему подобных. В приведенном примере общим свойством является марка автомобиля.

Класс - это множество объектов, обладающих одним или несколькими одинаковыми атрибутами; эти атрибуты называются полем свойств класса.

Среди атрибутов объекта всегда имеются те, которые определяют характер его связей (взаимодействия) с другими объектами и, следовательно, оказываются существенными для объединения объектов; и, наоборот, часть атрибутов объекта для объединения может быть несущественной. Например, учебная группа объединяет людей, поступивших в одно время в данное учебное заведение; несущественными оказываются рост, цвет глаз и волос и прочие индивидуальные качества.

4. Свойства объекта могут изменяться с течением времени. Изменение свойства - это процесс. Любой процесс имеет причину («движущую силу»). Для объекта причины протекающих процессов могут быть только внешними по отношению к нему, поскольку, согласно определению, внутреннее устройство и, соответственно, какие-либо внутренние воздействия и причины, у объекта отсутствуют. Внешние воздействия (причины) могут носить постоянный (непрерывный во времени) характер (например, притяжение к Земле) или быть дискретными - в этом случае их называют событиями (например, толчок тела или поступление порции информации): Реакцией объекта на внешнее воздействие является изменение его свойств.

5. Важной характеристикой процесса является его скорость протекания, т.е. изменение свойства за единицу времени. Изменяются, вообще говоря, все свойства объекта, однако, скорости процессов, безусловно, различны. При этом если относительное изменение некоторого свойства за время наблюдения незначительно, то говорят о постоянстве свойства, т.е. независимости его от времени. Например, цвет одежды в течение первых нескольких недель носки, практически, не изменяется. Однако в результате длительной носки и стирки цвет претерпевает изменение. Таким образом, постоянство (неизменность) свойства - это, безусловно, модельное представление, принимаемое в рамках данной задачи.

6. Описание любого объекта начинается с присвоения ему идентификатора, т.е. имени - без него невозможно указать, какая сущность рассматривается. Имя (название) объекта (N₀) является его индивидуальным признаком, который, однако, нельзя считать свойством, поскольку оно не имеет меры. Имя (название) класса (N_с) является общим признаком для группы объектов. Например, в электронных схемах можно выделить классы с именами «резистор», «конденсатор», «микросхема» и др. Именем отдельного объекта будет «резистор 470 кОм». Имя объекта или класса не может изменяться с течением времени (N₀ ≠ N₀(t), N_c ≠ N_c(t)); изменение имени (переименование) следует рассматривать как прекращение существования одного объекта (класса) и возникновение другого.