Структурная схема системы.
Обобщая вышесказанное, можно сформулировать другое определение системы: система представляет собой совокупность взаимосвязанных элементов, которая обособлена от окружающей среды и взаимодействует с ней как целое.
Это определение охватывает модели "черного ящика", состава и структуры. Все вместе они образуют еще одну модель, которую мы будем называть структурной схемой системы, в которой указываются все элементы системы, все связи между элементами внутри системы и связи определенных элементов с окружающей средой (входы и выходы системы).
В литературе встречаются также термины "белый ящик", "прозрачный ящик", которые подчеркивают ее отличие от модели "черного ящика", а также термин "конструкция" системы.
Все структурные схемы, если абстрагироваться от их содержательной стороны, можно рассматривать как особый объект математических исследований – граф. Для графов разработана специальная теория, которая имеет широкое прикладное значение.
Граф складывается из обозначений элементов произвольной формы, которые называются вершинами, и обозначений связей между ними, которые называются ребрами. Графы могут изображать любые структуры, если не накладывать ограничений на пересечение ребер. Некоторые виды структур получили специальные названия:
а) линейная б) древовидная
в) матричная г) сетевая
Динамические модели системы.
Все рассмотренные модели как бы фиксируют состояние систем в определенный момент времени, поэтому, в данном смысле, являются их статическими моделями.
Системы, в которых со временем происходят какие-либо изменения, называют динамическими, а модели, которые отображают эти изменения со временем, динамическими моделями систем.
Различают два типа динамики систем: развитие и функционирование. Под функционированием понимают происходящие в системе процессы, которые стабильно реализуют фиксированную цель. Развитием называют изменения системы, которые происходят при изменении ее целей.
Динамическим вариантом модели "черного ящика" является определение начального ("вход") и конечного ("выход") состояний системы.
Модели состава соответствует перечень этапов определенной последовательности действий.
Динамическим вариантом модели "белого ящика" – это детальное описание происходящего или планируемого процесса (например, сетевые графики).
Методологические подходы в системных исследованиях.
Исследование, предметом которого является объект, представляющий собой систему, называется системным исследованием.
В системных исследованиях используются аналитический и синтетический методы, которые взаимно дополняют друг друга.
Анализ (греч. разложение, расчленение) – метод исследования, который заключается в мысленном или практическом расчленении целого на составляющие части.
Синтез (греч. объединение, сложение) метод изучения предмета в целостности, единстве и взаимосвязи его частей.
Суть аналитического метода состоит в пояснении целого через его части – в виде структуры целого. Анализ определяет только структуру системы, объясняет как система работает, но не дает понимание того, почему и зачем она это делает.
Суть синтетического метода состоит в пояснении поведения системы, вначале как части большего целого, а в заключении – ее частей, путем раскрытия их ролей в целом. синтез раскрывает не структуру, а функцию системы, объясняет почему система так работает, а не как она это делает.
Таким образом, и анализ и синтез содержат операции разложения целого на части и объединения частей в целое, которые называются соответственно декомпозицией и агрегированием. Основой для этих операций является содержательная модель системы, которая решает проблему. Ориентиром для построения содержательной модели являются формальные модели выше рассмотренных типов. Важное значение имеет полнота модели и ее удобство.
Результатом операции декомпозиции является построение иерархических древовидных структур, основные требования к которым сводятся к двум противоречивым принципам: полноты и простоты (компактности). Компромисс между требованием не упустить важное (принцип полноты) и требованием не включить в модель лишнее (принцип простоты) достигается с помощью понятий существенного (необходимого) и элементарного (достаточного), а также постепенно нарастающей детализации базовых моделей и итеративности алгоритма декомпозиции.
Операция агрегирования является противоположной операции декомпозиции, которая заключается в установлении отношений для заданного множества элементов.
Наиболее интересная особенность систем заключается в том, что свойства целого не сводятся к простой совокупности свойств его частей, что система в целом наделена принципиально новым качеством. Явление возникновения нового качества называется эмерджентностью (от англ.. emergence – возникновение, появление нового), которое является проявлением внутренней целостности системы.