1.7. Агрегирование, эмерджентность и внутренняя целостность систем

Операцией, противоположной декомпозиции, является операция агреги­рования, т.е. объединения нескольких элементов в единое целое. Необходимость агрегирования может вызываться различными целями и сопро­вождаться разными обстоятельствами, что приводит к различным (иног­да принципиально различным) способам агрегирования. Однако у всех агрегатов (так мы будем называть результат агрегирова­ния) есть одно общее свойство, получившее название эмерджентность. Это свойство присуще всем системам, и ввиду его важности остановимся на нем подробнее.

1.7.1. Эмерджентность - проявление внутренней целостности системы

Будучи объединенными, взаимодействующие элементы образуют систему, которая обладает не только внешней целостностью, обособленностью от окружающей среды, ной внутренней целостностью, природным единством. Если внешняя целостность отображается моделью "черного ящика", то внутренняя целостность связана со структурой системы. Наиболее яркое проявление внутренней целостности системы состоит в том, что свойства системы не являются только суммой свойств ее составных частей. Система есть нечто большее, система в целом обладает такими свойствами, которых нет ни у одной из ее частей, взятой в отдельности. Модель структуры подчеркивает главным образом связанность элементов, их взаимодейст­вие. Мы же стремимся сейчас сделать акцент на том, что при объединении частей в целое возникает нечто качественно новое, такое, чего не было и не могло быть без этого объединения.[14,28]

Красивый пример проявления этого свойства привел М. Арбиб.[6] Пусть имеется некоторый цифровой автомат S, преобразующий любое целое число на его входе в число, на единицу большее входного (рис.11, a). Если соединить два таких автомата последовательно в коль­цо (рис.11, б), то в полученной системе обнаружится новое свойство: она генерирует возрастающие последовательности на выходах А и В, причем одна из этих последовательностей состоит только из четных, дру­гая—только из нечетных чисел.

Такое "внезапное" появление новых качеств у систем и дало осно­вание присвоить этому их свойству название эмерджентности. Англий­ский термин emergence означает возникновение из ничего, внезапное по­явление, неожиданную случайность. В специальной литературе на рус­ском языке не делалось попыток найти эквивалентный русский термин. Однако сам термин имеет обманчивый смысл. Какие бы удивительные свойства ни возникали при объединении элементов в систему, ничего мистического, взявшегося "ниоткуда", здесь нет: новые свойства возни­кают благодаря конкретным связям между конкретными элементами. Другие связи дадут другие свойства, не обязательно столь же очевидные. Например, параллельное соединение тех же автоматов (рис.11, 6) ничего не изменяет в арифметическом отношении, но увеличивает надеж­ность вычислений, если на выход поступает сигнал только от исправ­ного автомата.

Свойство эмерджентности признано и официально: при государст­венной экспертизе изобретений патентоспособным признается и новое, ранее не известное соединение хорошо известных элементов, если при этом возникают новые полезные свойства.

Возникновение качественно новых свойств при агрегировании элементов есть частное, но яркое проявление всеобщего закона диалекти­ческого материализма - закона перехода количества в качество. Чем боль­ше отличаются свойства совокупности от суммы свойств элементов, тем выше организованность системы. Так, физик А. Эддингтон писал:

"Нередко думают, что, изучив один какой-то объект, знают уже все о двух точно таких же объектах, так как "два" - это "один и один". При этом, однако, забы­вают, что необходимо исследовать еще и то, что скрывается за этим "и". Изуче­нием этого "и", т.е. рассмотрением организации, занимается, можно сказать, вто­ричная физика" .

Кибернетик У. Эшби показал, что у системы тем больше возможнос­тей в выборе поведения, чем сильнее степень согласованности поведения ее частей. Это утверждение легко доказывается на приме­ре системы, состоящей из р частей, каждая из которых может находить­ся в любом из s состояний (р и s конечны). [3], [4]

Будем исходить из того, что система полностью согласована, если возможен неслучайный переход между любыми двумя ее состояниями. Считая, что каждая из р частей полностью согласована, получим, что число возможных переходов (т.е. число возможностей в выборе пове­дения) для каждой из частей равно . Объединение р частей в одну систему приводит к тому, что число к возможных состояний становится равным s^p. Однако теперь возможность перейти от одного произволь­ного состояния к другому неслучайным образом зависит от того, нас­колько согласованы между собой части системы. Рассмотрим два край­них случая. При полном согласований частей число возможных перехо­дов равно . Если же система состоит из несвязанных частей, то число возможных переходов есть . Так как , то , что и доказывает приведенное утверждение.

Итак, агрегирование частей в единое целое приводит к появлению новых качеств, не сводящихся к качествам частей в отдельности. Это свойство и является проявлением внутренней целостности систем, или как еще говорят, системообразующим фактором. Новые качества сис­тем определяются в очень сильной степени характером связей между частями и могут варьироваться в весьма широком диапазоне — от полного согласования до полной независимости частей.

Главная особенность систем состоит в том, что свойства целого не сводятся к простой совокупности свойств его час­тей, что система в целом обладает прин­ципиально новым качеством. Это новое. качество существует, пока существует целое, являясь, таким образом, прояв­лением внутренней целостности системы, или, как еще говорят, ее "системообра­зующим фактором". Само явление воз­никновения нового качества называют эмерджентностью.