Классификация систем

Классификация - разделение всех изучаемых предметов на отдельные группы в соответствии с каким-либо важным для исследователя признаком фиксирующее закономерные связи между классами объектов в единой системе конкретной отрасли знания.

При классификации различные понятия и соответствующих им явления объединяются в определенные группы, типы с целью установления связей между объектами и классами объектов.

Становление каждой науки связано с созданием классификаций изучаемых объектов, явлений.

Классификация - это процесс упорядочивания информации. В процессе изучения новых объектов в отношении каждого такого объекта делается вывод: принадлежит ли он к уже установленным классификационным группам. В некоторых случаях при этом обнаруживается необходимость перестройки системы классификации.

Классификационные методы позволяют свести многообразие фактов к сравнительно небольшому числу образований (классов, типов, форм, видов, групп и т.д .), разработать систему соответствующих понятий и терминов, обнаружить регулярности, устойчивые признаки и отношения, в конечном счете – эмпирические закономерности, подвести итоги предшествующих исследований и предсказать существование ранее неизвестных объектов или их свойств , вскрыть новые связи и зависимости между уже известными объектами.

В естественных науках представлены как описательные классификации, позволяющие просто привести к удобному виду накопленные результаты, так и структурные классификации, позволяющие выявить и зафиксировать соотношения объектов. Так, в физике описательные классификации – это деление фундаментальных частиц по заряду, спину, массе, по участию в разных типах взаимодействий.

Методологические проблемы классификаций: несовпадение формальных условий и правил построения классификаций и реальной практики.

Требование дискретности признаков порождает в ряде случаев искусственные приемы разбиения целого на дискретные значения признаков; не всегда возможно вынести категорическое суждение о принадлежности объекту признака, при многоструктурности признаков ограничиваются указанием на частоту встречаемости и т.д.

Известно немало примеров удачных классификаций, но никто не владеет рецептом построения удачной классификации.

Классификация – неформализуемый процесс, выполняется итеративно: концептуальное описание классов (содержательная постановка), выделение существенных свойств или функций (что может быть не одно и то же), уточнение и т.д., при этом в основу могут быть положены прототипы (как по свойствам, так и по функциям).

Агрегирование в классы – нетривиальная процедура. Класс может рассматриваться как результат действия оператора вида: «ЕСЛИ <условия на агрегируемые признаки>, ТО <имя класса>. Класс может задаваться совокупностью признаков.

Основная проблема классификации – допустимая минимизация описания системы или явления. При декомпозиции эта проблема решается компромиссом при определении понятия существенности применительно к целям исследований – возникает риск недостаточной полноты или излишней подробности. При агрегировании риск неполноты становится недопустимым (описали не то, что необходимо для исследований) – требуется установить перечень минимальных свойств, учет которых необходим для заданных исследований (определить конфигуратор).

Примеры классификаций - таблица Менделеева, классификации животных, растений и т.д. Для представителей живой природы установлена определенная градация: класс, отряд, род, вид, вариация.

Классификации представляются в виде схем, таблиц, используемых для ориентировки в многообразии понятий или соответствующих объектов.

Составление классификаций должно подчиняться следующим логическим требованиям: в одной и той же классификации необходимо применять одно и то же основание (классификационный признак); объем членов классификации должен равняться объему классифицируемого класса (соразмерность деления); члены классификации должны взаимно исключать друг друга и другие.

Нечеткость понятия системы, многообразие систем приводят к неопределенности принципов классификации, уровней деления. Полной классификации систем нет и не может быть.

В основу классификации могут быть положены различные принципы: происхождение систем, сложность, целевой характер, типы управления, свойства и др.

Классификация моделей и видов моделирования объектов и систем должна выделить в них наиболее общие признаки и свойства реальных систем.

В силу многозначности понятия «модель» в науке и технике не существует единой классификации видов моделирования.

Реальное моделирование подразделяется на натурное и физическое.

Натурным моделированием называют проведение исследования на реальном объекте с последующей обработкой результатов эксперимента на основе теории подобия. При функционировании объекта в соответствии с поставленной целью удаётся выявить закономерности протекания реального процесса. Разновидности натурного моделирования, как комплексные испытания, производственный эксперимент и натурный эксперимент, обладают высокой степенью достоверности.

Физическое моделирование отличается от натурного тем, что исследование проводится на установках, которые сохраняют природу явлений и обладают физическим подобием. В процессе физического моделирования задаются некоторые характеристики внешней среды и исследуется поведение либо реального объекта, либо его модели при заданных или создаваемых искусственно воздействиях внешней среды. Физическое моделирование может протекать в реальном и нереальном (псевдореальном) масштабах времени, а также может рассматриваться без учёта времени.

Тип модели зависит от информационной сущности моделируемой системы, от связей и отношений ее подсистем и элементов, а не от ее физической природы.

Существует много подходов к классификации методов и приемов моделирования.

По способу представления различают три основных вида моделей: описательные (словесное содержательное описание), натурные (макеты, физические модели - изучаемые свойства объекта представлены этими же свойствами, но в другом масштабе), знаковые модели (символьное - представление величин и отношений между ними с помощью букв, чисел, знаков, символов).

По своим свойствам системы могут быть классифицированы по следующим признакам.

 По назначению: производящие (реализуют процессы получения некоторых продуктов и услуг), потребляющие (по отношению к производящим), управляющие (организуют и управляют вещественными, энергетическими или информационными процессами), обслуживающие (поддержание заданных пределов работоспособности обслуживаемых систем и восстановление работоспособности при ее утрате), обеспечивающие системы (создают надлежащие условия эксплуатации и использования обеспечиваемых систем).

 По характеру функций: специализированные (единственность назначения), многофункциональные (набор нескольких функций в одной и той же структуре), универсальные системы (разнообразный набор функций в одной и той же структуре для решения широкого круга задач, не всегда заранее определенного).

 По характеру развития: стабильные и развивающиеся системы (изменяются или не изменяются свойства, структура и функции системы за весь период существования).

 По происхождению: естественные, искусственные, смешанные, абстрактные системы, каждая из которых может быть разделена по различным принципам.

Пример двухуровневой классификации систем по происхождению (природной принадлежности):

Естественные (природные): неорганические, биологические, экологические, другие.

Искусственные: материальные, абстрактные (идеальные), абстрактно-материальные.

Смешанные: организационно-технические, социально-экономические, другие.

 Организационные системы - системы, содержащие активные элементы (подсистемы), которые имеют возможность самостоятельно принимать решения относительно своего состояния.

В организационных системах структура реализуется в виде совокупности персонала, методов, алгоритмов, технических устройств различного назначения.

При появлении новых задач и, соответственно, функций может оказаться необходимой корректировка структуры. После создания системы возможно уточнение ее структуры и отдельных функций в рамках существующих целей и задач, т.е. возможно обратное влияние структуры на функции.

 Экономические системы - системы, в которых действуют стоимостные или натуральные товарные переменные. В качестве экономической системы может выступать отдельная фирма; техническая или технологическая система, учитывающая стоимость технических средств или продукции; отрасль промышленности; экономика государства.

Экономическая система, в которой действуют социальные факторы, называется социально-экономической. В частности, любая макроэкономическая система государства или региона не может не включать социальный сектор и поэтому является социально-экономической.

По характеру связей с внешней средой:

Закрытые системы — какой-либо обмен энергией, веществом и информацией с окружающей средой отсутствует. Имеют четко очерченные, жесткие границы. Для их функционирования необходима защита от воздействия среды.

Открытые системы обмениваются с внешней средой энергией, информацией и веществом. Обмен с внешней средой, способность приспосабливаться к внешним условиям является для открытых систем непременным условием их существования.

По характеру эволюции:

Динамические системы – эволюционируют с течением времени, параметры изменяются со временем, в статических – не изменяются.

Примеры динамических систем: биологические, экономические, социальные системы; такие искусственные системы как завод, предприятия, поточная линия и т.д.

По степени определенности: разделяются на детерминированные и вероятностные (стохастические) системы. В детерминированной системе по ее предыдущему состоянию и некоторой дополнительной информации можно вполне определенно предсказать ее последующее состояние. В вероятностной системе на основе такой же информации, можно предсказать лишь множество будущих состояний и определить вероятность каждого из них.

По характеру входных воздействий и внутренних состояний системы:

непрерывные и дискретные, линейные и нелинейные, стационарные и нестационарные, детерминированные и стохастические.

Для линейных систем реакция на сумму двух иди более различных воздействий эквивалентна сумме реакций на каждое возмущение в отдельности, для нелинейных – это не выполняется.

Если свойства системы изменяются во времени, то она называется нестационарной, противоположным понятием является понятие стационарной системы. Пример нестационарных систем – это системы, где процессы, например, старения являются на данном интервале времени существенными.

Если вход и выход системы измеряется или изменяется во времени дискретно, через шаг t, то система называется дискретной. Противоположным понятием является понятие непрерывной системы. Например: ЭВМ, электронные часы, электросчетчик – дискретные системы; песочные часы, солнечные часы, нагревательные приборы и т.д. – непрерывные системы.

Возможны классификации по следующим свойствам.

Могут быть использованы и такие основания классификации – экологические, социальные и искусственные системы.

Экологическая система – это весь материальный мир обитания человека, обеспечивает жизнедеятельность живой материи на Земле и состоит из физических, химических и биологических систем.

Физические системы обеспечивают различные взаимодействия тел и полей, что является непрерывным процессом строительства всего мироздания. Механизмами взаимодействия, функционирования и управления этих систем являются объективные физические законы.

Химические системы осуществляют непрерывный обмен веществ в природе, их преобразование и транспортировку из внешней среды в биологические системы и обратно. Источниками развития этих систем являются вещества; механизмами функционирования – законы физики и химии.

Биологические системы координируют жизнедеятельность всех организмов и их отдельных органов, рост организма, строение, размножение, приспособление к внешней среде и т.д. Источником развития биологических систем являются физические, химические и в том числе и сами биологические системы вселенского пространства.

Социальные системы – это реальный мир, в котором живет человек (общество, государство, этнос, коллектив, семья, нация, институты, религия, искусства и т.д.). В этих системах люди, взаимодействуют друг с другом, создают механизмы и законы жизнеобеспечения. Роль социальных систем заключена в формировании мировоззрения, сознания, культуры, системы человеческих взаимоотношений. Социальные системы формируют модели поведения человека.

Искусственные системы – это системы, созданные человеком в результате научно-технического прогресса. Они предназначены для повышения эффективности труда, его механизации, автоматизации и кибернетизации. Источниками “жизнедеятельности” этих систем являются все виды систем, перечисленные выше.

Современный уровень развития науки позволяет говорить о мире как о бесконечной иерархической системе систем, находящихся на разном уровне иерархии и разных стадиях развития.