Методы и технологии генерации системного знания

Процесс постижения смыслов философия рассматривает с позиций созданных ею предельно общих понятий: «Единое», «Целое», «Часть», «Система», «Структура», «Взаимодействие», «Симметрия», «Состояние» и др. Понятие «Система» конкретизирует понятие «Целое» посредством представления о роли взаимоотношений частей как основании единства предмета. В понятии «Структура» роли взаимоотношений частей приобретают устойчивый характер и выступают в качестве инвариантов внутреннего движения системы. Сложным системам свойственны разнообразие структур и структурная изменчивость, обусловленные внутренними противоречиями в системе. Структуры и структурные изменения обладают своей мерой к соответствующей качественной определенности системы. Понятие «Состояние» характеризует способность объекта проявляться. Оно опосредует теоретическое и эмпирическое, выражает диалектическое единство категорий сущности и явления, представляет целостную обобщенную характеристику объекта, фиксирует конкретный способ его существования в определенных пространст- венно-временны́х условиях через посредство доминирующих в этих условиях свойств. Изменение состояния системы следует рассматривать относительно двух ее инвариантов – структуры и субстрата. Структура раскрывает смысл изменения как перехода системы из одного состояния в другое в пределах определенной меры. Субстрат выражает саму природу системы.

Физика. Целью физических исследований является проникновение в глубины строения вещества и природу взаимодействий, познание сущности конкретных объектов и процессов через открытие фундаментальных законов. В основе физического подхода лежат эксперимент и осознание эмпирически установленных фактов. Определяющим в развитии физики являются обоснование фундаментальных физических величин и взаимодействий, а также раскрытие и углубление их смыслов как базовых понятий теории, выражающей закономерности объективного мира.

Фундаментальной основой физического подхода является идея движения, постигаемая через взаимодействия, в которых физика находит проявления атрибутов форм, охватывающих в своей совокупности все виды являемости физической материи. Взаимодействия служат основой систематики форм организации материи. Глубокая внутренняя связь взаимодействий и симметрий позволяет раскрыть сущностные характеристики специфических форм дифференциации материи и теоретически воспроизвести все ее фундаментальные срезы как единой живой динамической и пластичной целокупности.

10

Исходным положением современного физического знания является осмысление всеобщности принципа симметрии как фундаментальной закономерности субстанциального уровня природы. Благодаря идее симметрии физика ограничивает число возможных подходов к описанию и объяснению реальности. Через симметрии она находит конкретные формы, в которых в суммарной совокупности качествований исследуемого явления раскрывается его материальное содержание. Симметрия как носитель формы служит методом и инструментом конкретно-эмпирической феноменологии.

Посредством наведенных симметриями форм в физике осуществляется дифференциация среды в ее конкретных объективациях. Информация о смыслах установленных объективаций передается через атрибуты форм, постижение которых приводит физику к открытиям общих принципов и законов, отображающих отдельные звенья единой мировой гармонии. Физика, поставившая себе целью построение научной картины мира, находит эти принципы и закономерности в их определенной упорядоченности, обусловленной единством и органической сопряженностью иерархически восходящего потока эмпирического материала и иерархически нисходящего потока его организации в природе.

Раскрытие внутренней организации изучаемого явления и свойственных его природе взаимодействий в полной мере отвечает идее физического подхода, суть которого определяется:

постулатами и принципами, отображающими представления о реальном мире явлений, возникающими в результате эмпирических обобщений или выводов теории, задающими базу для построения физических моделей реальности;

особыми физическими величинами, подлежащими выявлению, обоснованию и включению в законы теории, на основе которых экспериментально наблюдаемое разнообразие значений этих величин может быть подчинено определенным отношениям порядка, осознаваемым как факты теории;

признанием универсального характера взаимосвязи физических явлений, проникновением в природу взаимодействий как источников движения материальных тел, их изменения и развития; сведением разнообразия действующих в природе сил к ограниченному числу фундаментальных взаимодействий; раскрытием типов действующих сил посредством выявления и идентификации определяющих их фундаментальных зарядов, являющихся

имманентными свойствами физического мира;

11

опорой на принцип симметрии, на основе которого определяются виды симметрий, свойственные конкретным объектам (процессам) и их взаимодействиям, отображающие факты объективного существования законов сохранения, раскрывающих суть и особенности взаимодействия; представлением о единстве симметрии и асимметрии, позволяющем рассматривать факты нарушения симметрии как проявления каких-либо новых эффектов в механизмах взаимодействия;

стремлением к созданию физической теории, основу которой составляют законы сохранения, уравнения движения, описания проявляющейся изменчивости.

Вфизике понятие системы воплощается в форму физической теории. В рамках физического подхода многообразие явлений реального мира всегда обладает единством целого. Постулат о единстве мира и всеобщности связи проявляется в виде совокупности базовых положений и принципов физической науки. Разнообразие форм проявлений наблюдаемой изменчивости объектов и процессов отображается в законах теории, отвечающих этим положениям и принципам.

Построение теории сложных неоднородных нелинейных явлений в открытых средах (геофизика, океанология, физика атмосферы, климатология) вызывает огромные трудности. Для их преодоления приходится выходить за рамки физического подхода и обращаться к системному подходу. При этом необходимое условие задания системы (единство целого для исследуемого разнообразия неоднородных явлений) достигается через построение концептуальной модели, основанной на экспертном диагностировании, стратификации и прагматической конвергенции. Построение такой модели осуществляется совершенно несвойственными физическому подходу способами.

Математика. Метод математики – строгая дедукция. Главный ее принцип – непротиворечивость теории. Важнейшие понятия математики («Число», «Множество», «Пространство», «Фигура», «Отношение») являются фундаментальными абстракциями феноменального. Они легли в основания строгих математических методов, к символическим конструкциям которых в конечном итоге сводятся представления естественных, общественных и технических наук, постигающих явления реального мира.

Математическая наука создает предельно абстрактный мир универсальных символических конструкций, осознает себя холистически. Ее единство обеспечивается методом, а не предметом исследования. Математика свобод-

12

но вводит идеальные объекты вне всякой их связи с эмпирическим опытом. Своим собственным развитием математика доказала возможность познания мира через метафизические построения, т. е. отличным от физики путем. Универсальный язык ее символических конструкций, возникший в опоре на тысячелетний опыт человека, строит идеальные формы трансцендентного, обнаруживающие высокую степень соответствия процессам и объектам реальности.

1.3.Теоретическое, эмпирическое и экспертное знания

Всвоих развитых формах наука предстает как дисциплинарно организованное знание, в котором отдельные отрасли – научные дисциплины (математика; естественнонаучные дисциплины; технические и социальные науки)

–относительно автономны и взаимодействуют между собой. В науке выделяются два уровня знания – эмпирическое и теоретическое.

Эмпирическое знание. Этот уровень знания базируется на непосредственном практическом взаимодействии исследователя с эмпирически изучаемым объектом. Здесь реализуются наблюдения и эксперименты, что связано с использованием приборов, лабораторных установок, оборудования. Термины эмпирического знания фиксируют эмпирические объекты и средства взаимодействия исследователя с этими объектами. Одновременно фиксируются ситуация и условия такого взаимодействия (рамки эксперимента, протокол эксперимента).

Эмпирический объект – это выделенный фрагмент действительности с ограниченным набором признаков-свойств, с описанием параметров, принимаемых во внимание исследователем. К числу форм эмпирического знания относятся протокольное описание, научные факты, эмпирические зависимости. Протокольное описание характеризует состояния объекта и изменения его состояний, оно ведется в виде специальных записей с учетом определенной шкалы для фиксации параметров наблюдаемого объекта. Полученные в наблюдении данные группируются, систематизируются по тем или иным признакам. Применяется статистическая обработка данных, создаются гистограммы, диаграммы, графики и т. д. Эмпирические зависимости фиксируют повторяемость изменений реальных объектов и могут служить начальным средством предсказания соответствующих изменений.

Теоретическое знание. Сущностная ориентация знания означает открытие законов и причин, действующих в объективном мире. В организации тео-

13

ретического знания выделяют частные теоретические модели и развитую теорию. Частные теоретические модели выступают как теории, относящиеся к достаточно ограниченной области явлений. В развитой теории все частные теоретические модели обобщаются таким образом, что они выступают как следствие фундаментальных принципов и законов.

Теоретическое знание включает теоретическую модель, которая объясняет явление, и закон, который формулируется относительно модели. Модель включает идеализированные объекты и связи между ними. Закон характеризует отношения идеальных объектов теоретической модели, а опосредованно он применяется к описанию эмпирической реальности.

Своеобразие эмпирического и теоретического знаний. Особенности эмпирического и теоретического проявляются в средствах получения знаний, в специфике методов и в характере предмета исследования:

1.Теория и эмпирика имеют дело с разными срезами одной и той же действительности. Эмпирическое исследование ориентировано на изучение реальных объектов и их взаимодействий, улавливая в них проявление закона. Сущностные связи при этом в чистом виде не выделяются. Их выделение в явном виде происходит при теоретическом исследовании, в результате которого закон устанавливается в чистом виде.

2.Эмпирическое исследование базируется на практическом взаимодействии исследователя с изучаемым объектом. В теоретическом исследовании объект может изучаться только опосредованно, в мысленном эксперименте.

3.В эмпирическом познании объекта проводятся наблюдения, используются приборы и другие средства реального наблюдения и эксперимента, составляется эмпирическое описание объекта. В теоретических исследованиях создается метод построения идеализированного объекта (идеализация), проводится мысленный эксперимент с идеализированными объектами, разрабатываются методы построения теории: восхождение от абстрактного к конкретному, аксиоматический и гипотетико-дедуктивный ме-

тоды, методы логического и исторического исследования и др.

Частные и обобщающие теории взаимодействуют между собой и с эмпирическим знанием. Теоретический и эмпирический уровни знания имеют совершенно разные онтологии. В первом случае – это мир мысленных, идеальных конструктов, во втором – мир наблюдаемых предметов.

14

Между эмпирическим и теоретическим знаниями нет логического моста. Научные теории не могут быть логически выведены из эмпирического опыта, не являются логическими (индуктивными) обобщениями последнего. В свою очередь, эмпирически проверяемые следствия не могут быть чисто логически выведены из научных теорий. Выводятся только теоретические следствия, которые затем внелогическим путем могут быть идентифицированы с определенными эмпирическими высказываниями и подвергнуты последующей проверке опытом. Научные теории конструируются мышлением для выполнения в отношении эмпирического знания функций его понимания, объяснения, предсказания.

Главная проблема взаимосвязи теоретического и эмпирического знаний состоит в отождествлении теоретических и эмпирических терминов, теоретических и эмпирических объектов. Решение этой проблемы находится через эмпирическую интерпретацию теории введением определений терминов теоретического языка в терминах эмпирического языка, и наоборот. Такие определения называются «интерпретационными», «правилами соответствия», «редукционными предложениями» [4].

Экспертное знание. Особым видом знания является знание экспертов. Эксперт – опытный высококвалифицированный профессионал, работающий в конкретной предметной области. Экспертное знание нацелено на оперативность оценок исследуемых объектов и эффективность решений слабоструктурированных проблем. Оно используется в ситуациях, связанных с выработкой и принятием решений в условиях частичного или полного отсутствия необходимой достоверной информации, когда эксперт является единственным источником пополнения недостающей информации для принятия решений.

Экспертиза рассматривается как способ получения и анализа информации. Проведение экспертиз основано на научном методе экспертных оценок. Этот метод обеспечивает рациональную организацию качественного анализа проблемы с количественной оценкой определенным образом упорядоченных суждений и их соответствующей формальной обработкой.

Эксперты нацелены на полиаспектное описание открытой системы, постановку и решение существующих сложных системных проблем. Компетентное знание экспертов имеет:

логико-лингвистическую составляющую, с помощью которой оформляется авторская концепция эксперта;

15

модельно-репрезентативную составляющую, обеспечивающую связь авторской концепции эксперта с реальностью;

проблемно-эвристическую составляющую, являющуюся механизмом постановки и разрешения познавательных и практических задач строгими и эвристическими методами;

прагматико-процедурную составляющую, на основе которой достигается решение поставленных задач.

1.4. Системный подход. Системные исследования. Системология

Системный подход в научном познании занимает одно из ведущих мест. Он задает направление методологии научного познания и социальной практики, в основе которого лежит рассмотрение объектов как систем. В рамках системного подхода ведутся разработки различных системных концепций, средств представления исследуемых и конструируемых объектов в виде систем, обобщенных моделей систем.

В системном исследовании анализируемый объект рассматривается как определенное множество элементов, взаимосвязь которых обусловливает целостные свойства этого множества. Основной акцент делается на выявлении многообразия связей, имеющих место как внутри исследуемого объекта, так и в его взаимоотношениях с внешним окружением. Свойства объекта как целостной системы определяются не только и не столько суммированием свойств его отдельных элементов, сколько системообразующими, интегративными связями рассматриваемого объекта.

Общая теория систем. В широком смысле общая теория систем выступает как основополагающая наука, охватывающая всю совокупность проблем, связанных с исследованием и конструированием систем. Она формулирует общие методологические принципы системного исследования. Ее задачами являются конкретизация и логико-методологическое определение принципов и методов системного подхода. Общая теория систем в узком смысле из общего описания системы как комплекса взаимодействующих элементов стремится вывести понятия, относящиеся к единому целому (взаимодействие, централизация, финальность и т. д.), и применить их к анализу конкретных явлений.

Системный анализ. Системный подход и общая теория систем являются методологической и теоретической основами системного анализа [5]. Методы системного анализа применяются для целостного описания и многоас-

16

пектного целенаправленного исследования контекстов системных проблем. Системный анализ опирается на комплекс общенаучных, экспериментальных, естественнонаучных, математических методов. Всякая решаемая задача в системном анализе должна быть сформулирована как задача математическая.

В системном анализе тесно переплетены элементы науки и практики. Обоснование решений с помощью системного анализа связано с использованием строгих формализованных методов и процедур, а также суждений, основанных на опыте и интуиции.

Системология. Проблема познания явлений, процессов, объектов реальности есть проблема раскрытия присущей им сложности, воспринимаемой как неоднородность, многокачественность, полиморфизм. Проблема сложности стала первопричиной системного движения. Общей идеей системного движения является построение науки о системах, способной выступать по отношению к традиционным наукам в качестве их «другого измерения» [6]. Ее главные положения состоят в следующем:

базу науки о системах образуют реляционные свойства систем;

факты относительно реляционных свойств систем устанавливаются в «лаборатории науки о системах» в результате обработки эмпирических данных об их актуальной изменчивости;

каждой системе свойственны параметрические инвариантные отношения между ее макропеременными;

выявление параметрических инвариантов основано на фундаментальных законах систем.

Системология становится еще одной фундаментальной образующей научного знания. Она создает особый мир понятий – мир систем [7]. Каждая система в этом мире выступает в качестве предельно общего универсального по форме, конструктивно постигаемого образа. Данный образ имеет свое основание в эмпирическом опыте, передает смыслы объектов и явлений реальности, воплощен в абстрактных интерпретируемых формах.

1.5. Парадигмы системных исследований

Концептуальные модели систем. Системный подход реализует стремление к построению широких обобщающих конструкций, основанных на фактах и на интуиции. Эти конструкции находят свое воплощение в концептуальных моделях систем. При разработке концептуальной модели исследо-

17

ватели выступают в роли внешних наблюдателей по отношению к изучаемой ими действительности. Интересующая их система должна быть непосредственно наблюдаемой или логически следовать из эмпирических данных и эмпирических обобщений. Никакие гипотезы, не допускающие проверки эмпирическим фактом, в расчет не берутся. Эмпирические данные несут в себе объективную информацию о системе. Эмпирические обобщения используются в качестве основополагающих постулатов при формировании базовых представлений о моделируемой системе.

Наукой накоплен большой опыт применений системного подхода к замкнутым системам. Обособление систем является субъективным актом. Исследователи выделяют систему, относят воздействия со стороны ее окружения к числу внешних, считают их фиксированными, полагают, что система не оказывает воздействия на свое окружение. Система после обособления не воспринимается как объективная реальность, она «вся находится во власти исследователей», становится для них объектом изучения.

Сложность научных описаний системы связывается с недостаточностью знаний о закономерностях, управляющих жизнедеятельностью системы. Свойства системы рассматриваются как непосредственные следствия фундаментальных законов сохранения [4], [8]. Свойства системы предполагаются выводимыми из свойств элементов и структур парных взаимодействий, относительно которых имеется или доступна необходимая информация.

Кибернетическая парадигма. Кибернетическая идея соединила вычисления с информатикой и породила целевую инструментальную парадигму системного подхода, в рамках которой концептуальная модель создается в результате [7], [9], [10]:

экспертного междисциплинарного диагностирования и стратификации исходных представлений и данных о системе;

представления результатов экспертизы в виде формального описания (компонентов системы, парных взаимосвязей между компонентами, воздействий со стороны среды), согласованного с намеченными задачами исследования;

конструирования критериев выбора лучших решений поставленных целевых задач.

Создание, а затем применение концептуальной модели, отвечают особо-

му «инструментальному мышлению» системных аналитиков, предполагаю-

щему [10], [11]:

18

обособляемость частей системы, возможность составления системы из частей, доступность информации о связях частей и организации целого;

единство технологий формализации описания системы и вычисления решений.

Врамках целевой инструментальной парадигмы широко применяются научные методы исследования операций, теории оптимизации, научной экспертизы, принятия решений, имитационного моделирования, искусственного интеллекта. Вычисления решений поддерживают информационные технологии, обеспечивающие:

дивергенцию, трансформацию, конвергенцию, формализацию концептуальной модели;

целевое структурирование и прагматическую организацию вычислительных процессов целедостижения.

Целевая инструментальная парадигма успешно работает с техническими

системами, но испытывает большие затруднения при встрече с природными, гуманитарными и техносферными системами. Перспективы связывают с синергетической парадигмой – особым подходом к моделированию открытых систем. Надежды, возлагаемые на синергетику, обращены к проблемам, находящимся вблизи фундаментального барьера понимания сложности систем.

Синергетическая парадигма. Синергетика (нелинейная динамика открытых диссипативных систем) обратилась к глубинам сложности и многообразию форм поведения сложных систем [12]–[14]. Синергетическая парадигма объединила направления в науке, нацеленные на выявление общих научных идей, методов и закономерностей открытых систем в разных областях знания [15]–[17].

Синергетика была рождена физикой и химией. Затем она вышла за границы этих наук. Ее предметом стали общие идеи теории сложности, ее объектами – системы реальности, ее сверхзадачей – научное понимание сущности сложности и рациональное объяснение глубокой взаимосвязи сложности с законами природы.

Главными положениями синергетики являются:

описание с помощью макроскопических переменных явлений, протекающих в привычных наблюдаемых масштабах;

проявление на уровне макропеременных внутрисистемных крупномасштабных корреляций, отображающих скрытые внутрисистемные взаимо-

действия в процессах самоорганизации;

19