Основы теории систем. Учебное пособие
.pdfзнаковых системах. Именно в лингвосемиотике достигнуты наиболее конструктивные результаты, которые могут быть полезны при исследовании систем различной физической природы.
Под семантикой понимаются содержание, значение, смысл формируемых или распознаваемых конструкций языка, под прагматикой
– полезность для данной цели, задачи.
При создании и использовании искусственных языков используют такие понятия структурной лингвистики, как порождающая и распознающая грамматики. Под порождающей грамматикой понимается совокупность правил, с помощью которых обеспечивается возможность формирования (порождения) из первичных элементов (словаря) синтаксически правильных конструкций; под распознающей грамматикой – правила, с помощью которых обеспечивается возможность распознавания синтаксической правильности предложений, фраз или других фрагментов языка. Все рассмотренные понятия в равной мере используются как в математической лингвистике, так и в лингвистической семиотике. Некоторую условную границу между ними можно провести, лишь введя понятие классов формальных грамматик (как теорий математической лингвистики). На базе лин-
гвистических представлений развивается теория формальных грамматик Н. Хомского. Классы формальных грамматик Хомского счи-
таются основой теории формальных языков [48].
Графические представления. К графическим представлениям могут быть отнесены любые графики, диаграммы, гистограммы, графы, сетевые графики, т.е. всё, что позволяет наглядно представить объекты и процессы в системах. Графические представления позволяют наглядно отображать структуры сложных систем и процессов, происходящих в них, являются удобным средством исследования процессов в системах, средством организации взаимодействия человека и технических систем. Такие средства, как графики, диаграммы, гистограммы, древовидные структуры, можно отнести к средствам активизации интуиции специалистов. В то же время есть и возникшие на основе графических представлений методы, позволяющие ставить
81
ирешать вопросы оптимизации процессов организации, управления, проектирования и являются математическими методами в традици-
онном смысле. Например, геометрия, теория графов.
Как прикладная дисциплина теория графов позволяет описывать
иисследовать многие технические, экономические, биологические и социальные системы.
Примерами приложений теории графов служат следующие:
1.Транспортные задачи. Класс задач оптимизации транспортных систем, информационных систем, сетей энергоснабжения, продуктопроводов, размещения пунктов производства, хранения и потребления материальных, энергетических и информационных ресурсов называют
задачами обеспечения, задачами о размещении, задачами о грузопере-
возках, в которых вершинами графа являются пункты производства, хранения, потребления, а ребрами – транспортные маршруты.
2.Технологические задачи, в которых вершины отражают производственные элементы (заводы, цеха, станки и т.д.), а дуги – потоки сырья, материалов и продукции между ними, заключаются в определении оптимальной загрузки производственных элементов и обеспечивающих эту загрузку потоков.
3.Обменные схемы, являющиеся моделями таких явлений, как бартер, взаимозачеты и т.д. Вершины графа при этом описывают участников обменной схемы, а дуги – потоки материальных и финансовых ресурсов между ними. Задача заключается в определении цепочки обменов, оптимальной с точки зрения, например, организатора обмена и согласованной с интересами участников цепочки и существующими ограничениями.
4.Управление проектами. С точки зрения теории графов проект – совокупность операций и зависимостей между ними. Совокупность моделей и методов, основанных на теории графов и ориентированных на решение задач управления проектами, получила название кален-
дарно-сетевого планирования и управления. Эти модели и методы служат для определения последовательности выполнения операций и распределения ресурсов между ними, оптимальных по определённым критериям (времени выполнения проекта, затрат, риска и др.).
82
5.Модели коллективов и групп, используемые в социологии, основываются на представлении людей или их групп в виде вершин, а отношений между ними (например, отношений знакомства, доверия, симпатии и т.д.) – в виде ребер или дуг. В рамках подобного описания решаются задачи исследования структуры социальных групп, их сравнения, определения агрегированных показателей, отражающих степень напряженности, согласованности взаимодействия и др.
6.Модели организационных структур, в которых вершинами явля-
ются элементы организационной системы, а ребрами или дугами – связи (информационные, управляющие, технологическиеи др.) междуними.
В результате на этой основе возникли прикладные теории – PERT (Program Evaluation and Review Technique – Методика оценки и контро-
ля программ), сетевого планирования и управления, а позднее – и ряд методов статистического сетевого моделирования с использованием вероятностных оценок графов. На основе сочетания графических методов представления с лингвистическими и семиотическими методами возникли новые направления моделирования – структурно-
лингвистическое, графо-семиотическое, послужившие основой для разработки способов автоматизации формирования сетевых моделей.
Морфологическое описание системы – описание строения или структуры системы: описание совокупности элементов этой системы
инеобходимого для достижения цели набора отношений между ними. Термином морфология в биологии и языкознании определяется учение о внутренней структуре исследуемых систем (организмов, языков) или сама внутренняя структура этих систем. Основная идея морфологического подхода – систематически находить наибольшее число, а в пределе – все возможные варианты решения поставленной проблемы или реализации системы комбинированием основных (выделенных исследователем) структурных элементов или их признаков. При этом система или проблема может разбиваться на части разными способами и рассматриваться в различных аспектах.
Морфологическое описание задается кортежем: S A,B,R,V,Q ,
где A – множество элементов и ихсвойств, B – множество отношений с
83
окружающей средой, R – множество связей в A, V – структура систе-
мы, тип этой структуры, Q – описание, представление системы на ка-
ком-либоязыке.
Из морфологического описания системы получают функциональное описание системы – описание законов функционирования, эволюции системы. После взаимного уточнения функционального и структурного описания системы дается ее информационное описание.
Информационное описание – своего рода информационное отображение функционального и морфологического описания системы.
Основным принципом информационного описания является принцип «черного ящика». В противоположность аналитическому подходу, при котором моделируется внутренняя структура системы, в синтетическом методе «черного ящика» моделируется внешнее функционирование системы. С точки зрения пользователя модели структура системы спрятана в черном ящике, который имитирует поведенческие особенности системы.
Кибернетический принцип «черного ящика» был предложен в рамках теории идентификации систем, в которой для построения модели системы предлагается широкий параметрический класс базисных функций или уравнений, а сама модель синтезируется путем выбора параметров из условия наилучшего, при заданной функции ценности, соответствия решений уравнений поведению системы. Функционирование системы в рамках синтетической модели описывается чисто информационно, на основе данных экспериментов или наблюдений над реальной системой. Как правило, информационные модели проигрывают формальным математическим моделям и экспертным системам по степени интерпретируемости результатов, однако отсутствие ограничений на сложность моделируемых систем определяет их важную практическую значимость.
Можно назвать несколько характерных приложений информационного описания:
моделирование отклика системы на внешнее воздействие;
классификация внутренних состояний системы;
84
прогноз динамики изменения системы;
оценка полноты описания системы и сравнительная информационная значимость параметров системы;
оптимизация параметров системы по отношению к заданной функции ценности;
адаптивное управление системой.
Результатом информационного описания является построение информационной системы. Информационная система является неким нервным центром деятельности любой организации. При этом информационной системе присуще выполнение некоторых основных функций. Она обеспечивает:
получение информации от всех подсистем данной системы, а также от внешней среды;
устанавливает параметры для выдачи данных, требующихся от всех подсистем;
обеспечивает накопление и хранение массива данных;
вырабатывает выходную информацию, которая отражает функционирование системы и ее подсистем, а также системы управления.
Каузальное представление системы – описание системы в тер-
минах влияния одних переменных на другие, без употребления понятий цели и средств достижения целей. Термин происходит от понятия cause – причина, т.е. подразумевает причинно-следственные отношения. При каузальном представлении будущее состояние системы определяется предыдущими состояниями и воздействиями среды. Оно является развитием отображения системы в виде «пространства состояний», характерного для большинства математических методов моделирования. Каузальное представление используется в случаях предварительного описания системы, когда цель сразу не может быть сформулирована.
Здесь были приведены лишь укрупненные группы методов, которые только в начальный период развития характеризовались рассмотренными особенностями. Эти направления непрерывно развиваются, и в их рамках появляются методы с расширенными возможностями
85
по сравнению с исходными. При этом постоянно возникают новые направления как бы «на пересечении» методов, отнесенных к упомянутым укрупненным группам. В частности, на пересечении аналитических и теоретико-множественных представлений возникла и развивается алгебра групп; параллельно в рамках алгебры групп и теории множеств начала развиваться комбинаторика. Теоретикомножественные и графические представления стали основой возникновения топологии. Статистические и теоретико-множественные методы инициировали возникновение теории нечётких (размытых) множеств Л. Заде, которая, в свою очередь, явилась началом развития нового направления – нечетких формализаций.
Методы формализованного представления в различных комбина-
циях составляют основу прикладных экономико-математических
моделей:
модели на основе производственных функций (аналитические и статистические методы);
балансные модели (аналитические методы);
модели объемного планирования (теоретико-множественные методы);
модели календарного планирования, модели упорядочения во времени, расписания (аналитические, теоретико-множественные, графические методы);
потоковые (транспортные) модели (аналитические и графические методы);
модели распределения и назначения (аналитические методы);
модели управления запасами (аналитические и статистические методы);
модели износа и замены оборудования (аналитические и статистические методы);
модели массового обслуживания (статистические методы);
состязательныемодели (аналитические истатистические методы). Приведённая классификация удобна тем, что в нее можно «вхо-
дить» через прикладные математические методы и через методы
86
формализованного описания (в скобках), что помогает при организации взаимодействия проектировщиков и управленческих работников, использующих прикладные классификации, со специалистамиматематиками, которые помогут пояснить принципиальные теоретические возможности выбираемых математических методов.
Завершая данную тему, следует отметить особую важность принятия решения о выборе видов и методов формализованного описания и моделирования систем. При неудачном и необоснованном выборе вида и структуры описания никакие высокоэффективные математические и алгоритмические методы не приведут к желаемым результатам. Здесь следует помнить наставление Рассела Акоффа:
«Правильно делая неправые дела, мы погрязаем в неправоте. Когда мы делаем ошибки, творя неправые вещи, и улучшаем свои действия, мы становимся все более неправыми. Если же мы ошибаемся, делая правильные вещи, и исправляем ошибки, мы становимся более правыми. Поэтому лучше делать правильные дела неправильно, чем неправильные дела правильно».
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Охарактеризуйте аналитические методы формализованного описания систем.
2.Охарактеризуйте статистические методы формализованного описания сис-
тем. Сравните их с аналитическими методами.
3.Какие прикладные методы анализа развиваются на базе статистических представлений?
4.Охарактеризуйте логические методы формализованного описания систем.
5.Охарактеризуйте и сравните между собой лингвистические, семиотические и семантические методы формализованного представления систем.
6.Охарактеризуйте виды графического описания систем.
7.Что такое морфологическое и функциональное описание систем?
8.Что такое информационное описание систем?
9.Назовите конкретные приложения информационного описания.
87
7.ЭКСПЕРТНЫЕ МЕТОДЫ ОПИСАНИЯ
ИАНАЛИЗА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ
Чтоб оценить чьё-нибудь качество, надо иметь долю этого качества и в самом себе. (У. Шекспир)
7.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ
ЭКСПЕРТНОГО ОЦЕНИВАНИЯ
Экспертное оценивание объединяет группу методов, в которых для выполнения операций оценивания, прогнозирования, принятия решений используются знания, опыт, интуиция, интеллект экспертов
– специалистов в данной области.
Сущность метода экспертных оценок заключается в проведении экспертами интуитивно-логического анализа проблемы с количественной оценкой суждений и формальной обработкой результатов. Комплексное использование интуиции, логического мышления и количественных оценок с их формальной обработкой позволяет получить эффективное решение проблемы.
Характерными особенностями метода экспертных оценок как научного инструмента решения сложных неформализуемых проблем являются, во-первых, научно обоснованная организация проведения всех этапов экспертизы, обеспечивающая наибольшую эффективность работы на каждом из этапов, и, во-вторых, применение количественных методов, как при организации экспертизы, так и при оценке суждений экспертов и формальной групповой обработке результатов.
При использовании методов экспертных оценок необходимо комплексное решение ряда задач и проблем, таких как:
определение и формулирование целей экспертизы, формирование экспертных групп, разработка требований к экспертам, определение размеров групп, организация тренировки экспертов и оценку их компетентности;
разработка форм экспертного опроса;
выбор и обоснование подходов к оцениванию (ранжирование, нормирование, упорядочение,парное сравнение, предпочтениеи т.д.);
88
выбор, обоснование и, при необходимости, разработка методов обработки результатов экспертного оценивания;
определение согласованности мнений экспертов, обоснование достоверности экспертных оценок и выводов, применение методов повышения согласованности оценок на основе обработки результатов экспертного опроса.
Выбор целей и характер процедуры экспертизы в значительной степени определяются существом проблемы, предполагаемыми конечными результатами и возможными способами их представления. При формулировании целей важно иметь представление о специфических особенностях и интересах возможных групп специалистов, которые будут участвовать в экспертизе. Выбор целей и процедуры опроса зависит также от надежности и полноты имеющихся данных и от вида требуемой информации. Если целей несколько, то оценки по различным шкалам нужно постараться свести к единой шкале, например за счет установления цели более высокого уровня.
7.2. МЕТОДЫ ОРГАНИЗАЦИИ ЭКСПЕРТНОГО ОЦЕНИВАНИЯ
Анкетирование – экспертам раздаются анкеты с вопросами о предмете экспертизы. Вопросы разрабатываются менеджерами – организаторами экспертного оценивания.
Метод комиссий – открытая дискуссия с последующим голосованием.
Метод суда – состязательное обсуждение с выделением ролей защитников и противников объекта экспертизы.
Методы «мозгового штурма» или «коллективной генерации идей». Концепция «мозгового штурма» получила широкое распространение с начала 50-х годов как метод систематической тренировки творческого мышления, нацеленный на открытие новых идей и достижение согласия группы людей на основе интуитивного мышления.
При проведении мозговой атаки стараются выполнять определенные правила:
89
обеспечивается свобода мышления участников и высказывания ими новых идей;
приветствуются любые идеи, вне зависимости от их сомнительностиили абсурдности (обсуждениеиоценка идей производится позднее);
не допускается критика, ни одна идея не объявляется ложной и не прекращается ее обсуждение;
приветствуется высказывание как можно большего количества идей, особенно нетривиальных.
Иногда мозговую атакупроводят в форме деловой игры.
Методы сценариев. Методы подготовки и согласования представлений о проблеме или анализируемом объекте, изложенные в письменном виде, получили название сценария. Первоначально этот метод предполагал подготовку текста, содержащего логическую последовательность событий или возможные варианты решения проблемы, развернутые во времени. Однако позднее обязательное требование явно выраженных временных координат было снято, и сценарием стали называть любой документ, содержащий анализ рассматриваемой проблемы или предложения по ее решению, по развитию системы независимо от того, в какой форме он представлен. Как правило, предложения для подготовки подобных документов пишутся вначале индивидуально, а затем формируется согласованный текст.
Сценарий предусматривает не только содержательные рассуждения, помогающие не упустить детали, которые невозможно учесть в формальной модели, но и содержит, как правило, результаты количественного технико-экономического или статистического анализа с предварительными выводами. Группа экспертов, подготавливающая сценарий, пользуется обычно правом получения необходимых справок от предприятий и организаций, необходимых консультаций.
На практике по типу сценариев разрабатывались прогнозы в некоторых отраслях промышленности. В настоящее время разновидностью сценариев можно считать предложения к комплексным программам развития отраслей народного хозяйства, подготавливаемые организациями или специальными комиссиями.
90