Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Концепции современного естествознания. Учебное пособие-3
.pdf
Всякий эффект взаимосвязи и взаимодействия, не аддитивный (т. е. не
являющийся результатом простого суммирования) к локальным эффектам,
можно рассматривать как проявление эмерджентности.
Проявления эмерджентных свойств в социально-экономических системах
весьма разнообразны: на микроуровне – это эффекты крупного производства
и агломерации, на макроуровне – социальный престиж торговой марки.
Структура системы – относительно устойчивый способ (закон) связи
(взаимоотношений) ее элементов.
Функция – роль, назначение отдельного элемента системы, а также системы в целом.
V.2.2. Системный анализ
Системный анализ – это совокупность методологических средств, используемых для подготовки и обоснования решений сложных проблем разного характера. Системный анализ опирается на системный подход, а также
на ряд математических дисциплин и современных методов управления. Основные пять типичных ситуаций, требующих применения методов системного анализ:
1) выявление и четкая формулировка проблемы в условиях большой неоп-
ределенности;
2) выбор стратегии исследования и разработок;
3) точное определение системы (границы, входы, выходы и другие компо-
ненты);
4) выявление целей развития и функционирования системы;
5) выявление функций и состава вновь создаваемой системы.
Процедура системного анализа – это построение обобщенной модели,
отображающей взаимосвязи реальной ситуации. Техническая основа современного системного анализа – ЭВМ и информационные системы.
Системный анализ впервые был разработан и применен в США для отбора
и планирования систем вооружения в процессе анализа военно-политических
целей США. Позднее методы системного анализа и соответствующие им системы управления использовались в государственных учреждениях, военнопромышленных комплексах и крупных фирмах многих стран.
С развитием общей теории систем и накоплением практического опыта
методы системного анализа получают теоретическую базу и быстро развиваются на основе соответствующего комплекса понятий и научной методологии.
Теоретико-познавательный подход в исследовании систем позволяет определить основные классы объектов, к которым целесообразно применять
методологию системного анализа, и разработать единые принципы формализации разнородных объектов и явлений.
Анализ функций и схемы системы способствует четкой формулировке целей, функций и задач системы, а также определению средств их реализации.
201
Понятие большой (сложной) системы и установления правил композиции и декомпозиции в общей теории систем обосновывает способы подхода
к ненаблюдаемым или не полностью наблюдаемым системам и способствует формированию правил их научного исследования и проектирования.
Сегодня большая (сложная) система не имеет однозначного определения. У.Р. Эшби указывает, что система является большой с точки зрения
наблюдателя, возможности которого она превосходит в аспекте, важном для
достижения его цели. Из этого следует, что один и тот же объект в зависимости не от его физических размеров, а только от поставленной цели может
приводить или не приводить к большой системе.
Важным качеством больших систем является их эмерджентность – наличие порождаемых свойств, специфичных именно для системы и не выводимых из наблюдаемых свойств ее элементов и способов их соединения. Отсюда – трудности управления большими системами вообще и в экономике,
в частности.
Для больших систем характерны очень высокие значения такой системной характеристики, как разнообразие (измеряемого энтропией).
Понятие сложной системы раскрывает способы подхода к многоцелевым,
многоаспектным, диалектически противоречивым объектам и явлениям.
Понятие кибернетической системы (изолированной в информационном
и проницаемой в материально-энергетическом отношении) и выявление ее
закономерностей служат основой методологии и анализа систем управления
и переработки информации, в том числе автоматизированной системы
управления (АСУ).
Многообразие и различие объектов вызвало появление множества методов и породило требование их гибкого применения при системном анализе.
Среди наиболее употребительных и совершенных форм системного анализа и отображения его результатов можно выделить:
1) дерево анализа целей (проблем) – иерархия подцелей для детализации
требуемого уровня, используемое для выявления и структуризации труднопонимаемых и слабо сформулированных проблем с большим и сложным характером взаимосвязей. Дерево проблем обычно включает три ос-
новные ветви:
а) что нужно исследовать и разработать;
б) из чего состоит система;
в) как работает система и как она взаимодействует с другими системами.
Построение деревьев целей – это один из наиболее распространенных и
эффективных способов анализа реальных целей и задач, стоящих перед объектом, и выбора наилучших средств их достижения;
2) метод тезауруса (запаса сведений, располагаемых системой) – для пред-
ставления и лучшего понимания сложного процесса, реализуемого во
взаимодействии многих объектов.
202
V.2.3. Системный подход
Системный подход – это направление методологии научного познания и социальной практики, в основе которого лежит рассмотрение объектов как систем
(как единого целого) с позиций системного анализа. Этот подход ориентирует
исследователя на раскрытие целостности объекта, выявление многообразных
типов связей в нем и сведение их в единую теоретическую картину.
Принципы системного подхода нашли применение в астрономии, биологии,
экологии, психологии, кибернетике, экономике, управлении и других науках.
В рамках системного подхода Вселенная представляет собой самую
крупную из известных науке иерархических систем, включающую подсистемы разного масштаба.
Системный подход к изучению экономики – это исследование способа
организации элементов производства в единое целое и воздействия процессов функционирования системы в целом на ее отдельные части.
Системный подход неразрывно связан с материалистической диалектикой (познанием явлений действительности в их развитии и самодвижении),
являясь конкретизацией ее основных принципов.
Системный подход занимает промежуточное положение между редукционизмом (упрощением, сведением сложного к более простому, т. е. часть
всегда важнее целого) и холизмом («философия целостности» – целое всегда предшествует частям и всегда важнее их). Системный подход все же
ближе к холизму при условии отказа от идеалистической концепции – целое
предшествует частям, а оставлять то, что целое, не только важнее частей, но
и рождает из частей новое, не свойственное частям.
Системный подход при его применении проходит следующие три этапа:
1) элементы системы первоначально рассматриваются как самостоятельные
материальные образования;
2) анализируется структура связей между элементами, создающими систе-
му, и выделяются устойчивые связи;
3) выявленная структура системы рассматривается в качестве «матрицы»
для дальнейших ее исследований.
Системный подход объясняет определенное поведение (взаимодействие)
элементов системы не их свойствами, а кооперативным эффектом, возникающим при совместном взаимодействии элементов, определенным образом входящих в структуру системы.
Системный подход соединяет философию и частные науки, как естественные так и гуманитарные, на основе философской категории «целое»,
выражающей определенный конечный класс систем, достаточно зрелых и
завершенных.
Однако теория систем (при всей ее полноте подходов и методов) пока не
превратилась в отдельную обобщающую науку или философское направление как из-за явно недостаточного уровня развития обобщаемых наук, так и,
по всей вероятности, из-за еще недостаточной зрелости самой теории систем.
203
V.3. Кибернетика
Кибернетика (гр. искусство управлять) – наука об общих законах управления, связанных с получением, хранением, передачей и переработкой информации. Основные объекты исследования – кибернетические системы,
рассматриваемые абстрактно вне зависимости от их материальной природы
(от ЭВМ до человеческого общества).
Ценность вклада кибернетики в науку состоит в том, что она воспринимает сложность и общность взаимосвязей процессов и явлений как неотъемлемую черту исследуемых объектов.
V.3.1. Методы и цели кибернетики
Каждая кибернетическая система представляет собой множество взаимосвязанных объектов (элементов системы), способных воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию, а также обмениваться ею.
Для всех объектов, рассматриваемых как кибернетические системы, в
качестве инструментов исследования используются понятия цель, самоорганизация и гомеостаз.
Цель (в кибернетике) – удобная характеристика поведения сложных систем, определенным образом упорядочивающая множество состояний (линий поведения) системы так, чтобы одни состояния (линии поведения) более соответствовали цели, чем другие. Обычно формальным выражением
цели является целевая функция системы.
Целевая функция (в экстремальных задачах) – это функция, минимум
или максимум которой необходимо найти. Экстремальному значению целевой функции обычно соответствует оптимальное решение (план, поведение). В стохастических экстремальных задачах целевая функция – либо математическое ожидание, либо вероятность получения некоторого эффекта.
В практике каждая экстремальная задача может быть заменена эквивалентной формой с другой целевой функцией, но с тем же оптимальным поведением. В условиях некоторых экстремальных задач целевая функция может
не быть явно сформулированной (например может быть задан только ее
градиент), но и такие задачи могут иметь оптимальное решение, определяемое теми или иными процедурами.
Гомеостаз (гомеостазис) – понятие, впервые введенное биологом У.Б. Кэнноном (1929) для обозначения физиологических процессов, поддерживающих
некоторые переменные существенные состояния организма, (температура, давление и т. п.) на определенном уровне или в узких границах. В системном анализе гомеостаз – это свойство системы сохранять в процессе взаимодействия со
средой значения существенных переменных системы (ответственных за ее деструкцию) в некоторых заданных пределах. В ряде случаев это позволяет противопоставлять гомеостатические системы адаптивным.
С одной стороны, эти понятия, используемые в социальных и биологических науках, существенно пополняют научный арсенал технических и
204
точных наук, с другой стороны, общественные и биологические науки знакомятся с понятиями точных и технических наук.
Методы и идеи кибернетики широко применяются при исследовании
процессов управления в экономике, они выделились в самостоятельную
экономическую кибернетику, тесно связанную с экономикоматематическими методами. Различия между ними заключаются в том, что
экономическая кибернетика целенаправленно занимается автоматизацией
управления в форме АСУ, а основная задача экономико-математических
методов – построение общей теории оптимального управления.
Современная кибернетика состоит из ряда разделов, представляющих
самостоятельные научные направления. Теоретическое ядро кибернетики
составляют теории систем, информации, алгоритмов, автоматов, исследования операций, оптимального управления и распознавания образов. Кибернетически системы рассматриваются как системы управления, процессы
управления – как процессы переработки информации, а обеспечивающие их
средства – в качестве коммуникаций. Все это позволяет широко использовать в различных приложениях кибернетики, в том числе в общественных и
биологических науках, общую теории информации и теорию автоматического управления.
Кибернетика разрабатывает общие принципы создания систем управления и систем автоматизации умственного труда. Она также рассматривает
поведение систем во взаимодействии с другими системами, составляющими
их среду, и по своей сущности является реализаций диалектического материализма, способствующей обогащению философских категорий на основе
математической логики и других научных методов.
Основные технические средства для решения задач кибернетики – ЭВМ.
Поэтому возникновение кибернетики как науки (Н. Винер (1948) связано с
созданием ЭВМ в 40-х годах XX века, а ее развитие в теории и практике – с
прогрессом ЭВМ.
V.3.2. Кибернетическая система
Кибернетическая система – это система, которая считается относительно
изолированной в информационном отношении и абсолютно проницаемой в
материально-энергетическом.
Это предполагает, что количество информации в этой системе конечно,
и всякое поступление информации из среды в систему (информационный
вход) и из системы в среду (информационный выход) контролируемо либо
наблюдаемо. Материальные и энергетические потоки рассматриваются
только как носители информации.
Введение таких допущений вызвано поиском простоты для рассмотрения
и решения особо трудных и сложных объектов – процессов управления, что, в
свою очередь, делает процесс управление настолько субъективным (объективным), насколько субъективны (объективны) введенные допущения.
205
Кибернетические системы отражают один из аспектов поведения системы – процессы управления. В их исследовании наметились некоторые характерные приемы:
1) замена исследуемой системы ее аналитической или числовой моделью;
2) определение и формулировка совокупности правил (алгоритмов), опреде-
ляющих поведение системы;
3) применение принципа внешнего дополнения – совокупности процедур
корректировки формализовано полученного управляющего решения методом «черного ящика» и задания внешних параметров в модель управления.
У кибернетических систем предполагается или существует ряд новых
свойств, не обязательных для систем других классов:
1) множественность поведения;
2) управляемость;
3) наличие управляющего устройства;
4) способность взаимодействовать с окружающей средой как непосредст-
венно, так и через управляющее устройство;
5) наличие информационных каналов в системе, между системой и средой;
6) наличие обратной связи в каналах информации;
7) целенаправленное поведение системы;
8) вероятностный характер поведения системы;
9) свойство равновесия;
10) свойство самоорганизации.
V.3.3. Роль кибернетики
Кибернетика исследует процессы управления сложных систем на всех
структурных уровнях их организации. Она оказала существенное влияние
на математику, способствуя переориентировке математики с понятий числа,
величины и даже множества на понятие структуры.
Кибернетика как междисциплинарная наука связана со всеми науками –
естественными, техническими и гуманитарными (от философии до социологии и экономики) и имеет важное значение для их развития:
1) философское значение кибернетики заключается в том, что она, как и
философия, стремится к широким обобщениям, дает новое представление о мире, основанное на системности его строения, связанности, организованности, целесообразности, но в отличие от философии делает основной упор на переработку информации и эффективность управления;
2) социальное значение кибернетики следует из разрабатываемых ею пред-
ставлений об обществе как об организованной иерархической эмерджентной системе;
3) общенаучное (междисциплинарное) значение кибернетики следует как из
активного перекрестного использования достижений биологических,
технических, математических и других наук, так и из разработки новых
приемов и методов, обогащающих эти науки;
206
4) методологическое значение кибернетики определяется широким исполь-
зованием кибернетических моделей во многих естественных и гуманитарных науках;
5) техническое значение кибернетики трудно переоценить – это тенденции
кибернетизации и информатизации всех сфер человеческой жизни – от
персональных компьютеров, роботизации производства и быта до специализированных информационных систем.
Контрольные вопросы
1. Роль первых попыток объединения наук на основе их математизации.
2. Интеграция и сепаратизм в науках.
3. Математика и ее абстрактность.
4. История математики.
5. Математика XVII–XVIII веков.
6. Математика XVIII–XIX веков.
7. Математика XIX–XX веков.
8. Математические методы исследования.
9. Интегральное и дифференциальное исчисления.
10. Развитие вероятностных и статистических методов в математике.
11. Особенности математической статистики.
12. Вычислительная математика и ЭВМ.
13. Вероятностный детерминизм.
14. Математическое мышление.
15. Теория информации и ее место в системе наук.
16. Свойства информации.
17. Информационные характеристики фундаментальных равновесий.
18. Основные типы информации по Бриллюэну.
19. Теория систем и ее разделы.
20. Общая теория систем.
21. Особенности общей теории систем.
22. Понятие черного ящика.
23. Системный метод и подход.
24. Системы и их классификации.
25. Эмерджентность систем.
26. Системный анализ и типичные ситуации его применения.
27. Большие системы, понятия и свойства.
28. Формы и методы отображения результатов системного анализа.
29. Системный подход и его принципы.
30. Этапы применения системного подхода.
31. Кибернетика и ее особенности.
32. Методы и цели кибернетики.
33. Целевая функция в кибернетике.
34. Гомеостаз в системном анализе.
35. Структура современной кибернетики.
207
36. Кибернетика и ЭВМ.
37. Кибернетические системы – характерные приемы в их исследовании и
их новые свойства.
38. Роль и значение кибернетики как междисциплинарной науки.
Задания текущего контроля в тестовой форме
Укажите единственно правильный ответ:
V.1. МАТЕМАТИЗАЦИЯ НАУК ПРИВОДИТ:
А. к появлению новых математизированных наук
Б. к обогащению математики новыми разделами и практическими задача-
ми
В. к появлению новых математизированных наук и обогащению матема-
тики новыми разделами и практическими задачами
Г. к уничтожению математизировавшихся наук
V.2. МАТЕМАТИЗАЦИЯ НАУК – ЭТО ПОПЫТКА:
А. их объединения
Б. их разделения
В. уничтожения их самостоятельности
V.3. МАТЕМАТИКА (ПО ЭНГЕЛЬСУ) – ЭТО НАУКА, ИЗУ-
ЧАЮЩАЯ:
А. пространственные формы действительного мира
Б. количественные отношения действительного мира
В. пространственные формы и количественные отношения действительно-
го мира
V.4. АБСТРАКТНОСТЬ МАТЕМАТИКИ:
А. не означает ее отрыва от материальной действительности
Б. означает ее отрыв от материальной действительности
V.5. ДО НАЧАЛА XVII ВЕКА МАТЕМАТИКА – ЭТО НАУКА:
А. о числах
Б. о скалярных величинах
В. числах, скалярных величинах (не учитывающих направление) и сравни-
рассматриваются как постоянные (сохраняющие свое значение в данном процессе)
Г. о сравнительно простых геометрических фигурах
V.6. В XVII ВЕКЕ МАТЕМАТИКА ПРИМЕНЯЛАСЬ:
А. в расчетах и торговле
Б. в архитектуре
В. в земледелии
Г. в астрономии
Д. в расчетах и торговле, архитектуре, земледелии и астрономии
208
Установите соответствие:
V.7. В XVII ВЕКЕ МАТЕМАТИКА ВКЛЮЧАЛА
Раздел математики Назначение
I. Арифметика
II. Геометрия
III. Алгебра
IV. Тригонометрия
V. Математический анализ
V.8. В XVII–XVIII ВЕКАХ РАЗВИТИЕ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
ПРИВЕЛО К СОЗДАНИЮ В МАТЕМАТИКЕ
Раздел математики Назначение
I. Аналитическая геометрия
II. Теория дифференциальных
уравнений
III. Дифференциальная гео-
метрия
А. учение о решении уравнений
Б. наука о фигурах, взаимном расположении
и размерах их частей, а также о преобразованиях фигур
В. наука о числах и действиях над ними
Г. изучение зависимости между сторонами и
углами треугольника
Д. исследование функций методами диффе-
ренциального (при помощи производных
и дифференциалов) и интегрального
(свойства и способы вычисления интегралов) исчислений
Е. изучение свойств фигур, лежащих в плос-
кости
А. изучение геометрических образов сред-
ствами математического анализа и в
первую очередь средствами дифференциального исчисления
Б. исследование геометрических образов
средствами алгебры на основе метода
координат
В. исследование уравнений, содержащих
искомые функции, их производные любых
порядков и независимые переменные
Укажите единственно правильный ответ:
V.9. В XVII–XVIII ВЕКАХ РАЗВИТИЕ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
ВВЕЛО В МАТЕМАТИКУ ИДЕИ:
А. движения и изменения в форме переменных величин
Б. функциональной зависимости между переменными величинами
В. движения и изменения в форме переменных величин и функциональной
зависимости между ними
V.10. МАТЕМАТИКА XIX–XX ВЕКОВ – ЭТО НОВАЯ СТУ-
ПЕНЬ АБСТРАКЦИИ:
А. обычные величины и числа оказываются лишь частным случаем объек-
тов современной алгебры (см. с. 210)
209
Б. геометрия переходит к гиперболической геометрии Лобачевского, к
исследованиям «пространств», частным случаем которых является евклидово пространство
В. обычные величины и числа оказываются лишь частным случаем объектов
современной алгебры, а геометрия переходит к гиперболической геометрии Лобачевского (1826), исследованиям «пространств», частным случаем которых является евклидово пространство (Евклид – III в. до н. э.).
Установите соответствие:
V.11. В XIX–XX ВЕКАХ МАТЕМАТИКА РАЗВИВАЛА
Раздел математики Назначение
I. Проективная геометрия
II. Теория множеств
III. Математическая логика
IV. Функциональный анализ
Укажите единственно правильный ответ:
V.12. В XIX–XX ВЕКАХ ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ МАТЕМА-
ТИКИ ВЫРАСТАЮТ:
А. в самостоятельную ветвь – вычислительную математику
Б. в самостоятельную ветвь – вычислительную математику, т. е. теорию
численных приближенных методов решения типовых математических
задач
В. в самостоятельную ветвь – вычислительную математику, т. е. теорию
численных приближенных методов решения типовых математических
задач без и с применением ЭВМ
А. изучает свойства фигур, инвариантных
ко всем проективным преобразованиям
Б. изучает общие свойства множеств, пре-
имущественно бесконечных, и тесно связана с топологией
В. включает математические методы иссле-
дования способов рассуждений
Г. объединяет и обобщает идеи классиче-
ского математического анализа, теории
множеств, линейной алгебры и многомерной геометрии
Д. изучает объекты конечного характера
Установите соответствие:
V.13. РАЗВИТИЕ МАТЕМАТИКИ И МАТЕМАТИЗАЦИИ
СОЗДАЛО НОВЫЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Дисциплина Назначение
I. Теория игр
II. Теория информации
III. Теория графов
IV. Дискретная (конечная)
математика
V. Теории оптимального
управления
210
А. математические модели принятия опти-
мальных решений в условиях конфликта
Б. раздел кибернетики, изучающий способы
передачи и измерения количества информации, содержащейся в сообщении, с использованием математических методов
(см. с. 211)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]