Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Общая теория систем. Учебник
.pdf
41
которых имеет содержательный характер (учитывая влияние других
подсистем);
2) функционирование в условиях неопределенности и воздей-
ствия среды на систему, что обусловливает случайный характер ее
параметров и структуры;
3) осуществление системой целенаправленного выбора поведе-
ния.
Что касается понимания больших систем, то многие исследователи выделяют большие системы как специальную разновидность сложных систем при дополнительных особенностях повышения сложности.
К дополнительным особенностям сложных систем, приводящим к
пониманию большой системы, относятся:
- большие размеры системы, что физически означает наличие
множества разнообразных элементов;
- выраженные свойства эмерджентности относятся к подсисте-
мам, анализ которых возможен только при изучении большой системы как целостного образования;
- сложная иерархическая структура системы с сочетанием цен-
трализованного и децентрализованного управления;
- большие информационные, энергетические и материальные по-
токи, циркулирующие в системе, и интенсивный обмен ими с внешней
средой;
- разнообразие возмущений, действующих на систему, и соответ-
ствие ее возможных состояний, что требует для эффективного управления необходимого разнообразия управляющих воздействий;
- возрастание неопределенности в описании системы (особенно в
случае ее взаимодействия со средой) и включение в изучение конфликтных ситуаций;
- многоцелевой аспект функционирования системы;
- наличие в системе биологических или социальных подсистем
(человека, коллектива людей), что обусловливает перечисленные и
другие особенности.
Таким образом, кроме прямого влияния величины системы косвенное влияние проявляется, главным образом, в невозможности достаточно полно описать большие системы в каком-то одном аспекте
изучения. Поэтому при исследовании больших систем создают несколько моделей для описания структуры и функционирования системы в различных аспектах.
Известный кибернетик У.Р. Эшби так определил большую систему: система называется большой, когда «дан какой-то определенный
исследователь с определенными средствами и методикой, а также си-
42
стема, которая в чем-либо практически слишком велика для него,
например, он не может наблюдать ее полностью или выполнить все
вычисления, необходимые для предсказания ее поведения». У.Р. Эшби
считал необходимым при исследовании больших систем учитывать
эмерджентные свойства.
Естественные и искусственные системы. Естественные си-
стемы создаются природой или обществом. Искусственные системы
создаются по желанию человека для реализации намеченных целей.
Детерминированные и стохастические (вероятностные) системы. Детерминированной следует считать систему, в которой со-
ставные части взаимодействуют точно предвидимым образом. При
исследовании детерминированной системы никогда не возникает никакой неопределенности. Если задано предыдущее состояние системы
и известна программа переработки информации, то, определив динамическую структуру системы, всегда можно предсказать ее последующее состояние.
Для стохастической (вероятностной) системы никогда нельзя
сделать точного детального предсказания. Такую систему можно исследовать и установить с большой степенью вероятности, как она будет вести себя в любых заданных условиях. Однако система все-таки
остается неопределенной, и любое предвидение относительно ее поведения никогда не выйти из логических рамок вероятностных категорий.
В стохастических системах переход из одного состояния в другое
подчиняется вероятностным законам: состояние таких систем – случайная величина, определяемая для каждого момента времени соответствующим законом распределения вероятностей. Отметим три основных фактора стохастичности динамических систем:
- случайность начального состояния;
- случайность входного воздействия;
- случайность оператора, определяющего переход системы из од-
ного состояния в другое.
Плохо организованные, хорошо организованные и самоорганизующиеся (саморазвивающиеся) системы. Плохо организованные и
хорошо организованные (диффузные) системы были выделены В.В.
Налимовым [41]. Позднее к этим классам были добавлены самоорганизующиеся системы [64].
Хорошо организованные системы – те, в которых наблюдателю
все элементы известны и понятны все связи между элементами и целями.
Плохо организованные – те, в которых это отсутствует, либо
43
наблюдатель не ставит задачу определить все элементы и связи.
Класс самоорганизующихся или развивающихся систем характеризуется рядом особенностей, которые обусловлены наличием в системах активных элементов. Активные элементы способствуют появлению в системе новых свойств, обеспечивающих приспосабливаемость системы к изменяющимся условиям среды, но одновременно эти
элементы вызывают неопределенность, что затрудняет управление
этими системами.
Свойства сложных систем, существующие благодаря активным
элементам следующие:
нестационарность (изменчивость, нестабильность) отдельных
параметров системы и стохастичность ее поведения;
адаптивность (способность адаптироваться к изменяющимся
условиям среды, а также внутренним и внешним помехам, включая
управляющие воздействия);
уникальность и непредсказуемость поведения системы в конкретных условиях в рамках ресурсных возможностей системы;
способность вырабатывать варианты поведения и изменять
свою структуру, сохраняя при этом целостность и основные свойства;
способность к целеобразованию (цели формируются внутри си-
стемы);
робастность – способность сохранять частичную функциональность (живучесть, работоспособность, эффективность) при отказе отдельных элементов или подсистем; объясняется функциональной избыточностью сложной системы и проявляется в изменении степени
деградации выполняемых функций, зависящей от глубины возмущающих воздействий.
Статические и динамические системы. Статическая система
имеет одно возможное или заданное состояние, то есть это система,
состояние которой во времени не изменяется. Состояние такой системы вводится в результате фиксации параметров, или определенного
состояния динамической системы, или на основе некоторой идеализации.
Динамическая система постоянно изменяется под воздействием
среды и обеспечивает адаптивность к среде. Все материальные (реальные) системы динамические.
Состояние динамической системы является элементом некоторого пространства состояний, задающим для определенного момента
времени минимум сведений, которые необходимы для полного описания поведения динамической системы в будущем при полном знании
входных воздействий.
44
Тип
системы
Уровень сложности
Примеры
Неживые
системы
Статические структуры (остовы)
Кристаллы
Простые динамические структуры
с заданным законом поведения
Часовой механизм
Кибернетические системы с управляемыми циклами обратной связи
Термостат
Живые
системы
Открытые системы с самосохраняемой структурой (первая ступень,
на которой возможно разделение
на живое и неживое)
Клетки,
гомеостат
Живые организмы с низкой способностью воспринимать информацию
Растения
Живые организмы с более развитой
способностью воспринимать информацию, но не обладающие самосознанием
Животные
Системы, характеризующиеся самосознанием, мышлением и нетривиальным поведением
Люди, социальные
организации
Трансцендентные системы или
системы, лежащие в настоящий
момент вне нашего познания
-
Классификации всегда относительны. Так, абстрактные и конкретные системы могут быть стадиями развития одной и той же системы. В детерминированной системе можно найти элементы стохастичности. Более того, одна и та же система может относиться к различным
классам систем, может быть одновременно охарактеризована разными
признаками. Большинство из выделенных классов далее подвергаются
классификации. Цель классификации – ограничить выбор подходов к
отображению системы, сопоставить выделенным классам приемы и
методы системного анализа. Так, в табл. 3 представлена классифика-
ция, в которой классы систем связаны с методами моделирования.
Таблица 3 ‒ Классификации систем по степени
организованности [20]
45
n
iV1
Все классификации связаны между собой, что отражает и доказывает системность. Так, например, в теории систем имеет место оценка
относительной организованности системы (R), которая может быть
формализована выражением R = − V/C,
где V – индекс разнообразия элементов системы; С – показатель сложности системы, при этом, по Шеннону,
PilgPi ,
где Pi – относительная численность (частота встречаемости) iго вида
элементов в совокупности n видов
Показатель сложности C определяется логарифмом числа связей
m в системе:
По свойству относительной организованности системы условно
делят на три категории. Если R мала (0 <R< 0,1), система считается
вероятностной, неустойчивой, мягкой, способной гибко изменять свои
состояния. Если R сравнительно велико (0,3 <R< 1), то система считается детерминированной, консервативной жесткой, устойчивой. Промежуточное положение (0,1 <R< 0,3), занимают квазидетерминированные системы.
Эти категории относятся в большей мере к природным и техническим системам и в меньшей мере – к социально-экономическим. Высокая относительная организованность Rсама по себе не свидетельствует о высоком качестве организации. Большинство социальных
организаций относятся к вероятностным, реже – к квазидетерминированным системам.
Гомогенные и гетерогенные системы. Данное разделение си-
стем очень важно, поскольку позволяет понять механизм жизнедеятельности системы.
Гомогенные системы состоят из достаточно однородных относительно слабо связанных между собой элементов. Гомогенные системы
часто называют еще корпускулярными из-за специфики их строения.
В таких системах элементы практически являются и компонентами.
Целостность гомогенных систем обеспечивается однотипностью
реакций элементов системы на те или иные воздействия. При этом
элементы активно взаимодействуют друг с другом. Однотипность реакций не означает одинаковость, имеют место определенные отклонения от некоторого «среднего стандарта». Но в процессе взаимодей-
(Pi = 1).
C = lgm.
46
ствия эти отклонения уравновешиваются.
В целом, специфика гомогенных систем следующая[73]:
1. Их границы в пространстве, как правило, размыты. Они опре-
деляются в большей степени внешними факторами, нежели внутренними закономерностями развития подобных систем.
2. Структура гомогенных систем, как правило, аморфная. Потоки
массо-энергообмена между элементами-компонентами носят всеобщий, диффузный характер и не закреплены за определенными каналами, локализованными в пространстве.
3. Прибавление или изъятие из данной системы нескольких эле-
ментов-компонентов не может (за исключением нескольких критических случаев) существенно повлиять на ее свойства.
4. Реакция подобных систем на внешние воздействия зачастую
(хотя и не всегда) не является строго детерминированной. Она зависит
от многих факторов и носит существенно вероятностный характер.
Примерами гомогенных систем служат газ, заключенный в некоторую емкость (классический пример А. Пуанкаре), популяции живых
организмов одного вида, начиная от микробных и кончая деревьями в
лесу, социальные слои конкретного государства.
Гетерогенные системы состоят из существенно различных ком-
понентов.
Компонентов в гетерогенных системах, как правило, меньше, чем
в гомогенных системах. А их взаимодействие зачастую осуществляется в виде контакта между некоторыми более простыми элементами.
Специфика гетерогенных систем следующая:
1. Их границы в пространстве, как правило, четко очерчены ив
значительной степени определяются внутренними закономерностями
развития самой системы.
2. Структура гетерогенных систем, как правило, имеет четкую
морфологию. Основные потоки массо-энергообмена между компонентами осуществляются по определенным каналам, локализованным в
пространстве. Более того, зачастую сами эти каналы являются одними
из важнейших компонентов гетерогенных систем.
3. Изъятие из данной системы хотя бы одного компонента ведет
к разрушению (гибели) системы. Прибавление еще одного компонента
к системе зачастую невозможно, а если и возможно, то ведет к существенному изменению свойств системы.
4. Реакция гетерогенных систем на внешние воздействия зача-
стую (хотя и не всегда) является достаточно строго детерминирован-
ной.
Примерами гетерогенных систем служат живой многоклеточный
47
организм, практически все технические системы, человеко-машинные
системы (последние не являются однозначно детерминированными).
В природе гомогенность или гетерогенность тех или иных систем
может быть выражена не всегда четко, и совершенно необязательно
одновременное соответствие какой-либо системы сразу всем признакам того или иного вида систем. Но всегда можно определить к какому
виду относится система – гомогенному или гетерогенному.
3.2. Свойства систем
Различные классы систем обладают разными свойствами, но есть
свойства, присущие всем системам, общие, отличительные свойства. К
таким свойствам относятся следующие.
Целостность – максимум взаимосвязанности элементов в рамках системы. Целостность проявляется в том, что относительно окружающей среды система выступает и соответственно воспринимается
как нечто целое. При этом изменение в некоторой части системы вызывает изменения во всех других частях и в системе в целом. В связи с
этим важно уяснить границы или зону границы системы и окружающей среды, даже, если эта граница размыта.
Целостность как особое качество системы допускает делимость
на элементы. Деление осуществляется при исследовании связей, законов и факторов, обусловливающих функционирование и развитие систем.
Организация рассматривается как разновидность системы, в которой элементы взаимозависимы и обусловлены друг другом для выполнения необходимых функций.
Эмерджентность – несводимость свойств системы как целого к
свойствам ее элементов. Эмерджентностью называют наличие новых
качеств целого, отсутствующих у его составных частей. Таким образом, свойства целого не являются простой суммой свойств составляющих его элементов, хотя и зависят от них. В то же время объединенные
в систему элементы могут терять свойства, присущие им вне системы,
или приобретать новые. Однако свойства целого всегда определяют
свойства его частей.
А.А. Богданов способность объединенных в организации элементов и частей терять свойства, присущие им вне системы, и получать
новые называл ингрессией.
Часто целостность и эмерджентность считают одним свойством.
Итак, целостность (эмерджентность) проявляется с двух сторон:
1) свойства системы (целого) Qs не являются простой суммой
свойств составляющих ее элементов qi:
48
n
i
ii
qQ
1
n
i
ii
qQ
1
2) свойства системы зависят от свойств составляющих ее эле-
ментов: Qs = f(qi).
Свойство целостности (эмерджентности) связано с целью существования систем.
Противоположным, точнее двойственным, по отношению к целостности является свойство физической аддитивности (независимости, обособленности, суммативности):
Наличие суммативности свидетельствует о псевдосистеме, поскольку нет взаимной связи элементов, образующих целостность. Но
любая развивающаяся система находится между состояниями абсолютной целостности и аддитивности, и выделяемое состояние системы
характеризуется степенью проявления одного из этих противоположных свойств: системы - целостности, псевдосистемы – аддитивности.
Для оценки этих тенденций А. Холл ввел понятия: прогрессиру-
ющей факторизации – стремление системы к состоянию со все более
независимыми элементами и прогрессирующей систематизации –
стремление системы к уменьшению самостоятельности элементов.
Членимость – свойство системы разделяться на подсистемы
(элементы), являясь одновременно подсистемой (элементом) некоторой другой системы.
Чувствительность (в системном смысле) – множество реакций
состояния и выходов системы на изменение ее параметров, начального
состояния, на возмущающие и управляющие воздействия.
Коммуникативность означает связь между элементами системы
и средой. Среда выступает по отношению к системе надсистемой. Сама система внутри себя содержит подсистемы, которые либо иерархичны, либо одного уровня с рассматриваемой.
Подтверждением коммуникативности как свойства, присущего
любой системе, является сделанное недавно сенсационное открытие
биологов из университетов Ливерпуля и Манчестера. Оказывается,
живые клетки для управления генами пользуются подобием азбуки
Морзе. Дело в том, что работу клетки, ее размножение и смерть сопровождает периодическое включение и выключение разных генов.
Вот для управления этим процессом клетка и пользуется определенными сигнальными молекулами. С различной частотой они появляются в клетке и выходят из нее. Каждая частота соответствует тому
49
или иному управленческому сигналу.
Коммуникативность в социальных системах демонстрирует
том числе теория «шести рукопожатий». Она утверждает, что любые два человека на Земле разделены всего лишь шестью уровнями
общих знакомых: первый знает второго, второй – третьего и.т.д.
Впервые гипотеза «шести рукопожатий» была выдвинута в 1969 г.
психологами Милгрэмом и Трэверсом. Они проделали интересный
опыт: попросили около 300 человек в штате Небраска отправить
письмо в Бостон, штат Массачусетс. Но не по почте, а через знакомых. Проследив пути этих писем, ученые пришли к выводу, что любых
двух жителей вышеупомянутых штатов разделяют всего 6 посредников. Правда, результаты исследования не получили признания в научном мире, зато вызвали широкий общественный резонанс. И вот спустя четыре десятилетия сотрудники компании Microsoft решили выяснить, верна ли все-таки эта теория. И подтвердили известную поговорку: мир тесен.
Для получения более надежных данных исследовали, разумеется,
использовали Интернет. Они изучили пути следования 30 миллиардов
мгновенных сообщений, отправленных с 240 миллионов компьютеров
за месяц. По оценкам авторов исследования, это составляет половину
всех сообщений за рассматриваемый период. И получилось, что в
среднем между любыми двумя получателями сообщений находятся 6
общих знакомых.
«Мы сумели нащупать пульс человечества, - заявляет один из исследователей, Эрик Горвиц. Он считает, что с возникновением новых
сетевых приложений – это произойдет буквально в ближайшие десятилетия – люди окажутся еще более приближены друг к другу.
Но уже и сейчас практически каждый может сказать: «А у нас
с Николь Кидман общие знакомые».
Иерархичность - система является и может рассматриваться как
элемент системы более высокого порядка, в то время как элементы
системы являются и могут рассматриваться как самостоятельные системы. Таким образом, иерархичность характеризует многоуровневость системы и соответственно наличие отношений подчинения.
Термин «иерархия» в буквальном переводе с греческого – священная власть (hierarchia = hieros + arhe) – был введен в употребление полтора тысячелетия назад, в V в. нашей эры, и применялся для
характеристики организации христианской общины. В настоящее время трактовка смысла его претерпела изменения. По отношению к системам он означает наличие отношений подчинения и производности.
Более высокий иерархический уровень оказывает влияние на ни-
50
ИЕРАРХИЧЕСКИЕ
УРОВНИ СИСТЕМ
ТИП СИСТЕМ
популяция
гомогенная
↑
организм
гетерогенная
↑
органы и ткани
гомогенная
↑
клетки тканей организма
гетерогенная
жележащий уровень, подчиненный ему. Подчиненные элементы
иерархии при этом приобретают новые свойства, отсутствующие у них
в изолированном состоянии. В результате появления этих новых
свойств формируется другой облик целого. Новое целое приобретает
способность осуществлять новые функции, в чем и заключается цель
иерархии.
Целостность проявляется на каждом уровне иерархии.
Анализ строения различных систем показал, что в иерархии систем на различных уровнях чередуются гомогенные и гетерогенные
системы. Например, клетка организма представляет собой гетерогенную систему, отдельные органы организма (системы более высокого
уровня иерархии) являются в основном гомогенными, состоящими из
специализированных клеток одного или нескольких видов. Организм в
целом (еще более высокий уровень иерархии) состоит из различных
компонентов и представляет собой гетерогенную систему (рис. 1).
Рис. 1. Чередование гетерогенных и гомогенных систем при повышении уров-
системы.
организации к другой, более совершенной и развитой по преимуществу за счет возрастания порядка и развития прежней организованности путем усложнения структуры, появления более развитых элементов и их лучших структурных соотношений как результата особого
качества – способности открытых систем устанавливать помимо отрицательных еще и положительные обратные связи и запоминать, благодаря этому, те катастрофические условия, которые ведут к гибели, и
ня иерархии систем на примере биологических систем;
↑ - направление повышения уровней иерархии [73]
Организованность – целевая упорядоченность всех элементов
Эквифинальность – это свойство переходить от менее развитой
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]