Основы системного анализа(текст лекций)

11

речия примирять, другие намеренно обострять, направляя развитие событий к нужной цели. Грамотный кибернет, говорил Трентовский, не создаёт будущее, а позволяет ему рождаться самому, лишь умело и вовремя направляя естественный ход событий в нужном направлении. В то время эти идеи оказались настолько необычными, что не были поняты и восприняты, да и общество могло пока обходиться без них, и разговоры о кибернетике умолкли почти на полвека.

Толчком к началу нового этапа развития системных представлений послужило открытие, сделанное в 1891 году акад. Е.С. Федоровым. Будучи специалистом по кристаллографии, он установил, что в природе существует всего 230 разных типов кристаллической решётки, при том, что кристаллизоваться при определенных условиях может любое вещество. Позднее выяснилось, что любые системы, будь то природные тела, языковые построения, архитектурные конструкции, музыкальные произведения и др., образуются из ограниченного и сравнительно небольшого числа исходных форм, и лишь бесконечное разнообразие связей между ними создает бесконечное разнообразие систем. Однако главным достижением Е.С. Федорова в системологии всё-таки явилось следующее открытие, также полностью подтвержденное позднее. Он установил, что главным условием жизнеспособности и прогресса систем является не их приспособленность к окружающей среде, а способность к приспособлению, не стройность, а способность к повышению стройности.

Следующая ступень в изучении системности связана с именем А.А. Богданова. В 1917-25 гг. он опубликовал трехтомную монографию под названием šВсеобщая организационная наукаŸ, которую он назвал ¡Тектологией¢.

Основные идеи тектологии А.А. Богданова:

все существующие объекты, явления и процессы находятся в состоянии непрерывной организации и дезорганизации, в результате чего уровень организованности их постоянно меняется;

в результате этих процессов любая система достигает такого момента, когда процессы дезорганизации заходят так далеко, что становится неизбежной коренная, šвзрывнаяŸ перестройка ее структуры (проблема кризисов).

Таким образом, А.А. Богданов явился основоположником теории организации. И как это часто бывает, в то время его не поняли, о тек-

12

тологии забыли и вспомнили лишь тогда, когда независимо стали приходить к тем же результатам. К тому же сам А.А. Богданов был весьма своеобразным человеком – безусловно талантливым, но столь же самонадеянным, абсолютно уверенным в своей правоте во всех без исключения вопросах. Он легко принимался за изучение проблем из самых разнообразных сфер человеческой деятельности (философия, политическая экономия, политика, партийная деятельность, медицина), причём, как правило, в каждой из них достигал значительных успехов, однако с такой же легкостью бросал их, как только терял интерес к проблеме. Он и погиб, проверяя некоторые выводы тектологии на примере кровеносной системы человека на себе.

По настоящему же бурное развитие кибернетики в современном понимании началось с 1948 года, когда американский математик Н.Винер опубликовал книгу под одноимённым названием. В ней Н.Винер вначале определил кибернетику как науку об управлении и связи в машинах и живых организмах. Однако вскоре он стал рассматривать с позиций кибернетики уже и общество, и экономику и все остальное. Столь резкое расширение области приложения принципов кибернетики вначале ввело ученых в замешательство. Возник даже спор а имеет ли кибернетика вообще свой предмет исследования? В ряде стран, в том числе и в СССР, кибернетика была встречена крайне враждебно и объявлена лженаукой.

На все претензии Н. Винер отвечал, что предметом его кибернетики является исследование систем. Для кибернетики совершенно неважно, какова природа этих систем (физическая, биологическая, экономическая, организационная или вообще какая-то фиктивная), а значит, принципы её приложимы в равной мере ко всем им.

Наиболее важными идеями Н. Винера были следующие:

главным условием функционирования систем является наличие

вних обратных связей;

необходимое число и структура этих связей является важнейшим условием оптимального функционирования систем;

огромное значение в управлении системами имеет информация, причём она может быть оценена количественно;

изучение, построение систем и управление ими невозможно без их моделирования, причем наибольший эффект дает имитационное моделирование на ЭВМ;

13

поскольку процесс мышления представляет собой последовательность логически вытекающих друг из друга заключений, то при наличии необходимой информации и достаточной мощности ЭВМ возможно его моделирование.

Все эти идеи подготовили почву для невиданного размаха компьютеризации, который происходит сегодня на наших глазах, а также явились основой создания искусственного интеллекта.

В то же время следует воздержаться от преувеличенных оценок винеровской кибернетики. Даже простое сравнение идей Винера с идеями Б. Трентовского и А.А. Богданова показывает её недостатки, а именно: качественная сторона информации принесена в жертву количественной; принцип оптимальности применяется только в полностью формализованных задачах; при моделировании интеллекта учитывается только логическая компонента мышления.

Параллельно и как бы независимо от кибернетики развивалась ещё одна наука о системах – общая теория систем. Идея построения такой теории была выдвинута австрийским биологом Л. Берталанфи. Наиболее важным его достижением является введение понятия открытой системы. Если Н. Винер считал, что основой функционирования систем являются внутрисистемные обратные связи, а внешние воздействия лишь создают дополнительные помехи, то Л.Берталанфи особое значение придавал как раз взаимодействию системы с окружающей средой. Это взаимодействие выражается в обмене между ними веществом, энергией и информацией, в результате чего в системе устанавливается неустойчивое равновесие, уровень которого постоянно меняется в зависимости от масштаба этого взаимообмена. Идеи Л. Берталанфи были поддержаны и развиты бельгийским ученым российского происхождения И. Пригожиным. Изучая термодинамику неравновесных физических систем (за что в 1977 г. он получил Нобелевскую премию), он пришел к выводу, что обнаруженные им закономерности можно отнести к любым системам. Неустойчивость неравновесных состояний, в которые система приходит в результате взаимодействия с окружающей средой, периодически вызывает, по его мнению, всплески активности системы, требующие изменения её структуры. Причём в эти переломные моменты (šточки бифуркацииŸ) принципиально невозможно сказать, станет ли система более организованной или менее организованной.

15

сили, главным образом, математические модели, но затем понятие абстрактной модели стало относиться к любым знаниям о мире.

Постепенно понятие šмодельŸ становится философской категорией, обозначающей способ существования знаний. Споры вокруг столь широкого толкования понятия модели возникли сразу и продолжаются до сих пор. Например, как можно одинаково считать моделями такие разные формы научных знаний как законы, гипотезы, теории, ведь понятия теории, закона воспринимается как нечто более целостное, первичное, а модель – лишь как вспомогательное средство для их создания. Однако такое восприятие является чисто психологическим, и связано оно только с тем, что понятия закономерности, гипотезы, теории появились и установились в языке науки и философии значительно раньше, чем понятие модели. Вместе с тем, ведь определить теорию как модель вовсе не значит отождествлять их. От того, что теория признана моделью какого-то знания, она не перестаёт быть теорией и нести определенную содержательную нагрузку. Правда, из этого следует, что любая теория как модель не является абсолютной истиной, она лишь с большей или меньшей степенью точности отражает действительность. Но ведь это так и есть. Кроме этого, как теория может основываться на нескольких гипотезах, являясь по отношению к ним более высоким в системном отношении понятием, так и модели могут быть качественно различными, составляющими определённую иерархию.

2.2. Моделирование как аспект всякой целенаправленной деятельности

Целевой характер моделей. Посмотрим теперь, как рассматривается с точки зрения моделирования практическая деятельность человека. Как известно, любая деятельность направлена на достижение определённой цели.

Пример. Рабочий обтачивает заготовку, чтобы сделать деталь; спортсмен тренируется, чтобы победить в соревновании; студент учится, чтобы получить профессию.

При этом целевой характер имеет не только трудовая деятельность. Отдых, развлечения, игры, прогулки, чтение, коллекционирование и т.п. обычно не рассматриваются как труд, однако и они служат какой-то цели.

16

Так вот, с точки зрения моделирования, самую цель можно определить как модель – модель желаемого состояния среды, на достижение которого и направлена деятельность. Как известно, любая деятельность осуществляется по определенному алгоритму, из чего нетрудно увидеть, что и алгоритм – это тоже модель, модель будущей деятельности. Затем, любая деятельность осуществляется, как правило, не по жесткой программе, а с учетом того, что происходило на предыдущих этапах. То есть вначале оценивается результат предыдущих действий, а затем выбирается следующий шаг из числа возможных. Причем последствия всех возможных шагов могут сравниваться мысленно, без реального их выполнения. Они предварительно, как говорят, šпроигрываютсяŸ на модели.

Из всего сказанного следует, что человек в своей деятельности постоянно моделирует. Моделирование во всякой деятельности является обязательным элементом, причем оно представляет собой не ка- кой-то этап деятельности, а ее аспект. Человек в своей деятельности постоянно моделирует, моделирование, можно сказать, пронизывает всю человеческую деятельность.

Из того, что моделирование всегда преследует какую-то цель, модель можно определить как целевое отображение оригинала. А из того, что модель отображает не все свойства объекта-оригинала, а лишь те, которые нас в нем сегодня интересуют, т.е. соответствуют поставленной цели, вытекает множественность моделей одного и того же объекта: для достижения разных целей модели одного и того же объекта будут различными.

Пример. Модели бревна (объект-оригинал) для туристов, естествоиспытателя, художника будут разными. Того, кто занимается столом, в бревне интересуют геометрические размеры и форма; кто занимается костром – совершенно другие свойства бревна; естествоиспытатель будет считать годичные кольца; художник будет смотреть на изгибы сучков и т.д.

Познавательные и прагматические модели. В соответствии с тем, как цели моделирования могут быть теоретическими или практическими, так и модели могут быть разделены соответственно на

познавательные и прагматические. Таким образом, цель создания моделей является первым признаком их классификации.

Наиболее наглядно разница между этими типами моделей проявляется в их отношении к оригиналу.

17

Познавательные модели создаются для получения новых знаний и соотнесения их с уже имеющимися знаниями. Поэтому при обнаружении расхождений между моделью и реальностью это расхождение устраняется с помощью изменения модели, т.е. познавательная деятельность направлена на приближение модели к реальности (рис.2.1, а).

Прагматические модели служат для управления практическими действиями, направленными на достижение поставленной

моделью и реальностью усилия направляются на изменение реальности с тем, чтобы приблизить её к модели (рис. 2.1, б).

Прагматические модели носят, таким образом, нормативный характер, играя роль некоего стандарта, образца, под который šподгоняетсяŸ как сама деятельность, так и её результат. Примерами прагматических моделей могут служить программы действий, уставы организаций, кодексы законов, экзаменационные требования и т.д.

Другими словами, познавательные модели отражают существующее, а прагматические – желаемое и (возможно) осуществимое.

Несмотря на то, что деление моделей на познавательные и прагматические кажется естественным, оно всё-таки в значительной степени условно, так как:

иногда трудно однозначно определить, к какому типу отнести модель (например, карты местности, детские игрушки, произведения искусства и т.п.);

при определённых условиях эти модели могут переходить друг

вдруга (пересмотр нормативных документов).

Статические и динамические модели. Вторым признаком классификации моделей является учёт изменения их по времени. Бывает так, что для одних целей нам достаточно иметь модель конкретного состояния объекта, его своего рода šмоментальную фотографиюŸ и тогда эта модель называется статической. Если же в модели необходимо отобразить процесс изменения состояний объекта, то такая модель называется динамической.

18

Примером статических моделей является структурные схемы систем; динамических – их функциональные схемы.

2.3. Способы построения моделей

До этого мы говорили о том, зачем создаются модели. Здесь мы рассмотрим вопрос о том, из чего они строятся, и эти способы построения моделей будет третьим признаком их классификации.

Так как здесь мы рассматриваем модели, сознательно создаваемые человеком, то для их построения у него в распоряжении имеется практически только два типа šматериалаŸ – средства окружающего мира и средства мышления. Соответственно и модели делятся на материальные (реальные, вещественные) и абстрактные (идеальные).

Абстрактные модели и роль языка. Начнем с абстрактных моделей. Абстрактные модели создаются средствами мышления. Причём, поскольку нас интересуют абстрактные модели, предназначенные для общения между людьми, остановимся лишь на моделях, создаваемых средствами естественного языка, не рассматривая такие иррациональные формы общения, как гипноз, телепатия и т.п.

Итак, языковые модели. Естественным языком, как известно, можно говорить обо всём, т.е. он является универсальным средством построения любых абстрактных моделей. Эта универсальность обеспечивается возможностью:

введения в язык новых слов;

иерархического построения всё более развитых языковых конструкций (слово предложение текст),

атакже достигается ещё и тем, что

языковые модели обладают неоднозначностью, расплывчато-

стью.

Свойство неоднозначности, расплывчатости проявляется уже на уровне слов. Действительно, почти каждое слово в любом языке имеет несколько значений (толковый словарь), в каждом языке есть неопределённые слова (типа šмногоŸ, šнесколькоŸ и т.п.), и, кроме того, существует практически бесчисленное множество вариантов соединения слов во фразы. Всё это вместе позволяет с достаточной для практических целей точностью отобразить любую ситуацию. Иногда эту расплывчатость языка используют сознательно (юмор, дипломатия, поэзия), в других же случаях она мешает выразиться настолько

19

точно, насколько бы хотелось (тогда говорят šу меня нет словŸ, или более глубокое šмысль изреченная есть ложьŸ).

И если в обыденном общении расплывчатость языка обычно не мешает, то в науке, когда требуется точное описание явлений, расплывчатость языка становится существенным недостатком, и этот недостаток должен быть устранен. Это обеспечивается созданием так называемых профессиональных языков. Наиболее ярко это видно на примере профессиональных языков конкретных наук, каждая из которых имеет свою специфическую терминологию.

Существование естественного и профессиональных языков образует иерархию языковых моделей. На верхнем уровне этой иерархии находятся модели, созданные средствами естественного языка, т.к. он является самым универсальным (но одновременно и наименее точным); на промежуточных уровнях – модели, созданные всё более точными профессиональными языками (но и менее применимыми); на нижнем модели, имеющие максимальную для нынешнего состояния данной отрасли знаний точность. Высшим с точки зрения точности и определённости является язык математики. Математические модели обладают абсолютной точностью, однако, для того чтобы использовать математические модели в какой-то конкретной области, необходимо иметь достаточное количество знаний.

Материальные модели и виды подобия. Перейдём теперь к материальным моделям. Чтобы некая материальная конструкция могла быть отображением другого материального объекта, между ними должно быть подобие. Существует несколько типов такого подобия.

Первый тип подобия называется прямым. Прямое подобие обладает свойством похожести модели и оригинала. К числу таких моделей можно отнести фотографии, модели автомобилей, самолетов, кораблей или гидротехнических сооружений, макеты зданий, куклы, протезы, выкройки и т.п. Только при прямом подобии возможна труднообнаруживаемая взаимозаменяемость модели и оригинала (например, копии произведений искусства) и даже перемена их местами (натурщик является моделью в работе художника, манекенщица – будущих потребителей одежды, актер – персонажа пьесы и т.п.).

Несмотря на то, что модель при прямом подобии не просто внешне похожа на оригинал, но может быть даже изготовлена из тех же материалов, все равно она остается только моделью, и при пере-