2. Основные понятия теории систем

В последнее время появилось много работ, посвященных математическому моделированию в географии, почвоведении, геологии, геоморфологии и т.д. Их авторы пытаются сказать, что руководствуются принципами системного анализа. Однако всегда остается открытым вопрос: действительно ли ученые нуждались в помощи системного анализа или только приобщились к нему (так сказать, приложили руку и перо). Менторский, поучающий тон таких книг и статей заставляет вспомнить китайскую притчу и концовку к ней, придуманную создателем «Теории катастроф» Рене Томом.

Жил некогда Чжу, который учился убивать драконов И отдал все, что имел, чтобы овладеть этим искусством. Через три года он достиг мастерства, но, увы, Ему ни разу не представился случай применить свое умение. (Чжуан-цзы.) И тогда он начал учить других искусству убивать драконов. (Рене Том)

Уделим некоторое внимание этому непростому вопросу, но с таким расчетом, чтобы (пользуясь медицинской терминологией) системный подход не перерос в системный синдром. Попытаемся усвоить некоторые основные аксиомы общей теории систем и системного анализа. Пока именно как аксиомы – без строгого математического доказательства.

Ключевым во всем комплексе системных исследований является понятие «система». Следуя за Л. фон Берталанфи, будем различать реальные системы, существующие в природе объективно, независимо от наблюдателя или исследователя (то есть от нас с вами), и концептуальные, абстрактные, для которых первые (то есть реальные) являются эквивалентами. Предметом нашего внимания и объектом системного анализа может быть только концептуальная, абстрактная система. Как говорил известный географ Д. Харвей, «мы можем анализировать лишь систему, полученную в результате некоторой абстракции от реальной системы».

Вернемся опять к понятию «система», напомнив три определения: первое, второе, подкупает простотой и прямотой.

1. «Система может быть определена как совокупность элементов, находящихся в определенных отношениях друг с другом и средой», – Л. фон Берталанфи, основоположник теории систем.

2. «Система есть то, что различается как система»

Джон Клир (1990) отмечает, что данное определение весьма конструктивно и его интерпретации достаточно богаты. Действительно, достаточным и необходимым критерием существования чего-либо как системы является удобство исследователя полагать это что-либо системой. Нельзя сказать, что поведение исследователя при этом полностью произвольно: оно всегда регламентируется целями исследованиями, деньгами, приборами и так далее. И третье.

3. «Термин «система» относится к множеству предметов или явлений, связанных некоторым образом в единое целое».

Согласно этому определению, систему можно классифицировать по двум фундаментальным критериям: по предметам или явлениям или по связям между предметами или явлениями.

Первый критерий отвечает традиционному разделению науки на отдельные отрасли и специальности. Второй, отделенный от конкретности предметов и явлений, – ведет нас к науке о системах.

2.1. Общие сведения о системах и системном анализе

В дефиниции системы используется и другое важное понятие – «элемент системы». Иногда в этом значении используют синоним «объект» – часть или компонент системы. На множество элементов (объектов) системы не накладывается никаких ограничений, они рассматриваются как неделимые единицы системного анализа. Элемент, который не имеет ни одной связи с другими, не входит в рассматриваемую систему. Одни и те же элементы системы в зависимости от принципа объединения могут образовывать разные по свойствам системы. В результате системы определяются не только составляющими элементами, но и характеристиками «связей» между ними, иными словами, «отношениями» между элементами.

В отличие от систем, простая неорганизованная совокупность объектов лишена внутренней структуры, связи между ее частями носят случайный характер. Свойства такой совокупности совпадают с суммой свойств ее отдельных частей. Наличие же стабильных связей между элементами системы порождает новые качества, не характерные для ее изолированных частей (так называемое свойство эмерджентности).

Таким образом, главными отличительными признаками любой системы являются целостность и устойчивая структура. В системном исследовании специально выделяются те из этих связей, которые являются системообразующими, обеспечивают целостность системы. Однако исследователь сам принимает решение, какие связи существенны, а какие второстепенны. Например, при исследовании водного режима почв важны одни связи, при изучении химического режима – другие.

Любое представление объекта исследования в виде системы является относительным: объекты, принадлежащие определенному структурному уровню, могут рассматриваться и как системы, образованные из элементов более низкого уровня иерархии, и как подсистемы, входящие в состав некоторой системы более высокого уровня (Кошелева, 1997). Все зависит от цели и намерений исследователя: они приводят к представлению объекта в виде систем, отличающихся набором элементов или отношений (связей). Это фундаментальное понятие системного анализа – иерархическое строение систем – можно объяснить на простом примере из классического почвоведения (В.М. Фридланд).

Для обозначения минимального объема почвенного тела, позволяющего оценить пространственную изменчивость свойств почвы, используется понятие почвенного индивидуума. Строение профиля почвы выступает в качестве одного из основных критериев, по которым выделяются таксономические группы почвенного покрова.