- •Содержание
- •Тема 1. Общие сведения об информационных системах, теории систем 10
- •Тема 2. Модели как основа теории информационных систем 77
- •Тема 3. Описание динамики информационных систем 98
- •Тема 4. Реляционные основы проектирования информационных систем 136
- •Тема 5. Информационные модели принятия решений 191
- •Тема 6. Проблемы принятия решений в четких и нечетких информационных пространствах 246
- •Введение
- •Тема 1. Общие сведения об информационных системах, теории систем
- •1.1. Понятие системы
- •1.1.1. Основные свойства системы
- •Характеристика основных свойств системы
- •1.1.2. Дескриптивный и конструктивный подходы к определению системы
- •1.1.3. Основные категории системного подхода
- •Классификация категорий системного подхода
- •1.1.4. Основные задачи теории систем
- •Основные задачи и функции системного анализа
- •1.1.5. Логика и методология системного анализа
- •Принципы системного анализа и их характеристика
- •Характеристика основных подходов в системном анализе
- •Методы системного анализа
- •Системные теории, их авторы и характеристика
- •Контрольные вопросы
- •1.2. Понятие информации
- •1.2.1. Количественные методы оценки и характеристики информации
- •Качественные характеристики информации
- •Меры информации
- •1.2.2. Атрибутивный, логико-семантический и прагматический аспекты теории информации
- •1.2.3. Уровни представления информации
- •1.2.4. Стандарты, относящиеся к терминам и определениям понятий на уровнях представления информации
- •Контрольные вопросы
- •1.3. Понятие информационной системы
- •1.3.1. Взаимосвязь информационного процесса, информационной технологии, информационной системы
- •1.3.2. Структура информационной системы
- •1.3.3. Принципы построения информационных систем
- •1.3.4. Классификация информационных систем
- •Общая классификация систем
- •1.3.5. Уровни представления информации в информационных системах
- •Контрольные вопросы
- •Тема 2. Модели как основа теории информационных систем
- •2.1. Качественные и количественные методы описания информационных систем
- •Контрольные вопросы
- •2.2. Кибернетический подход к описанию функциональных преобразований в информационной системе
- •Контрольные вопросы
- •2.3. Метод имитационного моделирования систем
- •Контрольные вопросы
- •Тема 3. Описание динамики информационных систем
- •3.1. Информация как элемент управления
- •Этапы формирования информационного обеспечения
- •Контрольные вопросы
- •3.2. Информационные потоки
- •3.2.1. Используемые виды информационных потоков
- •3.2.2. Принципы построения информационных потоков
- •Контрольные вопросы
- •3.3. Агрегатное описание информационных систем
- •Операторы переходов агрегата
- •Частные случаи агрегата
- •Контрольные вопросы
- •3.4. Математическое и имитационное моделирование динамики сложной информационной системы
- •Преимущества моделирования динамики системы
- •Имитационное моделирование
- •Недостатки моделирования динамики системы
- •Контрольные вопросы
- •3.5. Элементы управления в информационной системе
- •Этапы разработки управления системой
- •Контрольные вопросы
- •Тема 4. Реляционные основы проектирования информационных систем
- •4.1. Концептуальное, инфологическое и физическое моделирование предметной области
- •Модели «сущность-связь» (er-модель)
- •Моделирование локальных представлений
- •Контрольные вопросы
- •4.2. Выделение информативных свойств объектов предметной области Выявление классов объектов и связей
- •Отличия между классом объектов и свойством
- •Связи между классами объектов
- •Правило чтения связи
- •Контрольные вопросы
- •4.3. Общность реляционного подхода при проектировании баз данных
- •4.3.1. Переход от er-модели к схеме реляционной базы данных
- •4.3.2. Нормализация отношений
- •4.3.3. Языки манипулирования реляционными данными
- •4.3.4. Независимость данных
- •4.3.5. Понятие логической и физической целостности данных
- •4.3.6. Способы организации данных
- •Контрольные вопросы
- •Тема 5. Информационные модели принятия решений
- •5.1. Интеллектуализация процесса анализа данных
- •5.1.1. Технология Data Mining
- •5.1.2. Olap – системы оперативной аналитической обработки данных
- •5.1.3. Системы поддержки принятия решений
- •Контрольные вопросы
- •5.2. Этапы проектирования интеллектуальных информационных систем
- •Контрольные вопросы
- •Этапы проектирования интеллектуальных информационных систем.
- •5.3. Общая постановка задачи оптимизации интеллектуальных информационных систем
- •Классификация задач оптимизации
- •Регламентированные и оптимизирующие проектные переменные системы
- •Реконфигурация структуры системы
- •Контрольные вопросы
- •Общая постановка задачи оптимизации интеллектуальных информационных систем.
- •5.4. Перспективы развития информационных систем и технологий для работы с данными в виртуальных корпоративных структурах
- •5.4.1. Основные виды виртуальных корпоративных структур
- •Виртуальный удаленный доступ
- •Виртуальное малое предприятие
- •Виртуальные команды
- •Виртуальные предприятия
- •Виртуальная корпорация
- •Виды виртуальных корпораций
- •Особенности информационного обеспечения виртуальных корпораций
- •5.4.2. Когнитивная графика, гипертекстовая технология, геоинформационные системы Когнитивная графика
- •Задачи когнитивной компьютерной графики
- •Гипертекстовая технология
- •Географические информационные системы
- •Контрольные вопросы
- •Тема 6. Проблемы принятия решений в четких и нечетких информационных пространствах
- •6.1. Основы теории принятия решений
- •Контрольные вопросы
- •6.2. Основные типы метрических пространств
- •6.2.1. Метризация информационных пространств при четкой постановке задачи. Локальные метрики
- •6.2.2. Дивизимные и агломеративные стратегии поиска альтернатив
- •6.2.3. Функции полезности. Минимаксные подходы
- •Контрольные вопросы
- •Функции полезности. Минимаксные подходы.
- •6.3. Решение задачи многоцелевой оптимизации при нечеткой постановке задачи
- •6.3.1. Нечеткие множества и отношения: основные свойства
- •Стандартные функции принадлежности
- •6.3.2. Операции над нечеткими множествами и отношениями
- •Операции над нечеткими множествами и отношениями
- •6.3.3. Формирование нечетких отношений с использованием экспертных знаний
- •6.3.4. Нечеткие и лингвистические переменные. Нечеткие системы Нечеткие и лингвистические переменные
- •Нечеткие системы
- •6.3.5. Формулировка измерительных задач как задач многоцелевой оптимизации в нечеткой среде
- •Контрольные вопросы
- •6.4. Модели представления знаний
- •Продукционные модели
- •Семантические сети
- •Формальные логические модели
- •Контрольные вопросы
- •Заключение
- •Список литературы Основная
- •Дополнительная
- •Терминологический словарь
Классификация категорий системного подхода
|
Основание классификации |
Виды категорий |
Характеристика |
|
Базовые категории |
Целое |
форма существования системы в строго определенном качестве, выражающем ее независимость от других систем; всегда завершенное, состоящее из органично взаимосвязанных между собой частей |
|
Целостность |
свойство однокачественности системы как целого, которую выражают элементы в их реальном взаимодействии, – основа стабильности, постоянства системы |
|
|
Множество |
набор, совокупность, собрание каких-либо объектов, обладающих общим для всех характерным свойством |
|
|
Совокупность |
сочетание, соединение, общий итог чего-нибудь |
|
|
Организация |
свойство материальных и абстрактных объектов обнаруживать взаимозависимое поведение частей в рамках целого |
|
|
Категории системы |
Система |
совокупность элементов, находящихся во взаимных отношениях и связях со средой, образующих определенную целостность, единство |
Таблица 1.2 (продолжение)
|
Основание классификации |
Виды категорий |
Характеристика |
|
Категории системы |
Подсистема |
элемент системы, который при подробном рассмотрении оказывается системой; любая система состоит из нескольких уровней подсистем |
|
Надсистема |
более общая система, которая включает в себя подсистемы |
|
|
Система-универсум |
объединение системы и ее среды |
|
|
Пустая система |
пересечение системы и среды, система не содержит ни одного элемента |
|
|
Категории составляющих системы |
Элемент |
далее не разложимая единица при данном способе расчленения; связи между элементами ведут к появлению в целостной системе новых свойств (эмерджентность), не присущих элементам в отдельности; в силу этого подмножества элементов системы могут рассматриваться как подсистемы (компоненты), что зависит от целей исследования |
|
Связь |
взаимное ограничение на поведение объектов, создающее ограничение на поведение объектов и зависимость между ними |
|
|
Прямая связь |
непосредственное воздействие объектов одного на другой |
|
|
Обратная связь |
воздействие результатов функционирования системы на характер этого функционирования |
|
|
Отношение |
различие или тождество вещей в одном множестве, тождественных в другом множестве |
|
|
Структура |
упорядоченность отношений, связывающих элементы системы и обеспечивающих ее равновесие, способ организации системы, тип связей |
|
|
Организация |
не только как свойство всего сущего, а и некоторая упорядоченность содержания |
|
|
Системообразующий фактор |
признак, который объединяет объекты в систему |
|
|
Категории, характеризующие свойства |
Свойство |
вхождение вещи, элемента в некоторый класс вещей, когда не образуется новый предмет |
|
Цель |
предпочтительное для нее состояние; обычно выражают в виде целевой функции; система использует, как правило, несколько целей, образующих иерархию |
Таблица 1.2 (продолжение)
|
Основание классификации |
Виды категорий |
Характеристика |
|
Категории, характеризующие свойства |
Эмерджентность |
не сводимость системы к свойствам элементов системы |
|
Гомеостаз |
динамическое равновесие системы |
|
|
Сложность |
свойство элемента, который предстает в другом множестве как множество |
|
|
Простота |
свойство множества, которое выступает в другом множестве как элемент |
|
|
Закрытость |
полная изолированность системы от окружающей среды и жесткая детерминированность поведения элементов |
|
|
Открытость |
отсутствие полной изолированности от окружающей среды и наличие степеней свободы в поведении элементов |
|
|
Энтропия |
количественная мера неопределенности некоторой выделенной совокупности характеристик системы |
|
|
Негоэнтропия |
величина, обратная энтропии |
|
|
Категории состояний системы |
Состояние системы |
множество одновременно существующих свойств объекта или системы |
|
Процесс |
изменение состояния |
|
|
Организация |
упорядоченность системы в соответствии с системообразующим фактором |
|
|
Хаос |
состояние неупорядоченности, определяющее не только разрушение, но и рождение систем |
|
|
Переходное состояние |
состояние системы, находящейся в процессе, на интервале между двумя состояниями |
|
|
Стабильное состояние |
сохранение системой своих характеристик |
|
|
Кризисное состояние |
состояние, в котором система перестает соответствовать своему назначению |
|
|
Категории окружения системы |
Среда |
то, что ограничено от системы, не принадлежит ей, это совокупность объектов, изменение которых влияет на систему, а также тех объектов, чьи свойства меняются в результате поведения системы |
|
Окружающая среда |
внешняя среда системы, или совокупность объектов, которые располагаются за границами системы, воздействуют на нее, но не принадлежат ей |
|
|
Внутренняя среда |
совокупность объектов, которые находятся в границах системы, влияют на ее поведение, но не принадлежат ей |
Таблица 1.2 (продолжение)
|
Основание классификации |
Виды категорий |
Характеристика |
|
Категории процессов |
Функция |
предназначение выполнять какие-то преобразования, для выполнения которых система и ее элементы приходят в движение, это взаимодействие системы с окружающей ее средой в процессе достижения целей или сохранения равновесия |
|
Функционирование |
действие системы во времени |
|
|
Категории процессов |
Управление |
приведение системы в состояние равновесия или достижения цели |
|
Интеграция |
процесс и механизм объединения и связности элементов; характеризуется интегративностью, системообразующими переменными, факторами, связями и т.д. |
|
|
Адаптация |
приспособление системы к окружающей среде без потери своей идентичности |
|
|
Разрушение |
приведение к неупорядоченности, повышение энтропийности вплоть до достижения хаоса |
|
|
Деградация |
ухудшение характеристик системы |
|
|
Рост |
увеличение количественных характеристик системы |
|
|
Агрессия |
подавление характеристик системы в целях ее уничтожения, разрушения или насильственной интеграции |
|
|
Поглощение |
насильственная интеграция |
|
|
Категории отражения системы |
Информация |
сведения, знания наблюдателя о системе, отражение ее меры разнообразия |
|
Модель системы |
объект, который представителен системе, может замещать ее в исследовательском или практическом процессе, а полученные результаты могут переноситься на саму систему |
|
|
Проект системы |
модель системы как средство конструирования системы |
|
|
Категории, характеризующие эффекты системности |
Эффект целостности |
способность системы сохранять себя при воздействии различных факторов |
|
Интегральный эффект |
появление новых качеств, присущих системе как целому |
|
|
Адаптивность |
свойство системы сохранять свою идентичность в условиях изменчивости внешней среды |
Таблица 1.2 (продолжение)
|
Основание классификации |
Виды категорий |
Характеристика |
|
Категории, характеризующие эффекты системности |
Гомеостаз |
способность системы сохранять в процессе взаимодействия со средой значения переменных в некоторых заданных пределах |
|
Эмерджентность |
наличие у системы таких свойств, которых нет у ее отдельных элементов |
|
|
Синергетический эффект |
эффект умножения результата функционирования системы, который превышает сумму результатов функционирования ее отдельных составляющих |
|
|
Категории системного анализа |
Анализ |
исследовательская деятельность посредством мысленного разложения системы на составляющие |
|
Анализ системный |
совокупность методов, приемов и алгоритмов применения системного подхода в аналитической деятельности |
|
|
Анализ системный исследовательский |
аналитическая деятельность строится как исследовательская, результаты используются в науке |
|
|
Анализ системный общий |
опирается на общую теорию систем, осуществляется с общих системных позиций |
|
|
Анализ системный прикладной |
аналитическая деятельность представляет собой специфическую разновидность практической деятельности, результаты используются в практике |
|
|
Анализ системный специальный |
опирается на специальные теории систем, учитывает специфику природы систем |
|
|
Анализ программно-целевой |
дальнейшее развитие рекомендательного анализа в аспекте выработки программы достижения некоторой цели; он сосредотачивается на разработке подробной модели достижения будущего |
|
|
Анализ рекомендательный |
разновидность анализа, ориентированная на выработку рекомендаций относительно поведения действующих лиц в некоторой ситуации |
|
|
Анализ ретроспективный |
анализ систем прошлого и их влияния на прошлое и историю |
|
|
Анализ ситуационный |
разновидность аналитической деятельности, построенная на описании ситуации и подробном анализе этого описания |
Таблица 1.2 (окончание)
|
Основание классификации |
Виды категорий |
Характеристика |
|
Категории системного анализа |
Анализ структурный |
анализ структуры системы как совокупности связей между частями системы, выяснение значения отдельного элемента для определенным образом структурированного целого |
|
Анализ структурно-функциональный |
выделение элементов взаимодействия и определение их места и роли в функционировании системы |
|
|
Анализ функциональный |
объяснение явлений с точки зрения выполняемых ими функций |
|
|
Анализ причинно-следственный |
установление причин, которые привели к возникновению данной ситуации, и следствий их развертывания |
|
|
Анализ прогностический |
подготовка прогнозов и путей их реализации относительно вероятного, потенциального и желательного будущего |
|
|
Аналитическая модель |
модель, позволяющая анализировать отражаемый ею объект |
|
|
|
|
|
Под системой, понимается объект, свойства которого не сводятся без остатка к свойствам составляющих его дискретных элементов (неаддитивность свойств). Интегративное свойство системы обеспечивает ее целостность, качественно новое образование по сравнению с составляющими ее частями.
Любой элемент системы можно рассматривать как самостоятельную систему (математическую модель, описывающую какой-либо функциональный блок, или аспект изучаемой проблемы), как правило, более низкого порядка. Каждый элемент системы описывается своей функцией. Под функцией понимается присущие живой и костной материи вещественно-энергетические и информационные отношения между входными и выходными процессами. Если такой элемент обладает внутренней структурой, то его называют подсистемой, такое описание может быть использовано при реализации методов анализа и синтеза систем. Это нашло отражение в одном из принципов системного анализа – законе системности, говорящим о том, что любой элемент может быть либо подсистемой в некоторой системе либо, подсистемой среди множества объектов аналогичной категории. Элемент всегда является частью системы и вне ее не представляет смысла.
Под элементом принято понимать простейшую неделимую часть системы. Ответ на вопрос, что является такой частью, может быть неоднозначным и зависит от цели рассмотрения объекта как системы, от точки зрения на него или от аспекта его изучения. Таким образом, элемент – это предел деления системы с точек зрения решения конкретной задачи и поставленной цели. Систему можно расчленить на элементы различными способами в зависимости от формулировки цели и ее уточнения в процессе исследования.
Подсистема. Система может быть разделена на элементы не сразу, а последовательным расчленением на подсистемы, которые представляют собой компоненты более крупные, чем элементы, и в то же время более детальные, чем система в целом. Возможность деления системы на подсистемы связана с вычленением совокупностей взаимосвязанных элементов, способных выполнять относительно независимые функции, подцели, направленные на достижение общей цели системы. Названием «подсистема» подчеркивается, что такая часть должна обладать свойствами системы (в частности, свойством целостности). Этим подсистема отличается от простой группы элементов, для которой не сформулирована подцель и не выполняются свойства целостности (для такой группы используется название «компоненты»).
Структура. Это понятие происходит от латинского слова structure, означающего строение, расположение, порядок. Структура отражает наиболее существенные взаимоотношения между элементами и их группами (компонентами, подсистемами), которые мало меняются при изменениях в системе и обеспечивают существование системы и ее основных свойств. Структура – это совокупность элементов и связей между ними. Структура может быть представлена графически, в виде теоретико-множественных описаний, матриц, графов и других языков моделирования структур.
Структуру часто представляют в виде иерархии. Иерархия – это упорядоченность компонентов по степени важности (многоступенчатость, служебная лестница). Между уровнями иерархической структуры могут существовать взаимоотношения строгого подчинения компонентов (узлов) нижележащего уровня одному из компонентов вышележащего уровня, т.е. отношения так называемого древовидного порядка. Такие иерархии называют сильными или иерархиями типа «дерева». Они имеют ряд особенностей, делающих их удобным средством представления систем управления. Однако могут быть связи и в пределах одного уровня иерархии. Один и тот же узел нижележащего уровня может быть одновременно подчинен нескольким узлам вышележащего уровня. Такие структуры называют иерархическими структурами «со слабыми связями». Между уровнями иерархической структуры могут существовать и более сложные взаимоотношения, например, типа «страт», «слоев», «эшелонов».
Связь. Понятие «связь» входит в любое определение системы наряду с понятием «элемент» и обеспечивает возникновение и сохранение структуры и целостных свойств системы. Это понятие характеризует одновременно и строение (статику), и функционирование (динамику) системы.
Связь характеризуется направлением, силой и характером (или видом). По первым двум признакам связи можно разделить на направленные и ненаправленные, сильные и слабые, а по характеру – на связи подчинения, генетические, равноправные (или безразличные), связи управления. Связи можно разделить также по месту приложения (внутренние и внешние), по направленности процессов в системе в целом или в отдельных ее подсистемах (прямые и обратные). Связи в конкретных системах могут быть одновременно охарактеризованы несколькими из названных признаков.
Важную роль в системах играет понятие «обратной связи». Обратная связь является основой саморегулирования и развития систем, приспособления их к изменяющимся условиям существования.
Состояние. Понятием «состояние» обычно характеризуют мгновенную фотографию, «срез» системы, остановку в ее развитии. Его определяют либо через входные воздействия и выходные сигналы (результаты), либо через макропараметры, макросвойства системы (например, давление, скорость, ускорение – для физических систем; производительность, себестоимость продукции, прибыль – для экономических систем).
Более полно состояние можно определить, если рассмотреть элементы (или компоненты, функциональные блоки), определяющие состояние, учесть, что «входы» можно разделить на управляющие u и возмущающие x (неконтролируемые) и что «выходы» (выходные результаты, сигналы) зависят от , u и x, т.е. zt = f(t, ut, xt). Тогда в зависимости от задачи состояние может быть определено как {, u}, {, u, z} или {, x, u, z}.
Таким образом, состояние – это множество существенных свойств, которыми система обладает в данный момент времени.
Поведение. Если система способна переходить из одного состояния в другое (например, z1z2z3), то говорят, что она обладает поведением. Этим понятием пользуются, когда неизвестны закономерности переходов из одного состояния в другое. Тогда говорят, что система обладает каким-то поведением, и выясняют его закономерности. С учетом введенных выше обозначений поведение можно представить как функцию zt = f(zt – 1, ut, xt).
Внешняя среда. Под внешней средой понимается множество элементов, которые не входят в систему, но изменение их состояния вызывает изменение поведения системы.
Модель. Под моделью системы понимается описание системы, отображающее определенную группу ее свойств. Углубление описания – детализация модели. Создание модели системы позволяет предсказывать ее поведение в определенном диапазоне условий.
Модель функционирования (поведения) системы – это модель, предсказывающая изменение состояния системы во времени, например: натурные (аналоговые), электрические, машинные на ЭВМ и др.
Равновеcие – это способность системы в отсутствие внешних возмущающих воздействий (или при постоянных воздействиях) сохранить свое состояние сколь угодно долго.
Устойчивость. Под устойчивостью понимается способность системы возвращаться в состояние равновесия после того, как она была из этого состояния выведена под влиянием внешних возмущающих воздействий. Эта способность обычно присуща системам при постоянном и если только отклонения не превышают некоторого предела.
Состояние равновесия, в которое система способна возвращаться, по аналогии с техническими устройствами называют устойчивым состоянием равновесия. Равновесие и устойчивость в экономических и организационных системах – гораздо более сложные понятия, чем в технике, и до недавнего времени ими пользовались только для некоторого предварительного описательного представления о системе. В последнее время появились попытки формализованного отображения этих процессов и в сложных организационных системах, помогающие выявлять параметры, влияющие на их протекание и взаимосвязь.
Развитие. Исследованию процесса развития, соотношения процессов развития и устойчивости, изучению механизмов, лежащих в их основе, уделяют в кибернетике и теории систем большое внимание. Понятие развития помогает объяснить сложные термодинамические и информационные процессы в природе и обществе.
Цель. Применение понятия «цель» и связанных с ним понятий целенаправленности, целеустремленности, целесообразности сдерживается трудностью их однозначного толкования в конкретных условиях. Это связано с тем, что процесс целеобразования и соответствующий ему процесс обоснования целей в организационных системах весьма сложен и не до конца изучен. Его исследованию большое внимание уделяется в психологии, философии, кибернетике. В Большой Советской Энциклопедии цель определяется как «заранее мыслимый результат сознательной деятельности человека». В практических применениях цель – это идеальное устремление, которое позволяет коллективу увидеть перспективы или реальные возможности, обеспечивающие своевременность завершения очередного этапа на пути к идеальным устремлениям.
В настоящее время в связи с усилением программно-целевых принципов в планировании исследованию закономерностей целеобразования и представления целей в конкретных условиях уделяется все больше внимания. Понятие цель лежит в основе развития системы.