Тема 2. Терминология теории информационных процессов и систем

1. Терминология теории информационных процессов и систем. Системность как всеобщее свойство материи. Системы, подсистемы, элементы. Структура системы, связи элементов, иерархия.

Системность как всеобщее свойство материи

Системность — это не только свойство человеческой практики, включающей и внешнюю активную деятельность, и мышление, но свойство всей материи. Системность нашего мышления вытекает из системности мира. Современные научные данные и современные системные представления позволяют говорить о мире как о бесконечной иерархической системе систем, находящихся в развитии и на разных стадиях развития, на разных уровнях системной иерархии.

Системы, подсистемы, элементы.

Система - это совокупность взаимосвязанных разнородных объектов (элементов, устройств, подсистем), предназначенная для выполнения определенных функций в условиях взаимодействия с внешней средой, с учетом развития и противоречий.

Подсистема

Любой элемент системы можно рассматривать как самостоятельную систему более низкого поряд­ка, выполняющую часть функций необходимых для достижения цели всей системы. Каждый элемент системы выполняет свою функцию. Под функцией понимается вещественно-энергетические и информационные отношения между входными и выходными процессами. Если такой элемент системы обладает собственной внутренней структурой, т.е. состоит из более простых элементов, объединенных своими внутренними связями, то его называют подсистемой. Подобное описание может быть ис­пользовано при описании больших систем, а также при реализации методов анализа и синтеза систем.

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").

Элемент – это предел деления системы с точки зрения решения конкретной задачи и поставленной цели. Систему можно расчленить на более мелкие элементы различными способами в зависимости от формулировки цели и ее уточнения в процессе исследования.

Структура системы, связи элементов, иерархия.

Структура. Это понятие определяет связь между элементами системы. Оно 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.

Структура системы - связь элементов в целое. Связь может быть как физическая (механическая, химическая, экономическая) так и чисто информационная (передача распоряжений, команд, данных).

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. Связи бывают материальные (физической природы) и информационные.

Связь характеризуется направлением, силой и характером (или видом). По этим признакам связи можно разделить на: направленные и ненаправленные, сильные и слабые. По характеру связей их можно разделить на связи: подчинения, генетические, равноправные (или безразличные), 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.

В системных исследованиях важную роль играет понятие "обратной связи".

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 иерархические структуры называют сильными или иерархиями типа "дерева". Между уровнями иерархической структуры могут существовать и более сложные взаимоотношения, например, типа "стратов", "слоев", "эшелонов". Примеры иерархических структур: энергетические системы, АСУ, государственный аппарат.

Остальная терминология:

Состояние - это множество существенных свойств, которыми система обладает в данный момент времени.

Поведение - это способность системы переходить из одного состояния в другое (например, z₁z₂z₃). Этим понятием пользуются когда неизвестны закономерности переходов из одного состояния в другое.

Внешняя среда – множество элементов, которые не входят в систему, но изменение их состояния вызывает изменение поведения системы. Система должна исследоваться с учетом взаимодействия с внешней средой.

Модель – описание системы, отображающее определенную сторону или группу ее свойств.

Модель функционирования (поведения) системы - это модель, предсказывающая изменение состояния системы во времени.

Равновесие - это способность системы сохранять свое состояние сколь угодно долго в отсутствие или при постоянстве внешних возмущающих воздействий.

Устойчивость – способность системы возвращаться в состояние равновесия после того, как она была из этого состояния выведена под влиянием внешних возмущающих воздействий. Эта способность обычно присуща равновесным системам, если только отклонения не превышают некоторого порогового значения.

Развитие. Исследованию процесса развития, соотношений, характеризующих его и характеристики 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 – заранее мыслимый результат сознательной деятельности человека. В практических применениях цель – это идеальный итог, к которому стремится коллектив или созидатель, учитывая реальные возможности, обеспечивающие своевременность завершения очередного этапа на пути к идеальному конечному результату.