Классификация по размеру

Системы можно классифицировать по размеру: большие, средние и малые.

Большие системы – системы, моделирование которых затруднительно из-за их большой размерности (экономические, аэродинамические, физиологические и т.д.).

Существует два способа управления такими системами. Разработка более мощных вычислительных комплексов, декомпозиция большой системы на совокупность малых систем.

Классификация по сложности

Сложные системы – это такие системы, при моделировании которых недостаточно информации для дальнейшего эффективного управления системой.

Существует два способа управления сложной системой. Первый – добыть недостающую информацию и включить ее в модель, что, собственно, и является основной задачей науки, познания вообще и системного анализа в частности. Второй – сменить цель, что в технических системах обычно неэффективно, но в отношении между людьми это часто – единственный выход.

И большие, и малые системы могут быть простыми или сложными (рис. 14).

Рис. 14

К сожалению, не сформулированы критерии, позволяющие однозначно определить степень простоты или сложности системы. В таких случаях вместо содержательного определения чего-то вводится его количественная мера. Такие попытки сделаны для определения понятия сложности системы через количественную меру. Наиболее известны следующие концепции сложности:

– логическая концепция, основанная на анализе свойств предикторов, характеризующих систему;

– теоретико-информационная концепция, связывающая сложность системы с ее энтропией;

– статистическая концепция, характеризующая сложность через меру различимости распределений вероятностей;

– алгоритмическая концепция, определяющая сложность как длину алгоритма, моделирующего функционирование системы;

– теоретико-множественная концепция, отождествляющая сложность системы с числом ее элементов;

– вычислительная концепция, привязывающая алгоритмическую сложность к средствам вычислений.

Лекция 4. Системный анализ. Основные этапы

Системный анализ – это научная дисциплина, предметом которой является изучение и проектирование сложных систем в условиях неполноты информации, ограниченности ресурсов, дефицита времени. Это определение характеризует систему как научную дисциплину.

До настоящего времени продолжаются споры, можно ли системный анализ считать наукой, искусством, технологическим ремеслом. Особенно остро стоит этот вопрос, если речь идет о сложных социальных системах, т.е. системах, где решающую роль играют люди (так называемый человеческий фактор). При моделировании таких систем существенными оказываются не только вопросы построения и использования моделей, не только эвристические процедуры поиска решения слабо структурированных, не полностью формализованных задач, но и чисто психологические аспекты человеческих взаимоотношений. Наличие человеческого фактора в сложных системах удаляет системный анализ от научных дисциплин типа физики или математики и приближает к искусству.

Тем не менее главным достижением системного анализа является разработка методов перехода от неформальных задач к формальным. От моделей типа черного ящика к моделям типа белого ящика. Большая часть этих методов имеет неформализуемый (в математическом смысле) характер, т.е. они не научны, но достаточно конкретны и пригодны для практического применения. Это характеризует системный анализ как технологическое ремесло. Поэтому правильнее считать системный анализ синтезом науки, искусства и технологического ремесла.

Условно системный анализ можно представить как процедуру, состоящую из следующих этапов:

1. формулировка проблемы (содержательная постановка задачи);

2. выявление целей для решения этой проблемы (построение целевой функции);

3. формирование критериев (выбор системы ограничений);

4. формирование множества альтернатив решения проблемы (выбор области допустимых решений);

5. построение моделей (математических, технических, физических, химических и т.д.);

6. оптимизация модели (при необходимости и возможности);

7. принятие решений;

8. наблюдения и эксперименты над исследуемой системой, проверка адекватности моделей;

9. внедрение результатов исследования.

Понятно, что предложенная последовательность этапов условна, некоторые этапы можно разделить на составляющие, можно изменить очередность этапов и т.д.

Итак, системный анализ осуществляется с использованием любых необходимых методов и операций как формальных, в том числе с применением математических методов и вычислительной техники, так и эвристических (неформализованных) процедур. Конкретная последовательность методов определяется ведущим системным аналитиком и во многих случаях носит индивидуальный и приспособленный к данному случаю характер. Поэтому еще раз подчеркнем, что в системном анализе переплетаются особенности, присущие и науке, и искусству.

Цель предлагаемого курса – ознакомление и изучение основных этапов системного анализа.

Первый этап в системном анализе – формулирование проблемы. Проблема – это сложная система, в которой предстоит осуществить определенные изменения для того, чтобы перевести систему из разряда сложных в простую, чтобы избавиться от проблемы. Изначально проблема формулируется заинтересованным лицом, который выступает в роли заказчика, а системный аналитик – в роли исполнителя. Системный аналитик должен знать, что исходная формулировка проблемы всегда является нулевым приближением правильной формулировки, т.е. предполагается дальнейшая доработка исходной формулировки. Существуют две основные причины того, что сформулированная проблема является нулевым приближением реально существующей.

1. Система, которая содержит проблему, ни монолитна, ни изолирована. Она связана с другими системами, сама состоит из подсистем и входит как часть в некую подсистему. Если в процессе системного анализа мы намерены ослабить или исключить остроту проблемы, мы должны учитывать, как это скажется на тех, кого неизбежно затронут планируемые изменения в анализируемой системе.

Пример: строительство олимпийских комплексов в Сочи (место строительства, объемы строительства, производственные ресурсы, обслуживание, местное население и т.д.).

2. Предлагаемая заказчиком формулировка служит его моделью реальной проблемной ситуации, поэтому она приблизительна, упрощенна и неточна. Поэтому системный аналитик должен проверить исходную формулировку на адекватность, что приводит в конечном итоге к уточнению, развитию, дополнению первоначального варианта описания проблемы. Отсюда следует, что необходимо учитывать не только точку зрения заказчика, позиции других заинтересованных сторон, но и то, что его модель, как и всякая модель, приблизительна, упрощена. Таким образом, системное исследование любой проблемы начинается с ее расширения до совокупности проблем, существенно связанных с исследуемой и без учета которых она не может быть правильно разрешена.

Пример: финансовая компания желает инвестировать деньги в развитие какого-либо региона, например Краснодарского края. Вопрос в том, во что инвестировать, в каком объеме, на каких условиях.

Второй этап – выявление целей. Если есть проблема, то необходимо поставить перед собой цели, достижение которых позволит решить проблему. Но правильно выявить цель достаточно сложно, так как целей может быть много, а выбрать надо верную, которая с наименьшими потерями приведет к решению проблемы.

Одна из главных трудностей в выявлении цели – то, что цель представляет собой некий антипод проблемы. Формулируя проблему, мы выражаем в явной форме то, что нам не нравится (что создаёт проблему). Сформулировать проблему сравнительно просто, так как то, что мы не хотим (что является проблемой) существует. Говоря о цели, мы пытаемся сформулировать то, что мы хотим. При этом мы стараемся указать направление, в котором нужно двигаться от существующей и не устраивающей нас проблемы. Таких направлений много, а выбрать нужно единственное, наиболее эффективное. С математической точки зрения это означает необходимость правильного выбора целевой функции из совокупности возможных целевых функций.

Следующая трудность при выборе цели состоит в том, что существует опасность подмены цели средствами решения проблемы. Например, при решении проблемы, где лучше расположить новое лечебное учреждение, выяснилось, что действительная цель – совершенствование медобслуживания населения, и среди возможных альтернатив наиболее эффективной оказалась реконструкция существующего лечебного учреждения, а не строительство нового. Другой пример. После окончания вуза Вы остаетесь работать в Краснодаре и у Вас возникает проблема с жильем. Как ее решить наиболее оптимальным способом, какую цель поставить, чтобы по ее достижении проблема действительно была разрешена.

Третий этап – выбор критериев. Достижение той или иной цели означает выбор некой альтернативы из множества возможных. Система критериев позволяет выбрать нужную альтернативу. Под критерием подразумевается любой способ сравнения альтернатив. Например, критерием качества альтернативы может служить любой признак (качественный или количественный) или совокупность признаков, значение которых можно зафиксировать в какой-либо шкале.

От критериев требуется как можно больше сходства с целью, чтобы оптимизация по критериям соответствовала максимальному приближению к цели. Но как бы ни соответствовали критерии целям, они не могут их полностью покрывать. Причина в том, что критерии и цели формулируются (моделируются) в различных шкалах: цели – в номинальных, критерии – в более сильных, допускающих упорядочение.

Наибольшая сложность при построении критериев заключается в том, что практически все решаемые задачи, связанные с системным анализом некой сложной проблемы, являются многокритериальными, поскольку выбранную цель редко удается описать одним критерием (хотя возможны исключения). Это можно объяснить тем, что критерий лишь приближенно, как и всякая модель, отображает цель. И адекватность одного или нескольких критериев может оказаться недостаточной.

Пример: несмотря на большое обилие выпускников вузов, в настоящее время сложился определенный дефицит высококвалифицированных специалистов как высшего, так и среднего звена по инженерным, производственным и строительным специальностям. Проблема в том, чтобы в кратчайшие сроки наладить подготовку таких специалистов. Решено создать новый, лучший из существующих вуз, перепрофилировав один из существующих. Очевидно, надо сформулировать систему критериев, которым должен удовлетворять высококвалифицированный специалист и лучший вуз.