- •Методические рекомендации к курсу «теория систем и системный анализ»
- •Предисловие
- •Введение
- •Лекция №1 Тема: Основные понятия и определения
- •1. Краткая историческая справка
- •2. Связь предмета с другими дисциплинами учебного плана
- •3. Определение системы
- •4. Улучшение систем
- •5. Проектирование систем
- •6.Сущность и принципы системного подхода
- •7. Основные характеристики системы
- •Элемент
- •Подсистема
- •Окружающая среда
- •Структура
- •Иерархия
- •Состояние
- •Более полно состояние можно определить, если рассмотреть элементы ( компоненты, функциональные блоки), определяющие состояние.
- •Поведение
- •Внешняя среда
- •Процесс преобразования
- •Входные элементы и ресурсы
- •Выходные элементы
- •Назначение и функция
- •Признаки
- •Задачи и цели
- •Проблемы согласования целей
- •Принятия решений
- •Отношение
- •Системный подход с точки зрения управления
- •Определение границ системы в целом и границ окружающей ее среды.
- •10. Установление целей системы.
- •Описания управления системой.
- •Лекция №2 Тема: Элементы теории алгоритмов
- •1. Алфавитный оператор
- •2. Запись алгоритмов. 3. Оперативные схемы. 4. Граф-схемы алгоритмов.
- •5. Построение алгоритмов
- •Лекция №3 Тема: Элементы теории Марковских процессов
- •1. Марковский процесс
- •2. Классификация состояний
- •3. Отображение марковской цепи в виде графа
- •4. Управляемые марковские цепи
- •Лекция №4 Тема: Виды информационных систем
- •1. Понятие информации
- •1.1. Информационное поле.
- •1.2. Классификация и основные свойства единиц информации
- •2. Классификация информационных систем
- •2.1. По происхождению.
- •2. 2. По степени объективности существования.
- •По виду отображаемого объекта. Технические, биологические и др. Систем.
- •2.4. По виду формализованного аппарата представления системы (детерминированные и стохастические).
- •2.5. По степени взаимосвязи с окружением (открытые, закрытые, относительно обособленные):
- •2.6. По степени внутренней организации (хорошо организованные, плохо организованные системы и самоорганизующиеся). Хорошо организованные системы.
- •Плохо организованные системы.
- •Самоорганизующиеся системы.
- •2.7. По уровню сложности структуры (суперсложные, большие и сложные, подсистемы, элементы).
- •2.8. По уровню сложности структуры (суперсложные, большие и сложные, подсистемы, элементы); Сложность системы
- •Структурная сложность
- •Многообразие
- •Динамическая сложность
- •Случайность в сравнении с детерминизмом и сложностью
- •Задачи исследования сложных систем.
- •Задача исследования системы.
- •2. 9. По состоянию во времени (статические и динамичные). Шкалы времени
- •2.10. По обусловленности процессов управления (управляемые и самоуправляемые).
- •2.12По методам моделирования процесса развития (методы индукционного и редукционного моделирования). Лекция №5 Тема: Этапы исследования систем
- •1. Системный подход и системный анализ
- •1.1. Системный подход
- •1.2. Системные исследования
- •1.3. Системный анализ
- •2. Этапы исследования систем
- •Этап определения системы
- •2.2. Этап анализа структуры системы
- •2.3. Этап формулирования общей цели и критерия системы
- •2.4. Этап декомпозиции цели управления системой и определение потребностей в средствах управления
- •Этап выявления ресурсов и процессов, композиция целей
- •Этап прогнозирования и анализ условий развития системы
- •Этап оценки целей и средств их достижения
- •Этап отбора вариантов
- •2.9. Этап диагностики существования системы
- •2.10. Этап построения комплексной программы развития
- •2.11. Этап проектирования систем организационного управления
- •Лекция №6 Тема: Закономерности систем
- •Целостность
- •Интегративность
- •Коммуникативность
- •Иерархичность
- •5. Эквифинальность
- •6. Историчность
- •7. Закон необходимого разнообразия
- •8. Закономерность осуществимости и потенциальной эффективности систем
- •9. Закономерность целеобразования
- •Лекция №7 Тема: Уровни представления информационных систем
- •1. Методы и этапы описания систем
- •2. Неформальные методы
- •2.1. Методы мозговой атаки
- •2.2. Методы сценариев
- •2.3. Методы экспертных оценок
- •2.4. Методы типа «Дельфи»
- •3. Графические методы описания систем
- •3.1. Методы типа дерева целей
- •4. Количественные методы описания систем
- •4.1. Морфологические методы
- •4.2. Три метода морфологического исследования
- •5. Уровни описания систем
- •5.1. Высшие уровни описания систем
- •5.2. Низшие уровни описания систем
- •Лекция №8 Тема: Методы системного анализа.
- •1. Методы системного анализа
- •2. Классификация методов системного анализа
- •Методы описания исследуемого объекта
- •3. Методика системного анализа.
- •Тема: Обработка измерений при анализе систем
- •1. Метод наименьших квадратов
- •2. Сущность метода статистических испытаний (метода Монте-Карло)
- •2.1. Разыгрывание дискретной случайной величины Разыгрывание полной группы событий
- •Приближенное разыгрывание нормальной случайной величины
- •2.2. Разыгрывание двумерной случайной величины
- •Лекция №10 Тема: Этапы системного анализа
- •1.Общие положения
- •2. Содержательная постановка задачи
- •3. Построение модели изучаемой системы в общем случае.
- •4. Моделирование в условиях определенности.
- •5. Моделирование системы в условиях неопределенности
- •6. Моделирование в условиях противодействия, игровые модели.
- •Лекция № 11. Тема: Формы представления модели
- •1. Нормальная форма Коши
- •2. Системы нелинейных дифференциальных уравнений различных порядков
- •3. Графы
- •4. Гиперграфы
- •Лекция №12. Тема: Теоретико-множественное описание систем
- •1. Предположения о характере функционирования систем
- •2. Система, как отношение на абстрактных множествах
- •3. Временные, алгебраические и функциональные системы
- •4. Временные системы в терминах «вход — выход»
- •5. Входные сигналы системы.
- •6. Выходные сигналы системы.
- •Лекция №13. Тема: Динамическое описание систем
- •1. Детерминированная система без последствий
- •2. Детерминированные системы с последствием
- •3. Стохастические системы
- •4. Агрегатное описание систем
- •Лекция №14. Тема: Алгоритмы на топологических моделях.
- •1. Задачи анализа топологии
- •2. Представление информации о топологии моделей
- •3. Поиск контуров и путей по матрице смежности
- •4. Модифицированный алгоритм поиска контуров и путей по матрице смежности
- •5. Сравнение алгоритмов топологического анализа
- •6. Декомпозиция модели на топологическом ранге неопределенности
- •7. Сортировка модели на топологическом ранге неопределенности
- •Моделирование систем
- •1. Моделирование систем
- •2. Математическое моделирование
- •3. Информационное моделирование
- •4. Ситуационное моделирование
2.10. По обусловленности процессов управления (управляемые и самоуправляемые).
2.11. По методам формализованного описания объекта в качестве системы (адекватное, теоретико-множественное представление, информационное описание, имитационно-динамическое, структурно-лингвистическое представление и т.п.).
2.12По методам моделирования процесса развития (методы индукционного и редукционного моделирования). Лекция №5 Тема: Этапы исследования систем
1. Системный подход и системный анализ
Применения системных представлений для анализа сложных объектов и процессов рассматривают системные направления, включающие в себя: системный подход, системные исследования, системный анализ. За исключением системотехники, область которой ограничена техническими системами, все другие термины часто употребляются как синонимы. Однако в последнее время системные направления начали применять в более точном смысле.
1.1. Системный подход
Этот термин начал применяться в первых работах, в которых элементы общей теории систем использовались для практических приложений. Когда используется этот термин, подчеркивается необходимость исследования объекта комплексно. Оказалось, что с помощью многоаспектных исследований можно получить более правильное представление о реальных объектах, выявить их новые свойства, лучше определить взаимоотношения объекта с внешней средой, другими объектами. Заимствованные при этом понятия теории систем вводились не строго, не исследовался вопрос, каким классом систем лучше отобразить объект, какие свойства и закономерности этого класса следует учитывать при конкретных исследованиях и т. п. Иными словами, термин «системный подход» практически использовался вместо терминов «комплексный подход», «комплексные исследования».
1.2. Системные исследования
Любое научное исследование использует специальный язык описания объекта исследования. Этот язык называют понятийным или терминологическим. Один из великих мудрецов востока заметил - «Прежде чем затевать спор, необходимо договориться о терминах». Важными элементами научного языка исследования являются: понятие, термин, категория.
Понятие – это кратко сформулированное содержание мысли исследователя, отражающее общие и существенные признаки предмета или объекта. Формулирование научных понятий их корректировка и уточнение является результатом творческой научной деятельности исследователя и выражением его личного, субъективного взгляда.
Термин – это однозначное слово, которое дает обобщенное содержание понятию, используемое в научных теориях, обществе, технике и т.п. Термин являются специфическим элементом профессионального языка общения в науке. Например, прибыль – это экономический термин, а интерфейс это термин прикладной информатики. Уточнение терминов или формулировка новых терминов является результатом научно-теоретических исследований.
Категория – это обобщенное научное высказывание о сущности научного термина, выражающего законы природы, общества и мышления. Категориальный аппарат (язык) используется на этапе осмысления и познания закономерностей исследования научных проблем в природе, обществе и технике. Например, количество, качество, информация – это универсальные категории научных знаний.
Понятия, термины и категории создают систему научного языка описания явлений, процессов и предметов объективного мира.
В понятие системные исследования принято включать как процесс познания об объекте исследования на основе фундаментальных или прикладных научных знаний, так и процесс проектирования или создания новой системы знаний. Поэтому, системные исследования объекта имеют всегда два взаимодополняющих элемента - объективный и субъективный взгляды. Объективный взгляд формируется на базе научной методологии исследования. Субъективный взгляд - выражается в творческом подходе применения всего научного инструмента исследования, т.е. принципов и методов системного исследования.
Важными категориями любого исследования являются: принцип, метод, методология и методика. Определим сущность этих понятий.
Под принципом исследования следует понимать научную основу, первоначало, закономерность построения логики исследования для реализации главной идеи – цели исследования.
Часто принцип рассматривается как логический метод построения субъективных доказательств на базе эмпирических (опытных) или теоретических знаний. Логический метод построения исследования опирается на основы теории познания, т.е. использует различные способы, приемы и формы правильного построения мысли, суждений, умозаключений, доказательств. В научных исследованиях принцип может отождествляться с закономерностью или законом поведения или изменения состояния объекта исследования. Например, принцип эволюции предусматривает действие закона развития объекта как системы. Формулирование принципов системного исследования проблемы является научным результатом.
Под методом понимается способ или прием, используемый для достижения цели познания или создания нового знания. Метод является научным средством исследования объекта для получения новых знаний. Например, в теории познания анализ и синтез являются методами единого процесса познания о целостности явлений или объектов исследования. Анализ – это функция разделения целого на части. Синтез – это функция соединения, сочетания частей в единое целое.
Следует, отметить, что в общественных науках практически мало используется для исследования функция синтеза, т.к. это функция познания не всегда может быть представлена в формализованном виде. Этим можно объяснить те многочисленные противоречия, которые часто возникают между теоретическими положениями экономики и практическими результатами, получаемыми от применения экономико-математических моделей в управлении экономическими системами.
Методология – это совокупность познавательных средств, методов и приемов, используемых в научных исследованиях. Методология осуществляет «коммуникационную связь» между теоретическими построениями и практикой их реализации. Методология может развиваться как в области предметных наук, так и на междисциплинарном уровне. Целью развития современной научной методологии является критическое переосмысление понятийного аппарата предметных наук. Такое переосмысление ведет к изменению содержания сложившихся теорий, в основе которых лежит нелинейное научное представление о развитии систем различной природы в окружающей среде.
Методика – это совокупность способов и приемов для систематизированного и последовательного применения метода или методов с целью получения конкретного результата в практической деятельности.
Состояние системных исследований в настоящее время дифференцировалось на пять основных направлений или уровней исследования сложных объектов (систем):
Философский или мировоззренческий уровень, базирующейся на развитии системных идей, которые применяются в процессе анализа и синтеза научного и целостного представления об объективном мире с точки зрения материалистической диалектики;
Системный подход (СП), имеющий общенаучный (универсальный) статус и выполняющий специально-методологическую функцию концептуального исследования сложных объектов на междисциплинарном уровне;
Общие положения теории систем (ТС), которые обладают не только теоретической основой для выявления общих законов и закономерностей функционирования систем, но и методологическими функциями исследования любого объекта как системы;
Предметные теории систем (ПТС), которым кроме специально-методологической функции исследования систем свойственны и предметно-теоретические функции выявления предметных ограничений и специфики исследования. Например, теория экономических учений, кибернетика, системотехника, теория функциональных систем, теория организации систем, теория исследования операций;
Системный анализ, представляющий собой систему принципов и методов применения различных формализованных (математических) методов исследования системы. Такая система базируются на реализации системных идей, положений, требований и методах вышестоящих уровней (отдельно или их сочетание) в решении конкретных задач в области познания и преобразования разнообразных явлений природы и общества. Например, управления социальными, политическими, экономическими, психологическими и другими процессами, изучения биологических процессов, проектирования и конструирования искусственных систем и т.п.
Сущность системного анализа не только в разделении целого на части, но и синтезе свойств, связей и отношений частей в целом образовании. Целью системного анализа является создание наиболее адекватной модели реального явления, процесса, объекта, сохраняя целостность его восприятия для исследования. Важной задачей системного анализа является уменьшение количества научных ограничений при исследовании целого объекта-системы.
Системный анализ долгие годы продуктивно использовался в моделировании сложных технических систем. При подготовке специалистов технических специальностей системный анализ изучается в рамках дисциплин, связанных с системотехникой. Для специалистов в области экономики и управления - это практически новая область знаний. В условиях риска, неопределенности и динамики окружающей среды такие знания становятся жизненно необходимыми.
В исследовании систем часто используются два основных понятия «системный подход» и «комплексный подход». Отличие их заключается в том, что в первом случае исследование ведется с учетом принципов целенаправленности, упорядоченности, организованности. Во втором случае – делается акцент на взаимосвязанность, взаимообусловленность, разносторонность и широту исследования проблемы.
Перечисленные выше уровни системных исследований составляют единый системный метод исследования любого объекта как целой системы (в широком смысле), включающий:
а) научно-методологический аппарат системных исследований (исходные категории, понятия, положения, закономерности, принципы и методы системного подхода);
б) основные теоретические положения и логико-математический аппарат теории систем и варианты предметных системных теорий;
в) специальные приемы и средства системного анализа, связанные со спецификой применения концептуально-логического и особенно математического аппарата ТС и ПТС к решению конкретных задач специальных наук.
Теоретической основой использования единого системного метода исследования любого объекта в качестве организационной системы является фундаментальные положения теории систем.