Что такое система привести примеры. Что такое система?(домашняя работа)

Работа добавлена на сайт сайт: 2016-03-13

Заказать написание уникльной работы

">Вопросы входного контроля 3

1. ">Сущность понятия «закономерность» 4
2. ">Закономерности взаимодействия целого и частного 6
3. ">Закономерности осуществимости систем 11
4. ">Закономерности развития систем 14
5. ">Закономерности целеобразования 16
6. ">Список использованных источников 18

">Вопросы входного контроля:

1. ">Что такое система? Приведите примеры различных систем.

">Система - множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определённую целостность, единство. Примеры: человек – это система биологическая, город Казань – система социально-экономическая, любое предприятие или организация – тоже система, телевизор – система, сотовый телефон – система, Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева – тоже система и т.д.

1. ">Что такое закономерность?

">Закономерность – это объективная, необходимая, существенная, постоянно повторяющаяся связь или отношение между явлениями или процессами, которая порождает качественную определенность явлений и их свойства.

1. ">Приведите примеры закономерностей?

">В биологии, например, говорят о закономерностях эволюции, к которым относят: параллелизм, когда один и тот же вид на различных географически отдаленных, но схожих по климату территориях развивается одинаково.

">Статистические закономерности. Например, несмотря на то, что конкретными примерами наибольшей продолжительности жизни являются мужчины (азербайджанец Ширали Мислимов прожил 168 лет (1805-1973)), закономерность считается, что в среднем женщины живут дольше мужчин на 10-15 лет.

">

1. ">Сущность понятия закономерность. Понятия целого и части и их отношения с понятиями «система» и «элемент»

">На сегодняшний день однозначного понятия закономерности не существует. Различные авторы приводят разные трактовки данного понятия:

">Закономерность – это объективная, повторяющаяся при определенных условиях существенная связь явлений в природе и обществе. [Толковый словарь] Данный источник делает акцент на том, что закономерность это явление не зависящее от мышления человека (объективное) и циклически повторяющееся.

">Закономерность - мера вероятности наступления какого-то события или явления либо их взаимосвязи. [Добреньков В. Кравченко А.]

">Закономерности систем - это общесистемные закономерности, характеризующие принципиальные особенности построения, функционирования и развития сложных систем [Волкова, Емельянов].

">Понятие «система» и «целое», как и понятия «элемент» и «часть», близки по содержанию, но полностью не совпадают. Согласно одному из определений, «целым называется (1) то, у чего не отсутствует ни одна из тех частей, состоя из которых оно именуется целым от природы, а также (2) то, что так объемлет объемлемые им вещи, что последние образуют нечто одно» (Аристотель).

">Понятие «целое» по своему объему уже понятия системы. Системами являются не только целостные, но и суммативные системы, не принадлежащие к классу целостных. В этом первое отличие «целого» от «системы». Второе: в понятии «целое» акцент делается на специфичности, на единстве системного образования, а в понятии «система» - на единстве в многообразии. Целое соотносимо с частью, а система - с элементами и структурой.

">Понятие «часть» уже по своему объему, чем понятие «элемент» по первой линии отличия целостных образований от систем. С другой стороны, в части могут входить не только субстратные элементы, но и те или иные фрагменты структуры (совокупности отношений) и структура систем в целом. Если соотношение элементов и системы есть соотношение разных структурных уровней (или подуровней) организации материи, то соотношение частей и целого есть соотношение на одном и том же уровне структурной организации. «Часть, как таковая, имеет смысл только по отношению к целому, она несет на себе черты его качественной определенности и не существует самостоятельно. В отличие от части элемент является определенным компонентом любой системы, относительным пределом ее делимости, означающим переход к следующему, соответственно более низкому по организации уровню развития материи, и, следовательно, по отношению к системе всегда будет объектом иного качества» (О. С. Зелькина).

">«Целое» и «часть» - это не совпадающие, противоположные категории. В части - не только специфичность целого, но и индивидуальность, своеобразие, зависящее от природы исходного элемента. Часть отделена от целого, обладает относительной автономностью, выполняет свои функции в составе целого (одни части - более существенные функции, другие - менее существенные). Наряду с этим «целое управляет частью... по крайней мере в главном» (И. Дицген).

">Наиболее распространенная классификация закономерностей развития систем приведена на рисунке 1.1

">Рис 1.1. Классификация закономерностей развития систем ">

1. ">Закономерности взаимодействия целого и частного

">Закономерность целостности (эмерджентности) ">- закономерность, проявляющаяся в системе в виде возникновения, появления (emerge - появляться) у нее новых свойств, отсутствующих у элементов.

">Для того чтобы глубже понять закономерность целостности, необходимо прежде всего учитывать три ее стороны:

">1) свойства системы (" xml:lang="en-US" lang="en-US">Q ;vertical-align:sub" xml:lang="en-US" lang="en-US">s ">) не являются суммой свойств составляющих её элементов " xml:lang="en-US" lang="en-US">q ;vertical-align:sub" xml:lang="en-US" lang="en-US">i "> :

">2) свойства системы зависят от свойств составляющих её элементов:

">3) объединенные в систему элементы, как правило, утрачивают часть своих свойств, присущих им вне системы, т.е. система как бы подавляет ряд свойств элементов, но, с другой стороны, элементы, попав в систему, могут приобрести новые свойства.

">Свойство целостности тесно связано ">с целью ">, для выполнения которой создается система. При этом если цель не задана в явном виде, а у отображаемого объекта наблюдаются целостные свойства, можно попытаться определить цель или выражение, связывающее цель со средствами ее достижения (целевую функцию, системообразующий критерий), путем изучения причин появления закономерности целостности.

">Наряду с изучением причин возникновения целостности можно получать полезные для практики результаты путем сравнительной оценки степени целостности систем (и их структур) при неизвестных причинах ее возникновения.

">Закономерность интегративности. ">Интегративность определяет наличие специфических качеств системы, присущих только ей. Данные качества формируются определенной совокупностью элементов, которые не могут в отдельности воспроизвести качества системы. Интегративность системы часто употребляется как синоним целостности, но им подчеркивается интерес не к внешним фактам проявления целостности, а к более глубоким причинам формирования этого свойства. Интегративными называют системообразующие, системосохраняющие факторы, важными среди которых являются неоднородность и непротиворечивость ее элементов.

">Закономерность коммуникативности ">. Эта закономерность составляет основу определения системы, предложенного В. Н. Садовским и Э. Г. Юдиным, из которого следует, что система не изолирована от других систем, она связана множеством коммуникаций с внешней средой. Последняя представляет собой сложное и неоднородное образование, которое, в свою очередь, содержит систему более высокого порядка или надсистему (или надсистемы), задающую требования и ограничения исследуемой системе. Кроме этого, она может содержать также подсистемы (нижележащие, подведомственные системы) и системы одного уровня с уровнем рассматриваемой.

">Таким образом, закономерность коммуникативности предполагает, что система образует особое, сложное единство со средой, которое позволяет вскрыть механизмы построения общих моделей живой и неживой природы, а также любых выде­ленных из нее локальных систем на разных уровнях анализа.

">В силу закономерности коммуникативности, которая проявляется не только между выделенной системой и ее окружением, но и между уровнями иерархии исследуемой системы, каждый уровень иерархической упорядоченности имеет сложные взаимоотношения с вышестоящим и нижележащим уровнями.

">Первооткрывателем "> закономерности иерархичности или иерархической упорядоченности ">можно считать Л. фон Берталанфи, который показал связь иерархической упорядоченности мира с явлениями дифференциации и негэнтропийными тенденциями, т.е. с ">закономерностями самоорганизации ">, развития ">открытых систем ">.

">При анализе и изучении систем необходимо учитывать учитывать не только внешнюю структурную сторону иерархии, но и функциональные взаимоотношения между уровнями. Более высокий иерархический уровень оказывает ">направляющее воздействие "> на нижележащий уровень, подчиненный ему, и это воздействие проявляется в том, что подчиненные компоненты иерархии приобретают ">новые свойства ">, отсутствовавшие у них в изолированном состоянии, а в результате появления этих новых свойств формируется новый, другой «облик целого». Возникшее таким образом новое целое приобретает способность осуществлять новые функции, в чем и состоит цель образования иерархий. Иными словами, речь идет о ">закономерности эмердэюентности, ">или ">целостности ">(см. ">Закономерность целостности) ">и ее проявлении на каждом уровне иерархии.

">Иерархические представления помогают лучше понять и исследовать феномен сложности. Основными особенностями иерархической упорядоченности с позиции полезности их использования в качестве моделей системного анализа являются следующие:

">1. В силу закономерности ">коммуникативности, ">которая проявляется не только между выделенной системой и ее окружением, но и между уровнями иерархии исследуемой системы, каждый уровень иерархической упорядоченности имеет сложные взаимоотношения с вышестоящим и нижележащим уровнями.

">По метафорической формулировке, используемой Кёстлером, каждый уровень иерархии обладает свойством «двуликого Януса»: «лик», направленный в сторону нижележащего уровня, имеет характер автономного целого (системы), а «лик», направленный к узлу (вершине) вышестоящего уровня, проявляет свойства зависимой части (элемента вышестоящей системы, каковой является для него составляющая вышестоящего уровня, которой он подчинен).

">2. Важнейшая особенность иерархической упорядоченности как закономерности заключается в том, что закономерность целостности, т.е. качественные изменения свойств компонентов более высокого уровня по сравнению с объединяемыми компонентами нижележащего, проявляется в ней на каждом уровне иерархии.

">3. При использовании иерархических представлений как средства исследования систем с неопределенностью происходит как бы разбиение «большой» неопределенности на более «мелкие», лучше поддающиеся исследованию.

">4. В силу закономерности целостности одна и та же система может быть представлена разными иерархическими структурами. Это зависит от цели и лиц, формирующих структуру.

">В связи с изложенным на этапе структуризации системы (или ее цели) необходимо ставить задачу выбора варианта структуры для дальнейшего исследования или проектирования системы, для организации управления технологическим процессом, предприятием, проектом и т.д. Для того чтобы помочь в решении подобных задач, разрабатывают методики структуризации, методы оценки и сравнительного анализа структур. Вид иерархической структуры зависит также от применяемой методики.

">Благодаря рассмотренным особенностям иерархические представления могут использоваться в качестве средства для исследования систем и проблемных ситуаций с большой начальной неопределенностью.

">Закономерность аддитивности ">- закономерность теории систем, двойственная по отношению к ">закономерности целостности "> Свойство ">аддитивности "> (независимости, суммативности, обособленности) проявляется у элементов, как бы распавшихся на независимые элементы и выражается следующей формулой:

">Любая развивающаяся система находится, как правило, между состоянием абсолютной ">целостности ">и абсолютной ">аддитивности, ">и вьщеляемое состояние системы (ее «срез») можно охарактеризовать степенью проявления одного из этих свойств или тенденций к его нарастанию или уменьшению.

">

">3. Закономерности осуществимости систем

">Данную группу раскрывают следующие три закономерности:

1. ">Эквифинальность потенциальной эффективности
2. ">Закон «необходимого разнообразия У. Эшби»
3. ">Потенциальная осуществимость Б. С. Флешмана

">Закономерность эквифинальности ">- одна из ">закономерностей функционирования и развития систем ">, характеризующая предельные возможности системы.

">Этот термин предложил Л. фон Берталанфи, который для открытой системы определил эквифинальность как «способность, в отличие от состояния равновесия в закрытых системах, полностью детерминированных начальными условиями, достигать не зависящего от времени состояния, которое не зависит от ее начальных условий и определяется исключительно параметрами системы»

">Потребность во введении понятия эквифинальности возникает, начиная с некоторого уровня сложности систем. Эта закономерность заставляет задуматься о предельных возможностях создаваемых предприятий, организационных систем управления отраслями, регионами, государством. Особый интерес представляют исследования возможных уровней существования социально-общественных систем, что важно учитывать при определении целей системы.

">На необходимость учитывать предельную осуществимость системы при ее создании впервые обратил внимание У.Р. Эшби и обосновал ">Закон «необходимого разнообразия».

">Основным следствием данной закономерности является следующий вывод: чтобы создать систему, способную справиться с решением проблемы, обладающей определенным, известным разнообразием, нужно, чтобы сама система имела еще большее разнообразие, чем разнообразие решаемой проблемы, или была способна создать в себе это разнообразие.

">Применительно к системам управления закон «необходимого разнообразия» может быть сформулирован следующим образом: разнообразие управляющей системы (системы управления) должно быть больше (или по крайней мере равно) разнообразию управляемого объекта ">.

">На основе «необходимого разнообразия У. Эшби», В.И. Терещенко предложил следующие пути совершенствования управления при усложнении производственных процессов:

1. ">Увеличение разнообразия системы управления путем роста численности аппарата управления, повышения его квалификации, механизации, автоматизации управленческих работ.
2. ">Уменьшение разнообразия системы управляемого объекта за счет установления правил поведения системы: унификация, стандартизация, типизация, введение поточного производства.
3. ">Снижение уровня требований к управлению.
4. ">Самоорганизация объектов управления.

">К середине 70-х гг. XX в. первые три пути были исчерпаны, и основное развитие получил четвертый путь на основе более широкой его трактовки - внедрение хозрасчета, самофинансирования,самоокупаемости и т.п.

">Закономерностью теории систем, объясняющей возможность осуществимости систем является ">закономерность потенциальной эффективности.

">Б.С. Флейшман связал сложность структуры системы со сложностью ее поведения, предложил количественные выражения предельных законов надежности, помехоустойчивости, управляемости и других качеств систем и показал, что на их основе можно получить количественные оценки осуществимости систем с позиции того или иного качества – предельные оценки жизнеспособности и потенциальной эффективности сложных систем.

">Эти оценки исследовались применительно к техническим и экологическим системам и пока еще мало применялись для социально-экономических систем. Но потребность в таких оценках на практике ощущается все более остро.

">Например, нужно определять: когда исчерпываются потенциальные возможности существующей организационной структуры предприятия и возникает необходимость в ее преобразовании, когда устаревают и требуют обновления производственные комплексы, оборудование и т.п.

">

">4. Закономерности развития систем

">Данная группа включает в себя закономерности самоорганизации и историчности.

">Закономерность историчности ">систем выражается в том, что любая система не может быть неизменной, что она не только возникает, функционирует, развивается, но и погибает, и каждый может привести примеры становления, расцвета, упадка (старения) и даже смерти (гибели) биологических и социальных систем.

">Однако для конкретных случаев развития организационных систем и сложных технических комплексов достаточно трудно определить эти периоды. Не всегда руководители организаций и конструкторы технических систем учитывают, что время является непременной характеристикой системы, что каждая система подчиняется ">закономерности историчности ">и что эта закономерность такая же объективная, как целостность, иерархическая упорядоченность и др. Поэтому в практике проектирования и управления на необходимость учета закономерности историчности начинают обращать все больше внимания. В частности, при разработке технических комплексов предлагают учитывать их «жизненные циклы», рекомендуют в процессе проектирования рассматривать не только этапы создания и обеспечения развития системы, но и вопрос о том, когда и как ее нужно уничтожить (возможно, предусмотрев «механизм» ее ликвидации или самоликвидации).

">Так, рекомендуют при создании технической документации, сопровождающей систему, включать в нее не только вопросы эксплуатации системы, но и ее срок жизни, ликвидацию. При регистрации предприятий также требуется, чтобы в уставе предприятия был предусмотрен этап его ликвидации.

">Однако закономерность историчности можно учитывать, не только пассивно фиксируя старение, но и использовать для предупреждения «смерти» системы, разрабатывая «механизмы» реконструкции, реорганизации системы для разработки или сохранения ее в новом качестве.

">Характерной особенностью развивающихся систем является их ">способность к самоорганизации ">, которая проявляется в самосогласованном функционировании системы за счет внутренних связей с внешней средой. Рассматривая развитие как процесс самоорганизации системы, выделим в нем две основные фазы: адаптацию, или эволюционное развитие и отбор. Самоорганизующиеся системы обладают механизмом непрерывной приспособляемости (адаптации) к меняющимся внутренним и внешним условиям, непрерывного совершенствования поведения с учетом прошлого опыта. При исследовании процессов самоорганизации будем исходить из предположения, что в развивающихся системах структура и функция тесно взаимосвязаны. Система преобразует свою структуру для того, чтобы выполнить заданные функции в условиях меняющейся внешней среды. ">

">

">5. Закономерности целеобразования

">К данной группе относятся ">закономерности формулирования ">целей ">в открытых системах с активными элементами.

">Основными закономерностями целеобразования являются следующие.

">1. Зависимость представления о цели и формулировки цели от стадии познания объекта (процесса) и от времени. ">При формулировании и пересмотре цели коллектив, выполняющий эту работу, должен определить, в каком смысле на данном этапе рассмотрения объекта и развития наших представлений о нем употребляется понятие ">цели ">, к какой точке условной шкалы «идеальные устремления в будущее - реальный конечный результат деятельности» ближе принимаемая формулировка цели.

">По мере углубления исследований, познания объекта цель может сдвигаться в одну или другую сторону на шкале, а соответственно должна изменяться и ее формулировка.

">2. Зависимость цели от внешних и внутренних факторов. ">При анализе причин возникновения и формулирования цели нужно учитывать, что на нее влияют как внешние по отношению к системе факторы, так и внутренние факторы.

">Цели могут возникать на основе взаимодействия противоречий (или, напротив, коалиций) как между внешними и внутренними факторами, так и между внутренними факторами, уже существующими и вновь возникающими в целостности, находящейся в постоянном самодвижении.

">Эта закономерность характеризует очень важное отличие ">открытых систем ">(см.), развивающихся систем с активными элементами от технических систем, отображаемых обычно замкнутыми, или ">закрытыми ">моделями. В открытых, развивающихся системах цели не задаются извне, а формируются внутри системы на основе закономерности целеобразования.

">3. Возможность (и необходимость) сведения задачи формулирования обобщающей (общей, глобальной) цели к задаче ее структуризации.

">4. Закономерности формирования структур целей:

1. ">зависимость способа представления цели от стадии познания объекта;

">Цели могут представляться в форме различных ">структур: сетевых, иерархических ">, ">древовидных, со «слабыми связями», ">в виде ">«страт» ">и ">«эшелонов», "> в ">матричной ">(табличной) форме и др..

">На начальных этапах моделирования системы, как правило, удобнее применять декомпозицию в пространстве, предпочтительнее - древовидные иерархические структуры.

1. ">проявление в структуре целей закономерности целостности;

">В иерархической структуре закономерность целостности, или эмерджентности проявляется на любом уровне иерархии.

1. ">закономерности формирования иерархических структур целей
2. ">закономерности формирования структур целей.

">

">7. Список использованных источников

1. ">Волкова В.Н. Основы теории систем и системного анализа, 2009.
2. ">В.Н. Волкова, А.А. Денисов. - СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2007.
3. ">Волкова Н.В. Теория систем и системный анализ в управлении организациями: ТЗЗ Справочник: Учеб. пособие / Под ред. В.Н. Волковой и А.А. Емельянова.- М.: Финансы и статистика, 2006.
   17. тема принципов и норм регулирующих отношения властного порядка между государствами и другими субъектами ме.html
   18. климатических демографических социальных экономических в конечном итоге производственных- факторы живог
   19. Лабораторная работа 2 Цель работы- изучение способов представления числовых данных в микроконтроллера
   20. Органы полового размножения мхов антеридии и архегонии развиваются на- а спорофите б мужском и женско

   Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе

Классификацией называется распределение некоторой совокупности объектов на классы по наиболее существенным признакам .

Признак или их совокупность , по которым объекты объединяются в классы, являются основанием классификации.

Класс – это совокупность объектов , обладающих некоторыми признаками общности .

Системы разделяются на классы по различным признакам и в зависимости от решаемой задачи можно выбирать разные принципы классификации.

Взаимодействие разных классов систем чрезвычайно сложно и требует специального исследования. Каждый класс систем подразделяется на различные подклассы, находящиеся в определенной иерархии друг к другу.

Классификации всегда относительны . Цель любой классификации систем – ограничить выбор подходов к отображению системы, сопоставить выделенным классам приемы и методы СА, дать рекомендации по выбору методов для соответствующего класса систем. При этом система может быть одновременно охарактеризована несколькими признаками , что позволяет ей найти место одновременно в разных классификациях .

Это может быть полезным при выборе методов моделирования систем. Ниже приводится классификация систем по следующим классификационным признакам.

1. По природе элементов системы делятся на реальные (материальные) и абстрактные .

Реальными (физическими) системами являются объекты, состоящие из материальных элементов. Реальные системы мы способны воспринимать – это механические, электрические, электронные, биологические, социальные и другие подклассы систем и их комбинации.

Абстрактные (идеальные) системы составляют элементы, не имеющие прямых аналогов в реальном мире . Такие системы есть продукт мышления человека , т.е. они образуются в результате творческой деятельности человека .

Пример: гипотезы, различные теории, планы, идеи, системы уравнений.

Однако, абстрактные системы , как и реальные, оказывают существенное влияние на нашу действительность.

Пример: система знаний, без которой действительность невозможна. Абстрактные знания на наших глазах могут превратиться в реальный объект (производим ПК, строим дома). Реальная система может превратиться в абстракцию (сожгли письмо – и оно осталось в наших воспоминаниях). Абстракциями являются информация, вакуум, энергия.

Значение абстрактных систем трудно переоценить.

2. В зависимости от происхождения выделяют естественные (природные) и искусственные системы (но это все материальные)

Естественные системы – совокупность объектов природы (солнечная система, живой организм, почва, климат, ветер, течение и т.д.) возникли без вмешательства человека . Считают, что появление новой естественной системы – большая редкость.

Искусственные системы – это совокупность социально-экономических или технических объектов . Возникли как результат созидательности человека , количество их со временем увеличивается.

Искусственные системы отличаются от природных наличием определенных целей функционирования (т.е. назначением) и наличием управления .

Примеры: жилые дома, спортивные комплексы и т.п.

3. По длительности существования системы делятся на постоянные и временные .

С точки зрения диалектики все существующие системы временные .

Постоянные – это все естественные системы , а также искусственные, которые сохраняют в процессе заданного времени функционирования свои существенные свойства, определяемые предназначением этих систем.

4. По степени связи с внешней средой системы делятся на закрытые (замкнутые) и открытые.

Система является замкнутой , если у нее нет окружающей среды , т.е. внешних контактирующих с ней систем.

К замкнутым относятся и те системы, на которые внешние системы не оказывают существенного влияния. Замкнутые системы не обмениваются с окружающей средой веществом, но обмениваются энергией. Пример замкнутой системы – часовой механизм, локальная сеть для обработки конфиденциальной информации, космические объекты «черные дыры», натуральное хозяйство.

Замкнутые системы не должны, строго говоря, иметь не только входа, но и выхода. Все реакции таких систем однозначно объясняются изменением их состояний.

Открытой называется система, если существуют другие, связанные с ней системы, которые оказывают на нее воздействие и на которые она тоже влияет. Т.е. открытая система отличается наличием взаимодействия с внешней средой . Такая система обменивается с окружающей средой энергией и веществом (массой), и информацией.

Различие между закрытыми и открытыми системами является важным моментом в Общей Теории Систем, т.к. всякая попытка рассмотрения открытых систем как замкнутых, когда внешняя среда не принимается во внимание, таит в себе большую опасность, вплоть до катастрофической и эту опасность необходимо полностью осознать. Пример: высыхания Арала, экологическая обстановка вокруг о. Байкал, появление озоновых дыр.

Закрытых систем в природе практически не существует. Все живые системы – открытые системы. Неживые системы являются относительно замкнутыми.

Понятие открытости систем конкретизируется в каждой предметной области .

Так, в области информатики открытые информационные системы – это программно-аппаратные комплексы, которым присущи следующие свойства:

а) совместимость, т.е. возможность взаимодействовать с другими комплексами на основе развитых интерфейсов для обмена данными с прикладными задачами в других системах;

б) переносимость (мобильность) – ПО м.б. легко перенесено на различные аппаратные платформы и в различные операционные среды;

в) наращивание возможностей – это включение новых программных и технических средств, не предусмотренных в начальном варианте;

5. По характеру поведения системы делятся на системы с управлением и без управления.

С управлением – это системы, в которых реализуется процесс целеполагания и целеосуществления (обычно это искусственные системы).

Без управления – это, например, солнечная система, где траектория движения планет определяется законами механики.

6. По обладанию биологическими функциями – на живые и неживые системы.

Живые обладают биологическими функциями (рождение, смерть, воспроизводство). Иногда понятие «рождение», «смерть» связывают с неживыми системами при описании процессов, которые как бы похожи на жизненные, но не характеризуют жизнь в ее биологическом смысле (есть понятие жизненный цикл системы).

Все абстрактные системы (наука физика, идеи) являются неживыми , а реальные системы (клетки, животные, человек. растения) могут быть живыми и неживыми (ПК, ЭИС – в них существует жизненный цикл).

7. В зависимости от степени изменчивости свойств системы делятся на статические (при исследовании их можно пренебречь изменениями во времени характеристик их существенных свойств) и динамические (деление их на дискретные и непрерывные связано с выбором мат. аппарата моделирования).

Статические – это системы с одним состоянием (кристаллы).

Динамические – имеют множество возможных состояний , которые могут меняться как непрерывно (для анализа обычно применяется теория обыкновенных дифференциальных уравнений и уравнений в частных производных (переключение скорости в автомобиле)), так и дискретно. Пример: любое техническое устройство (ЭВМ, автобус и т.п.) может работать, быть на ремонте, на техобслуживании, т.е. иметь различные состояния. Для анализа таких систем используют такие математические модели, как цепи Маркова, системы массового обслуживания, сети Петри.

8. В зависимости от степени участия человека в реализации управляющих воздействий системы делятся на технические (организационно – экономические – функционируют без участия человека, например, системы автоматического управления - САУ), человеко-машинные (эргатические – функционируют с участием человека, то есть человек сопряжен с техническими устройствами, но окончательное решение принимает ЛПР, средства же автоматизации помогают ему обосновать правильность этого решения, например, АСУ, ЭИС), организационные (это социальные системы, например, общество в целом, группы, коллектив людей).

9. В зависимости от степени сложности все системы делятся на простые , сложные и большие . Такое деление подчеркивает, что в СА рассматриваются не любые, а именно сложные системы большого масштаба . Хотя понятие “большая” далеко не всегда связанно именно с размерами системы. До сих пор нет общепризнанной границы, разделяющей простые, большие и сложные системы.

При таком делении обычно выделяют структурную , функциональную (вычислительную) сложность и наличие разных по типу связей между элементами системы.

По этому признаку отличают сложные системы от больших систем , которые представляют совокупность однородных элементов, объединенных связью только одного типа .

На искусственные и естественные (природные) делятся сложные системы .

Простые системы с достаточной сложностью точности могут быть описаны известными математическими соотношениями . Их особенности в том , что каждое свойство (температура, давление) таких систем можно исследовать в отдельности в условиях классического лабораторного эксперимента, а затем описать методами традиционных технических дисциплин (радиотехника, электроника, прикладная механика – свойства: зависимость давления газа от температуры, сопротивление от емкости и т.д.)

Примеры простых систем : элементы электронных схем, электрических, отдельные детали.

Сложные системы состоят из большого числа взаимосвязанных и взаимодействующих элементов , каждый из которых может быть представлен в виде системы (подсистемы).

Сложные системы характеризуются многообразием природы элементов , связей между ними , разнородностью структуры (далее будет дано подробно это понятие) и многомерностью , т.е. большим числом составленных элементов.

Сложные системы обладают следующими свойствами :

1) свойством робастности , т.е. способностью сохранять частичную работоспособность (эффективность) при отказе отдельных элементов или подсистем;

2) свойством эмерджентности (целостности , интегративности), которое отсутствует у любой из составляющих ее частей (как уже говорилось). Т.е. отдельное рассмотрение каждого элемента не дает полного представления о сложной системе в целом . Эмерджентность может достигаться за счет обратных связей , играющих огромную (важнейшую) роль в управлении сложной системой .

Считается, что структурная сложность системы должна быть пропорциональна объему информации , необходимой для ее описания (для снятия неопределенности).

К сложной системе можно отнести систему ,обладающую , по крайней мере, одним из перечисленных признаков :

1) систему можно разбить на подсистемы и изучать каждую из них отдельно ;

2) система функционирует в условиях существенной неопределенности и воздействия среды на нее, обуславливает случайный характер изменения ее показателей;

3) система осуществляет целенаправленный выбор своего поведения.

Примеры сложных систем : живые организмы (человек), ПК, АСУ,ЭИС.

Большие системы (не по габаритам) – это сложные пространственно-временные системы, в которых подсистемы (и их составные части) относятся к категориям сложных.

Дополнительные особенности, которые характеризуют большую сложную систему:

1) большие размеры (не по габариту, а по количеству элементов);

2) сложная иерархическая структура;

3) циркуляция в системе больших информационных, энергетических и материальных потоков;

4) высокий уровень неопределенности в описании системы.

Примеры больших сложных систем : системы связи, АСУ, отрасли промышленности, система бизнеса, воинские части.

НО! Большие системы не всегда могут быть сложными (пример: трубопровод, газопровод, состоящий из большого числа отдельных звеньев – труб) (только один тип связи).

Сложные системы не всегда будут большими по габаритам (например, ПК, микропроцессор).

Сложные системы характеризуются выполняемыми процессами (функциями), структурой и поведением во времени.

Наш соотечественник математик Г.Н. Поваров делит все системы в зависимости от числа входящих в них элементов на 4 группы:

1) малые системы (10 – 10 3 элементов);

2) сложные системы (10 3 – 10 7 элементов) - АТС, транспортная система большого города;

3) ультрасложные системы (10 7 – 10 30 элементов) - организмы высших животных и человека, социальные организации;

4) суперсистемы (10 30 – 10 200 элементов) - звездная вселенная.

10. По виду научного направления , используемого для моделирования , системы делятся на математические, химические, физические и др.

Самой сложной системой на сегодняшний день считается человеческий мозг.

11. Целенаправленные, целеустремленные системы – т.е. направленные на достижение цели .

Не всегда при изучении систем можно применять понятие цель . Но при изучении экономических , организационных объектов важно выделить класс целенаправленных или целеустремленных систем (в это понятие вкладывается способность системы преследовать одну и ту же цель, изменяя свое поведение при изменении внешних условий, то есть способность проявлять адаптивность, сохраняя цель, например, крылатые ракеты летят очень низко, повторяя рельеф поверхности).

В этом классе выделяют системы, в которых цели задают извне (обычно это имеет место в закрытых (технических) системах) и системы, в которых цели формируются внутри системы (характерно для открытых самоорганизующихся систем). Для таких систем разработаны методики, помогающие формировать и анализировать структуру целей.

Существует такое понятие, как закономерности целеобразования.

12. По степени организованности системы делятся на хорошо организованные, плохо организованные (или диффузные) и самоорганизующиеся.

Отличие этой классификации от других в том, что в ней классы можно достаточно четко разграничить с помощью характерных для каждого класса признаков, которые позволяют поставить в соответствие разным классам МФПС и способы представления целей в них.

Эти выделенные классы практически следует рассматривать как подходы к отображению объекта или решаемой задачи, которые могут выбираться в зависимости от стадии познания объекта и возможности получения информации о нем.

Таким образом, определив класс системы, можно дать рекомендации по выбору метода, который позволяет более адекватно ее отобразить .

Хорошо организованные системы (ХОС)

– это системы, в которых исследователю удается определить все элементы системы и их взаимосвязи между собой и с целями системы в виде детерминированных (аналитических, графических) зависимостей.

На представление этим классом систем основано большинство моделей физических процессов, технических систем. Хотя для сложных объектов формирование таких моделей существенно зависит от ЛПР (например, атом может быть представлен в виде планетарной модели, состоящей из ядра и электронов, что упрощает реальную картину, но достаточно для понимания принципов взаимодействия элементов этой системы).

Работу сложного механизма можно отобразить упрощенной схемой или системой уравнений.

Особенность ХОС:

Проблемная ситуация может быть описана в виде выражений, связывающих цель со средствами, то есть в виде критерия функционирования, целевой функции, которые могут быть представлены в виде уравнения, формулы, системы уравнений или сложных математических моделей, включающих и уравнения, и неравенства, и т.п.

Представление объекта в виде ХОС применяется в тех случаях, когда может быть представлено детерминированное описание и экспериментально доказана адекватность модели реальному объекту или процессу.

Применять класс ХОС для представления сложных многокомпонентных объектов или многокритериальных задач, решаемых при разработке технических комплексов, совершенствования управления предприятиями и организациями не рекомендуется, так как при этом требуется недопустимо большие затраты времени на формирование модели и невозможно доказать адекватность модели .

Поэтому при представлении сложных объектов , проблем, особенно в социально-экономических системах, на начальных этапах исследования их отображают классом ПОС (диффузных) и самоорганизующихся систем.

Плохо Организованная Система (диффузная)

– при представлении объекта в виде этой системы не ставится задача определить все учитываемые элементы(компоненты) и их связи с целями системы . В этом случае на основе выборочного исследования получают характеристики или закономерности (статистические , экономические и т.п.) и распространяют эти закономерности на поведение системы в целом . При этом делаются некоторые оговорки. Например, при получении статистических закономерностей их распространяют на поведение системы с какой-то вероятностью, которая оценивается с помощью приемов математической статистики (с помощью критериев и проверок гипотез).

Пример диффузной системы: газ. Его свойства не определяют путем точного описания поведения каждой молекулы, а характеризуют газ макропараметрами (давление, проницаемость и т.д.). Основываясь на этих параметрах, разрабатывают приборы, устройства, которые используют эти свойства, но при этом не исследуется поведение каждой отдельно взятой молекулы.

Отображение объектов в виде диффузных систем находит широкое применение при определении численности штатов в обслуживающих учреждениях (ремонтных бригадах, цехах), при определении пропускной способности (автозаправки, кассы, телеграфные станции, железные дороги, аэропорт) систем разного рода (обычно в этих задачах применяются методы теории массового обслуживания), при исследовании документальных потоков информации.

Самоорганизующиеся (или развивающиеся) системы (экономические).

В них выделяют подклассы:

Саморегулирующиеся;

Самообучающиеся;

Самонастраивающиеся.

Отображение объектов в виде самоорганизующихся систем позволяет исследовать наименее изученные объекты, процессы с большой неопределенностью на начальном этапе постановки задачи.

Этот класс систем характеризуется рядом признаков, приближающих их к реальным развивающимся объектам(экономическим и социальным). Так же они обладают признаками, характерными для диффузных систем: случайностью поведения и непредсказуемостью, нестабильностью отдельных параметров, способностью адаптироваться к изменяющимся условиям среды; менять структуру, сохраняя свойствацелостности ; формировать возможные варианты поведения и выбирать из них лучший. В то же время все это вызывает неопределенность, затрудняет управление. Модели таких систем должны позволять отображать выше рассмотренные их свойства. Но при формировании таких моделей меняется привычное представление о моделях, характерное для математического моделирования, для прикладной математики. Изменяется представление и о доказательстве адекватности таких моделей (под адекватностью модели понимают ее соответствие моделируемому объекту или процессу).

Основная особенность этого класса систем – принципиальная ограниченность их формализованного описания . Эта особенность приводит к необходимости сочетания формализованных методов (МФПС) и методов качественного анализа (МАИС) и положена в основу большинства моделей и методик СА.

Основная конструктивная идея моделирования при отображении объекта классом самоорганизующихся систем следующая:

а) на начальном этапе разрабатывается знаковая система, с помощью которой фиксируют известные на данный момент элементы, компоненты системы и их связи;

б) по мере накопления знаний об объекте, процессе с помощью правил декомпозиции, структуризации получают новые, не известные ранее взаимоотношения и зависимости, которые либо подсказывают последующие шаги на пути подготовки решения, либо служат основой принимаемых решений;

в) по мере уточнения представлений об объекте, проблемной ситуации в модели системы может осуществляться постепенный переход от методов дискретной математики (теоретико-множественные, логические, лингвистические, семиотические, графические методы) к более формализованным методам – статистическим, аналитическим.

Но для класса самоорганизующихся (развивающихся) систем недостаточно знание только методов МФПС. На разных этапах моделирования могут помочь методы МАИС (метод мозговой атаки, дерева сценариев, целей, дерева решений, Делфи, экспертные методы и т.д.).

Своим названием этот класс систем обязан тому факту, что в системе как бы включен “механизм” постепенного уточнения, “развития” модели системы.

13. По виду отображаемого объекта системы делятся на технические , биологические , экономические, организационные, социальные и т.д.

14. С точки зрения принятия решений системы делятся на технические, биологические, социальные.

1. Техническая система включает оборудование, станки, компьютеры и др. работоспособные изделия, имеющие инструкции для пользователя. Методика расчета мачтовых опор для ЛЭП, решение задачи по математике, порядок включения компьютера и работа с ним – такие решения носят формализованный характер и выполняются в строго определенном порядке. Т.е. набор решений в технической системе ограничен и последствия решений обычно предопределены. Качество принятого и выполненного решения зависят от профессионализма ЛПР.

2. Биологическая система включает флору и фауну планеты, в том числе относительно замкнутые биологические подсистемы: человеческий организм, муравейник, термитник и др. эта система обладает большим разнообразием функционирования, чем техническая.

Набор решений в этой системе так же ограничен из-за медленного эволюционного развития животного и растительного мира. НО , последствия решений в биологических системах часто оказываются непредсказуемыми: решение агронома о применении тех или иных химикатов в качестве удобрений, решение врача, связанные с диагностикой новых болезней пациентов, решение применять в баллонах с распылителем газа фреона, решение спускать отходы производства в реку…

В этих системах необходима разработка нескольких альтернативных вариантов решений и выбор лучшего по каким-либо признакам. Специалист, принимающий решение, должен правильно ответить на вопрос «Что будет, если..»

Качество принятого решения зависит от профессионализма ЛПР, определяющего способностью находить надежную информацию, использовать соответствующие методы решения и выбирать лучшее из альтернативных.

3. Социальная (общественная) система характеризуется наличием человека в совокупности взаимосвязанных элементов: семья, производственный коллектив, водитель управляющий автомобилем; неформальная организация, даже 1 человек (сам по себе).

По разнообразию возникающих проблем эти системы существенно опережают биологические.

Набор решений в социальной системе характеризуется большим разнообразием в средствах и методах реализации.

Социальная система может включать биологическую и техническую, а биологическая – техническую.

• Интерактивная доска;
• MS PowerPoint

Ход урока:

I.Организационный момент (2 мин.)

II. Актуализация знаний (3 мин.)

Проверка домашнего задания.

III. Теоретическая часть (30 мин.)

Системология — наука о системах. В чем состоит содержание этой науки и какое отношение она имеет к информатике, вам предстоит узнать из данной главы.

Понятие системы

Наш мир наполнен многообразием различных объектов. Нередко мы употребляем понятия «простой объект», «сложный объект». А размышляли ли вы о том, в чем разница между простым и сложным? На первый взгляд, возникает такой очевидный ответ: сложный объект состоит из множества простых. И чем больше в нем таких «деталей», тем предмет сложнее. Например, кирпич — простой объект, а здание, построенное из кирпичей, — сложный объект. Или еще: болт, колесо, руль и другие детали автомобиля — простые объекты, а сам автомобиль, собранный из этих деталей, — сложное устройство. Но только ли в количестве деталей заключается различие между простым и сложным?

Сформулируем определение главного понятия системологии — понятия системы:

Система — это сложный объект, состоящий из взаимосвязанных частей (элементов) и существующий как единое целое. Всякая система имеет определенное назначение (функцию, цель).

Рассмотрим кучу кирпичей и дом, построенный из этих кирпичей. Как бы много ни было кирпичей в куче, ее нельзя назвать системой, потому что в ней нет единства, нет целесообразности. А жилой дом имеет вполне конкретное назначение — в нем можно жить. В кладке дома кирпичи определенным образом взаимосвязаны, в соответствии с конструкцией. Конечно, в конструкции дома кроме кирпичей имеется много других деталей (доски, балки, окна и пр.), все они нужным образом соединены и образуют единое целое — дом.

Вот другой пример: множество велосипедных деталей и собранный из них велосипед. Велосипед — это система. Его назначение — быть транспортным средством для человека.

— целесообразность. Это назначение системы, главная функция, которую она выполняет.

Структура системы

Всякая система определяется не только составом своих частей, но также порядком и способом объединения этих частей в единое целое. Все части (элементы) системы находятся в определенных отношениях или связях друг с другом. Здесь мы выходим на следующее важнейшее понятие системологии — понятие структуры.

Структура — это порядок связей между элементами системы.

Можно еще сказать так: структура — это внутренняя организация системы. Из тех же самых кирпичей и других деталей кроме жилого дома можно построить гараж, забор, башню. Все эти сооружения строятся из одних и тех же элементов, но имеют разную конструкцию в соответствии с назначением сооружения. Применяя язык системологии, можно сказать, что они различаются структурой.

Кто из вас не увлекался детскими конструкторами: строительными, электрическими, радиотехническими и другими? Все детские конструкторы устроены по одному принципу: имеется множество типовых деталей, из которых можно собирать различные изделия. Эти изделия отличаются порядком соединения деталей, т. е. структурой.

Из всего сказанного можно сделать вывод: всякая система обладает определенным элементным составом и структурой. Свойства системы зависят и от состава, и от структуры. Даже при одинаковом составе системы с разной структурой обладают разными свойствами, могут иметь разное назначение.

— целостность. Нарушение элементного состава или структуры ведет к частичной или полной утрате целесообразности системы.

С зависимостью свойств различных систем от их структуры вам приходилось и еще предстоит встретиться в разных школьных дисциплинах. Например, известно, что графит и алмаз состоят из молекул одного и того же химического вещества — углерода. Но в алмазе молекулы углерода образуют кристаллическую структуру, а у графита структура совсем другая — слоистая. В результате алмаз — самое твердое в природе вещество, а графит мягкий, из него делают грифели для карандашей.

Рассмотрим пример общественной системы. Общественными системами называют различные объединения (коллективы) людей: семью, производственный коллектив, коллектив школы, бригаду, воинскую часть и др. Связи в таких системах — это отношения между людьми, например отношения подчиненности. Множество таких связей образуют структуру общественной системы.

Вот простой пример. Имеются две строительные бригады, состоящие каждая из семи человек. В первой бригаде один бригадир, два его заместителя и по два рабочих в подчинении у каждого заместителя. Во второй бригаде — один бригадир и шестеро рабочих, которые подчиняются непосредственно бригадиру.

На рисунках схематически представлены структуры подчиненности в двух данных бригадах:

Таким образом, две эти бригады — пример двух производственных (социальных) систем с одинаковым составом (по 7 человек), но с разной структурой подчиненности.

Различие в структуре неизбежно отразится на эффективности работы бригад, на их производительности. При небольшом числе людей эффективнее оказывается вторая структура. Но если в бригаде 20 или 30 человек, то тогда одному бригадиру трудно управлять работой такого коллектива. В этом случае разумно ввести должности заместителей, т. е. использовать первую структуру подчиненности.

Системный эффект

Сущность системного эффекта : всякой системе свойственны новые качества, не присущие ее составным частям.

Это же свойство выражается фразой: целое больше суммы своих частей. Например, отдельные детали велосипеда: рама, руль, колеса, педали, сиденье не обладают способностью к езде. Но вот эти детали соединили определенным образом, создав систему под названием «велосипед», которая приобрела новое качество — способность к езде, т. е. возможность служить транспортным средством. То же самое можно показать на примере самолета: ни одна часть самолета в отдельности не обладает способностью летать; но собранный из них самолет (система) — летающее устройство. Еще пример: социальная система — строительная бригада. Один рабочий, владеющий одной специальностью (каменщик, сварщик, плотник, крановщик и пр.), не может построить многоэтажный дом, но вся бригада вместе справляется с этой работой.

О системах и подсистемах

В качестве еще одного примера системы рассмотрим объект — персональный компьютер (ПК). На рисунке приведена схема состава и структуры ПК.

Самое поверхностное описание ПК такое: это система, элементами которой являются системный блок, клавиатура, монитор, принтер, мышь. Можно ли назвать их простыми элементами? Конечно, нет. Каждая из этих частей — это тоже система, состоящая из множества взаимосвязанных элементов. Например, в состав системного блока входят: центральный процессор, оперативная память, накопители на жестких и гибких магнитных дисках, CD-ROM, контроллеры внешних устройств и пр. В свою очередь, каждое из этих устройств — сложная система. Например, центральный процессор состоит из арифметико-логического устройства, устройства управления, регистров. Так можно продолжать и дальше, все более углубляясь в подробности устройства компьютера.

Систему, входящую в состав какой-то другой, более крупной системы, называют подсистемой.

Из данного определения следует, что системный блок является подсистемой персонального компьютера, а процессор - подсистемой системного блока.

А можно ли сказать, что какая-то простейшая деталь компьютера, например гайка, системой не является? Все зависит от точки зрения. В устройстве компьютера гайка — простая деталь, поскольку на более мелкие части она не разбирается. Но с точки зрения строения вещества, из которого сделана гайка, это не так. Металл состоит из молекул, образующих кристаллическую структуру, молекулы — из атомов, атомы — из ядра и электронов. Чем глубже наука проникает в вещество, тем больше убеждается, что нет абсолютно простых объектов. Даже частицы атома, которые называют элементарными, например электроны, тоже оказались непростыми.

Любой реальный объект бесконечно сложен. Описание его состава и структуры всегда носит модельный характер, т. е. является приближенным. Степень подробности такого описания зависит от его назначения. Одна и та же часть системы в одних случаях может рассматриваться как ее простой элемент, в других случаях — как подсистема, имеющая свой состав и структуру.

Основной смысл исследовательской работы ученого чаще всего заключается в поиске системы в предмете его исследования.

Задача всякой науки — найти системные закономерности в тех объектах и процессах, которые она изучает.

В XVI веке Николай Коперник описал устройство Солнечной системы. Земля и другие планеты вращаются вокруг Солнца; связаны они в единое целое силами притяжения.
Систематизация знаний очень важна для биологии. В XVIII веке шведский ученый Карл Линней написал книгу под названием «Системы природы». Он сделал первую удачную попытку классифицировать все известные виды животных и растений, а самое главное, показал взаимосвязь, т. е. зависимость одних видов от других. Вся живая природа предстала
как единая большая система. Но она, в свою очередь, состоит из системы растений, системы животных, т. е. подсистем. А среди животных есть птицы, звери, насекомые и т. д. Всё это тоже системы.

Русский ученый Владимир Иванович Вернадский в 20-х годах XX века создал учение о биосфере. Под биосферой он понимал систему, включающую в себя весь растительный и животный мир Земли, человечество, а также их среду обитания: атмосферу, поверхность Земли, мировой океан, разрабатываемые человеком недра (все это названо активной оболочкой Земли). Все подсистемы биосферы связаны между собой и зависят друг от друга. Вернадскому же принадлежит идея о зависимости состояния биосферы от космических процессов, иначе говоря, биосфера является подсистемой более крупных, космических систем.

, к любой работе проявлять системный подход.

Сущность системного подхода : необходимо учитывать все существенные системные связи того объекта, с которым работаешь.

Очень «чувствительным» для всех нас примером необходимости системного подхода является работа врача. Взявшись лечить какую-то болезнь, какой-то орган, врач не должен забывать о взаимосвязи этого органа со всем организмом человека, чтобы не получилось, как в поговорке, «одно лечим, другое калечим». Человеческий организм — очень сложная система, поэтому от врача требуются большие знания и осторожность.

Еще один пример — экология. Слово «экология» происходит от греческих слов «экое» — «дом» и «логос» — «учение». Эта наука учит людей относиться к окружающей их природе как к собственному дому. Самой важной задачей экологии сегодня стала защита природы от разрушительных последствий человеческой деятельности (использования природных ресурсов, выбросов промышленных отходов и пр.). Со временем люди все больше вмешиваются в природные процессы. Некоторые вмешательства неопасны, но есть такие, которые могут привести к катастрофе. Экология пользуется понятием «экологическая система». Это человек с «плодами» его деятельности (города, транспорт, заводы и пр.) и естественная природа. В идеале в этой системе должно существовать динамическое равновесие, т. е. те разрушения, которые человек неизбежно производит в природе, должны успевать компенсироваться естественными природными процессами или самим человеком. Например, люди, машины, заводы сжигают кислород, а растения его выделяют. Для равновесия надо, чтобы выделялось
кислорода не меньше, чем его сжигается. И если равновесие будет нарушено, то в конце концов наступит катастрофа в масштабах Земли.

В XX веке экологическая катастрофа произошла с Аральским морем в Средней Азии. Люди бездумно забирали для орошения полей воду из питающих его рек Амударья и Сырдарья. Количество испаряющейся воды превысило приток, и море стало пересыхать. Сейчас оно практически погибло и жизнь на его бывших берегах ни для людей, ни для животных и растений стала невозможной. Вот вам пример отсутствия системного подхода. Деятельность таких «преобразователей природы» очень опасна. В последнее время появилось понятие «экологическая грамотность». Вмешиваясь в природу, нельзя быть узким специалистом: только нефтяником, только химиком и пр.

IV

· стр. 32 №9, 10

V . Итог урока (2 мин.)

VI . Домашнее задание (3 мин.)

§5; стр. 32 №4-8.

Просмотр содержимого документа
«Урок № 9»

Тема: Что такое система?

Тип урока: урок ознакомления с новым материалом

Цели:

Познакомить учащихся с понятиями: система, системология, структура, подсистема, системном подходе;

Рассмотреть системный эффект, системы и подсистемы, системы в науке и системном подходе;

Формирование общих представлений современной научной картины мира;

формирование коммуникативных качеств развивающейся личности.

Оборудование:

Интерактивная доска;

MS PowerPoint

Ход урока:

I .Организационный момент (2 мин.)

Приветствие. Сообщение новой темы.

II . Актуализация знаний (3 мин.)

Проверка домашнего задания.

III . Теоретическая часть (30 мин.)

Системология - наука о системах. В чем состоит содержание этой науки и какое отношение она имеет к информатике, вам предстоит узнать из данной главы.

Понятие системы

Наш мир наполнен многообразием различных объектов. Нередко мы употребляем понятия «простой объект», «сложный объект». А размышляли ли вы о том, в чем разница между простым и сложным? На первый взгляд, возникает такой очевидный ответ: сложный объект состоит из множества простых. И чем больше в нем таких «деталей», тем предмет сложнее. Например, кирпич - простой объект, а здание, построенное из кирпичей, - сложный объект. Или еще: болт, колесо, руль и другие детали автомобиля - простые объекты, а сам автомобиль, собранный из этих деталей, - сложное устройство. Но только ли в количестве деталей заключается различие между простым и сложным?

Сформулируем определение главного понятия системологии - понятия системы:

Система - это сложный объект, состоящий из взаимосвязанных частей (элементов) и существующий как единое целое. Всякая система имеет определенное назначение (функцию, цель).

Рассмотрим кучу кирпичей и дом, построенный из этих кирпичей. Как бы много ни было кирпичей в куче, ее нельзя назвать системой, потому что в ней нет единства, нет целесообразности. А жилой дом имеет вполне конкретное назначение - в нем можно жить. В кладке дома кирпичи определенным образом взаимосвязаны, в соответствии с конструкцией. Конечно, в конструкции дома кроме кирпичей имеется много других деталей (доски, балки, окна и пр.), все они нужным образом соединены и образуют единое целое - дом.

Вот другой пример: множество велосипедных деталей и собранный из них велосипед. Велосипед - это система. Его назначение - быть транспортным средством для человека.

Первое главное свойство системы - целесообразность. Это назначение системы, главная функция, которую она выполняет.

Структура системы

Всякая система определяется не только составом своих частей, но также порядком и способом объединения этих частей в единое целое. Все части (элементы) системы находятся в определенных отношениях или связях друг с другом. Здесь мы выходим на следующее важнейшее понятие системологии - понятие структуры.

Структура - это порядок связей между элементами системы.

Можно еще сказать так: структура - это внутренняя организация системы. Из тех же самых кирпичей и других деталей кроме жилого дома можно построить гараж, забор, башню. Все эти сооружения строятся из одних и тех же элементов, но имеют разную конструкцию в соответствии с назначением сооружения. Применяя язык системологии, можно сказать, что они различаются структурой.

Кто из вас не увлекался детскими конструкторами: строительными, электрическими, радиотехническими и другими? Все детские конструкторы устроены по одному принципу: имеется множество типовых деталей, из которых можно собирать различные изделия. Эти изделия отличаются порядком соединения деталей, т. е. структурой.

Из всего сказанного можно сделать вывод: всякая система обладает определенным элементным составом и структурой. Свойства системы зависят и от состава, и от структуры. Даже при одинаковом составе системы с разной структурой обладают разными свойствами, могут иметь разное назначение.

Второе главное свойство системы - целостность. Нарушение элементного состава или структуры ведет к частичной или полной утрате целесообразности системы.

С зависимостью свойств различных систем от их структуры вам приходилось и еще предстоит встретиться в разных школьных дисциплинах. Например, известно, что графит и алмаз состоят из молекул одного и того же химического вещества - углерода. Но в алмазе молекулы углерода образуют кристаллическую структуру, а у графита структура совсем другая - слоистая. В результате алмаз - самое твердое в природе вещество, а графит мягкий, из него делают грифели для карандашей.

Рассмотрим пример общественной системы. Общественными системами называют различные объединения (коллективы) людей: семью, производственный коллектив, коллектив школы, бригаду, воинскую часть и др. Связи в таких системах - это отношения между людьми, например отношения подчиненности. Множество таких связей образуют структуру общественной системы.

Вот простой пример. Имеются две строительные бригады, состоящие каждая из семи человек. В первой бригаде один бригадир, два его заместителя и по два рабочих в подчинении у каждого заместителя. Во второй бригаде - один бригадир и шестеро рабочих, которые подчиняются непосредственно бригадиру.

На рисунках схематически представлены структуры подчиненности в двух данных бригадах:

Таким образом, две эти бригады - пример двух производственных (социальных) систем с одинаковым составом (по 7 человек), но с разной структурой подчиненности.

Различие в структуре неизбежно отразится на эффективности работы бригад, на их производительности. При небольшом числе людей эффективнее оказывается вторая структура. Но если в бригаде 20 или 30 человек, то тогда одному бригадиру трудно управлять работой такого коллектива. В этом случае разумно ввести должности заместителей, т. е. использовать первую структуру подчиненности.

Системный эффект

Сущность системного эффекта : всякой системе свойственны новые качества, не присущие ее составным частям.

Это же свойство выражается фразой: целое больше суммы своих частей. Например, отдельные детали велосипеда: рама, руль, колеса, педали, сиденье не обладают способностью к езде. Но вот эти детали соединили определенным образом, создав систему под названием «велосипед», которая приобрела новое качество - способность к езде, т. е. возможность служить транспортным средством. То же самое можно показать на примере самолета: ни одна часть самолета в отдельности не обладает способностью летать; но собранный из них самолет (система) - летающее устройство. Еще пример: социальная система - строительная бригада. Один рабочий, владеющий одной специальностью (каменщик, сварщик, плотник, крановщик и пр.), не может построить многоэтажный дом, но вся бригада вместе справляется с этой работой.

О системах и подсистемах

В качестве еще одного примера системы рассмотрим объект - персональный компьютер (ПК). На рисунке приведена схема состава и структуры ПК.

Самое поверхностное описание ПК такое: это система, элементами которой являются системный блок, клавиатура, монитор, принтер, мышь. Можно ли назвать их простыми элементами? Конечно, нет. Каждая из этих частей - это тоже система, состоящая из множества взаимосвязанных элементов. Например, в состав системного блока входят: центральный процессор, оперативная память, накопители на жестких и гибких магнитных дисках, CD-ROM, контроллеры внешних устройств и пр. В свою очередь, каждое из этих устройств - сложная система. Например, центральный процессор состоит из арифметико-логического устройства, устройства управления, регистров. Так можно продолжать и дальше, все более углубляясь в подробности устройства компьютера.

подсистемой.

Из данного определения следует, что системный блок является подсистемой персонального компьютера, а процессор - подсистемой системного блока.

А можно ли сказать, что какая-то простейшая деталь компьютера, например гайка, системой не является? Все зависит от точки зрения. В устройстве компьютера гайка - простая деталь, поскольку на более мелкие части она не разбирается. Но с точки зрения строения вещества, из которого сделана гайка, это не так. Металл состоит из молекул, образующих кристаллическую структуру, молекулы - из атомов, атомы - из ядра и электронов. Чем глубже наука проникает в вещество, тем больше убеждается, что нет абсолютно простых объектов. Даже частицы атома, которые называют элементарными, например электроны, тоже оказались непростыми.

Любой реальный объект бесконечно сложен. Описание его состава и структуры всегда носит модельный характер, т. е. является приближенным. Степень подробности такого описания зависит от его назначения. Одна и та же часть системы в одних случаях может рассматриваться как ее простой элемент, в других случаях - как подсистема, имеющая свой состав и структуру.

О системах в науке и системном подходе

Основной смысл исследовательской работы ученого чаще всего заключается в поиске системы в предмете его исследования.

Задача всякой науки - найти системные закономерности в тех объектах и процессах, которые она изучает.

В XVI веке Николай Коперник описал устройство Солнечной системы. Земля и другие планеты вращаются вокруг Солнца; связаны они в единое целое силами притяжения.
Систематизация знаний очень важна для биологии. В XVIII веке шведский ученый Карл Линней написал книгу под названием «Системы природы». Он сделал первую удачную попытку классифицировать все известные виды животных и растений, а самое главное, показал взаимосвязь, т. е. зависимость одних видов от других. Вся живая природа предстала
как единая большая система. Но она, в свою очередь, состоит из системы растений, системы животных, т. е. подсистем. А среди животных есть птицы, звери, насекомые и т. д. Всё это тоже системы.

Русский ученый Владимир Иванович Вернадский в 20-х годах XX века создал учение о биосфере. Под биосферой он понимал систему, включающую в себя весь растительный и животный мир Земли, человечество, а также их среду обитания: атмосферу, поверхность Земли, мировой океан, разрабатываемые человеком недра (все это названо активной оболочкой Земли). Все подсистемы биосферы связаны между собой и зависят друг от друга. Вернадскому же принадлежит идея о зависимости состояния биосферы от космических процессов, иначе говоря, биосфера является подсистемой более крупных, космических систем.

Если человек хочет быть хорошим специалистом в своем деле, он обязательно должен обладать системным мышлением , к любой работе проявлять системный подход.

Сущность системного подхода : необходимо учитывать все существенные системные связи того объекта, с которым работаешь.

Очень «чувствительным» для всех нас примером необходимости системного подхода является работа врача. Взявшись лечить какую-то болезнь, какой-то орган, врач не должен забывать о взаимосвязи этого органа со всем организмом человека, чтобы не получилось, как в поговорке, «одно лечим, другое калечим». Человеческий организм - очень сложная система, поэтому от врача требуются большие знания и осторожность.

Еще один пример - экология. Слово «экология» происходит от греческих слов «экое» - «дом» и «логос» - «учение». Эта наука учит людей относиться к окружающей их природе как к собственному дому. Самой важной задачей экологии сегодня стала защита природы от разрушительных последствий человеческой деятельности (использования природных ресурсов, выбросов промышленных отходов и пр.). Со временем люди все больше вмешиваются в природные процессы. Некоторые вмешательства неопасны, но есть такие, которые могут привести к катастрофе. Экология пользуется понятием «экологическая система». Это человек с «плодами» его деятельности (города, транспорт, заводы и пр.) и естественная природа. В идеале в этой системе должно существовать динамическое равновесие, т. е. те разрушения, которые человек неизбежно производит в природе, должны успевать компенсироваться естественными природными процессами или самим человеком. Например, люди, машины, заводы сжигают кислород, а растения его выделяют. Для равновесия надо, чтобы выделялось
кислорода не меньше, чем его сжигается. И если равновесие будет нарушено, то в конце концов наступит катастрофа в масштабах Земли.

В XX веке экологическая катастрофа произошла с Аральским морем в Средней Азии. Люди бездумно забирали для орошения полей воду из питающих его рек Амударья и Сырдарья. Количество испаряющейся воды превысило приток, и море стало пересыхать. Сейчас оно практически погибло и жизнь на его бывших берегах ни для людей, ни для животных и растений стала невозможной. Вот вам пример отсутствия системного подхода. Деятельность таких «преобразователей природы» очень опасна. В последнее время появилось понятие «экологическая грамотность». Вмешиваясь в природу, нельзя быть узким специалистом: только нефтяником, только химиком и пр.

Занимаясь изучением или преобразованием природы, надо видеть в ней систему и прилагать усилия для того, чтобы не нарушать ее равновесия.

IV . Закрепление знаний (5 мин.)

стр. 32 №9, 10

V . Итог урока (2 мин.)

Оценивается работа в классе, называются оценки.

VI . Домашнее задание (3 мин.)

§5; стр. 32 №4-8.

Просмотр содержимого презентации
«Что такое система. 10 класс»

Системология - наука о системах.

Примеры

Кирпичный дом –

сложный объект

Кирпич –

простой объект

Пример

Автомобиль –

сложный объект

Автомобильные детали –

простые объекты

Главное понятие системологии – это понятие системы.

Система – это сложный объект, состоящий из взаимосвязанных частей (элементов) и существующий как единое целое.

Всякая система имеет определенное назначение (функцию, цель)

Кирпичный дом.

Назначение – в нем можно жить

Куча кирпичей

Нет единства,

нет целесообразности

Примеры систем и их элементов

Велосипед –

сложный объект (система)

Велосипедные детали –

простые объекты

(элементы системы)

Первое главное свойство системы – целесообразность (это назначение системы, главная функция, которую она выполняет).

Назначение велосипеда –

быть транспортным

средством для человека.

Назначение дома –

в нем можно жить.

Структура системы

Второе важнейшее понятие системологии – структура.

Структура – это порядок связей между элементами системы.

Структура – это внутренняя организация системы

Из кирпича можно построить гараж, забор, башню

Имеют разную конструкцию

в соответствии с назначением сооружения, т. е. различаются структурой

Пример

• Детский конструктор
• Из одних и тех же деталей можно собрать различные конструкции

Вывод:

• всякая система обладает определенным элементным составом и структурой.
• Свойства системы зависят и от состава, и от структуры.
• Даже при одинаковом составе системы с разной структурой обладают разными свойствами, могут иметь разное назначение.

Второе главное свойство системы – целостность. Нарушение элементного состава или структуры ведет к частичной или полной утрате целесообразности системы

Зависимость свойств различных систем от их структуры

Молекула

углерода

Слоистая структура графита

Кристаллическая структура алмаза

Пример общественной системы

Общественными системами называют различные объединения (коллективы) людей: семью, производственный коллектив, коллектив школы, бригаду, воинскую часть и др.

Связи в таких системах - это отношения между людьми, например отношения подчиненности. Множество таких связей образуют структуру общественной системы.

Структуры

подчиненности

в двух бригадах

Системный эффект

Сущность системного эффекта:

Это же свойство выражается фразой: целое больше суммы своих частей

Велосипед –

Устройство передвижения

Системный эффект

Сущность системного эффекта: всякой новой системе свойственны новые качества, не присущие её составным частям.

Самолет –

летающее устройство

Системы и подсистемы

Состав и структура персонального компьютера

Контролеры внешних

устройств

НМЖД

НГМД

Системный блок

Монитор

Информационная магистраль

Принтер

Центральный процессор

Оперативная память

Мышь

Клавиатура

Регистры

Системы и подсистемы

Систему, входящую в состав какой-то другой, более крупной системы, называют подсистемой.

Примеры систем и их элементов

В устройстве

компьютера

С точки зрения

строения вещества

Простая деталь

Подсистема

Вывод:

Любой реальный объект бесконечно сложен. Описание его состава и структуры всегда носит модельный характер, т. е. является приближенным. Степень подробности такого описания зависит от его назначения. Одна и та же часть системы в одних случаях может рассматриваться как ее простой элемент, в других случаях - как подсистема, имеющая свой состав и структуру.

О системах в науке и системном подходе

Основной смысл исследовательской работы

ученого чаще всего заключается в поиске

системы в предмете исследования.

Задача всякой науки – найти системные закономерности в тех объектах и процессах, которые она изучает.

Николай Коперник в XVI веке описал

устройство Солнечной системы

Карл Линней написал книгу «Система природы»

К. Линней сделал первую удачную попытку классифицировать все известные

виды животных и растений и показал зависимость одних видов от других.

Русский ученый В. И. Вернадский в 20-х годах XX века создал учение о биосфере.

Под биосферой он понимал систему , включающую в себя весь растительный и животный мир Земли, человечество, а также их среду обитания: атмосферу, поверхность Земли, мировой океан, разрабатываемые человеком недра.

Если человек хочет быть хорошим специалистом в своем деле, он обязательно должен обладать системным мышлением, к любой работе проявлять системный подход.

Сущность системного подхода: необходимо учитывать все существенные системные связи того объекта, с которым работаешь.

Пример необходимости системного подхода

• Работа врача.
• При лечении какого-нибудь органа, необходимо учитывать взаимосвязь этого органа со всем организмом.

Пример отсутствия системного подхода

• Экологическая катастрофа с Аральским морем
• Море стало пересыхать из-за разбора воды из Сырдарья и Амударья.

Деятельность таких «преобразователей природы» очень опасна. В последнее время появилось понятие «экологическая грамотность». Вмешиваясь в природу, нельзя быть узким специалистом: только нефтяником, только химиком и пр.

Вывод:

Занимаясь изучением или преобразованием природы, надо видеть в ней систему и прилагать усилия для того, чтобы не нарушать её равновесия.

Домашнее задание

• § 5;
• вопросы 1 – 8 на стр. 32

Базовым понятием математического моделирования является понятие системы . Система в широком смысле - эквивалент понятия математической модели и задается парой множеств U, Y (U - множество входов, Y - множество выходов) и отношением на , формализующим связь (зависимость) между входами и выходами.

Соединение систем также является системой и задается отношением. Например, последовательное соединение систем , есть отношение такое, что , если существуют , удовлетворяющие условиям , , , где - отношение, определяющее связь между и . Таким образом можно определять сколь угодно сложные си­стемы, исходя из простых.

Приведенное определение отражает в абстрактном виде атрибуты (свойства), присущие нашему интуитивному представлению о системе: целостность и структурированность .

Целостность (единство) означает, что система отделена от внешней среды; среда может оказывать на нее действие (акцию) через входы и воспринимать отклик (реакцию) на эти действия через выходы.

Структурированность означает, что система разделена внутри на несколько подсистем, связанных и взаимодействующих между собой так же, как целая система взаимодействует с внешней средой.

Третье свойство, присущее системе, - целенаправленность - требует задания некоторой цели, достижение которой говорит о правильной работе системы.

Приведем для сравнения другие, менее формальные определения системы.

Система - объективное единство закономерно связанных друг с другом предметов, явлений, а также знаний о природе и обществе (БСЭ. Т. 39. С. 158).

Система - совокупность взаимосвязанных элементов (объектов, отношений), представляющих единое целое. Свойства системы могут отсутствовать у составляющих ее элементов .

Приведенное выше формальное определение весьма общо; под него подпадают практически все виды математических мо­делей систем: дифференциальные и разностные уравнения, регрессионные модели, системы массового обслуживания, конечные и стохастические автоматы, дедуктивные системы (исчисления) и т.д. Можно трактовать как систему любой пре­образователь входных данных в выходные («черный ящик») (рис. 1.1,а). Например, системой можно назвать процесс решения любой задачи. При этом входами будут являться ис­ходные данные, выходами - результаты, а целью - правильное решение (рис. 1.1,б). Такой подход к системе подчер­кивает ее целенаправленность и ведет свое происхождение от исследования операций - научной дисциплины, зани­мающейся разработкой количественных методов обоснования решений. Основное понятие здесь - операция: действие, которое подвергается исследованию (проектирование, конструи­рование, управление, экономическая деятельность и т.д.). Операция соответствует некоторой системе. Входами этой системы являются элементы принимаемого решения, о проводимой операции, выходами - результаты проведения операции (показатели ее эффективности (рис. 1.1,в)). Для развития навыков системного подхода полезно искать примеры систем в окружающем мире. Некоторые примеры представлены в табл. 1.1.

Подчеркнем, что функционирование системы - это процесс, разворачивающийся во времени, т. е. множества возможных входов и выходов U, Y - это множества функций времени со значениями соответственно в множествах U, Y:

где Т - множество моментов времени, на котором рассматривается система.

Система называется функциональной (определенной), если каждой входной функции u(t ) соответствует единственная выходная функция y(t ). В противном случае система называется неопределенной. Неопределенность обычно возникает из-за неполноты информации о внешних условиях работы системы. Важным свойством, присущим реальным си­стемам, является причинность. Она означает, что если входные функции и совпадают при , т.е. при , то соответствующие выходные функ­ции удовлетворяют условию , т. е. «настоящее не зависит от будущего при заданном прошлом».

Числовые величины, связанные с системой, делятся на переменные и параметры. Параметры - это величины, кото­рые можно считать постоянными на промежутке времени рассмотрения системы. Остальные числовые величины являются переменными. Значения переменных и параметров определяют количественную информацию о системе. Оставшаяся информация, т.е. качественная, определяет структуру системы. Различие между переменными и параметрами, а также между параметрами и структурой может быть условным, однако оно полезно в методическом отношении. Так, типовым приемом построения ММ системы является параметризация - выбор в качестве ММ семейства функций, зависящих от конечного (обычно небольшого) количества чисел - параметров.

Таблица 1.1

Примеры систем

№ п/п	Система	Вход	Выход	Цель
	Радиоприем­ник	Радиоволны	Звуковые волны	Неискажен­ный звук
	Проигрыва­тель	Колебания иглы	"	"
	Термометр	Т° воздуха (Т)	Высота столбика (h)	Верное пока­зание
	Водопроводный, кран	Поворот ручки (угол φ)	Струя воды (расход G)	Заданный расход
	Ученик	Лекция учителя, текст в учебнике, книги, кино, телевизор	Отметки, знания, поступки	Хорошие отметки, хорошие поступки, хорошие знания
	Учитель	План урока, ответы учеников	Лекции, задачи для контрольной, отметки	"
	Робот	Команды	Движения	Точное испол­нение команд
	Популяция зайцев в лесу	Пища	Численность	Максимальная численность
	Популяция лис в лесу	"	"	"
	Программа ЭВM решения уравнения ax 2 +bx + c=0	Коэффициенты а, b, с. Точность Е	.	Решение с заданной точ­ностью
	Задача реше­ния уравнения ах г +bх + с=0	а, b, с	Формула	Правильная формула
	Электромотор	Электрический ток	Вращение ротора	Вращение с заданной частотой
	Костер	Дрова	Тепло, свет	Заданное количество тепла и света
	Торговля	Продукты, вещи	Деньги	Получение суммы денег = стоимости товара
	Бюрократ	Бумажка	Бумажка	Зарплата

Этапы системного анализа

Системный анализ в широком смысле - это методология (совокупность методических приемов) постановки и решения задач построения и исследования систем, тесно связанная с математическим моделированием. В более узком смысле системный анализ - методология формализации сложных (трудно формализуемых, плохо структурированных) задач. Системный анализ возник как обобщение приемов, накопленных в задачах исследования операций и управления в технике, экономике, военном деле.

Остановимся на различии в употреблении терминов «системный анализ» и «системный подход» . Системный анализ - это целенаправленная творческая деятельность человека, на основе которой обеспечивается представление исследуемого объекта в виде системы. Системный анализ характеризуется упорядоченным составом методических приемов исследования. Что касается термина «системный подход», то традиция его применения связывает его с исследованиями проводимыми многоаспектно, комплексно, с разных сторон изучая предмет или явление. Этот подход предполагает, что все частные задачи, решаемые на уровне подсистем, должны быть увязаны между собой и решаться с позиции целого (принцип системности). Системный анализ - более конструктивное направление, содержащее методику разделения процессов на этапы и подэтапы, систем на подсистемы, целей на подцели и т.д.

В системном анализе выработана определенная последовательность действий (этапов) при постановке и решении задач, которую будем называть алгоритмом (методикой) системного анализа (рис. 1.2). Эта методика помогает более осмысленно и грамотно ставить и решать прикладные задачи. Если на каком-то этапе возникают затруднения, то нужно вернуться на один из предыдущих этапов и изменить (модифицировать) его.

Если и это не помогает, то это значит, что задача оказалась слишком сложной и ее нужно разбить на несколько более простых подзадач, т.е. провести декомпозицию (см. подразд. 1.3). Каждую из полученных подзадач решают по той же методике. Для иллюстрации применения методики системного анализа приведем пример .

Пример. Рассмотрим автомобиль, находящийся перед гаражом на некотором расстоянии от него (рис. 1.3, а). Требуется поставить автомобиль в гараж и сделать это, по возможности, наилучшим образом. При решении попытаемся руководствоваться алгоритмом системного анализа (см. рис. 1.2).

Этап 1. Система: автомобиль и гараж (автомобиль, приближающийся к гаражу).

Этап 2. Вход: сила тяги двигателя. Выход: пройденный путь.

Этап 3. Цель: автомобиль должен проехать заданный путь и затормозить.

Этап 4. Построение ММ начинается с обозначения всех величин (переменных и постоянных), существенных для задачи. Введем следующие обозначения:

u (t )-сила тяги в момент времени t (вход);

y (t )-путь, пройденный к моменту t (выход);

у* - расстояние от автомобиля до гаража (параметр).

Затем выписываются все уравнения и соотношения, существующие между введенными величинами, как в школьных задачках на составление уравнений. Если возможных уравнений несколько, выбирают простейшее. В нашей задаче - это уравнение динамики (2-й закон Ньютона):

где m - масса автомобиля, а также начальные условия

0, =0. (1.1б)

Этап 5. Модель (1.1) достаточно хорошо изучена и в детальном анализе не нуждается. Укажем лишь, что она адекватна, если можно пренебречь размерами автомобиля, огра­ничением на его мощность, силами трения и сопротивления и другими более второстепенными факторами.

Этап 6. Простейший вариант формализации цели

где - момент остановки - оказывается неудовлетворительным, поскольку в (1.2) не формализовано само требование остановки ()=0 и, значит, неясно, как система будет вести себя при . Правильнее задать цель соотношением

При , (1.3)

из которого следует, в частности, что y(t)-0 при t>t*.

На первый взгляд, задача поставлена и можно переходить к ее решению, т.е. к этапу 8. Но, оказывается, однозначного решения задача не имеет: здравый смысл говорит о том, что существует бесконечно много способов достичь цели (1.3). Значит, нужно дополнить цель правилом отбора способов, позволяющим отвечать на вопрос: какой способ лучше. Зададимся следующим разумным правилом: тот способ считается лучшим, который быстрее приводит к цели. Формально новую цель можно записать так:

При , (1.4)

Но теперь физические соображения показывают, что решение поставленной задачи тривиально: искомый минимум в (1.4) равен нулю! Действительно, выбрав достаточно большую силу тяги, можно придать автомобилю как математическому объекту, описываемому ММ (1.1), сколь угодно большое ускорение и сколь угодно быстро переместить его на любое заданное расстояние. Видимо, требуется ввести какие-то ограничения, исключающие бессмысленные решения. Можно было бы усложнить ММ системы: учесть ограниченную мощность двигателя, его инерционность, силы трения и т.д. Однако разумнее попытаться остаться в рамках ММ (1.1) (1.4), введя дополнительно лишь ограничения на силу тяги

Таким образом, чтобы придать задаче смысл, нам пришлось возвратиться на этап 7.

Этап 8. Для решения задачи можно было бы применить мощный и хорошо разработанный аппарат теории оптимального управления (вариационное исчисление, принцип максимума Понтрягина и др., см., например ). Однако сначала надо попытаться решить задачу элементарными средствами. Для этого часто бывает полезно перейти к геометрической интерпретации задачи, чтобы привлечь нашу геометрическую интуицию. Естественная интерпретация (рис. 1.3, б) не дает ключа к решению, так как не позволяет в удобной форме представить ограничения на допустимые траектории движения автомобиля. Дело меняется коренным образом, если перейти к другой ММ. Введем новую переменную: (скорость). Тогда вместо (1.1) возникает уравнение

Г : график оптимальной траектории представляет собой трапецию.

Еще более сложные задачи (например, при введении ограничений на расход топлива в виде не имеют простого аналитического решения, подобного (1.9), и практически решаются лишь численно, с привлечением математического аппарата приближенной минимизации функционалов см., например, ). Однако и для них решение упрощенной задачи не теряет важности, поскольку оно позволяет получить начальное приближение к решению сложной задачи, установить качественные свойства решения сложной задачи, выявить факторы, наиболее сильно влияющие на решение сложной задачи, и, главное, соотнести результаты математического исследования со здравым смыслом.

Резюмируя сказанное, можно дать совет изучающему математическое моделирование: «не решай сложную задачу, не решив сначала более простую!».

Самолет - это летательный аппарат тяжелее воздуха с аэродинамическим принципом полета. Самолет представляет собой сложную динамическую систему с развитой иерархической структурой, состоящую из взаимосвязанных по назначению, месту и функционированию элементов; в нем можно выделить подсистемы создания подъемной и движущей сил, обеспечения устойчивости и управляемости, жизнеобеспечения, обеспечения выполнения целевой функции и др.

Вычислительная сеть – сложная система, которая состоит из вычислительных машин и сети передачи данных (сети связи). Основное назначение вычислительных сетей - обеспечение взаимодействия удаленных пользователей на основе обмена данными по сети и совместное использование сетевых ресурсов (вычислительных машин, прикладных программ и периферийных устройств).

Если объект обладает всеми признаками системы, то говорят, что он является системным . Приведенные примеры систем иллюстрируют наличие таких факторов системности, как:

· целостность и возможность декомпозиции на элементы (в вычислительной сети это вычислительные машины, средства связи и др.);

· наличие стабильных связей (отношений) между элементами ;

· упорядоченность (организация) элементов в определенную структуру ;

· наделение элементов параметрами;

· наличие интегративных свойств , которыми не обладают ни один из элементов системы;

· наличие множества законов, правил и операций с вышеперечисленными атрибутами системы;

· наличие цели функционирования и развития.

Системы разделяют на классы по различным признакам, и в зависимости от решаемой задачи можно выбирать разные принципы классификации. Признак или их совокупность, по которым объекты объединяются в классы, являются основанием классификации. Класс - это совокупность объек­тов, обладающих некоторыми признаками общности.

Классификаций систем в науке достаточно много. Так, например, одна из них предусматривает деление систем на два вида - абст­рактные и материальные.

Материальные системы являются объектами реального времени. Среди всего многообразия материальных сис­тем существуют естественные и искусственные системы.

Естественные системы представляют собой совокуп­ность объектов природы и подразделя­ются на астрокосмические и планетарные, физические и химические.

Искусственные системы – это со­вокупность социально-экономических или технических объектов. Они могут быть классифицирова­ны по нескольким признакам, главным из которых явля­ется роль человека в системе. По этому признаку можно выделить два класса систем: технические и организационно-экономические системы.

Абстрактные системы - это умозрительное представ­ление образов или моделей материальных систем, кото­рые подразделяются на описательные (логические) и сим­волические (математические).

Описательные системы есть результат дедуктивного или индуктивного представления материальных систем. Их можно рассматривать как системы понятий и определе­ний (совокупность представлений) о структуре, об основ­ных закономерностях состояний и о динамике матери­альных систем.

Символические системы представляют собой формали­зацию логических систем, они подразделяются на три класса:

статические математические системы или модели, которые можно рассматривать как описание средствами математического аппарата состояния материальных систем (уравнения состояния);

динамические математические системы или модели, которые можно рассматривать как математическую формализацию процессов материальных (или абстрактных) си­стем;

квазистатические (квазидинамические) системы, находящиеся в неустойчивом положении между статикой и динамикой, которые при одних воздействиях ведут себя как статические, а при других воздействиях - как дина­мические.

В научной литературе можно найти и другие типы классификаций.

· по виду отображаемого объекта - технические, биологические, социальные и т.п.;

· по характеру поведения - детерминированные, вероятностные, игровые;

· по типу целеустремленности - открытые и закрытые;

· по сложности структуры и поведения - простые и сложные;

· по виду научного направления , используемого для их моделирования - математические, физические, химические и др.;

· по степени организованности - хорошо организованные, плохо организованные и самоорганизующиеся.

Каждая система обладает определенными свойствами, связанными с ее функционированием. Наиболее часто выделяют следующие:

· синергичность - максимальный эффект деятельности системы достигается только в случае максимальной эффективности совместного функционирования её элементов для достижения общей цели;

· эмерджентность - появление у системы свойств, не присущих элементам системы; принципиальная несводимость свойства системы к сумме свойств составляющих её компонентов (неаддитивность);

· целенаправленность - наличие у системы цели (целей) и приоритет целей системы перед целями её элементов;

· альтернативность - функционирования и развития (организация или самоорганизация);

· структурность - возможна декомпозиция системы на компоненты, установление связей между ними;

· иерархичность - каждый компонент системы может рассматриваться как система; сама система также может рассматриваться как элемент некоторой надсистемы (суперсистемы);

· коммуникативность - существование сложной системы коммуникаций со средой в виде иерархии;

· адаптивность - стремление к состоянию устойчивого равновесия, которое предполагает адаптацию параметров системы к изменяющимся параметрам внешней среды;

· интегративность - наличие системообразующих, системосохраняющих факторов;

· эквифинальность - способность системы достигать состояний, не зависящих от исходных условий и определяющихся только параметрами системы.

Связь

Наибольшая смысловая нагрузка в системном анализе при­ходится на понятие «связь». Приведем примеры связей. Мозг человека развивается и состоит из 14 млрд. нервных клеток. Каждая из них имеет 5000 связей с другими. Любой закон природы и общества - это есть внут­ренняя, устойчивая, существенная связь и взаимная обусловленность явлений. Нет закона вне связи!

В диалектике проблема связи является одной из центральных. Учение диалектики о связях охватывает учение о мире как о едином связном целом, о при­чинности, о единстве и борьбе противоположностей, о взаимоотношении качества и количества, содержания и формы, сущности и явления и т.д., а основным методом исследования является анализ материала конкретных наук в плане разработки обобщающей картины мира.

Связь предметов можно определить таким образом: два или более различных предмета связаны, если по наличию или отсутствию некоторых свойств у одних из них мы можем судить о наличии или отсутствии тех или иных свойств у других из них (возникновение и исчезновение предметов можно рассматривать как частный случай). Например , температура и давление данной массы газа связаны так, что с увеличением температу­ры (при всех прочих постоянных условиях) увеличивается давление. Зная о том, что температура увеличилась, мы мо­жем делать вывод об увеличении давления (если выяснены точные количественные соотношения, то они будут учтены и в выводах).

Классификация связей может быть следующая:

1. Связи взаимодействия (координации), среди кото­рых можно различить связи свойства (такие связи фик­сируются, например, в формулах физики типа pV = const) и связи объектов (например, связи между отдельными нейронами в тех или иных нервно-психических процессах). Особый вид связей взаимодей­ствия составляют связи между отдельными людьми, а так­же между человеческими коллективами или социальны­ми системами. Специфика этих связей состоит в том, что они опосредуются целями, которые преследует каждая из сторон взаимодействия. В рамках этого типа связей можно различить кооперативные и конфликтные связи.

2. Связи порождения (генетические), когда один объект выступает как основание, вызывающие к жизни другой (например, связь типа «А отец В»).

3. Связи преобразования, среди которых можно различить: связи преобразования, реализуемые через определенный объект, обеспечивающий это преобразование (такова функция химических катализаторов), и связи преобразования, реализуемые путем непосредственного взаимодействия двух или более объектов, в процессе которо­го и благодаря которому эти объекты порознь или совместно переходят из одного состояния в другое (таково, напри­мер, взаимодействие организмов и среды в процессе видообразования).

4. Связи строения (их нередко называют структурны­ми). Природа этих связей с достаточной ясностью раскрывается на примере химических связей.

5. Связи функционирования, обеспечивающие реальную жизнедеятельность объекта или его работу, если речь идет о технической системе. Очевидное многообразие функции в объектах различного рода определяет и многообразие видов связей функционирования. Общим для всех этих видов является то, что объекты, объединяемые связью, совместно осуществляют определенную функцию, причем эта функция может характеризовать либо один из этих объектов (в таком случае другой является функциональ­но-производным от первого, как это имеет место в функ­циональных системах живого организма), либо более широ­кое целое, по отношению к которому и имеет смысл функ­циональная связь данных объектов (таковы связи между нейронами при осуществлении тех или иных функций центральной нервной системы). В самом общем виде свя­зи функционирования можно подразделить на связи со­стояний (когда следующее по времени состояние является функцией от предыдущего) и связи энергетические, трофические, нейронные и т.п. (когда объекты связаны единством реализуемой функции).

6. Связи развития, которые можно рассматривать как модификацию функциональных связей состояний, с той, однако, разницей, что развитие существенно отличается от простой смены состояний.

7. Связи управления, которые в зависимости от их кон­кретного вида могут образовывать разновидность либо функциональных связей, либо связей развития.

Предлагая такую классификацию связей, философы отмечают ее условность, объясняя исключительно слож­ным характером возможных связей и их спецификой в конкретных системах.

Таким образом, в окружающем нас мире существует очень большое количество разных связей - многомер­ных, многогранных, многозначных, многоплановых, которые мы должны учиться познавать.

Среда

Среда – сфера, ограничивающая структурное образование системы (например, человек, берущий в руки брошюру). Среда есть все то, что воздействует на систему, но неподконтрольно ей. Воздействие среды на систему – это входные воздействия, или входы (перелистывание страниц брошюры человеком). Воздействие системы на среду – это выходные воздействия, реакция системы, или выходы (воздействие брошюры на зрение, обоняние, осязание читателя).

Сложное взаимодействие системы и среды как ее окружения определяется понятиями система и надсистема. Так, человек, читающий вслух брошюру, представляет собой информационную систему, являющуюся надсистемой по отношению к брошюре.

Надсистема - более крупная система, частью которой является рассматриваемая система.