Методы системного анализа

1. Основные  способы классификации  систем.

Классификацию систем можно осуществить по разным критериям. Она зависит от цели и ресурсов. Приведем основные способы классификации. 

1. По  отношению системы к окружающей  среде:

- открытые (есть обмен ресурсами с окружающей средой);

- закрытые (нет обмена ресурсами с окружающей средой).

2. По  происхождению системы (элементов,  связей, подсистем):

- искусственные (орудия, механизмы, машины, автоматы, роботы и т.д.);

- естественные (живые, неживые, экологические, социальные и т.д.);

-гвиртуальные (воображаемые и, хотя реально не существующие, но функционирующие так же, как и в случае, если бы они существовали);

- смешанные (экономические, биотехнические, организационные и т.д.).

3. По  описанию переменных системы:

- с качественными переменными (имеющие лишь содержательное описание);

-.с количественными переменными (имеющие дискретно или непрерывно описываемые количественным образом переменные);

- смешанного (количественно-качественное) описания.

4. По  типу описания закона (законов) функционирования системы:

- типа "Черный ящик" (неизвестен полностью закон функционирования системы; известны только входные и выходные сообщения);

- не параметризованные (закон не описан; описываем с помощью хотя бы неизвестных параметров; известны лишь некоторые априорные свойства закона);

- параметризованные (закон известен с точностью до параметров и его возможно отнести к некоторому классу зависимостей);

- типа "Белый (прозрачный) ящик" (полностью известен закон). 
 
 

5. По  способу управления системой (в системе):

- управляемые извне системы (без обратной связи, регулируемые, управляемые структурно, информационно или функционально);

- управляемые изнутри (самоуправляемые или саморегулируемые – программно управляемые, регулируемые автоматически, адаптируемые - приспосабливаемые с помощью управляемых изменений состояний, и самоорганизующиеся – изменяющие во времени и в пространстве свою структуру наиболее оптимально, упорядочивающие свою структуру под воздействием внутренних и внешних факторов);

- с комбинированным управлением (автоматические, полуавтоматические,

автоматизированные, организационные).

Пример.                                                                                                                Рассмотрим экологическую систему "Озеро".     …………………………..                                                            Это открытая, естественного происхождения система, переменные которой можно описывать смешанным образом (количественно и качественно, в частности, температура водоема - количественно описываемая характеристика), структуру обитателей озера можно описать и качественно, и количественно, а красоту озера можно описать качественно. По типу описания закона функционирования системы, эту систему можно отнести к не параметризованным в целом, хотя возможно выделение подсистем различного типа, в частности, различного описания подсистемы "Водоросли", "Рыбы", "Впадающий ручей", "Вытекающий ручей", "Дно", "Берег" и др. ььььььььььььььььььььььььььььььььььььььььььььььььььььььььь                                                                                                              Система "Компьютер" - открытая, искусственного происхождения, смешанного описания, параметризованная, управляемая извне

(программно).                                                                                               Система "Логический диск" - открытая, виртуальная, количественного описания, типа.

"Белый  ящик" (при этом содержимое  диска мы в эту систему не  включаем!), смешанного

управления.                                                                                                                   Система "Фирма" - открытая, смешанного происхождения (организационная) и описания, управляемая изнутри (адаптируемая, в частности, система). 

Система называется большой, если ее исследование или моделирование затруднено из-за большой размерности, т.е. множество состояний системы S имеет большую размерность. О том какую размерность нужно считать можно судить только для конкретной проблемы (системы), конкретной цели исследуемой проблемы и конкретных ресурсов.

Большая система сводится к системе меньшей размерности использованием более мощных вычислительных средств (или ресурсов) либо разбиением задачи на ряд задач меньшей размерности (если это возможно).

Пример.                                                                                                                                Это особенно актуально при разработке больших вычислительных систем,

например, при разработке компьютеров с  параллельной архитектурой или алгоритмов с параллельной структурой данных и с их параллельной обработкой.

Под словосочетанием "сложная задача", "сложная проблема", "сложная система", как правило, понимается какое-то особое поведение системы или процесса, делающее невозможным (непреодолимая сложность) или особо трудным (преодолимая сложность) описание, исследование, предсказание или оценку поведения, развития системы.

Определения сложности - различны. 

Система называется сложной, если в ней не хватает ресурсов (главным образом, информационных) для эффективного описания (состояний, законов функционирования) и управления системой - определения, описания управляющих параметров или для принятия решений в таких системах (в таких системах всегда должна быть подсистема принятия решения).

Сложной считают иногда такую систему, для которой по ее трем видам описания нельзя выявить ее траекторию, сущность, и поэтому необходимо еще дополнительное интегральное описание (интегральная модель поведения, или конфигуратор) - морфолого-функционально-инфологическое.

Пример.                                                                                                                   Сложными системами являются, например, химические реакции, если их

исследовать на молекулярном уровне; клетка биологического образования, взятая на метаболическом уровне; мозг человека, если его исследовать с точки зрения выполняемых человеком интеллектуальных действий; экономика, рассматриваемая на макроуровне (т.е макроэкономика); человеческое общество - на политико-религиозно-культурном уровне; ЭВМ

(особенно  пятого поколения) как средство  получения знаний; язык - во многих  аспектах его рассмотрения.

В сложных системах результат функционирования не может быть задан заранее, даже с некоторой вероятностной оценкой адекватности. Причины такой неопределенности - как внешние, так и внутренние, как в структуре, так и в описании функционирования, эволюции.    ььььььььььььььььььььььь                                               Сложность этих систем обусловлена их сложным поведением. Сложность системы зависит от принятого уровня описания или изучения системы - макроскопического или микроскопического. Сложность системы может определяться не только большим количеством подсистем и сложной структурой, но и сложностью поведения.

               Сложность системы может быть внешней и внутренней. 

Внутренняя  сложность определяется сложностью множества внутренних состояний, потенциально оцениваемых по проявлениям системы и сложности управления в системе.

Внешняя сложность определяется сложностью взаимоотношений с окружающей средой,

сложностью  управления системой, потенциально оцениваемых  по обратным связям системы и среды. 

Сложные системы бывают разных типов сложности: 

1.Структурной или организационной (не хватает ресурсов для построения, описания, управления структурой).

2.Динамической или временной (не хватает ресурсов для описания динамики поведения системы и управления ее траекторией).

3.Информационной или информационно-логической, инфологической (не хватает ресурсов для информационного, информационно-логического описания системы).

4.Вычислительной или реализации, исследования (не хватает ресурсов для эффективного прогноза, расчетов параметров системы, или их проведение затруднено из-за нехватки ресурсов).

5.Алгоритмической или конструктивной (не хватает ресурсов для описания алгоритма функционирования или управления системой, для функционального описания системы).

6.Развития или эволюции, самоорганизации (не хватает ресурсов для устойчивого развития, самоорганизации).

Чем сложнее рассматриваемая система, тем более разнообразные и более сложные внутренние информационные процессы приходится актуализировать для того, чтобы была достигнута цель системы, т.е. система функционировала или развивалась.

Структурная сложность системы оказывает влияние на динамическую, вычислительную сложность. Изменение динамической сложности может привести к изменениям структурной сложности, хотя это не является обязательным условием. Сложной системой может быть и система,

не являющаяся большой системой; существенным при этом может стать связность (сила связности)

элементов и подсистем системы (см. вышеприведенный  пример с матрицей системы линейных алгебраических уравнений).

Сложность системы определяется целями и ресурсами (набором задач, которые она призвана решать).

Пример.                                                                                                                Сложность телекоммуникационной сети определяется:

1.Необходимой скоростью передачи данных.

2.Протоколами, связями и типами связей (например, для селекторного совещания необходима голосовая телеконференция).

3.Необходимостью видеосопровождения.

Само  понятие сложности системы не является чем-то универсальным, неизменным и может меняться динамически, от состояния к состоянию. При этом и слабые связи, взаимоотношения подсистем могут повышать сложность системы.

Уменьшив  сложность системы, часто можно  увеличить ее информативность, исследуемость.

Пример.                                                                                                                                Выбор рациональной проекции пространственного объекта (т.е. более оптимальная визуализация связей и отношений его частей) делает чертеж более информативным. А используя в качестве устройства эксперимента микроскоп, можно рассмотреть некоторые невидимые невооруженным глазом свойства объекта. 

Система называется связной, если любые две подсистемы обмениваются ресурсом, т.е. между ними есть некоторые ресурсоориентированные отношения, связи. 
 
 

При определении  меры сложности системы важно выделить инвариантные свойства систем или информационные инварианты и вводить меру сложности систем на основе их описаний. 

В последнее  время стали различать так  называемые "жесткие" и "мягкие" системы, в основном, по используемым критериям рассмотрения.

Исследование "жестких" систем обычно опирается  на категории: "проектирование", "оптимизация", "реализация", "функция цели" и другие. Для "мягких" систем используются чаще категории: "возможность", "желательность", "адаптируемость", "здравый смысл", "рациональность"

и другие. Методы также различны: для "жестких" систем - методы оптимизации, теория вероятностей и математическая статистика, теория игр и другие; для "мягких" систем - многокритериальная оптимизация и принятие решений (часто в условиях неопределенности), метод Дельфи, теория катастроф, нечеткие множества и нечеткая логика, эвристическое программирование и др.