Агрегирование и эмерджентность систем

Агрегирование как процедура объединения нескольких элементов в единое целое позволяет получить систему, которую принято в этом случае называть агрегатом. Подробнее рассмотрим агрегаты-операторы и агрегаты-структуры.

Все агрегаты обладают одним и тем же свойством — эмерджетностью (от англ. emergere — появляться, возникать). Эмерджентность — особенность систем, состоящая в том, что свойство системы не сводится к совокупности свойств частей, из которых она состоит, и не выводится из них.

Приведенное определение основано на том, что при объединении частей в целое возникает нечто качественно новое, такое, чего не было и не могло быть без этого объединения. Например, осветительная система помещения, в том числе и учебного, состоящая из проводов, осветительных элементов, переключателей, крепежных элементов и т.д., становится системой и приобретает новое качество (освещать помещение) только тогда, когда перечисленные элементы будут объединены и связаны между собой вполне определенным образом. То есть, несмотря на то что ни один из перечисленных элементов не обладает способностью освещать помещение, вместе они образуют систему освещения.

Кратко эмерджентность системы иногда иллюстрируют простым математическим выражением: 2 + 2 > 4.

В самом общем виде агрегирование можно определить как установление отношений на заданном множестве элементов. Если теперь представить, что отношения будут описаны на разных языках (экономическом, философском, юридическом, техническом и т.п.), то можно получить несколько агрегатов одного и того же объекта.

Агрегат, состоящий из качественно различных языков описания системы и обладающий тем свойством, что число этих языков минимально, но необходимо для заданной цели, называется конфигуратором.

Обычно, рассматривая кандидатуру на замещение вакантной должности, лицо, принимающее решение, составляет подобный конфигуратор на претендентов. Рассматриваются профессиональные данные (образование, опыт работы и т.д.); анализируются деловые качества (характеристики, продвижение по работе и т.д.); определяется состояние здоровья (возраст, хронические заболевания и т.д.) и др.

В реальной жизни не бывает проблем чисто физических, химических, экономических, социальных и т.д. Эти термины отражают не саму проблему, а точку зрения специалиста в какой-либо области знаний.

Перейдем теперь к агрегатам-операторам. Их можно рассматривать как механизмы уменьшения размерности исследуемой системы. Простейший способ агрегирования состоит в установлении отношения эквивалентности между агрегируемыми элементами, то есть в образовании классов.

Простейший пример классификации приведем с учебной группой студентов. Множество студентов (состоящее, скажем, из 20 человек) можно представить в виде двух агрегатов — девочек (15) и мальчиков (5).

Принцип классификации, примененный еще К. Линнеем, лежит в основе морфологического анализа систем.

Агрегаты-структуры. Структура является моделью системы и, следовательно, определяется тройственной совокупностью: объектом, целью и средствами моделирования. Этим объясняется многообразие типов структур.

Проект любой системы должен содержать столько структур, сколько языков включено в его конфигуратор. Описание связей должно осуществляться на всех языках конфигуратора. Если говорить о типах структур, то к ним можно отнести уже известные нам сети, матрицы, древовидные структуры и линейные.

Системный анализ применяется для решения таких проблем, которые не могут быть сформулированы и решены с помощью отдельных формальных методов. В системном анализе используются и формальные методы, и методы качественного анализа, направленные на активизацию творческого мышления экспертов.

Системный анализ можно рассматривать не только как одно из направлений развития общей теории систем, но и идей кибернетики: он исследует общие закономерности, относящиеся к сложным системам, которые изучаются любой наукой.

Системный анализ сформировался в 60-х годах XX в., когда на основе теории эффективности, теории игр, теории массового обслуживания появилась синтетическая дисциплина — «исследование операций». Последняя затем постепенно переросла в системный анализ, который явился синтезом исследования операций и теории управления. Он применяется главным образом к исследованию искусственных социотехнических систем.

Острая возникающая проблема в соответствии с системным подходом должна быть рассмотрена как нечто целое, как система во взаимодействии всех ее компонентов между собой и во взаимодействии целого с внешней средой. Однако материальные системы настолько сложны, что для целей их анализа используются, как правило, модели систем.

В этом смысле системный анализ представляет собой совокупность методов и средств исследования и конструирования сложных объектов, методов обоснования решений при создании и управлении техническими, экономическими и социальными системами.

Применительно к социальным системам системный анализ используется как один из важнейших методов системного управления организацией.

Построение отмеченных моделей начинается со сбора информации и анализа разрозненных фактов, позволяющих сделать обобщения и выявить эмпирические закономерности. Далее переходят к определению механизмов, реализующих эти закономерности, поскольку если существует какая-то подтвержденная фактами закономерность, то существуют и механизмы, обеспечивающие проявление этой закономерности.

Споры о том, можно ли считать системный анализ наукой, продолжаются до сих пор. Наибольшие сложности возникают с исследованием систем, в которых присутствуют люди. Подобные системы слабо формализуются в силу многофакторности связей между элементами. Тем не менее, общий алгоритм проведения системного анализа заключается в следующем: формулирование проблемы, выявление целей, формирование критериев, генерирование альтернатив и выбор варианта решения для последующей реализации.

Можно сделать заключение о том, что системный анализ — это дисциплина, занимающаяся проблемами принятия решений в условиях, когда выбор альтернативы требует анализа сложной информации различной физической природы. Отсюда следует вывод о том, что истоки системного анализа и его методические концепции лежат в дисциплинах, ориентированных на проблемы принятия решений, теории исследования операций и общей теории управления.

Но, несмотря на значительную составляющую системного анализа, ориентированную на формальный инструментарий и точные методы, традиционные приемы анализа, основанные на интуиции человека и его склонности к ассоциациям (и еще многое другое, что лежит вне математики и пока еще не присуще искусственному интеллекту), продолжают активно использоваться в системном анализе.

Главное достижение системного анализа состоит в разработке методов перехода от неформальных задач к формальным, от моделей типа «черного ящика» к моделям типа «белого ящика». Большая часть этих методов имеет неформальный характер, но они достаточно конкретны и пригодны для использования как технология решения проблем.

В арсенале используемых в системном анализе методов находятся следующие методы:

· строго формализованные (экспериментальные исследования, построения моделей);

· слабо формализованные (экспертные оценки, коллективный выбор);

· в принципе неформализованные операции (формулирование проблем, выявление целей, определение критериев, генерирование альтернатив и выбор решения).

Если рассматривать вопрос алгоритмизации системного анализа, то необходимо отметить, что любой процесс исследования по своей природе алгоритмичен. Алгоритм является планом этого процесса. В то же время, очевидно, что для каждой проблемы может потребоваться особый алгоритм анализа.

Переходя к классификации методов системного анализа, отметим, что воспользуемся классификацией, разработанной в свое время Ю.И. Черняком.

Аналитические методы позволяют описать ряд свойств многомерной и многосвязной системы, отображаемой в виде одной единственной точки, совершающей движение в n-мерном пространстве. Это отображение осуществляется с помощью функции или посредством оператора (функционала). Также возможно отобразить точками две или более систем или их части и рассматривать взаимодействие этих точек. Каждая из этих точек совершает движение и имеет свое поведение в n-мерном пространстве. Это поведение точек в пространстве и их взаимодействие описывается аналитическими закономерностями и может быть представлено в виде величин, функций, уравнений или системы уравнений. Аналитические методы являются основой классической математики и математического программирования. Аналитические методы применяются лишь в том случае, когда свойства системы могут быть представлены в детерминированных параметрах или в виде зависимостей между ними.

Статистические методы позволяют отобразить систему с помощью случайных (стохастических) событий, процессов, которые описываются соответствующими вероятностными (статистическими) характеристиками и статистическими закономерностями. В данном случае система представляется в виде «размытой» точки (области) в n -мерном пространстве, в которую переводится система, с учетом ее свойств, посредством оператора.

Применяются статистические методы для исследования сложных недетерминированных (саморазвивающихся, самообучающихся) систем. Статистические методы применяются в прикладной информатике для создания программ моделирования различных систем.

Теоретико-множественные методы представления систем являются основой построения общей теории систем по М. Месаровичу. Эти методы позволяют описывать систему в универсальных общих понятиях: множество, элемент множества и отношения на множествах. Множества могут задаваться двумя способами: перечислением элементов (а ₁, а ₂,..., а_n) и названий характеристического свойства (имя, отражающее это свойство), например: А, В. При использовании таких методов допускается введение любых отношений между элементами на основе математической логики. Математическая логика является формальным языком описания отношений между элементами, относящимися к разным множествам. Теоретико-множественные методы позволяют описывать сложные системы на формальном языке моделирования. Эти методы используются в том случае, когда большая и сложная система не может быть представлена лишь методами одной предметной области, а требует взаимопонимания между специалистами разных наук. Теоретико-множественные методы системного анализа становятся основой развития новых языков программирования и автоматизации проектирования систем, которые применяются в прикладной информатике.

Логические методы являются языком описания систем в понятиях алгебры логики, которая лежит в основе функционирования микроэлементов любого компьютера. Наибольшее распространение логические методы получили под названием Булевой алгебры как бинарного представления о состоянии компьютерных схем. Каждое состояние элемента рассматривается в качестве 1 или 0. Эти методы используются для создания моделей сложных систем, адекватных законам математической логики построения устойчивых структур.

Лингвистические, семиотические методы предназначены для создания специальных языков описания систем в виде понятий тезауруса (множества смысловыражающих элементов языка с заданными смысловыми отношениями и связями). Лингвистические методы используются в прикладной информатике для формального представления правил (грамматики) соединения понятий в содержание смысловых выражений. Семиотика базируется на понятиях «символ» (знак), «знаковая система», «знаковая ситуация», т.е. для символического описания содержания в вычислительной технике.

Лингвистические и семиотические методы стали широко применяться в том случае, когда для первого этапа исследования невозможно формализовать принятие решений в плохо формализуемых ситуациях и нельзя использовать аналитические и статистические методы.

Графические методы позволяют наглядно отображать объект в виде образа системы, ее структуры и связей в обобщенном виде. Графические методы могут быть линейно-плоскостными и объемными. Наиболее употребляемые методы изображения системы — в виде графика Ганта, диаграмм, гистограмм, рисунков и структурных схем. Графические представления наиболее наглядно позволяют описать ситуацию или процесс для принятия решения в динамично меняющихся условиях. Такие методы применяются для структурно-функционального анализа сложных систем и происходящих в них процессов, особенно при моделировании информационно управляющих систем. В таких системах необходимо учитывать взаимодействие человека и структурных организаций, технических устройств. Графические методы широко применяются на практике для получения управляющих решений на основе сетевого планирования.

В системном исследовании, как правило, используются все типы методов. На каждом этапе исследования выбирают те из методов, которые при наилучшем сочетании позволяют создать аргументированную и доказательную платформу исследования.

Формулирование проблемы (см. рис. 4.2). Для традиционных наук постановка задачи — отправной этап работы. Для исследователей систем — это результат промежуточный, которому предшествует большая аналитическая работа.

Например, в последние годы в организациях остро ощущается проблема невыплаты заработной платы. Но невыплата заработной платы — не проблема, а следствие, как правило, некоторой совокупности проблем, которая в каждой организации своя.

Начальная формулировка — лишь приблизительный намек на то, какой в действительности должна быть формулировка проблемы. Выявлением проблемного поля и его обработкой занимаются, как правило, консультанты по управлению и организационному развитию.

Выявление целей. Цели — антиподы проблем. Проблемы — это то, что не нравится, а цели — то, что мы хотим иметь. В итоге проблемы следует привести к таком виду, когда они становятся задачами выбора подходящих средств, необходимых для достижения заданных целей.

При формулировании целей следует придерживаться следующих правил:

· включать в список цели, противоположные заявленным;

· выявлять не только желаемые, но и нежелаемые по последствиям цели;

· допускать существование вообще всяких целей.

Изменение целей во времени может быть как по форме, так и по содержанию.

Формирование критериев. Критерии по определению есть количественные модели качественных целей; это подобие цели, ее аппроксимация, модель.

Например, студент ставит себе цель: успешно сдать зимнюю сессию. Критерием в этом случае может быть такая количественная модель — получить две пятерки и две четверки.

Решение может состоять не только в поиске более адекватного решения (может случиться так, что его и не существует), но и в использовании нескольких критериев, описывающих одну и ту же цель с разных позиций и тем самым дополняющих друг друга.

Например, для цели по улучшению уборки мусора в городе могут быть выделены две группы критериев.

· расходы по уборке мусора в расчете на одну квартиру;

· количество мусора в расчете на человека в день;

Генерирование альтернатив и выбор варианта решения проблем. При наличии целей и критериев их достижения встает вопрос о том, что оценивать с помощью таких критериев, из чего выбирать.

Многие проблемы, требующие решения, не поддаются количественной оценке, поэтому используются экспертные технологии. Словом, нужны эксперты и активизация их мышления. Структура методов и техник представлена на рисунке 4.3, которые подробно изложены в специальной литературе[4].

Окончательное решение и выбор варианта из предлагаемых альтернатив производится, как правило, экспертным путем. Однако и здесь возникают вопросы.

Даже обработанные соответствующими методами результаты экспертных оценок не гарантируют того, что будет принят лучший вариант решения. Кроме того, решение, принятое без участия лиц, которым предстоит внедрять его в жизнь, как правило, реализуется с трудом. Задача состоит в том, чтобы эксперты и лица, осуществляющие реализацию решения, стали единомышленниками.

Реализация решения предусматривает внесение изменений в систему. Но такие изменения, как правило, затрагивают интересы людей, которые открыто или тайно оказывают сопротивление изменениям, что порождает специфические проблемы, связанные с непониманием сути перемен, с опасения личных потерь, с опасения

Контуры обратной связи, изображенные на рисунке 4.2, свидетельствуют о том, что системный анализ носит повторяющийся характер и циклическое прохождение рассмотренных этапов приближает аналитиков к оптимальным решениям.

1. Назовите основные методы исследования систем.

2. Назовите основные области применения системного анализа.

3. Что представляет собой агрегирование элементов?

4. В чем заключается декомпозиция структуры системы?

5. Что такое основание декомпозиции системы?

6. Прокомментируйте такое свойство систем, как эмерджентность.

7. Назовите особенности конфигуратора системы. Приведите пример.

8. Опишите общий алгоритм проведения системного анализа.

9. В чем заключается связь между проблемами и целями организации?

10. Назовите методы генерирования альтернатив.

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: