Основные положения системного подхода

Системный подход – это направление в методологии познания объектов как систем.

Система есть множество связанных между собой компонентов той или иной природы, упорядоченное по отношениям, обладающим вполне определенными свойствами; это множество характеризуется единством, которое выражается в интегральных свойствах и функциях множества (определение акад. В.М. Глушкова, 1963).

С одной стороны система в науке рассматривается как единое целое, с другой – как совокупность элементов. Причем целое имеет новые, особые свойства, которые отсутствуют у его составляющих элементов (например, молекула обладает иными свойствами, чем составляющие ее атомы). Это свойство систем называется эмерджентностью (англ. «неожиданное появление»).

Основными характеристиками любой системы будут: а) границы, б) свойства элементов и системы в целом, в) структура, г) характер связей и взаимодействия между элементами системы, а также между системой и ее внешней средой.

Основными характеристиками систем являются следующие положения:

1. Любые системы состоят из исходных единиц (компоненты, элементы), которые в рамках данной системы и на данном уровне абстракции (конкретизации) представляются как неделимые, целостные, то есть исследователь абстрагируется от их внутреннего строения, но сохраняет сведения об их эмпирических свойствах.

2. Между элементами системы существуют системообразующие связи и отношения, благодаря которым реализуется специфическое для системы единство. Система обладает общими функциями, интегральными свойствами и характеристиками, которыми не обладают ни составляющие ее элементы, взятые по отдельности, ни простая «арифметическая сумма» этих элементов. Свойства системы неаддитивны по отношению к свойствам ее элементов и подсистем.

3. Существенными характеристиками систем являются присущие им организация и структура, с которыми тесно связано математическое описание систем. Свойство эмерджентности сложной системы – несводимость ее к составляющим ее компонентам.

4. Любая система существует лишь в определенных границах изменения ее свойств, поэтому обычно задаются максимальные и минимальные значения ее переменных, выделяются границы системы.

5. Относительность понятий «элемент» и «структура» системы: любая система может выступать подсистемой некой надсистемы, и, с другой стороны, каждый элемент системы при детальном анализе является сам системой. Принцип связан с принципом 1.

6. Сочетание в системе взаимосвязи ее подсистем по одним свойствам и отношениям и относительная независимость по другим свойствам и отношениям.

7. Сложная система – результат эволюции более простой системы. Система не может быть изучена, если не изучен ее генезис. (В.В. Дмитриев, курс лекций «Современные проблемы экологии и природопользования, 2011).

Системный подход не следует рассматривать как некую новую научную парадигму. Принципы системности использовались в естественнонаучных исследованиях и раньше, только не назывались таким образом. Это скорее подход, который является способом формализации и упорядочения этих принципов. Так или иначе на положениях данного подхода основана методология современных научных исследований, и в том числе гидроэкологических.

Описать систему можно следующим образом.

Если элементы, образующие некоторую систему γ, обозна­чить символами Х 1, Х 2,..., Хn, где n — число элементов, то множество

χ = { Х 1, Х 2,..., Хn }, состоящее из всех внутренних элементов, естественно назвать составом системы γ.

Элементы Х 1,..., Хn связаны между собой различными связями и отношениями, которые называются системообразующими, так как именно их наличие превращает набор элементов в целостную систему. Однако, кроме того, что эти элементы связаны между со­бой, они испытывают воздействие со стороны внешних относитель­но системы γ объектов, а также, возможно, сами влияют на последние. Особи популяции, например, взаимодействуют не толь­ко друг с другом, но и с особями других популяций (при хищни­честве, конкуренции и т. д.), а также с метеорологическими, гид­рологическими и другими внешними факторами. Это подсказывает необходимость ввести наряду с понятием состава системы поня­тие об окружающей ее внешней среде.

Рассуждая формально, каждая система γ воздействует сама и испытывает воздействие со стороны бесчисленного множества внешних по отношению к ней систем S 1, S 2,…, S m, Sm +1(рис. IV.1, А), однако, избрав определенную меру интенсивности воздействия, можно установить конечное число внешних систем S 1,…, Sm, находящихся с данной системой γ во взаимодействии, с интенсивностью не менее некоторого заданного уровня (рис. IV.1, Б). Например, рассматривая трофические связи неко­торой популяции, мы можем пренебречь связями с интенсивно­стью менее 1·10-4 гС/м²/год.

Множество, состоящее из внешних систем, находящихся в существенной (в указанном смысле) связи с данной системой γ, назовем ее непосредственной окружающей средой системы γ и обозначим V = { S 1, S 2,…, Sk }. (IV.2)

Рис. IV.1. Система γ ⁰ и окружающая ее среда V^{0 .}

А —внешняя среда системы γ ⁰, состоя­щая из неограниченного множества

других систем: S 1, S 2,…, S 12,…

Б — непосредственная окружающая сре­да V⁰ = { S 1,…, S 6} системы γ ⁰, состоящая из тех внешних по отношению к ней систем, с которыми она имеет связи (отношения) достаточной интен­сивности (показаны сплошными стрел­ками, в отличие от несущественных связей, изображенных на А штриховы­ми линиями)

 

Множество связей (отношений) элементов системы между собой, а также элементов системы с внешней средой назовем структурой системы γ и обозначим так:

∑ = {σ1,…,σ r },

где r — число всех рассматриваемых связей, образующих структуру системы γ.

Внешняя среда, состав и структура системы могут изменяться с течением времени, что можно выразить записью:

V = V (t) = { S 1(t),…, Sk (t)},

χ = χ (t) = { Х 1(t),..., Хn (t)},

∑ = ∑(t) = {σ1(t),…,σ r (t)}.

Функцией системы γ назовем закон (совокупность правил) F, по которому в зависимости от внешних факторов V (t) происходит изменение во времени внутренних элементов χ (t) и структуры ∑(t) системы γ. Суммируя вышесказанное, можно дать следующее определение системы:

Системой γ (t), функционирующей в окружающей среде V (t) = { S 1(t),…, Sk (t)}, называется объект

γ (t) = γ (V (t), χ (t), ∑(t), F),

образованный элементами множества χ = χ (t) = { Х 1(t),..., Хn (t)}, которые связаны между собой и с окружающей средой определен­ными связями (отношениями). Совокупность связей образует структуру ∑ = ∑(t) = {σ1(t),…,σ r (t)}. И состав χ (t), и структура ∑(t) изменяются во времени в соответствии с функцией F.

Наглядным отображением принципов системности являются экосистемные исследования в гидроэкологии.