Вычислительная техника в системном анализе

ВВЕДЕНИЕ В СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ КАК НАУЧНАЯ ДИСЦИПЛИНА

Системный анализ – это научная дисциплина, занимающаяся проблемами принятия решения в условиях анализа большого количества информации различной природы.

Из этого определения следует, что целью применения системного анализа к конкретной проблеме является повышение степени обоснованности принимаемого решения, расширение множества вариантов, среди которых производится выбор, с одновременным указанием способов отбрасывания тех из них, которые заведомо уступают другим.

Другими словами, системный анализ – это некая методика, позволяющая не упустить из рассмотрения важные стороны и связи изучаемого объекта, процесса, явления.

В системном анализе могут быть выделены:

· методология;

· аппаратная реализация;

· опыт применения в различных областях знания и практики.

Методология – базовое начало системного анализа, включает:

o определения используемых понятий;

o принципы системного подхода;

o постановку и общую характеристику основных проблем организации системных исследований.

Определения в методологии обычно даются на словесно интуитивном уровне и, как правило, обладают свойством конструктивности. Общепринятые определения создают язык данной науки, влияют на научное мышление. В системном анализе процесс выработки единых определений не закончен и весьма актуален в связи с междисциплинарным характером исследований.

Принципы системного подхода – это некоторые положения общего характера, являющиеся обобщением опыта работы человека со сложными системами. Часто их считают ядром методологии.

Постановка и характеристика проблем системных исследований (например, целенаправленная структуризация, оптимальное чередование исполнительских и управленческих операций, задача о системе с плавающей границей между ней и внешней средой и др.) составляют в настоящее время наименее освещенную часть методологии системного анализа.

Вернемся к составляющим частям системного анализа.

Под аппаратной реализацией будем понимать стандартные приемы моделирования принятия решения в сложной системе и общие способы работы с этими моделями. Модель строится в виде связных множеств (в простейшем случае – цепочек), отдельных процедур. Системный анализ исследует как организацию таких множеств, так и вид отдельных процедур, которые максимально приспосабливают для принятия согласующих и управленческих решений в сложной системе.

Модель обычно изображается в виде схемы с ячейками, связями между ячейками и логическими переходами. Ячейки содержат конкретные действия-процедуры, которые могут иметь весьма разнообразный характер. Совместное изучение процедур и их организации вытекает из того, что без учета содержания и особенностей ячеек создание схем оказывается невозможным. Эти схемы определяют стратегию принятия решения в сложной системе. Именно с проработки связного множества основных процедур принято начинать решение конкретной задачи.

Говоря об отдельных процедурах, укажем, что основной классификацией является деление на формализуемые процедуры (операции) и неформализуемые. Важным является то, что в отличие от большинства научных дисциплин, стремящихся к формализации, системный анализ допускает, что отнюдь не все следует систематизировать и дополнять строгими правилами действий.

В определенных ситуациях неформализуемые решения, принимаемые человеком, являются более предпочтительными, и активность человека внутри сложной системы может определять успех работы с ней. Таким образом, системный анализ рассматривает совместно формализуемые и неформализуемые процедуры, и одной из его задач является определение их оптимального соотношения.

Формализуемые стороны отдельных операций, как правило, лежат в области прикладной математики и использования средств вычислительной техники. В ряде случаев математическими методами исследуется связное множество процедур, а иногда производится и само моделирование принятия решения. Все это позволяет говорить о математической основе системного анализа. Высокий уровень абстрагирования в математике приводит к тому, что и фундаментально-прикладные, и даже чисто вычислительные исследования, выполняются безотносительно к тому, как их результаты будут использоваться дальше.

В системном анализе существует и другое направление, берущее свое начало в исследовании сложных, многоаспектных проблем социологии, философии, других гуманитарных наук. Эти два базовых начала практически едины в области методологии, но заметно расходятся в аппаратной реализации и в приложениях.

Третья часть системного анализа – опыт его применения в различных областях – чрезвычайно обширна по содержанию. Важнейшими разделами являются научно-технические разработки и различные задачи экономики. Перечень тех ветвей науки, где ссылки на системность исследований, анализа, подхода являются обычными, включает биологию, экологию, военное дело, психологию, социологию, медицину, управление государством, обучение и тренировку, выработку научного мировоззрения и многое другое.

СИСТЕМА И ЕЕ СВОЙСТВА

Понятие системы вошло в обиход в начале ХХ века, но долгое время использовалось лишь в самом общем смысле. Развитие представлений о взаимосвязи различных отраслей науки, формирование идей кибернетики сделали необходимым строгое определение системы.

Системой называется упорядоченная совокупность взаимодействующих элементов, объединенных определенными связями, предназначенная для достижения заданной цели и достигающая ее наилучшим (по возможности) образом.

Подчеркивается единство трех основных составляющих понятий системы – элементов, связей, операций. Достоинство данного определения – в простоте и раскрытии сущности систем, недостаток – в отсутствии однозначности (произвольно взятый элемент системы сам является системой, а произвольно взятая система может рассматриваться как элемент более крупной системы).

Элементом назовем некоторый объект (материальный, энергетический, информационный), обладающий рядом важных для нас свойств, но внутреннее строение (содержание) которого не является в данном случае целью рассмотрения.

Связью назовем важный для целей рассмотрения обмен между элементами веществом, энергией, информацией. Частным случаем связи выступает воздействие.

Свойства систем

Целостность систем. Элементы системы функционируют во времени взаимосвязано как единое целое. Каждый из них работает ради достижения единой цели, стоящей перед всей системой. Система не должна рассматриваться как простая сумма элементов. Нужно учитывать эффект взаимодействия элементов, благодаря которому некоторые свойства накапливаются, усиливаются и в совокупности может появиться новое свойство, присущее всей системе.

Эмерджентность систем – способность сложной системы проявлять общесистемные свойства и порождать системный эффект, не присущий отдельным элементам системы.

Целевое назначение системы. Для какой цели образована система, какие перед ней ставятся задачи.

Примеры систем: солнечная система, живой организм (биологическая система), экологическая система, транспортная система, система линейных алгебраических уравнений, язык (языковая система), система Станиславского (театральная система), система химических элементов (таблица Менделеева), автоматизированная система управления технологическим процессом.

Большой системой назовем систему, включающую значительное число однотипных элементов и однотипных связей.

Сложной системой назовем систему, состоящую из элементов разных типов и обладающую разнородными связями между ними.

Большой, но не сложной с точки зрения механики системой является собранная из стержней стрела крана или, например, труба газопровода. Элементами последней будут ее участки между сварными швами или опорами. Для расчетов на прогиб элементами газопровода, скорее всего, будут считаться относительно небольшие (порядка метра) участки трубы. Так поступают в известном методе конечных элементов. Связь в данном случае имеет силовой (энергетический) характер – каждый элемент действует на соседний.

Различие между большой системой и сложной системой условно. Так, корпуса ракет или судов, которые, на первый взгляд, однородны, обычно относят к сложной системе – из-за наличия переборок разного вида, усилителей, слоистой конструкции. Типичными примерами сложных систем являются судно, самолет, ракета, системы управления ими, электронно-вычислительная машина, транспортная сеть города и многое другое.

В настоящее время важным классом сложных систем выступают так называемые автоматизированные системы. Слово «автоматизированный» указывает на участие человека, использование его активности внутри системы при сохранении значительной роли технических средств. Так, цех, участок, сборка могут быть как автоматизированными, так и автоматическими («цех-автомат»). Для сложной системы автоматизированный режим считается более предпочтительным. Например, посадка самолета выполняется при участии человека, а автопилот обычно используется лишь на относительно простых движениях. Также типична ситуация, когда решение, выработанное техническими средствами, утверждается к исполнению человеком.

Итак, автоматизированной системой называется сложная система с определяющей ролью элементов двух типов в виде:

· технических средств;

· действий человека.

СТРУКТУРА И ИЕРАРХИЯ СИСТЕМ

Структурой системы называется разбиение системы на группы элементов с указанием связей между ними, неизменное на все время рассмотрения и дающее представление о системе в целом. Указанное разбиение может иметь материальную (вещественную), функциональную, алгоритмическую и другие основы.

Группы элементов в структуре обычно выделяются по принципу простых или относительно более слабых связей между элементами разных групп. Структуру системы удобно изображать в виде графической схемы, состоящей из ячеек (групп) и соединяющих их линий (связей). Такие схемы называются структурными.

Приведем примеры структур. Вещественная структура сборного моста состоит из его отдельных, собираемых на месте секций. Грубая структурная схема такой системы укажет только эти секции и порядок их соединения. Последнее и есть связи, которые здесь носят силовой характер. Пример функциональной структуры – это деление двигателя внутреннего сгорания на системы питания, смазки, охлаждения, передачи силового момента и др. Пример системы, где вещественные и функциональные структуры слиты, – это отделы проектного института, занимающиеся разными сторонами одной и той же проблемы. Типичной алгоритмической структурой будет алгоритм (схема) программного средства, указывающая последовательность действий. Также алгоритмической структурой будет инструкция, определяющая действия при отыскании неисправности технического объекта.

Примерами структур других типов являются календарь (временная структура) или деление книги на главы. Ситуация с книгой интересна тем, что здесь основа деления может быть информационной (в научной литературе), вещественной (для типографии глава – это количество бумаги и рабочего труда) или более сложной, например, основанной на наборе эстетических воздействий на читателя (для художественной литературы).

Структура системы может быть охарактеризована по имеющимся в ней (или преобладающим) типам связей. Простейшими из них являются последовательное, параллельное соединение элементов и обратная связь.

Поясним понятие обратной связи. Оно означает, что результат функционирования элемента влияет на поступающие на него воздействия. Как правило, обратная связь выступает важным регулятором в системе. Крайне редко встречается система без того или иного вида обратной связи.

Рис. 1.1. Простейшие типы связей

Близким к понятию структуры является термин декомпозиция.

Декомпозицией называется деление системы на части, удобное для каких-либо операций с этой системой. Примерами декомпозиции будут: рассмотрение физического явления или математическое описание отдельно для данной части системы; разделение объекта на отдельно проектируемые части, зоны обслуживания; другие частично или полностью независимые манипуляции с частями системы.

Важнейшим стимулом и сутью декомпозиции является упрощение системы, слишком сложной для рассмотрения целиком. Такое упрощение может:

· фактически приводить к замене системы на некоторую другую, соответствующую исходной – это делается вводом гипотез об отбрасывании или ослаблении отдельных связей в системе;

· полностью соответствовать исходной системе и при этом облегчать работу с ней – такая декомпозиция, называемая строгой, требует специальных процедур согласования и координации рассмотрения частей.

Иерархией назовем структуру с наличием подчиненности, т.е. неравноправных связей между элементами, когда воздействия в одном из направлений оказывают гораздо большее влияние на элемент, чем в другом.

Виды иерархических структур разнообразны. Среди них встречаются такие экзотические, как кольцевые (первый элемент доминирует над вторым, второй – над третьим и т.д., но последний – над первым) или меняющие направление доминирования. Но основных, важных для практики иерархических структур всего две – древовидная (веерная) и ромбовидная.

Древовидная структура наиболее проста для анализа и реализации. В ней почти всегда удобно выделять так называемые иерархические уровни – группы элементов, находящиеся на одинаковом (по числу промежуточных элементов) удалении от верхнего (главенствующего) элемента. Примеры таких структур в искусственных и живых системах чрезвычайно многочисленны:

- цепочка «министерство–главк–завод–цех–бригада–звено»;

- задача проектирования технического объекта – от его основных характеристик (верхний уровень) через проектирование основных частей, функциональных систем, групп агрегатов, механизмов до уровня отдельных деталей;

- иерархия целей в задаче автоматизированного производства – от цели участка, состоящей в максимальном выпуске продукции, до программного обеспечения отдельной операции на станке (цель – операция);

- живая природа – иерархия по признаку управляемости процессов в организме, иерархия в стаде и др.

Ромбовидная структура ведет к двойной (иногда и более) подчиненности, отчетности, принадлежности нижнего элемента. В технике – это участие данного элемента в работе более чем одного узла, блока, использование одних и тех же данных или результатов измерений в разных задачах.

Рис. 1.2. Примеры иерархических структур:
а) древовидной; б) ромбовидной.

Любая иерархия сужает возможности и гибкость системы. Элементы нижнего уровня сковываются доминированием сверху, они способны влиять на это доминирование лишь частично и с задержкой. Введение иерархии резко упрощает создание и функционирование системы, и поэтому ее можно считать вынужденным, но необходимым приемом рассмотрения сложных систем.

Отрицательные последствия введения иерархии во многом могут быть преодолены предоставлением отдельным элементам возможности реагировать на часть воздействий без жесткой регламентации сверху.

МОДУЛЬНОЕ СТРОЕНИЕ СИСТЕМЫ

До сих пор мы называли связью воздействия одного элемента (или группы элементов) на другой элемент (группу). Ничто не мешает распространить понятие связи и на взаимодействие системы с элементами, находящимися за пределами рассмотрения, которые обычно называют внешней средой.

Следующий шаг в исследовании связей в системе состоит в выделении:

· всех тех воздействий, которые данный элемент испытывает со стороны других элементов и со стороны внешней среды;

· воздействий, которые он оказывает на другие элементы и на внешнюю среду.

Первую группу воздействий принято называть входами (воздействия на элемент), а вторую – выходами (воздействия от элемента).

Выходы элемента определяются входами и его внутренним строением. Говорят, что выход есть функция от входа и самого элемента.

Язык входов и выходов переносится на произвольную совокупность элементов, включая и всю систему целиком. И здесь можно говорить обо всех входящих и выходящих воздействиях. Это не просто удобный, но весьма плодотворный подход к рассмотрению системы, поскольку, характеризуя группу элементов только входами и выходами, можно получить возможность оперировать этой частью системы, не вникая, как связаны и взаимодействуют между собой ее элементы, то есть уйти от детализации в описании при сохранении основных особенностей системы.

Модулем называется группа элементов системы, описываемая только своими входами и выходами и обладающая определенной цельностью.

Система может представляться набором модулей и сама рассматриваться как модуль. Модульное построение системы, как правило, определяет ее декомпозицию. Нередко оно определяет и структуру. Однако значение понятия модуля в системном анализе и смежных с ним дисциплинах еще шире. Деление системы на модули – это удобный и наиболее распространенный прием работы с искусственными системами, включая их создание (проектирование), проверку, настройку, усовершенствование.

Именно модульное строение системы в сочетании с принципом введения все более крупных модулей при сохранении обозримого объема входов и выходов позволяет рассматривать сколь угодно сложные системы. Примерами реализации этого положения на практике являются создание из сотен тысяч элементов (материальных, информационных, энергетических) вычислительных машин четвертого поколения, а также создание информационных систем и вычислительных сетей, охватывающих целый ряд стран, включая их многоуровневое программное обеспечение. Разработка таких систем обычно идет «сверху», с продумыванием назначения, входов и выходов модулей верхнего уровня, и далее спускается вниз, все больше детализируя систему.

Заметим также, что понятие модуля близко к концепции «черного ящика» в кибернетике – так называют объект, в котором известна только зависимость выходов от входов. Однако в отличие от такой крайней ситуации здесь, при исследовании сложных систем, обычно можно проанализировать, что же происходит внутри модуля, но удобно не делать этого на определенной стадии рассмотрения.

Управление системами

Целенаправленное вмешательство в процесс в системе назовем управлением. Управление – самое важное понятие для целенаправленных систем. Оно естественным образом связано с постановкой целей: именно возможность вмешательства, выбора, альтернативы делает процесс в системе вариативным, а один или более из этих вариантов ведущим к достижению цели.

Управление – универсальный термин в смысле огромного многообразия его конкретных реализаций: в математических моделях можно выбирать числа, функции, алгоритмы, графовые структуры; в технических системах – силы, геометрические размеры, различные сигналы, включая команды ЭВМ, физические величины – от температуры до жесткости материала, концентрации и перемещения веществ; в экономике – размеры финансирования, материальные ресурсы и сроки их поставки, расстановку кадров; в социальной области – приказы, советы, действия, влияние на общественное мнение, организацию новых коллективов. Подчеркнем, что здесь перечислена лишь малая доля того, чем в целях управления можно распоряжаться в сложной системе.

Управление – чрезвычайно широкий и свободный в употреблении термин. Строгий подход к управлению требует четкого, однозначного определения:

· того, чем распоряжаемся;

· каковы пределы, в которых можно выбирать;

· каково влияние данного управления на процесс.

Но на практике по всем перечисленным требованиям могут быть неясности, а двумя последними иногда вовсе пренебрегают. Это может приводить, в частности, к тому, что управление не будет вести к цели. Такое положение возможно и в строгой трактовке управления, когда отсутствует описание процесса в системе. В этом случае просто набирается опыт работы с «черным ящиком».

Наконец, следует сказать, что в случае, когда исходят из цели (что чаще всего и бывает), может быть ситуация, при которой не существует управления, обеспечивающего ее достижение. Тогда пробуют расширить пределы, в которых выбирается управление, ввести новые управляющие воздействия (т.е. еще что-то разрешить менять), иногда кардинально изменяют структуру системы. В этой ситуации цель не лежит в области достижимости, которая обеспечивается имеющимися управлениями, и надо либо расширять эту область, либо переместить в ее направлении цель.

Краткий анализ понятия управления завершим указанием на то, что источником, формирующим управляющие команды, могут быть:

· технические средства (управляющие и другие ЭВМ, микропроцессоры, программные устройства, регуляторы, следящие, стабилизирующие, компенсирующие системы и др.);

· действия и решения человека (оператора, водителя, диспетчера, эксперта администратора, ответственного лица и др.).

Оба эти источника обладают как рядом общих свойств, определяемых их воздействующим характером на процессы в системе, так и существенными отличиями. Оба источника имеют свои достоинства и недостатки. Поэтому их полезно использовать совместно. Такие объекты принято называть автоматизированными системами управления (АСУ). Современную тенденцию в развитии АСУ можно определить, как поручение техническим средствам формировать все те управляющие воздействия и выполнять все те сопутствующие операции, которые они делают качественнее и быстрее человека.

ПРИНЦИПЫ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА

Системным подходом, понимаемым как часть методологии системного анализа, называется применение ряда методологических положений (принципов) общего характера к исследованию систем. Известно около двух десятков таких принципов, связанных с необходимостью изучать систему комплексно, в ее разумной полноте, связности, организованности.

Что же такое системность, что означает слово «системный», применяемое вместе с большим количеством терминов и понятий?

Поиски ответа на этот вопрос приводят нас к убеждению, что сложный объект надо рассматривать и как целое, и как состоящее из отдельных частей. Нужно исследовать предмет с разных сторон и точек зрения, вдаваться в его внутреннее строение и организацию...

Все это приводит к формулировке положений, которые принято называть принципами системного подхода, то есть к утверждениям, обобщающим опыт работы человека со сложными системами:

· принцип конечной цели: абсолютный приоритет конечной (глобальной) цели;

· принцип единства: совместное рассмотрение системы как целого и как совокупности частей (элементов);

· принцип связности: рассмотрение любой части совместно с ее связями с окружением;

· принцип модульного построения: полезно выделение модулей в системе и рассмотрение ее как совокупности модулей;

· принцип иерархии: полезно введение иерархии частей (элементов) и (или) их ранжирование;

· принцип функциональности: совместное рассмотрение структуры и функции с приоритетом функции над структурой;

· принцип развития: учет изменяемости системы, ее способности к развитию, расширению, замене частей, накапливанию информации;

· принцип децентрализации: сочетание в принимаемых решениях и управлении централизации и децентрализации;

· принцип неопределенности: учет неопределенностей и случайностей в системе.

Отметим, что хотя все перечисленные принципы так или иначе затрагиваются практически при любом изложении системного подхода, их формулировки пока не являются общепринятыми.

Рассмотрим введенные принципы более подробно.

Принцип конечной цели

Первый из принципов – принцип конечной цели – означает, что в целенаправленной системе все должно быть подчинено глобальной цели. Любая попытка изменения, совершенствования и управления в такой системе должна оцениваться с точки зрения того, помогает или мешает она достижению конечной цели. Это накладывает особую ответственность на выбор цели и ее четкую трактовку.

Расплывчатые, не полностью определенные конечные цели влекут за собой неясности в структуре и управлении системой, и неверные действия в системе. Такие действия могут быть и следствием неверия в конечную цель или в возможность ее достижения.

В несколько измененной трактовке принцип конечной цели применяют и к системам, которые не являются целенаправленными. В этом случае понятие конечной цели заменяют понятиями основной функции, основного назначения, свойства системы. При этом принцип указывает, что изучение и работа с системой должны вестись на базе первоочередного уяснения этих понятий.

 

Принцип единства и связи

Следующие два принципа: принцип единства и принцип связности, обладают довольно тесной взаимосвязью и иногда даже объединяются в один принцип единства и связи. Однако, существуют причины, по которым их полезно рассматривать отдельно.

Во-первых, принцип единства – это ориентация на «взгляд вовнутрь» системы или ее части, а принцип связи – на «взгляд изнутри». В разные моменты исследования полезна либо та, либо другая ориентация.

Во-вторых, рекомендуемое в принципе единства расчленение системы с сохранением целостных представлений о ней на практике довольно резко отличается от процедуры выявления всевозможных связей, рекомендуемой в принципе связности.

Наконец, процедура выявления связей, примененная ко всей системе целиком, приводит к принципу учета внешней среды, который упоминают в литературе, но который, как следует из вышесказанного, не считают самостоятельным.

Принцип иерархии

Принцип иерархии акцентирует внимание на полезности определения в системе иерархического (доминирующего) характера связей между элементами, модулями, целями.

Поясним смысл слова «ранжирование» в формулировке принципа. Иерархические системы обычно исследуются и создаются «сверху», начиная с анализа модулей первого иерархического уровня. В случае отсутствия иерархии исследователь должен решить, в каком порядке он будет рассматривать части системы. Так, например, конструктор при создании нового образца выделяет в нем начальный элемент, к которому потом мысленно или на чертеже подгоняет второй, третий, следующие. Наладчик начинает поиск неисправности в системе с тестов, определяющих наиболее типичные отказы. Таким образом, они вводят порядок рассмотрения системы, который и называется ранжированием. В сочетании с иерархией в системе, ранжирование применимо и для введения очередности рассмотрения модулей одного и того же уровня.

Принцип функциональности

Для разбора принципа функциональности напомним, что мы определяли функцию системы как ее некоторое свойство. Функция для нас – это то, что система (модуль, элемент) «может делать» важного для целей рассмотрения.

Принцип функциональности утверждает, что любая структура тесно связана с функцией системы и ее частей, и исследовать или создавать структуру необходимо после уяснения функций в системе.

На практике этот принцип означает, что в случае придания системе новых функций полезно пересматривать ее структуру, а не пытаться втиснуть новую функцию в старую схему. Так, перестройка производства, связанная с введением автоматизации, ведет как к возникновению новых подразделений (вычислительный центр, группа системных программистов, группа создания и сопровождения банка данных), так и к перестройке структуры имеющихся. Эти изменения затрагивают, естественно, и систему управления.

Принцип развития

Принцип развития достаточно хорошо пояснен в его формулировке. Понятие развития, изменяемости при сохранении качественных особенностей выделяется почти в любой естественной системе, а в искусственных системах возможность развития, усовершенствования, как правило, закладывается в основу ее создания. При модульном построении такое развитие обычно сводится к замене и добавлению модулей (частей). Так, возможности расширения функций и модернизации закладываются в принципы построения банков данных и знаний, программных комплексов, многоцелевых роботов и других сложных технических систем.

Следует, однако, заметить, что пределы расширения функций обычно определены и достаточно ограничены. Вряд ли будет разумно создавать универсальное программное средство, способное управлять станком и играть в шахматы. Вряд ли кому-нибудь понадобится и робот, способный работать у плавильной печи и в квартире. Но вот замена частей, модернизация представляются нам безграничными. Практически безграничны и возможности запоминания информации, ведущие к самообучению, самоорганизации, искусственному интеллекту. Таким образом, использование принципа развития лежит в основе разработки этих направлений.

Принцип децентрализации

Принцип децентрализации рекомендует, чтобы управляющие воздействия и принимаемые решения исходили не только из одного центра (главенствующего элемента). Ситуация, когда все управления исходят из одного места, называется полной централизацией. Такое положение считается оправданным лишь при особой ответственности за все, происходящее в системе, и при неспособности частей системы самостоятельно реагировать на внешние воздействия. Система с полной централизацией будет негибкой, неприспосабливающейся, не обладающей «внутренней активностью». Весьма вероятно, что в такой системе каналы информации, ведущие к главному элементу, окажутся перегруженными, а сам этот элемент, будучи не в состоянии переработать такое количество информации, начнет выдавать неправильные управления.

Однако чем выше степень децентрализации решений в системе, тем сложнее они согласовываются с точки зрения выполнения глобальной цели. Достижение общей цели сильно децентрализованной системой может обеспечиваться лишь каким-либо устойчиво работающим механизмом регуляции, не позволяющим сильно уклоняться от поведения, ведущего к выполнению цели. Такое положение встречается достаточно редко; во всех этих случаях имеет место ситуация с сильной обратной связью. Таково функционирование рыночной экономики; в области живой природы – взаимодействие в системе, состоящей из акулы и маленьких рыбок лоцманов, которые наводят акулу на косяки рыб и питаются остатками ее пищи.

В системах, где устойчивых механизмов регуляции нет, неизбежно наличие той или иной степени централизации. При этом возникает вопрос об оптимальном сочетании команд извне (сверху) и команд, вырабатываемых внутри данной группы элементов. Общий принцип такого сочетания прост: степень централизации должна быть минимальной, обеспечивающей выполнение поставленной цели.

Принцип неопределенности

Принцип неопределенности утверждает, что мы можем иметь дело с системой, в которой нам не все известно или понятно. Это может быть система с невыясненной структурой, с непредсказуемым ходом процессов, со значительной вероятностью отказов в работе элементов, с неизвестными внешними воздействиями и др. Частным случаем неопределенности выступает случайность – ситуация, когда вид события известен, но оно может либо наступить, либо не наступить. На основе этого определения можно ввести полное поле событий – это такое их множество, про которое известно, что одно из них наступит.

Как же оказывается возможным учесть неопределенность в системе? Существует несколько способов, каждый из которых основан на информации определенного вида.

Во-первых, можно оценивать «наихудшие» или в каком-то смысле «крайние» возможные ситуации и рассмотрение проводить для них. В этом случае определяют некое «граничное» поведение системы и на основе его можно делать выводы о поведении вообще. Этот способ называют методом гарантированного результата.

Во-вторых, по информации о вероятностных характеристиках случайностей (математическому ожиданию, дисперсии, другим оценкам) можно определять вероятностные характеристики выходов в системе. При этом, в связи со своеобразной трактовкой вероятностных результатов, можно получить сведения лишь об усредненных характеристиках совокупности однотипных систем.

В-третьих, за счет дублирования и других приемов оказывается возможным из «ненадежных» элементов составлять достаточно «надежные» части системы. Математическая оценка эффективности такого приема также основана на теории вероятностей и носит название теории надежности.

Информация, данные, знания

В целом информация в системе выступает как собирательный термин для обозначения всех нужных сведений об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые используются для уменьшения имеющейся о них степени неопределенности, неполноты знаний.

Понятие информации обладает высокой степенью универсальности. В широком смысле функционирование системы можно трактовать как преобразование входной информации в выходную. Такая точка зрения особенно полезна в системном анализе.

Часто под термином информация подразумевают данные.

Информация получается из данных, если над ними произведена некоторая обработка, повышающая их ценность. Данные могут рассматриваться как признаки или записанные наблюдения, которые по каким-то причинам не используются, а только хранятся. В том случае, если появляется возможность использовать эти данные для уменьшения неопределенности о чем-либо, данные превращаются в информацию. Поэтому информацией являются используемые данные.

Свойства информации:

- важность;

- достоверность;

- своевременность;

- доступность.

Кроме того, следует различать такие понятия, как информация и знания. Приведем сравнительный анализ указанных понятий, выделив их основные отличительные признаки.

Информация:

- всегда связана с какими-либо данными;

- широко распространена, находится повсюду;

- может генерироваться людьми, компьютерами, другими машинами;

- легко воспринимается и легко передается;

- как правило, статична;

- взаимосвязана с другой информацией;

- обладает стоимостью, необходимой на создание и поддержку;

- может использоваться кем угодно и когда угодно.

Знания:

- имеют отношения к данным и информации, но не всегда с ними связаны;

- дефицитны, их непросто добывать;

- генерируются только людьми;

- трудны для восприятия;

- динамичны; обладают скоростью передачи и восприятия;

- для успешного восприятия требуют четких границ их понимания;

- могут быть очень дороги, цена при этом не фиксирована;

- обладают сроком и целью использования.

Информационная система

Добавление к понятию система слова информационная отражает цель ее создания и функционирования.

Информационная система – взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели.