Сущность системного подхода

В основе разработки и использовании любой ИТ должен лежать системный подход. Только такой подход может комплексно охватить проблему. Если ИТ рассматривается как система, то под этой системой мы будем понимать совокупность функциональных элементов и отношений между ними, преследующих определенную цель на определенном временном интервале. В зависимости от поставленной цели будут меняться функциональные элементы и отношения между ними. Это значит, что мы можем выделить ряд конкретных ИТ в зависимости от цели их применения.

Рассмотрим основные понятия, характеризующие строение и функционирование систем.

Структура системы — это совокупность элементов и связей между ними. Структура может быть представлена графически, в виде теоретико-множественных описаний, матриц, графов и других языков моделирования структур.

Входами называются элементы системы, к которым приложены входные воздействия или на которые поступают входные сигналы.

Входными показателями называются те показатели системы, которые изменяются в результате входного воздействия или сигнала.

Выходами называются элементы системы, которые осуществляют воздействие или передают сигнал в другую систему.

Выходными показателями называются те показатели системы, изменения которых вызывают выходное воздействие или выходной сигнал, либо сами являются таким воздействием или сигналом.

Сигнал есть сообщение о состоянии элемента.

Сообщение — это совокупность сигналов.

Иерархия — это упорядоченность компонентов по степени важности (многоступенчатость, служебная лестница). Между уровнями иерархической структуры могут существовать взаимоотношения строгого подчинения компонентов (узлов) нижележащего уровня одному из компонентов вышележащего уровня, т. е. отношения так называемого древовидного порядка.

Понятие связь входит в любое определение системы наряду с понятием «элемент» и обеспечивает возникновение и сохранение структуры и целостных свойств системы. Это понятие характеризует одновременно и строение (статику), и функционирование (динамику) системы. Связь характеризуется направлением, силой и характером (или видом). По первым двум признакам связи можно разделить на направленные и ненаправленные, сильные и слабые, а по характеру — на связи подчинения, генетические, равноправные (или безразличные), связи управления. Связи можно разделить также по месту приложения (внутренние и внешние), по направленности процессов в системе в целом или в отдельных ее подсистемах (прямые и обратные). Связи в конкретных системах могут быть одновременно охарактеризованы несколькими из названных признаков. Важную роль в системах играет понятие «обратной связи». Обратная связь является основой саморегулирования и развития систем, приспособления их к изменяющимся условиям существования.

Состояние системы — это совокупность значений ее показателей. Все возможные состояния системы образуют ее множество состояний. Если в этом множестве определено понятие близости элементов, то оно называется пространством состояний.

Движение (поведение) системы — это процесс перехода системы из одного состояния в другое, из него в третье и т.д. Если переход системы из одного состояния в другое происходит без прохождения каких-либо промежуточных состояний, то система называется дискретной. Если при переходе между любыми двумя состояниями система обязательно проходит через промежуточное состояние, то она называется динамической (непрерывной).

Различают следующие режимы движения системы:

- равновесный, когда система находится все время в одном и том же состоянии;

- периодический, когда система через равные промежутки времени проходит одни и те же состояния;

- переходный режим — движение системы между двумя периодами времени, в каждом из которых система находилась в стационарном режиме;

- апериодический режим — система проходит некоторое множество состояний, однако закономерность прохождения этих состояний является более сложной, чем периодические, например, переменный период;

- эргодический режим — система проходит все пространство состояний таким образом, что с течением времени проходит сколько угодно близко к любому заданному состоянию.

Если система находится в равновесном или периодическом режиме, то говорят, что она находится в установившемся или стационарном режиме.

Суммируя сказанное выше, перечислим свойства систем:

- Целостность — появление нового качества в объединении именно этого набора элементов. Важно доказать целостность потерей системных качеств при исключении любого из выделенных элементов системы.

- Разнообразие — наличие качественно различных элементов системы, несущих различные функции.

- Связность — осуществление обмена информацией между элементами системы, невозможность включения в систему элементов без информационного обмена.

- Целенаправленность — возможность управления системой путем изменения параметров в одном элементе для преобразования состояния других.

- Устойчивость — (гомеостаз) способность сохранения свойств системы при достаточно широком изменении параметров среды.

Остановимся на применении системного анализа и синтеза сложных систем.

Системный подход — это направление исследования объекта с разных сторон, комплексно, в отличие от ранее применявшихся (физических, структурных и т.д.). При системном подходе в рамках моделирования систем необходимо прежде всего четко определить цель моделирования. Необходимо помнить, что невозможно полностью смоделировать реально функционирующую систему (систему-оригинал), а необходимо создать модель (систему-модель) под поставленную проблему при решении конкретной задачи. В конечном итоге моделирование должно адекватно отражать реальные процессы поведения исследуемых систем. Одной из целей моделирования является ее познавательная направленность. Выполнению этой цели способствует правильный отбор в создаваемую модель элементов системы, структуры и связей между ними, критерия оценки адекватности модели. При таком подходе упрощается классификация реальных систем и их моделей.

Таким образом, в целом системный подход предполагает следующие этапы решения проблемы:

1. Изучение предметной области (качественный анализ).

2. Выявление и формулирование проблемы.

3. Математическая (количественная) постановка проблемы.

4. Натурное и/или математическое моделирование исследуемых объектов и процессов.

5. Статистическая обработка результатов моделирования.

6. Поиск и оценка альтернативных решений.

7. Формулирование выводов и предложений по решению проблемы.

Есть целый ряд определений систем ИТ. Мы рассмотрим ИТ как часть метасистемы - информатики. ИТ как совокупность моделей, методов и средств обработки данных представляет собой логический уровень информатики. На этом уровне на основе программно-аппаратных средств ВТ и средств связи создаются информационно-управляющие системы на пользовательском, прикладном уровне информатики.

Существует достаточно условная градация систем: по характеру функционирования (детерминированные и вероятностные) и по степени сложности. Критерий сложности достаточно условный, но тем не менее удобен и применяем, поэтому классификацию систем по указанному принципу.

1. Простые динамические системы - не имеют разветвленной структуры, не большое количество элементов и связей. Они могут содержать от 10 до 1000 элементов, в простых системах отсутствуют иерархические уровни.

2. Сложные системы - с развитой иерархической структурой, большим числом элементов и внутренних связей. Связи могут содержать от 10000 до 10 млн. элементов. Их невозможно или очень трудно корректно описать математически.

3. Очень сложные системы - большие системы. Академик Б.И. Петров, один из основоположников теории больших систем, предложил для них ряд необходимых и достаточных свойств, наличие которых позволяет считать систему большой. К этим свойствам относятся:

1. наличие структуры;

2. наличие единой цели функционирования;

3. устойчивость к внешним и внутренним возмущениям;

4. комплексный состав системы;

5. способность к развитию (и в пределе способность к самообучению).