Определение системы.

Терминология теории систем

В настоящее время нет единства в определении понятия "система". В первых определениях в той или иной форме говорилось о том, что система - это элементы и связи (отношения) между ними. Например, основоположник теории систем Людвиг фон Берталанфи определял систему как комплекс взаимодействующих элементов или как совокупность элементов, находящихся в определенных отношениях друг с другом и со средой. А. Холл определяет систему как множество предметов вместе со связями между предметами и между их признаками. Ведутся дискуссии, какой термин - "отношение" или "связь" - лучше употреблять.

Позднее в определениях системы появляется понятие цели. Так, в "Философском словаре" система определяется как "совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях между собой определенным образом и образующих некоторое целостное единство".

В последнее время в определение понятия системы наряду с элементами, связями и их свойствами и целями начинают включать наблюдателя, хотя впервые на необходимость учета взаимодействия между исследователем и изучаемой системой указал один из основоположников кибернетики У. Р. Эшби.

М. Масарович и Я. Такахара в книге "Общая теория систем" считают, что система - "формальная взаимосвязь между наблюдаемыми признаками и свойствами".

Таким образом, в зависимости от количества учитываемых факторов и степени абстрактности определение понятия "система" можно представить в следующей символьной форме. Каждое определение обозначим буквой D (от лат. definitions) и порядковым номером, совпадающим с количеством учитываемых в определении факторов.

D1. Система есть нечто целое:

S=А(1,0).

Это определение выражает факт существования и целостность. Двоичное суждение А(1,0) отображает наличие или отсутствие этих качеств.

D2. Система есть организованное множество (Темников Ф. Е.):

S=(орг, М),

где орг - оператор организации; М - множество.

DЗ. Система есть множество вещей, свойств и отношений (Уемов А. И.):

S=({т},{n},{r}),

где т - вещи, n - свойства, r - отношения.

D4. Система есть множество элементов, образующих структуру и обеспечивающих определенное поведение в условиях окружающей среды:

S=(e, SТ, ВЕ, Е),

где e - элементы, SТ - структура, ВЕ - поведение, Е - среда.

D5. Система есть множество входов, множество выходов, множество состояний, характеризуемых оператором переходов и оператором выходов:

S=(Х, Y, Z, H, G),

где Х - входы, Y - выходы, Z - состояния, Н - оператор переходов, G - оператор выходов. Это определение учитывает все основные компоненты, рассматриваемые в автоматике.

D6. Это шестичленное определение, как и последующие, трудно сформулировать в словах. Оно соответствует уровню биосистем и учитывает генетическое (родовое) начало GN, условия существования КD, обменные явления МВ, развитие ЕV, функционирование FС и репродукцию (воспроизведения) RР:

S=(GN, KD, MB, EV, FC, RP).

D7. Это определение оперирует понятиями модели F, связи SС, пересчета R, самообучения FL, самоорганизации FQ, проводимости связей СО и возбуждения моделей JN:

S=(F, SС, R, FL, FO, СО, JN).

Данное определение удобно при нейрокибернетических исследованиях.

D8. Если определение D5 дополнить фактором времени и функциональными связями, то получим определение системы, которым обычно оперируют в теории автоматического управления:

S=(Т, X, Y, Z, W., V, h, j),

где Т - время, Х - входы, Y - выходы, Z - состояния, W. - класс операторов на выходе, V - значения операторов на выходе, h - функциональная связь в уравнении y(t₂)= h(x(t₁),z(t₁),t₂), j - функциональная связь в уравнении z(t₂)=j(x(t₁), z(t₁), t₂).

D9. Для организационных систем удобно в определении системы учитывать следующее:

S=(РL, RO, RJ, EX, PR, DT, SV, RD, EF),

где РL - цели и планы, RO - внешние ресурсы, RJ - внутренние ресурсы, ЕХ - исполнители, PR - процесс, DТ - помехи, SV - контроль, RD - управление, ЕF - эффект.

Последовательность определений можно продолжить до Dn (n=9, 10, 11, ...), в котором учитывалось бы такое количество элементов, связей и действий в реальной системе, которое необходимо для решаемой задачи, для достижения поставленной цели. В качестве "рабочего" определения понятия системы в литературе по теории систем часто рассматривается следующее: система - множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определенную целостность, единство.

Под системой, понимается объект свойства которого не сводятся без остатка к свойствам составляющих его дискретных элементов (неаддитив­ность свойств). Интегративное свойство системы обеспечивает ее целост­ность, качественно новое образование по сравнению с составляющими ее частями.

Любой элемент системы можно рассматривать как самостоятельную систему (математическую модель, описывающую какой - либо функциональный блок, или аспект изучаемой проблемы), как правило более низкого поряд­ка. Каждый элемент системы описывается своей функцией. Под функцией понимается присущее живой и костной материи вещественно-энергетические и информационные отношения между входными и выходными процессами. Если такой элемент обладает внутренней структурой, то его называют подсистемой, такое описание может быть ис­пользовано при реализации методов анализа и синтеза систем. Это нашло отражение в одном из принципов системного анализа - законе системнос­ти, говорящим о том что любой элемент может быть либо подсистемой в некоторой системе либо, подсистемой среди множества объектов аналогич­ной категории. Элемент всегда является частью системы и вне ее не представляет смысла.

Структуры систем. Виды и формы представления структур.

Структура отражает некоторую определенную внутреннюю взаимосвязь частей системы. Для представления информационных систем используют следующие виды структур:

- сетевая,

- иерархическая,

- матричная,

- структуры с произвольными связями.

Сетевая структура:

Сетевая структура – между элементами направленные связи.

Иерархическая структура:

Иерархическая структура характеризуется уровнями иерархии, часто используется в информационных системах.

Матричная структура:

Структура с произвольными связями:

Структура с произвольными связями – нет структурности связей между элементами.

Понятие системы ограничивает некоторое множество элементов, входящих в систему, то есть проводит условную границу, за пределами которой остаются элементы не вошедшие в рассматриваемую систему. Таким образом система обладает целостностью.

При рассмотрение системы обычно исследуется не все множество внешних элементов, а только те элементы, которые имеют какое-то отношение к рассматриваемой системе. Такие элементы образуют внешнюю среду. Внешняя среда множество существующих вне системы элементов любой природы, оказывающих влияние на систему, или находящихся под ее воздействием в условиях рассматриваемой задачи.

В любой реальной системе в силу диалектики всеобщности связей, явлений число существующих взаимодействий чрезвычайно велико, поэтому учесть все связи практически невозможно, таким образом при изучении системы число связей приходиться ограничивать и рассматривать только существенные связи, отделяя их от малозначимых.

Отсюда следует, что полученная система связана с внешней средой. По степени связи с внешней средой различают системы:

- замкнутые,

- открытые.

В замкнутых системах любой элемент имеет связь только с элементом этой системы (консервная банка). Открытой называют систему, у которой хотя бы один элемент имеет связь с внешней средой. Реальные системы всегда являются открытыми.

Множество элементов составляющих систему объединено в нее по некоторому определенному признаку и правилу. Всегда можно внести какие-то дополнительные признаки и разделить по ним множество элементов системы на подмножества, тем самым выделяя из системы подсистемы. Таким образом любую систему представленную как некоторое целое можно разбить на подсистемы (подсистема бухгалтерского учета). Это свойство называется членимостью системы.

То обстоятельство, что любая подсистема является одновременно и самостоятельной системой и подсистемой системы более высокого уровня, приводит к двум аспектам изучения системы. При изучении системы как целого на макроуровне основное внимание уделяется взаимодействию системы со внешней средой, причем систему более высокого уровня можно рассматривать как часть внешней среды. При таком подходе главным фактором в изучении системы – цель системы и условия ее функционирования. При изучении системы на микроуровне основным являются внутренние характеристики системы, взаимодействие элементов системы между собой, их свойства и условия функционирования. Для полного изучения необходимо сочетание обоих подходов.

Обобщенные функции системы можно представить в виде набора некоторых преобразований. Которые также можно разделить на две группы:

1. Связывает входы системы с ее внутренним состоянием:

Т:(Х®W),

где Х – входы системы (информационные потоки),

W – состояния системы.

При определенных значения параметров вход Х системы переходит в состояние W, которое характеризуется набором ее внутренних параметров.

2. Связывает состояния системы и выход У:

G:( W®Y).

С точки зрения внешней среды функция системы заключается в том, чтобы при определенном наборе входных параметров х, выходной параметр у принимал соответствующие этому набору значение: М:( Х®У).

Задачи по анализу и разработке системы в общем виде заключаются в определение содержаний множества (Х, W,У), в изучении зависимостей между ними и возможные преобразования множеств (Х®W) и ( W®Y), в выборе и реализации оптимальных в некотором смысле преобразований. Это относится и к информационным системам.