1.1. Классификация информации, необходимой для управления Природными и Социальными системами

Символ вещи есть закономерная упорядоченность вещи, однако данная в виде общего принципа ее конструирования, в виде порождающей ее модели.

А.Ф. Лосев, "Диалектика мифа"

Хорошо известно, что те же самые абстрактные структуры и математические модели появляются при рассмотрении Природных, Живых и технических объектов. Мы представим ниже наиболее общие черты, характерные для описания таких абстрактных структур, используя набор следующих определений.

Определение 1. Состояние среды называется неравновесным, если ее диссипативные свойства трансформируются в присутствии внешних потоков массы и/или  энергии.

Другими словами, среда под влиянием внешних потоков должна изменить свою структуру (вследствие чего ее диссипативные характеристики будут изменяться - как правило, они возрастают вследствие процессов самоорганизации: см. книгу Г. Хакена (сноска 1) для турбулентности и статьи для сложных систем).

Определение 2. Финитная (конечных размеров) область пространства - времени, в которой среда находится в неравновесном состоянии и которая реагирует на внешние потоки как единое целое, называется  когерентной структурой (КС).

Эти КС часто называются "диссипативными системами" - см. книгу Николиса и Пригожина.

Определение 3. Система называется открытой и неравновесной (ОНС), когда она содержит КС (одну или несколько).

Замечание 1. Наше определение ОНС отличается от обычно используемого в физике (см. книги, перечисленные в сноске 1) - там термин "неравновесная" применяется ко всем открытым системам вообще.

Определение 4. Состояние ОНС характеризуется как набором, так и/или параметрами КС, которые эта система содержит.

Другими словами, состояние ОНС есть класс инвариантности характеристик как системы, так и внешних потоков массы и/или энергии, при которых набор и КС, и характеристик этих КС, остается неизменными. Это определение состояния ОНС удобно для его использования в теории управления.

Определение 5. Состояние ОНС является устойчивым, когда существует некий ограниченный интервал внешних условий, при которых как набор КС, так и их характеристики в системе остаются неизменными. 

Определение 6. Совокупность внешних условий, при которых набор КС и/или их характеристик начинает изменяться, называется границей устойчивости ОНС.

Таким образом, произвольная иерархическая самоорганизованная система (ИСС) может быть представлена как иерархическая совокупность КС. В некоторых случая КС более высокого  уровня иерархии могут быть образованы из КС рассматриваемого уровня при помощи механизмов самоорганизации.

Формализм КС и ИСС в последние годы был применен к широкому кругу задач описания Природных и Социальных объектов, а также к проблеме распознавания КС. Например, в рамках идеологии КС и ИСС было успешно проведено описание металлов и суспензий (статьи в сноске 2), полимерных растворов, биологических организмов и экосистем, атмосферной турбулентности и социально - экономических систем, - таких как отдельные фирмы, партии и Государственное Управление (об этом подробнее см. параграфе 7.1).

Определение 7. Создание (или изменение, или сохранение в неизменности, - в зависимости от конкретных задач) новых КС и/или новых характеристик КС в ИСС называется управлением ИСС.

Как видно из Определений 4-7, для задач управления Природными и Социальными системами знания (данные, набор характеристик и т.п.) о состояниях и/или процессах в иерархической структуре КС играют роль информации. Эти знания (эти данные, этот набор характеристик) мы можем разделить на следующие группы, которые будем называть классами информации.

Характеристики, которые необходимы для описания границы рассматриваемого иерархического уровня как целого. В дальнейшем мы будем использовать для этой границы также название мембрана (отметим, что фиксация мембраны в пространстве и времени является неотъемлемой характеристикой живых организмов - см. также Послесловие). Этот класс информации мы обозначим как Мемб.

Характеристики, которые необходимы для описания структуры (например, - топологического строения) рассматриваемого иерархического уровня как целого. Это топологическое строение формируется из КС, из которых состоит рассматриваемый уровень. Этот класс информации мы обозначим как Топ.

Характеристики, которые необходимы для описания отдельных единиц - КС, из которых состоит рассматриваемый иерархический уровень. Этот класс информации мы обозначим как КС.

Характеристики, которые необходимы для описания взаимодействия (взаимоотношений) между отдельными единицами - КС, из которых состоит рассматриваемый иерархический уровень. Этот класс информации мы обозначим как Отн.

Но для управления ИСС необходимо описание как состояний, так и процессов в рамках каждого класса информации. Поэтому окончательно получаем 8 компонент информации, с использованием которых произвольный иерархический уровень в произвольной ИСС может быть описан адекватно. Например, состояние топологического строения данного уровня как целого в ИСС будет описываться компонентой информации С-Топ, - но процесс изменения топологического строения этого же уровня как целого в ИСС будет описываться компонентой информации П-Топ.

 Таким образом, получаем Предложение.

Предложение. Восьми компонент информации: С-Топ, П-Топ, С-Мемб, П-Мемб, С-КС, П-КС, С-Отн and П-Отн достаточно для адекватного описания произвольного иерархического уровня для каждой ИСС (то есть эти 8 компонент информации образуют базис в Информационном Пространстве).

Замечание 2. Процесс изменения топологической структуры для иерархического уровня в ИСС занимает некоторое время. Это время будет возрастать с ростом объема ИСС (вследствие возрастания количества КС в этом объеме - при предположении, что количество КС в единице объема постоянно).Это возрастание будет происходить по разным законам для разных ИСС (разных "объектов"). Интересно, что такая зависимость - T~mp, где T -характерное время (например, - продолжительность жизни) а m - объем объекта (масса), имеет место для всех биологических организмов, и, кроме того, показатель p>0 различен для различных видов биологических организмов (то есть p зависит от внутреннего топологического строения ИСС). Для социально - экономических систем подобная зависимость получена в статье автора (см. сноску 7, а также параграф 7.1). Таким образом, компонента информации П-Топ связана с характерными для ИСС временами монотонной зависимостью (другими словами, время является природной шкалой для измерения этой компоненты информации).

Компоненты информации С-, П-Топ и С-, П-Мемб мы назовем Иррациональными, подчеркивая то обстоятельство, что они являются абстрактными и универсальными для ИСС произвольной природы. Вероятно, они могут быть адекватно охарактеризованы математически.

Компоненты информации С-, П-КС и С-, П-Отн мы назовем Рациональными, так как они должны описывать конкретные КС, и поэтому они могут быть адекватно описаны в рамках отдельных научных дисциплин - физики, химии, биологии, психологии, экономики и т.п., - в зависимости от природы рассматриваемых объектов.

Отметим, что для высших уровней ИСС компоненты информации, которые были иррациональными для низшего иерархического уровня, могут войти как составная часть в рациональные компоненты информации для этого высшего уровня ИСС.

Символ вещи есть закономерная упорядоченность вещи, однако данная в виде общего принципа ее конструирования, в виде порождающей ее модели.

А.Ф. Лосев, "Диалектика мифа"

Хорошо известно, что те же самые абстрактные структуры и математические модели появляются при рассмотрении Природных, Живых и технических объектов. Мы представим ниже наиболее общие черты, характерные для описания таких абстрактных структур, используя набор следующих определений.

Определение 1. Состояние среды называется неравновесным, если ее диссипативные свойства трансформируются в присутствии внешних потоков массы и/или  энергии.

Другими словами, среда под влиянием внешних потоков должна изменить свою структуру (вследствие чего ее диссипативные характеристики будут изменяться - как правило, они возрастают вследствие процессов самоорганизации: см. книгу Г. Хакена (сноска 1) для турбулентности и статьи для сложных систем).

Определение 2. Финитная (конечных размеров) область пространства - времени, в которой среда находится в неравновесном состоянии и которая реагирует на внешние потоки как единое целое, называется  когерентной структурой (КС).

Эти КС часто называются "диссипативными системами" - см. книгу Николиса и Пригожина.

Определение 3. Система называется открытой и неравновесной (ОНС), когда она содержит КС (одну или несколько).

Замечание 1. Наше определение ОНС отличается от обычно используемого в физике (см. книги, перечисленные в сноске 1) - там термин "неравновесная" применяется ко всем открытым системам вообще.

Определение 4. Состояние ОНС характеризуется как набором, так и/или параметрами КС, которые эта система содержит.

Другими словами, состояние ОНС есть класс инвариантности характеристик как системы, так и внешних потоков массы и/или энергии, при которых набор и КС, и характеристик этих КС, остается неизменными. Это определение состояния ОНС удобно для его использования в теории управления.

Определение 5. Состояние ОНС является устойчивым, когда существует некий ограниченный интервал внешних условий, при которых как набор КС, так и их характеристики в системе остаются неизменными. 

Определение 6. Совокупность внешних условий, при которых набор КС и/или их характеристик начинает изменяться, называется границей устойчивости ОНС.

Таким образом, произвольная иерархическая самоорганизованная система (ИСС) может быть представлена как иерархическая совокупность КС. В некоторых случая КС более высокого  уровня иерархии могут быть образованы из КС рассматриваемого уровня при помощи механизмов самоорганизации.

Формализм КС и ИСС в последние годы был применен к широкому кругу задач описания Природных и Социальных объектов, а также к проблеме распознавания КС. Например, в рамках идеологии КС и ИСС было успешно проведено описание металлов и суспензий (статьи в сноске 2), полимерных растворов, биологических организмов и экосистем, атмосферной турбулентности и социально - экономических систем, - таких как отдельные фирмы, партии и Государственное Управление (об этом подробнее см. параграфе 7.1).

Определение 7. Создание (или изменение, или сохранение в неизменности, - в зависимости от конкретных задач) новых КС и/или новых характеристик КС в ИСС называется управлением ИСС.

Как видно из Определений 4-7, для задач управления Природными и Социальными системами знания (данные, набор характеристик и т.п.) о состояниях и/или процессах в иерархической структуре КС играют роль информации. Эти знания (эти данные, этот набор характеристик) мы можем разделить на следующие группы, которые будем называть классами информации.

Характеристики, которые необходимы для описания границы рассматриваемого иерархического уровня как целого. В дальнейшем мы будем использовать для этой границы также название мембрана (отметим, что фиксация мембраны в пространстве и времени является неотъемлемой характеристикой живых организмов - см. также Послесловие). Этот класс информации мы обозначим как Мемб.

Характеристики, которые необходимы для описания структуры (например, - топологического строения) рассматриваемого иерархического уровня как целого. Это топологическое строение формируется из КС, из которых состоит рассматриваемый уровень. Этот класс информации мы обозначим как Топ.

Характеристики, которые необходимы для описания отдельных единиц - КС, из которых состоит рассматриваемый иерархический уровень. Этот класс информации мы обозначим как КС.

Характеристики, которые необходимы для описания взаимодействия (взаимоотношений) между отдельными единицами - КС, из которых состоит рассматриваемый иерархический уровень. Этот класс информации мы обозначим как Отн.

Но для управления ИСС необходимо описание как состояний, так и процессов в рамках каждого класса информации. Поэтому окончательно получаем 8 компонент информации, с использованием которых произвольный иерархический уровень в произвольной ИСС может быть описан адекватно. Например, состояние топологического строения данного уровня как целого в ИСС будет описываться компонентой информации С-Топ, - но процесс изменения топологического строения этого же уровня как целого в ИСС будет описываться компонентой информации П-Топ.

 Таким образом, получаем Предложение.

Предложение. Восьми компонент информации: С-Топ, П-Топ, С-Мемб, П-Мемб, С-КС, П-КС, С-Отн and П-Отн достаточно для адекватного описания произвольного иерархического уровня для каждой ИСС (то есть эти 8 компонент информации образуют базис в Информационном Пространстве).

Замечание 2. Процесс изменения топологической структуры для иерархического уровня в ИСС занимает некоторое время. Это время будет возрастать с ростом объема ИСС (вследствие возрастания количества КС в этом объеме - при предположении, что количество КС в единице объема постоянно).Это возрастание будет происходить по разным законам для разных ИСС (разных "объектов"). Интересно, что такая зависимость - T~mp, где T -характерное время (например, - продолжительность жизни) а m - объем объекта (масса), имеет место для всех биологических организмов, и, кроме того, показатель p>0 различен для различных видов биологических организмов (то есть p зависит от внутреннего топологического строения ИСС). Для социально - экономических систем подобная зависимость получена в статье автора (см. сноску 7, а также параграф 7.1). Таким образом, компонента информации П-Топ связана с характерными для ИСС временами монотонной зависимостью (другими словами, время является природной шкалой для измерения этой компоненты информации).

Компоненты информации С-, П-Топ и С-, П-Мемб мы назовем Иррациональными, подчеркивая то обстоятельство, что они являются абстрактными и универсальными для ИСС произвольной природы. Вероятно, они могут быть адекватно охарактеризованы математически.

Компоненты информации С-, П-КС и С-, П-Отн мы назовем Рациональными, так как они должны описывать конкретные КС, и поэтому они могут быть адекватно описаны в рамках отдельных научных дисциплин - физики, химии, биологии, психологии, экономики и т.п., - в зависимости от природы рассматриваемых объектов.

Отметим, что для высших уровней ИСС компоненты информации, которые были иррациональными для низшего иерархического уровня, могут войти как составная часть в рациональные компоненты информации для этого высшего уровня ИСС.