Состав и структура системы

Внутреннее устройство системы представляет собой единство состава, организации и структуры системы.

Определение 1.30. Состав системы это перечень элементов входящих в систему, или совокупность всех элементов, из которых состоит система.

Состав характеризует богатство и многообразие системы, ее сложность. Природа системы во многом зависит от ее состава, изменение которого приводит к изменению свойств системы. Состав является необходимой, но не достаточной характеристикой системы. Системы, имеющие одинаковый состав, нередко обладают разными свойствами, поскольку элементы систем имеют различную внутреннюю организацию и по-разному взаимосвязаны. Поэтому в теории систем есть две дополнительные характеристики: организация и структура системы. Иногда эти два понятия отождествляют.

Как было указано выше, если множество элементов объединено в систему по определенному признаку, то всегда можно ввести некоторые дополнительные признаки для разделения этого множества на подмножества, выделяя тем самым из системы ее составные части – подсистемы, компоненты, элементы с взаимосвязями, которые могут носить различный характер. Возможность многократного деления системы на подсистемы приводит к тому, что любая система содержит ряд подсистем, полученных выделением из исходной системы. В свою очередь, эти подсистемы состоят из более мелких подсистем и т. д.

Расчленение системы на элементы – второй шаг при фор­мальном описании системы. Внутренняя структура элемента при этом не является предметом исследования. Имеют значение толь­ко свойства, определяющие его взаимодействие с другими элеме­нтами системы и оказывающие влияние на характер системы в целом.

Формально любая совокупность элементов системы вместе со связями между ними может рассматриваться как ее подсистема. Использование этого понятия оказывается особенно плодотвор­ным в тех случаях, когда в качестве подсистем фигурируют некоторые более или менее самостоятельно функционирующие части системы.

Одним из представлений системы, как уже указывалось выше, является ее представление в виде «черного ящика», которое не требует знания внутреннего строения системы и ограничивается лишь знанием входных и выходных воздействий. Однако чаще всего при исследовании объекта такого представления недостаточно, так как требуется выяснить, что собой представляет объект, что в нем обеспечивает выполнение поставленной цели, получение требуемых результатов. В этих случаях систему, как уже было отмечено выше, отображают путем деления на составные части (подсистемы, компоненты, элементы, а также взаимосвязи). Такое деление собственно и приводит к понятию структуры, которое будет рассмотрено ниже.

Одну и ту же систему можно делить на подсистемы по-разному – это зависит от выбранных правил объединения элементов в подсистемы. Наилучшим, очевидно, будет набор правил, который обеспечивает системе в целом наиболее эффективное достижение цели.

При делении системы на подсистемы следует помнить о правилах такого разбиения:

· каждая подсистема должна реализовывать единственную функцию системы;

· выделенная в подсистему функция должна быть легко понимаема независимо от сложности ее реализации;

· связь между подсистемами должна вводиться только при наличии связи между соответствующими функциями системы;

· связи между подсистемами должны быть простыми (насколько это возможно).

Число уровней, число подсистем каждого уровня может быть различным. Однако всегда необходимо соблюдать одно важное правило: подсистемы, непосредственно входящие в одну систему более высокого уровня, действуя совместно, должны выполнять все функции той системы, в которую они входят.

Строение системы, расположение и взаимосвязь между подсистемами, элементами системы отображает структура системы.

Структура. Это понятие происходит от латинского слова structure, означающего строение, расположение, порядок. Следует отметить следующее обстоятельство: как нет единого определения понятия системы, так нет и единого определения понятия структуры.

Структура отражает наиболее существенные взаимоотношения между элементами и их группами (компонентами, подсистемами), которые мало меняются при изменениях в системе и обеспечивают существование системы и ее основных свойств.

Структура системы это совокупность устойчивых связей между элементами системы, которые обеспечивают целостность системы и тождественность самой себе. Структура оказывается намного богаче состава, ибо состав отвечает на вопрос: «Из чего состоит система?», а структура дает ответ на более сложный вопрос: «Как устроена система?». Один из основоположников теории структур В.И. Свидер-ский писал: «Под понятием структуры мы будем понимать принцип, способ, закон связи элементов целого, систему отношений элементов в рамках данного целого». Таким образом, термин «структура» является более богатым по содержанию по сравнению с термином «состав». Структура обладает способностью не только фиксировать свойства системы, но и объяснять их определенным строением системы. Система становится системой только тогда, когда ее элементы, имеющие определенную пространственную, временную и целевую организацию, определенным образом связываются друг с другом.

Структура системы объясняет процессы, которые представляют собой развертывание элементов системы во времени. Кроме того, временная структура позволяет понять процессы развития системы, ее движение от прошлого к настоящему и к будущему. Несмотря на однонаправленность времени от прошлого к будущему, соотношение элементов прошлого, настоящего и будущего в системах одной и той же природы может быть различным. В силу действия различных причин одни элементы системы могут как бы задерживаться в прошлом, другие являются элементами настоящего, а третьи символизируют будущее.

К основным характеристикам структуры относятся:

· общим числом связей, характеризующих сложность системы;

· общим числом взаимодействий, которые определяют устойчивость системы;

· частотой связей, т.е. количеством связей, приходящихся на один элемент, определяющих интенсивность взаимодействия элементов;

· числом внутренних связей, которые определяют внутреннее строение системы;

· числом внешних связей, характеризующих взаимодействие системы со средой, ее открытость.

Для практической деятельности особенно важны две проблемы; описание и оптимизация структур.

Для описания структур используется теория графов.

Определение 1.31. Граф – графическая модель структуры, которая состоит из множества вершин и ребер (дуг) символизирующих элементы и их связи.

Граф определяется множеством вершин графов и множеством пар вершин, между которыми существует связь.

Теория графов – это область дискретной математики, занимающаяся исследованием и решением разнообразных проблем, связанных с графами. Граф имеет две формы представления: графическую и матричную. При этом матрица называется матрицей инциденций. В матрице наличие связи фиксируется единицей, а ее отсутствие – нулем. На рис.1.5 представлено графическое и матричное изображение одного и того же графа.

Рис.1.5. Граф и его матрица инциденций

Важной структурной характеристикой структуры является ее устойчивость.

Определение 1.32. Устойчивость является способностью структуры противостоять внешним воздействиям и характеризует жизнеспособность системы.

Это определение характерно для детерминированных систем. Современные представления о структуре широко используют такое понятие как «хаотические, или диссипативные структуры», позволяющие объяснить переходные состояния системы.

Типичными опре­делениями структуры являются следующие:

· структура – это множество всех возможных отношений между подсистемами и эле­ментами внутри системы;

· структура – это устойчивая упорядоченность в пространстве и во времени ее элементов и связей между ними, определяющая функциональ­ную компоновку системы и ее взаимодействие с внешней средой

· структура – это то, что остается неизменным в системе при изменении ее состояния, при реа­лизации различных форм поведения, при совершении системой операции.

В совокупности эти определения отражают главное, что при­сутствует в любой структуре: элементный состав, наличие связей, неиз­менность (инвариантность) во времени (на всем интересую­щем исследователей интервале функционирования системы или на каж­дом из непересекающихся подмножеств, на которые разбит интервал функционирования системы).

Структура имеет множество описаний и интерпретаций. Для получения адекватного знания о структуре системы, о строении системы, необходимо построить множество описаний, каждое из которых будет охватывать лишь некоторые аспекты структуры как целостности.

Как правило, структурой отличаются различные виды систем. Структура однозначно определяет свойства систем любой природы. Поэтому структуру систем как носителя свойства принимают за язык, позволяющий кодировать хранящиеся знания, а структурные параметры энергетических процессов воспринимаются как язык кодировки информации, которую передают в систему.

Существует как узкая, так и широкая трактовка понятия структуры.

При узкой трактовке, под структурой системы понимается только пространственное или пространственно-временное разбиение структуры на элементы и отношения, при этом связи и отношения элементов рассматриваются в пространстве и времени.

Более широкая трактовка структуры системы применяется при изучении сложных объектов, в которых невозможно пространственно- временное представление (к примеру, логические системы или системы знаний). При этом возникают связи и отношения совершенно другого содержания. Такое широкое по смыслу толкование межэлементной связи и отношения согласуется с математической трактовкой понятия структуры, где рассматриваются любые отношения на множестве элементов системы.

Дадим еще несколько определений структуры. В частности, одним из наиболее полных является определение, связанное с понятием цели.

Определение 1.33. Структура – это все то, что вносит порядок в множество объектов, т.е. совокупность связей и отношений между частями целого, необходимые для достижения цели.

Понятие структуры одно из наиболее важных понятий – как в абстрактном понимании, так и при его конкретизации.

Структура – отражает определенные взаимосвязи, взаимное расположение составных частей системы, ее устройство (строение).

Структура может быть представлена графически, в виде теоретико-множественных описаний, матриц, графов и других языков моделирования структур.

Примерами структур могут быть структура извилин мозга, структура государственного устройства, структура кристаллической решетки вещества, структура микросхемы и др. Кристаллическая решетка алмаза – структура неживой природы; пчелиные соты, полосы зебры – структуры живой природы; озеро – структура экологической природы; партия (общественная, политическая) – структура социальной природы; Вселенная – структура как живой и неживой природы.

Дата добавления: 2015-04-30