Информатика и системные основы

Содержание данного параграфа продиктовано непосредственной связью понятий «система», «системность», «системный подход», «системный анализ» с основными категориями информатики, ведь любой объект изучения в информатике представляется в виде информационной системы.

Философы с древнейших времен пытались отыскать «высшие субстанции», предполагая, что они стоят за миром отдельных вещей. В аристотелевских «элементах целого», в демокритовских «атомах», платоновских «идеях», спинозовских «субстанциях и модусах», гегелевских «понятиях» зарождались первые мировоззренческие представления о системности мира. Однако закономерности микро- и макросистем раскрыты только в нашем веке. Ведущая роль в этом принадлежит кибернетике.

Исследованию мировоззренческих, методологических и прикладных аспектов системности посвящено огромное количество работ, ведущихся во всем мире представителями всех наук. Несомненно, каждый исследователь, приступающий к системному изучению тех или иных явлений, должен в единстве описывать «статику и динамику», «структуру и функции», «строение и развитие» явления. Только тогда исследование даст достаточно точное представление о действительности.

Системность существует во всех сферах и на любых уровнях объективного мира. Заметим, что при глубоком анализе существа «системности» как сложной методологической проблемы необходимо подробно рассматривать некоторые важные философские проблемы. Мы же остановимся кратко лишь на тех аспектах, которые непосредственно связаны с информатикой.

Отметим, как современная наука определяет смысл понятий «система» и «системный подход», которые будут использоваться далее.

Система - общенаучное понятие, которое выражает совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом и со средой, образующих определенную целостность, единство. Типы систем весьма разнообразны: материальные и духовные, неорганические и живые, механические и органические, биологические и социальные, статичные и динамичные, открытые и замкнутые и т.д. Любая система представляет собой множество разнообразных элементов, обладающих структурой и организацией. Понятие «система» выступает универсальным обозначением любого исследуемого объекта.

Системный подход определяетсякак совокупность общенаучных методологических принципов (требований), в основе которых лежит рассмотрение объектов как систем. К числу этих требований относятся:

- выявление зависимости каждого элемента от его места и функций в системе с учетом того, что свойства целого несводимы к сумме свойств его элементов;

- анализ того, насколько поведение системы обусловлено как особенностями ее отдельных элементов, так и свойствами ее структуры;

- исследование механизма взаимозависимости, взаимодействия системы и среды;

- изучение характера иерархичности, присущего данной системе;

- обеспечение множественности описаний с целью многоаспектного охвата системы;

- рассмотрение динамизма системы, представление ее как развивающейся целостности.

Системный подход включает такие методы и средства исследования, которые приложимы к любым системам или достаточно широким их классам. Системный подход ориентирует исследователя на раскрытие целостности объекта, на выявление многообразных типов связей и сведение их в единую (системную) теоретическую картину. Методологические принципы системного подхода неразрывно связаны с принципом системности материалистической диалектики.

Использование системного подхода в изучении действительности привело к развитию такой научной области как системные исследования. Системные исследования — совокупность современных научных и технических работ, концепций и проблем, отличительная особенность которых состоит в том, что исследуемые в них объекты рассматриваются как системы. Особое внимание к системным исследованиям связано с необходимостью исследования и проектирования сложных систем в различных областях техники и науки (в организации производства, биологии, психологии, радиоэлектронике, кибернетике и т. д.).

Для того чтобы понять, в чем состоит неразрывная связь категорий информатики с системным подходом, необходимо уяснить следующее.

Система — это комплекс взаимосвязанных элементов. Система несет в себе смысл, т.е. информацию. С точки зрения информатики информационное отражение одной системы в другой – есть информационная модель. Информационная модель объекта имеет собственную внутреннюю структуру, что определяется как синтаксический аспект информации. Смысл (семантический аспект) информации состоит в соответствии отражения определенному управляемому или исследуемому объекту. Целевая функция информации (прагматический аспект) характеризуется ее способностью влиять на процессы управления.

Информационное отражение всегда основано на определенных физических элементах и явлениях. Однако информация, как таковая, физической системой не является. Это делает принципы информационного отражения универсальными.

Универсальность принципов информационного отражения позволяет реализовать информационные системы на быстродействующих миниатюрных элементах независимо от пространственно-временных масштабов, массы и энергетической мощности отражаемой (моделируемой) системы. Благодаря указанным особенностям информационного моделирования оно может проводиться при минимальных затратах энергии и вещества с опережением моделируемых процессов и позволяет вырабатывать управляющие воздействия на объект в режиме его реального времени.

Совместное развитие теории систем и теории информации происходит сегодня в трех основных направлениях:

- анализ информационной структуры реальных систем (технических, физических, биологических, социальных и т.д.);

- разработка принципов информационного отражения;

- разработка принципов создания технических и программных средств информатики.

Особой областью системных исследований является общая теория систем, которая выполняет функцию обобщения и выработки принципов построения специального системного знания.

Системный подход и теория систем являются как предметом, так и методом научных исследований. Теория систем вошла и в научную и в производственную практику. Действенность системного подхода во многом определяется тем, что он вытекает из законов диалектики: слияние идеи развития с идеей структурности при неисчерпаемости связей. Теория систем исследует в единстве «структуру изменений» и «изменение структур».

В настоящее время разработано несколько вариантов общей теории систем, которые представляют собой обобщенные концепции применительно к определенным классам системных задач.

Системный анализ — методология, выработанная для исследований больших систем; совокупность методологических средств и процедур, используемых для полготовки, обоснования и осуществления решений по сложным проблемам различного характера.

Иногда термин «системный анализ» употребляют в широком и нестрогом смысле как синоним системного подхода.

Процедуры и методы системного анализа направлены на выдвижение альтернативных вариантов решения проблем, выявление масштабов неопределенности по каждому из вариантов и сопоставление вариантов по тем или иным критериям эффективности. Концептуальной основой системного анализа считают общую теорию систем и системный подход. Системный анализ, однако, заимствует у них лишь самые общие исходные представления и предпосылки и строится на следующих важнейших принципах:

- процесс принятия решений должен начинаться с выявления и четкого формулирования конечных целей, а также критериев, по которым может оцениваться их достижение;

- необходимо рассматривать всю проблему как целое, т. е. как единую систему, и выявлять все последствия и взаимосвязи каждого частного решения;

- необходимы выявление и анализ возможных альтернативных путей достижения цели;

- цели отдельных подразделений не должны вступать в конфликт с целями всей программы.

Центральной процедурой в системном анализе является построение обобщенной модели (или моделей), отображающей все те факторы и взаимосвязи реальной ситуации, которые могут проявиться в процессе осуществления решения. Полученная модель исследуется для выяснения того, насколько близок результат применения какой-либо альтернативного варианта к желаемому, каковы сравнительные затраты ресурсов и времени по каждому из вариантов, какова степень чувствительности модели к различным нежелательным внешним воздействиям.

Технической основой системного анализа являются современные вычислительные машины и информационные системы. Применение системного анализа для решения чрезвычайно широкого диапазона самых разнообразных задач порождает потребность в разработке его теоретического аппарата. Практическая ценность и эффективность системного анализа обусловливается возможностью достаточно строго рассматривать слабо структурированные, имеющие большую долю неопределенности ситуации.

Характер проектируемой или анализируемой системы для системного анализа безразличен. Это может быть и большой испытательный полигон, и сеть магазинов большого города, и система, описывающая экологическую ситуацию.

Специалист в области системного анализа называется системным аналитиком. В процессе деятельности системного аналитика обычно выделяются три основные стадии:

- выделение составных частей проблемы и их формализация;

- поиск пути решения проблемы (в том числе с использованием математических методов);

- реализация полученных результатов на практике (в идеале - без возникновения новых проблем).

В связи с этим иногда говорят, что системный анализ - это методика улучшающего вмешательства в проблемную ситуацию.

Различают четыре типа решений в проблемной ситуации:

l) невмешательство в проблемную ситуацию, если любое из предлагаемых изменений только ухудшает ее;

2) ограничение проблемы частичным решением, смягчающим ее остроту;

3) оптимальное решение - наилучшее в данных условиях;

4) решение, при котором в саму систему и в заданные условия вносятся изменения, способствующие решению проблемы и не вызывающие новых проблем.

В отличие от чисто научных, лабораторных исследований, системный анализ осуществляется в ходе реальных событий, изменяющих как сам объект анализа, так и его окружение, что существенно усложняет работу. Системный анализ представляет собой сплав науки и искусства, и пропорции между ними в каждом конкретном случае определяются природой проблемы и квалификацией аналитика.

Дата добавления: 2013-12-13