Понятие сложных систем

Сложными системами являются также: живой организм, промышленное предприятие, отрасль промышленности, экономический регион, система социального обеспечения, операционная система ЭВМ.

Примеры сложных систем

Животные и растения Ботаник старается найти похожие и оличительные черты у разных растений, изучая их морфологию, т.е. их форму и структуру. Растения – это сложные многоклеточные организмы. В результате совместной деятельности различных систем и органов растения возникают сложные процессы, как фото синтез и обмен веществ с окружающей средой. Растения состоят из трех основных структур (корни, ствол, стебли и листья), и каждая из них имеет свое усройство. Корни, например, состят из ветвей, волос, вершины и шапки. Если же сделать напрмер, разрез листа, то мы увидим, что он состоит из эпидермия, мезофила и сосудистой ткани. Каждая их этих структур в свою очередб представляет собой набор клеток. Внутри каждой клетки существует следцющий уровень сложности. Который включает хлоропласты, митохондрию, ядро и т.д. По аналогии со структурой компбютера части растения формируют иерархию, и каждый уровень этой иерархии отражает свой уровень сложности

Материя. Иследования в таких разных областях, как астрономия и ядерная физика, дают нам много примеров очень сложных систем. Расмотрев эти две дисциплины, мы найдем дополнительные примеры структурной иерархии. Астрономы занимаются изучением галактик и их составляющих: звезд, планет и других небесных тел. Ядерные физики имеют дело со структурной иерархией физических тел сосвсем другого масштаба. Атомы состоят из электронов, протонов и нейтронов; электроны. по-видимому. являются элементарными частицами, но протоны, нейтроны и другие частицы формируются из еще более мелких компонент, называемых кварками.

Однако эти две совершенно различные по масштабу и структуре физичкеские системы подчиняются одним и тем же законам взаимодействия. На самом деле оказывается, что во вселенной существуют всего четыре типа сил, гравитационная, электромагнитная, сильное взаимодействие и слабое взаимодействие. И многие законы физики, подразумевающие наличие этих элементарных сил, такие, как закон сохранения энергии и момента, можно применить и к галактикам, и к кваркам.

Общественные институты. Группы людей собираются вместе для решения задач, которые не могут быть решены отдельными личностями. Некоторые организации бвстро распадаются, а некоторым удается продержаться на протяжении нескольких человеческих жизней. Чем больше организация, тем отчетливее видна в ней иерархическая структура. Мультнациональные корпорации состоят из компаний, которые в свою очередь состоят из подразделений, содержащих различные филиала. Последним принадлежат уже отдельные офисы и т.д. На протяжении существования организации границы между этими частями могут изменяться, так что с течением времени старая иерархия путем эволюции трансформируется в новую, более стабильную.

Отношения между разными частями организации такие же, как и между компонентами компьютера, растения, галактики. Таким образом, степень взаимодействия между сотрудниками одного учреждения, несомненно, выше, чем между сотрудниками двух разных учреждений. На первый взгляд это не совсем так: почтовый клерк, например, обычно невзаимодействует с исполнительным директором компании, а в основном обслуживая посетителей. Однако клерка и директора, принадлежащих разным уровням иерархии, объединяет общий еханизм функционирования компании. Работа и клерка, и директора оплачивается одной финансовой организацией, и оба они пользуются общей аппратурой, в частности внутренней телефонной системой компании для решения своих задач.

Пять признаков сложной ситемы

Основываясь на работе Саймона и Эндо, Куртуа предлагает следующие пять признаков сложной системы.

1. «Сложность часто представляется в виде иерархии. Сложная система обычно состоит из взаимозависимых подсистем, которые в свою очередь также могут быть разделены на подсистемы, и т.д. вплоть до самых низших уровней абстракции» (6).

Тот факт, что многие сложные системы имеют разложимую на составляющие иерархическую структуру, является главным факторм, позволяющим нам понять, описать и даже «увидеть» такие системы и их подсистемы [7]. В самом деле, скоре всего мы сможем понять лишь те системы, которые имеют иерархическую структуру.

2. Выбор низшего уровня абстракции достаточно произволен и в большой степени определяется наблюдателем.

Низший уровень для одного наблюдателя может оказаться уровнем достаточно высокой абстракции для другого.

Саймон называет иерархические системы «разложимыми», если они млгут быть разделены на четко узнаваемые чати, и «почти разложимыми», если их составляющие не являются абсолютно независимыми.

3. «Внутриэлементные связи обычно сильнее межэлементных связей. Аоэтому высокочастотные взаимодействия внутри структуры оказываются естественным образом отделены от низкочастотных взаимодействий между структурами.[8].

Различие между внутри- и межэлементными взаимодействиями обуславливает разделение системы на абстрактные автономные части, которые можно изучать по отдельности.

Как мы уже говорили, многие сложные системы организованы достаточно экономно в смысле способов выражения. Отсюда – следующий признак сложных систем.

4. «Иерархические системы обычно состоят из нескольких подсистем разного типа, реализованных в различном порядке и в разнообразных комбинациях»[9].

Иногда, (например, клетки растений и животных) можно обнаружить подсистемы, общие для различных сфер функционирования всей системы.

Выше мы говорили, что сложные системы имеют тенденцию к развитию во времени. Саймон считает, что сложные системы будут развиваться из простых гораздо быстрее, если для них существуют устойчивые промежуточные формы[10].

5. «Работающая сложная система неизбежно оказывается результатом развития работающей простой системы… Сложная система, разработанная от начала до конца на бумаге, никогда не работает и нельзя заставить ее заработать. Вы должны начать с работающей простой системы[11].

В процесе развития системы объекты. Которые сначала считаются сложными, начинают расматриваться как элементы низших уровней абстракции, из которых затем строятся более сложные системы.

Организованная и неорганизованная сложность

Каноническая форма сложной системы.

Наиболееинтересные системы содержат много разных иерархий. В самолете, напрмер, можно выделить системы силовой установки, управления полетом и т.д. такое разбиение дает структурную иерархию типа «это – часть того». Но одновременно эту же систему можно расмотреть по-другому. Например, турбореактивный двигатель – особый тип реактивного двигателя, а «Pratt and Whithey TF30» – особый тип турбореактивного двигателя. Определенный другим путем «реактивный двигатель» представляет обобщение свойств. Присущих любому типу реактивного двигателя; турбореактивный двигатель – это просто особый тип реактивного двигателя со свойствами, которые отличают его, например, от прямоточного двигателя. Эта вторая иерархия представляет собой «типовую» иерархию. Мы выделяем соответственно типовую и структурную иерархии, называя их соответственно структурой класов и структурой объектов.

Все сложные системы можно представить одной и той же (канонической) формой, представленной на рис 1-1. Здесь мы видим две разные иерархии принадлежащих одной системе: структуру класов и структуру объектов. Каждая иерархия является многоуровневой. В которой более абстрак ные классы и объекты построены на базе примитивных. Выбор класса или объекта, соответствующего низшему уровню абстракции, зависит от конкретной задачи. Среди объектов одного уровня существуют четко выраженные связи, особенно это каается компонентов структуры объектов. Любому расматриваемому уровню абстракции соответствует свой уровень сложности. Структуры класов и объектов не являются независимыми: каждый объект в структуре объектов представляет определенный клас. Объектов в сложной системе обычно гораздо больше чем класов.

Обычно наиболее успешными программными системами являются те, в которых заложены хорошо продуманные структуры класов и объектов и которые обладают пятью признаками сложных систем.

Человеческие возможности и сложные системы.

Когда мы начинаем анализировать сложную систему, в ней обнаруживается много составных частей, которые взаимодействуют друг с другом различными сложными способами, причем ни сами части системы, ни пути их взаимодействия не обнаруживают никакого сходстваю Когда мы начинаем в процессе проектирования вносить в систему элементы организованности, мы должны думать сразу о многих вещах. При анализе дискретных систем необходимо рассматривать большие, сложные и не всегда детерминированные пространства состояний. К сожалению, один человек не может отслеживать все это одновременно. Психологи, (например, Миллер) считают, что максимальное количество единиц информации. Которое человеческий мозг может одновременно обработать, не превышает 7. Этот объем связан, по-видимому, с объемом кратковременной памяти у человека. Саймон отмечает также, что дополнительным ограничивающим фактором является скорость обработки мозгом поступающей информации: ему требуется примерно 5 с. На каждое новое событие. Таким образом, мы столкнулись с серъезным препятствием: требуемая сложность программных систем возрастает, а способности нашего мозга контролировать эту сложность остаются на прежнем уровне.

Дата добавления: 2014-01-05