Внутренняя целостность систем

Операцией, противоположной декомпозиции, является операция агреги­рования, т.е. объединения нескольких элементов в единое целое. Необходимость агрегирования может вызываться различными целями и сопро­вождаться разными обстоятельствами, что приводит к различным (иног­да принципиально различным) способам агрегирования. Однако у всех агрегатов (так мы будем называть результат агрегирова­ния) есть одно общее свойство, получившее название эмерджентность. Это свойство присуще всем системам, и ввиду его важности остановимся на нем подробнее.

1.7.1. Эмерджентность - проявление внутренней целостности системы

Будучи объединенными, взаимодействующие элементы образуют систему, которая обладает не только внешней целостностью, обособленностью от окружающей среды, ной внутренней целостностью, природным единством. Если внешняя целостность отображается моделью "черного ящика", то внутренняя целостность связана со структурой системы. Наиболее яркое проявление внутренней целостности системы состоит в том, что свойства системы не являются только суммой свойств ее составных частей. Система есть нечто большее, система в целом обладает такими свойствами, которых нет ни у одной из ее частей, взятой в отдельности. Модель структуры подчеркивает главным образом связанность элементов, их взаимодейст­вие. Мы же стремимся сейчас сделать акцент на том, что при объединении частей в целое возникает нечто качественно новое, такое, чего не было и не могло быть без этого объединения.[14,28]

Красивый пример проявления этого свойства привел М. Арбиб.[6] Пусть имеется некоторый цифровой автомат S, преобразующий любое целое число на его входе в число, на единицу большее входного (рис.11, a). Если соединить два таких автомата последовательно в коль­цо (рис.11, б), то в полученной системе обнаружится новое свойство: она генерирует возрастающие последовательности на выходах А и В, причем одна из этих последовательностей состоит только из четных, дру­гая—только из нечетных чисел.

Такое "внезапное" появление новых качеств у систем и дало осно­вание присвоить этому их свойству название эмерджентности. Англий­ский термин emergence означает возникновение из ничего, внезапное по­явление, неожиданную случайность. В специальной литературе на рус­ском языке не делалось попыток найти эквивалентный русский термин. Однако сам термин имеет обманчивый смысл. Какие бы удивительные свойства ни возникали при объединении элементов в систему, ничего мистического, взявшегося "ниоткуда", здесь нет: новые свойства возни­кают благодаря конкретным связям между конкретными элементами. Другие связи дадут другие свойства, не обязательно столь же очевидные. Например, параллельное соединение тех же автоматов (рис.11, 6) ничего не изменяет в арифметическом отношении, но увеличивает надеж­ность вычислений, если на выход поступает сигнал только от исправ­ного автомата.

Свойство эмерджентности признано и официально: при государст­венной экспертизе изобретений патентоспособным признается и новое, ранее не известное соединение хорошо известных элементов, если при этом возникают новые полезные свойства.

Возникновение качественно новых свойств при агрегировании элементов есть частное, но яркое проявление всеобщего закона диалекти­ческого материализма - закона перехода количества в качество. Чем боль­ше отличаются свойства совокупности от суммы свойств элементов, тем выше организованность системы. Так, физик А. Эддингтон писал:

"Нередко думают, что, изучив один какой-то объект, знают уже все о двух точно таких же объектах, так как "два" - это "один и один". При этом, однако, забы­вают, что необходимо исследовать еще и то, что скрывается за этим "и". Изуче­нием этого "и", т.е. рассмотрением организации, занимается, можно сказать, вто­ричная физика".

Кибернетик У. Эшби показал, что у системы тем больше возможнос­тей в выборе поведения, чем сильнее степень согласованности поведения ее частей. Это утверждение легко доказывается на приме­ре системы, состоящей из р частей, каждая из которых может находить­ся в любом из s состояний (р и s конечны). [3], [4]

Будем исходить из того, что система полностью согласована, если возможен неслучайный переход между любыми двумя ее состояниями. Считая, что каждая из р частей полностью согласована, получим, что число возможных переходов (т.е. число возможностей в выборе пове­дения) для каждой из частей равно . Объединение р частей в одну систему приводит к тому, что число к возможных состояний становится равным s^p. Однако теперь возможность перейти от одного произволь­ного состояния к другому неслучайным образом зависит от того, нас­колько согласованы между собой части системы. Рассмотрим два край­них случая. При полном согласований частей число возможных перехо­дов равно . Если же система состоит из несвязанных частей, то число возможных переходов есть . Так как , то , что и доказывает приведенное утверждение.

Итак, агрегирование частей в единое целое приводит к появлению новых качеств, не сводящихся к качествам частей в отдельности. Это свойство и является проявлением внутренней целостности систем, или как еще говорят, системообразующим фактором. Новые качества сис­тем определяются в очень сильной степени характером связей между частями и могут варьироваться в весьма широком диапазоне — от полного согласования до полной независимости частей.

Главная особенность систем состоит в том, что свойства целого не сводятся к простой совокупности свойств его час­тей, что система в целом обладает прин­ципиально новым качеством. Это новое. качество существует, пока существует целое, являясь, таким образом, прояв­лением внутренней целостности системы, или, как еще говорят, ее "системообра­зующим фактором". Само явление воз­никновения нового качества называют эмерджентностью.

1.7.2. Виды агрегирования

Как и в случае декомпозиции, техника агрегирования осно­вана на использовании определенных моделей исследуемой или проекти­руемой системы. Именно избранные нами модели жестко определяют, какие части должны войти в состав системы и как они должны быть связаны между собой (модель структуры). Разные условия и цели агрегирования приводят к необходи­мости использовать разные модели, что в свою очередь определяет как тип окончательного агрегата, так и технику его построения.

В самом общем виде агрегирование можно определить как установ­ление отношений на заданном множестве элементов. Благодаря значи­тельной свободе выбора в том, что именно рассматривается в качестве элемента, как образуется множество элементов и какие отношения устанавливаются (т.е. выявляются или навязываются) на этом множестве, получается весьма обширное количественно и разнообразное качественно множество задач агрегирования. Отметим здесь лишь основные агрегаты, типичные для системного анализа: конфигуратор, агрегаты-операторы и агрегаты-структуры.

КОНФИГУРАТОР

Всякое действительно сложное явление требует разностороннего, многопланового описания, рассмотрения с различных точек зрения. Только совместное (агрегированное) описание в терминах нескольких качественно различающихся языков позволяет охарактеризовать явление с достаточной пол­нотой. Например, автомобильная катастрофа должна рассматриваться не только как физи­ческое явление, вызванное механическими причинами (техническим Состоянием автомо­биля и дорожного покрытия, силами инерции. трения, ударов и т.д.), но и как явление меди­цинского, социального, экономического, юри­дического характера. Даже движение планет имеет не только механические аспекты, но и социальные, — вспомним, какие потрясения вызвал переход от геоцентрического к гелио­центрическому описанию этого движения. В ре­альной жизни не бывает проблем чисто физических, химических, экономических, обще­ственных или даже системных — эти термины обозначают не саму проблему, а выбранную точку зрения на нее. По образному выра­жению писателя-фантаста П. Андерсона, про­блема, сколь бы сложной она ни была, ста­нет еще сложнее, если на нее правильно по­смотреть.

Эта многоплановость реальной жизни име­ет важные последствия для системного ана­лиза. С одной стороны, системный анализ имеет междисциплинарный характер. Систем­ный аналитик готов вовлечь в исследование системы данные из любой отрасли знаний, привлечь эксперта любой специальности, если этого потребуют интересы дела; с другой стороны, перед ним встает неизбежный вопрос о допустимой минимизации описания явления. Однако если при декомпозиции этот вопрос решался компромиссно с помощью поня­тия существенности, что давало некоторую свободу выбора, сопровождаемую риском недостаточной полноты или излишней под­робности, то при агрегирова­нии этот вопрос обостряется: риск непол­ноты становится почти недопустимым, по­скольку при неполноте речь может идти вообще не о том, что мы имеем в виду: напротив, риск переопределения связан с большими излишними затра­тами.

Приведенные соображения приводят к понятию агрегата, состоящего из качественно различных языков описания системы и обладающего тем свойством, что число этих языков минимально, но необходимо для за­данной цели. В дальнейшем будем называть такой агрегат конфигуратором. Продемонстрируем смысл этого понятия на примерах.

Пример 1. Конфигуратором для задания любой точки n-мерного пространства является совокупность ее координат. Обратим внимание на эквивалентность разных систем координат (разных конфигураторов) и на предпочтительность ортогональных систем, дающих независимое описание на каждом "языке" конфигуратора.

Пример 2. Конфигуратором пространственной перспективы (т.е. обнаружения различий в направлениях и удаленностях источников сиг­налов от наблюдателя) является фиксация каждого сигнала в двух "разнесенных" точках: бинауральный эффект в акустике, бинокулярное зрение (стереоскопический эффект). Отметим приспособленность жи­вотных и человека к жизни на "плоской" поверхности Земли, что де­лает достаточным замеры в двух точках. Не исключено, что малые глаз­ки стрекоз, расположенные на ее "лбу" в вершинах равностороннего треугольника, обеспечивают "наведение" стрекозы-хищницы на "цель", движущуюся по трехмерной траектории. Летучим мышам, ориентирую­щимся с помощью ультразвуковой локации, это не потребовалось бла­годаря возможности поворота головы, чего лишена стрекоза.

Пример 3. Конфигуратором для описания поверхности любого трех­мерного тела на "плоскостных" языках является совокупность трех ортогональных проекций, принятая в техническом черчении и начерта­тельной геометрии. Обратим внимание на невозможность уменьшения числа проекций и на избыточность большего числа "точек зрения".

Пример 4. В радиотехнике для одного и того же прибора ис­пользуется конфигуратор: блок-схема, принципиальная схема, монтаж­ная схема. Блок-схема может определяться теми технологическими единицами, которые выпускаются промышленностью, и тогда прибор членится на такие единицы. Принципиальная схема предполагает совер­шенно иное расчленение: она должна объяснить функционирование этого прибора. На ней выделены функциональные единицы, которые могут не иметь пространственно локализованных аналогов. Приборы могут иметь различные блок-схемы и одинаковые принципиальные схемы, и наоборот. Наконец, монтажная схема является результатом расчленения прибора в зависимости от геометрии объема, в пределах которого производится его монтаж.

Главное в конфигураторе не то, что анализ объекта должен производиться на каждом языке конфигуратора отдельно (это разумеется само собой), а то, что синтез, проектирование, производство и эксплуатация прибора возможны только при наличии всех трех его описаний. Однако этот пример дает возможность подчеркнуть еще и зависимость конфигуратора от поставленных целей. Например, если кроме целей производства мы будем преследовать цели сбыта, то в конфигуратор радиоаппаратуры придется включить язык рекламы, позволяющий описать внешний вид и другие потребительские качества прибора.

Пример 5. Когда обсуждаются кандидатуры на руководящую должность, каждый претендент рассматривается с учетом его профессиональных, деловых, идейно-политических, моральных качеств и со стояния здоровья. Попробуйте в порядке упражнения обсудить такую структуру характеристики человека как конфигуратор.

Пример 6. При описании процессов, происходящих в народнохозяйственных комплексах областного масштаба, было признано необходимым для характеристики любого выходного продукта производственной или обслуживающей сферы использовать три типа показа­телей: натуральные (экономико-технологические), денежные (финансо­во-экономические) и социально-ценностные (идеологические, полити­ческие, этические и эстетические). Деятельность завода и театра, совхоза и школы, любого предприятия и организации описывается на этих трех языках, образующих конфигуратор по отношению к целям автоматизи­рованной системы управления хозяйством области.

Пример 7. Опыт проектирования организационных систем показывает, что для синтеза оргсистемы конфигуратор состоит из опи­сания распределения власти (структуры подчиненности), распределе­ния ответственности (структуры функционирования) и распределения информации (организация связи и памяти системы, накопления опыта, обучения, истории). Все три структуры не обязаны совпадать топологи­чески, хотя связывают одни и те же части системы.

Пример 8. Заметим, что конфигуратор является содержательной моделью высшего возможного уровня. Перечислив языки, на которых мы будем говорить о системе, мы тем самым определяем, синтезируем тип сис­темы, фиксируем наше понимание природы системы. Как всякая мо­дель, конфигуратор имеет целевой характер и при смене цели может утратить свойства конфигуратора (см. пример 4). Как каж­дая модель, конфигуратор в простых случаях очевидно адекватен (см. примеры 1 и 2), адекватность других подтверждает практика (см. примеры 3—6), в полноте третьих мы лишь более или менее уверены и го­товы пойти на их дополнение новыми языками.

АГРЕГАТЫ-ОПЕРАТОРЫ.

Одна из наиболее частых ситуаций, требующих агрегирования, состоит в том, что совокупность данных, с которыми приходится иметь дело, слишком многочисленна, плохо обозрима, с этими данными трудно "работать". Именно интересы работы с многочисленной совокуп­ностью данных приводят к необходимости агрегирования. В данном случае на первый план выступает такая особенность агрегирования, как уменьшение размерности: агрегат объединяет части в нечто целое, единое, отдельное. [20, 27, 31]

Простейший способ агрегирования состоит в установлении отноше­ния эквивалентности между агрегируемыми элементами, т.е. образова­ния классов. Это позволяет говорить не только о классе в целом, но и о каждом его элементе в отдельности.

Можно рассматривать различные задачи, связанные с классифика­цией и ее использованием. Приведем примеры таких задач: классифика­ция как самая простая, самая первая; "атомарная" форма моделирова­ния (это проблематика философии и психологии); элемент как предста­витель класса (совсем не простой вопрос; так, в теории случайных про­цессов это приводит к проблеме эргодичности); искусственная класси­фикация и природная кластеризация (т.е. образование классов "для удобства" и естественная общность определенных явлений, возможные соотношения между ними; например, созвездия — первое или второе или отчасти то и другое?); иерархическая и фасетная (сетевая) класси­фикация и т.д. Классификация является очень важным и многофункцио­нальным, многосторонним явлением в человеческой практике вообще и в системном анализе в частности. С практической точки зрения одной из важнейших является проблема определения, к какому классу относится данный конкретный элемент. Обсудим ее подробнее.

КЛАССИФИКАЦИЯ КАК АГРЕГИРОВАНИЕ

Если признак принадлежности к классу является непосредственно наблюдаемым, то кажется, что особых трудностей классификации нет. Однако и в этих случаях на практике возникает вопрос о надежности, правильности классификации. Например, разложить окрашенные куски картона по цветам - трудная задача даже для ученых-психологов: от­нести ли оранжевый кусок к "красным" или "желтым", если между ни­ми нет других классов? По одежде военных можно определить не толь­ко, к какому государству они принадлежат, но и в каком роде войск служат, в каком чине состоят и т.д. Но эту четкость и однозначность враг может использовать, переодевая своих диверсантов в форму про­тивника, и тогда распознавание "своих" от "чужих" осуществляется с помощью других признаков. Если же непосредственно наблюдаемый признак принадлежности к классу формулируется на естественном язы­ке, то, как известно, некоторая неопределенность (расплывчатость) становится неизбежной (например, кого отнести в класс "высоких лю­дей"?).

Сложности классификации резко возрастают, если признак класси­фикации не наблюдается непосредственно, а сам является агрегатом косвенных признаков. Типичным примером является диагностика заболевания по результатам анамнеза: диагноз болезни (ее название есть имя класса) представляет собой агрегат большой совокупности ее симп­томов и характеристик состояния организма. Если классификация имеет природный характер, то агрегирование косвенных признаков может рассматриваться как обнаружение закономерностей в таблицах экспе­риментальных данных, т.е. как поиск устойчивых, достаточно часто повторяющихся в обучающей выборке "сцеплений" признаков. При этом приходится перебирать все возможные комбинации признаков с целью проверки их повторяемости в обучающей выборке (например, в таблице, строки которой соответствуют данным предвари­тельных опроса и анализов для каждого пациента). Вообще, метод пе­ребора вариантов — самый очевидный, простой и надежный способ поиска решения. Несмотря на трудоемкость, его нередко с успехом при­меняют. Т. Эдисон утверждал, что перебор — его основной метод изобре­тательской деятельности (хотя, скорее всего, это была шутка). Метод Ф. Цвикки морфологического анализа систем, машинное обнару­жение закономерностей, дискретные задачи оптимизации — уже не шуточные, а типичные примеры использования перебора. Однако уже при совсем небольшом количестве признаков полный перебор ста­новится нереальным даже при использовании ЭВМ. Успех в значитель­ной степени зависит от того, удастся ли найти метод сокращения пере­бора, приводящий к "хорошим" решениям, и разработке таких методов посвящено значительное количество исследований.

Все сказанное свидетельствует о том, что агрегирование в классы является эффективной, но далеко не тривиальной процедурой. Если представлять класс как результат действия агрегата-оператора, то такой оператор имеет вид "ЕСЛИ <условия на агрегируемые признаки>, ТО <имя класса>". Как было отмечено, иногда класс непосредственно за­дается совокупностью признаков, а в ряде случаев, наоборот, требуется доопределить оператор, выявив экспериментально, при каких условиях на признаки объект будет принадлежать заданному классу.

ФУНКЦИЯ НЕСКОЛЬКИХ ПЕРЕМЕННЫХ КАК АГРЕГАТ

Другой тип агрегата-оператора возникает, если агрегируемые приз­наки фиксируются в числовых шкалах. Тогда появляется возможность задать отношение на множестве признаков в виде числовой функции многих переменных, которая и является агрегатом.

Свобода выбора в задании функции, агрегирующей переменные, яв­ляется кажущейся, если этой функции придается какой-то реальный смысл. В этом отношении характерен случай перехода от многокрите­риальной оптимизационной задачи к однокритериальной с помощью агрегирования нескольких критериев в один суперкритерий. Построе­ние суперкритериальной функции, по существу, является построением модели системы. Не зная "истинной" упорядочивающей функции, мы можем аппроксимировать ее гиперплоскостью (т.е. линейной комбина­цией частных критериев), но должны стремиться к тому, чтобы эта гиперплоскость была "достаточно близка" к неизвестной суперповерх­ности, чтобы сравниваемые альтернативы находились "вблизи" точки касания суперплоскости с суперповерхностью. Если обеспечить это мы не в состоянии, то можно использовать кусочно-линейные и другие нелинейные аппроксимации, т.е. другие агрегаты критериев, либо вообще отказаться от их агрегирования в один критерий. Отметим, что паретовская оптимизация в каком-то смысле аналогична отказу от агрегата-оператора и возврату к агрегату-копфигуратору. [21, 22]

Интересно подчеркнуть, что в тех (к сожалению, редких) случаях, когда агрегат-оператор является вполне адекватной моделью системы, мы вообще лишаемся свободы выбора функции, агрегирующей набор переменных. Именно этот случай имеет место, когда закономерности природы отображаются безразмерными степенными одночленами физи­ческих размерных величин. Такое, казалось бы, тривиальное тре­бование, как сохранение отношения двух числовых значений составных физических величин (т.е. зависящих от нескольких других величин) при изменении единиц измерения исходных величин, приводит к не­тривиальному выводу: если удалось построить безразмерный степенной одночлен из размерных физических величин, образующих конфигуратор рассматриваемого явления, то выявлена физическая закономерность данного явления. Например, из того, что F^-1 та = с, где с — безраз­мерная постоянная, F — сила, т - масса, а — ускорение, следует второй закон Ньютона. Конечно, метод размерности может привести к уже известным, а иногда тривиальным закономерностям, но это не является недостатком метода.

Другой редкий пример однозначности агрегата-функции дает широ­ко используемый стоимостный анализ экономических систем. Если все участвующие факторы удается выразить в терминах денежных расходов и доходов, то агрегат оказывается их алгебраической суммой. Вопрос состоит лишь в том, в каких случаях можно использовать этот агрегат, не обращаясь к другим системам ценностей, а когда следует вернуться к конфигуратору, включающему политические, моральные, экологи­ческие, а не только финансовые критерии.

Добавим, что числовую функцию можно задавать не только на число­вых аргументах, и это позволяет рассматривать еще один вид агрегата-функции.

С созданием агрегата-оператора связан не только выигрыш, ради которого он и создается, но и риск попасть в "ловушки". Отметим основные из них:

· потеря полезной информации. Агрегирование является необрати­мым преобразованием (например, по сумме нельзя восстановить слагае­мые), что в общем случае и приводит к потерям; достаточ­ные статистики - лишь счастливое исключение (если сумма есть доста­точная статистика, то информация об отдельных слагаемых и не нужна);

· агрегирование представляет собой выбор определенной модели сис­темы, причем с этим выбором связаны непростые проблемы адекват­ности;

· некоторым агрегатам-операторам присуща внутренняя противоре­чивость, сопряженная с отрицательными (по отношению к целям агрегирования) последствиями. Наиболее ярким примером этого является теорема о невозможности, но не присуще ли это свойство (хотя и выраженное в разной степени) всем агрегатам?

АГРЕГАТЫ-СТРУКТУРЫ

Важной (а на этапе синтеза - важнейшей) формой агрегирования является образование структур. К тому, что о моделях структур уже было сказано ранее, можно добавить следующее.

Как и любой вид агрегата, структура является моделью системы и, следовательно, определяется тройственной совокупностью: объекта, цели и средств (в том числе среды) моделирования. Это и объясняет многообразие типов структур (сети, матрицы, деревья и т.д.), возникающих при выявлении, описании структур (познавательные мо­дели).

При синтезе мы создаем, определяем, навязываем структуру буду­щей, проектируемой системе (прагматические модели). Если это не абстрактная, а реальная система, то в ней вполне реально (т.е. независимо от нашего желания) возникнут, установятся и начнут "ра­ботать" не только те связи, которые мы спроектировали, но и множество других, не предусмотренных нами, вытекающих из самой природы све­денных в одну систему элементов. Поэтому при проектировании сис­темы важно задать ее структуры во всех существенных отношениях, так как в остальных отношениях структуры сложатся сами, стихийным обра­зом (конечно, не совсем независимо от установленных и поддерживае­мых проектных структур). Совокупность всех существенных отношений определяется конфигуратором системы, и отсюда вытекает, что проект любой системы должен содержать разработку стольких структур, сколь­ко языков включено в ее конфигуратор. Например, проект организа­ционной системы должен содержать структуры распределения власти, распределения ответственности и распределения информации (см. при­мер 7). Подчеркнем, что, хотя эти структуры могут весьма сильно отли­чаться топологически (например, структура подчиненности иерархична, а функционирование организовано по матричной структуре), они лишь с разных сторон описывают одну и ту же систему и, следовательно, не могут быть не связанными между собой.

В современных системных науках все возрастающее внимание уде­ляется одному из специфических видов структур — так называемым семантическим сетям. Начало их исследованию и применению положил в 60-х годах Д.А. Поспелов в развиваемом им и поныне ситуационном управлении. В настоящее время исследование таких сетей с разных позиций ведется во многих научных коллективах, поскольку логико-лингвистические модели (иное название семантических сетей) оказались в центре всех событий, происходящих в искусственном интеллекте и его приложениях. Такое положение вызвано тем, что указанные модели отображают структуру человеческих знаний, выражаемых на естествен­ном языке, причем это отображение может быть осуществлено средствами ЭВМ. [11, 33]

Хотя можно перечислить, казалось бы, все мыслимые структуры как частные случаи полного графа, некоторые явления природы наводи t на мысль, что и в этом вопросе не следует спешить с окончательными выводами. Отдельные особенности живых организмов, экономических и социальных систем заставляют предположить, что даже сложнейшие существующие модели структурной организации в чем-то слишком просты.

Очевидным примером нерешенной задачи организации системы является работа человеческого мозга, хотя точно известно, что он со­стоит из 10¹⁰ нейронов, каждый из которых имеет 10² — 10³ нервных окончаний и может находиться лишь в одном из двух состояний.

Так, долгое время считалось, что у тропических ящериц-гекконов способность бегать по стенам и потолку обеспечивается микроскопи­ческими присосками на лапках. Когда же обнаружилось, что геккон не может бегать по полированному стеклу, выяснилось, что никаких присо­сок нет, а есть многие тысячи мельчайших волосков, которые со всех сторон "обжимают", а в нужный момент "отпускают" малейшие шеро­ховатости поверхности стены или потолка. В процессе погони за мухой каждому волоску-щупу нужно отдать верную команду в подходящий момент! Ясно, что централизованная система с этим не справится, но как тогда синхронизируется нецентрализованное управление?

Не менее поразителен и другой пример. Многие головоногие спо­собны менять свою окраску, отождествляя ее с фоном. Так, если только что пойманного осьминога положить на газету, то на его теле выступят полоски, имитирующие строчки, а в крупных заголовках можно даже различить некоторые буквы. Оказалось, что окраска осьминога зависит от того, насколько растянуты микроскопические упругие шарики, рас­пределенные по всему его телу. "Цвет" шарика определяется той длиной волны, до размеров которой он растянут. Но ведь каждый шарик должен "знать", до какой длины ему растянуться, чтобы создать свой фрагмент в общей мозаике! Как осуществляется вся эта координация?

Может быть, существуют еще не известные нам принципы самоорга­низации? Может быть, имеется качественная, а не количественная раз­ница между объединениями большого числа составляющих с малым и большим числом связей для каждой из них? Подобные вопросы пока остаются без ответа. [5, 16, 34]

1.8. Алгоритмы проведения системного анализа

Мы уже неоднократно отмечали, что совершенствование любой деятель­ности состоит в ее алгоритмизации, т.е. в совершенствовании технологии. Было бы по меньшей мере нелогично и странно не подходить с такой же меркой и к самому системному анализу: естественно поставить вопрос о том, насколько формализован сам системный анализ.

Если понимать формализацию узко (в идеале как математическую постановку задачи и вполне однозначную программу ее решения), то системный анализ в принципе не может быть полностью формализован, поскольку в нем большую и очень важную роль играют этапы, на кото­рых системный аналитик и привлекаемые им эксперты должны выпол­нить творческую работу. Такое положение не является особенностью только системного анализа., оно характерно для научной работы вообще. По этому поводу И. Пригожин и И. Стенгерс пишут:

"Для нас экспериментальный метод является поистине искусством, т.е. мы счита­ем, что в основе его лежат особые навыки и умения, а не общие правила. Будучи искусством, экспериментальный метод никогда не гарантирует успех, всегда оста­ваясь на милости тривиальности или неверного суждения. Ни один методологичес­кий принцип не может исключить, например, риска зайти в тупик в ходе научного исследования. Экспериментальный метод есть искусство постановки интересного вопроса и перебора всех его следствий, вытекающих из лежащей в его основе теоре­тической схемы, всех ответов, которые могла бы дать природа на выбранном экспериментатором теоретическом языке. ". [17]

Из конкретной сложности и много­образия явлений природы необходимо выбрать одно-единственное явление, в котором с наибольшей вероятностью ясно и однозначно должны быть воплощены следствия из рассматриваемой теории. Это явление затем надлежит абстрагиро­вать от окружающей среды и "инсценировать" для того, чтобы теорию можно было подвергнуть воспроизводимой проверке, результаты и методы которой допускали бы передачу любому заинтересованному лицу. Хотя такого рода экспе­риментальная процедура с самого начала вызывала (и продолжает вызывать) серьезные нарекания, она пережила все модификации теоретического содер­жания научных описаний и в конечном счете определила новый метод исследова­ния, введенный современной наукой. Экспериментальная процедура может стано­виться и орудием чисто теоретического анализа. Эта ее разновидность известна под названием “мысленного эксперимента".

Из приведенной цитаты наглядно видно, что современный систем­ный анализ — это просто одна из современных прикладных наук; и глав­ное его отличие от других наук состоит в отсутствии (точнее, в расши­рении) субстратной специфики: системный анализ применим к системам любой природы.

Тот факт, что в арсенале системного анализа имеются как формаль­ные (в том числе и математические) процедуры, так и операции, кото­рые выполняются людьми неформально, и даже то, что в некоторых случаях анализ вообще не использует формализованные процедуры, тем не менее не означает, что нельзя говорить об алгоритмах системного ана­лиза. Наоборот, требование системности (в первую очередь, целенаправ­ленной структурированности) применимо прежде всего к самому сис­темному анализу.

Неоднократно имели место попытки создать достаточно общий, уни­версальный алгоритм системного анализа. Бросаются в глаза общность в целом и различия в деталях приводимых алгоритмов. Было бы необоснованным утверждать, что какой-то из них "более правильный" или "более универсальный", чем другой, что реализация одного из них — это системный анализ, а реали­зация другого - нет. Положение становится ясным, если вспомнить, что алгоритм является прагматической (нормативной) моделью деятель­ности. Выбрав конкретную модель, мы должны следовать предписа­ниям именно данного алгоритма, но это не означает, что нельзя было воспользоваться другой моделью. Из целевой предназначенности моде­лей вытекает, что для какого-то случая конкретный алгоритм предпо­чтительнее другого; однако отсюда не следует, что не может существо­вать еще одна, лучшая реализация алгоритма или что в каком-то другом случае порядок предпочтения алгоритмов не окажется противополож­ным. Впрочем, и полной независимости алгоритмов также нет: одни из них могут являться расширением других, частично совпадать и т.д.

Очень удобной и наглядной (и, кроме того, достаточно глубокой) аналогией служит программирование решения задачи на ЭВМ. Програм­мист имеет в распоряжении все операторы некоторого языка и должен составить из них программу решения задачи. Разные программисты сос­тавят различные программы; одна из них будет написана изящнее; в ка­кой-то из них использованы новинки; какая-то окажется "старомодной" Однако все они решают одну и ту же задачу. Подобно этому, системный аналитик может в разной (хотя и не полностью произвольной) после­довательности использовать различные операции исследования систем или спланировать свои действия заранее (для хорошо структурирован­ных, например технических, задач), а может выбирать очередную опера­цию в зависимости от исхода предыдущей, либо использовать готовый алгоритм или "готовые" подпрограммы анализа.

КОМПОНЕНТЫ СИСТЕМНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Перечислим основные средства исследования систем (этапы систем­ного анализа), т.е. блоки, из которых может состоять процедура анализа конкретной системы (в скобках указаны те места данной книги, где данная операция описана подробно):

- определение конфигуратора;

- определение проблемы и проблематики,выявление целей;

- формирование критериев;

- генерирование альтернатив;

- построение и использование моделей;

- оптимизация;

- выбор;

- декомпозиция;

- агрегирование;

- исследование информационных потоков;

- исследование ресурсных возможностей;

- наблюдения и эксперименты над исследуемой системой;

- реализация, внедрение результатов анализа.

Приведенный перечень является укрупненным, может иметь другую последовательность операций, каждую указанную операцию можно раз­делить на более мелкие операции. Это и позволяет составлять алгорит­мы системного анализа, имеющие различную степень подробности.

Итак, исследование каждой системы проводится с использованием любых необходимых методов и операций системного анализа (как фор­мальных, в том числе с применением математических методов и ЭВМ, так и эвристических), а их конкретная последовательность определяется ведущим исследование системным аналитиком и во многом носит индивидуальный, приспособленный к данному случаю характер. Поэтому в системном анализе переплетаются особенности, присущие как науке, так и искусству. Д.К. Джонс, говоря о проектировании систем (частном случае системного анализа), выразил эту мысль так:

"Скажем сразу, что проектирование не следует путать ни с искусством, ни с ес­тественными науками, ни с математикой. Это сложный вид деятельности, в котором успех зависит от правильного сочетания всех этих трех средств познания; очень мала вероятность добиться успеха путем отождествления проектирования с одним из них".

"При решении любой задачи проектирования необходимо определенное сочета­ние логики и интуиции. Пути такого сочетания интуитивного с рациональным не установлены; пожалуй, их и невозможно установить в общем виде, в отрыве от конкретной задачи и конкретного человека, так как они зависят от того, какое количество объективной информации имеется в распоряжении проектировщика, а также от его квалификации и опыта".

Алгоритмы проведения системного ана­лиза могут быть различными. В зависи­мости от степени сложности анализируе­мой проблемы употребляются "линей­ные" алгоритмы (в прослейших слу­чаях), алгоритмы с циклами (чем слож­нее система, тем больше циклов и тем больше интераций осуществляется в каждом цикле), сложные "последова­тельные", т.е. конструируемые в ходе исследования, алгоритмы (в том числе содержащие циклы, случайный поиск, адаптацию, самоорганизацию и т.д.).

1.9. Математический аппарат системного анализа:

Дата добавления: 2014-01-07