Формализованное определение структуры и функции системы

Вернемся к данным выше определениям системы. Как мы знаем, система состоит их элементов. Если элементы, которые образуют некоторую систему Y, обозначить символами Х₁, Х₂, …….Х_n, где n - это число элементов, то это множество элементов X = {X₁, X₂, …….X_n}, состоящее из всех внутренних элементов системы, будет называться составом системы Х.

Входящие в состав системы элементы связаны между собой различными системообразующими связями и отношениями. Кроме того, эти элементы испытывают воздействие и со стороны внешних относительно системы Y объектов, а также и сами влияют на эти объекты. Так, горизонты конкретной изучаемой нами почвы взаимодействуют не только друг с другом в пределах почвы, но и с соседними почвами, растительностью, климатом, почвенной фауной и так далее. Аналогично особи одной популяции взаимодействуют и общаются не только между собой, но и с особями других популяций: например, при хищничестве или конкуренции.

Рассуждая формально, каждая система Y воздействует сама и испытывает воздействие со стороны бесчисленного множества внешних по отношению к ней систем S₁, S₂, …..S_M, S_M+1, …..

Мы можем относительно произвольно выбрать некоторую конечную меру интенсивности воздействия. В этом случае устанавливают конечное число внешних систем S₁, S₂, …..S_M, находящихся с системой Y во взаимодействии, но с интенсивностью не ниже заданного нами уровня. Например, при изучении и моделировании водного режима почвы мы можем отсечь соседние системы, перенос воды между которыми менее 10 мм/год.

Множество, состоящее из внешних систем, которое находится в существенной связи с изучаемой системой, назовем непосредственной окружающей средой и обозначим как (Федоров, Гильманов, 1980)

V = S₁, S₂, …..S_K.

Множество связей (отношений) элементов системы между собой, а также элементов этой же системы с внешней средой условимся называть структурой системы Y и обозначим (Федоров, Гильманов, 1980):

Σ = σ₁, σ₂,……..σ_r,

где r - это число всех рассмотренных существенных связей, образующих структуру системы.

Внешняя среда, состав и структура системы могут изменяться с течением времени. Это обстоятельство можно записать таким образом:

V = V (t) = { S₁(t), S₂(t), …..S_K(t) },

X = X (t) = { X₁(t), X₂(t), …….X_n(t) },

Σ = Σ (t) = { σ₁(t), σ₂(t),…….. σ_r(t) }.

Теперь осталось определить понятие функции системы. Функцией системы Y назовем закон (совокупность правил) F, по которому в зависимости от внешних факторов V (t) происходит изменение во времени внутренних элементов X (t) и структуры Σ (t) системы Y.

Суммируя сказанное, можно дать следующее формализованное определение системы:

Системой Y (t), функционирующей в окружающей среде V (t) = { S₁(t), S₂(t), …..S_K(t) }, называется объект Y(T) = Y { V(t), X(t), Σ (t), F }, образованный элементами множества X (t) = { X₁(t), X₂(t), …….X_n(t) }, которые связаны между собой и с окружающей средой определенными связями (отношениями). Совокупность связей образует структуру Σ (t) = { σ₁(t), σ₂(t),…….. σ_r(t) }. И состав X (t), и структура Σ (t) системы изменяются во времени в соответствии с функцией F.

 

Таким образом, системный подход к изучению любого объекта состоит, во-первых, в определении образующих ее составных частей X₁, X₂, …….X_n и взаимодействующих с ней объектов окружающей среды S₁, S₂, …..S_K; во-вторых, в установлении структуры изучаемой системы, то есть совокупности внутренних связей и отношений σ₁, σ₂,…….. σ_r, а также связей с окружающей средой; в-третьих, в нахождении функции или закона функционирования изучаемой системы (в нашем случае - почвы) F, который определяет характер изменений компонентов системы и связей между ними под действием внешних объектов S₁, S₂, …..S_K.

Для решения этих трех основных задач, вытекающих из системного подхода, в арсенале современного почвоведения имеются разнообразные методы. Их можно объединить в основные группы: (1) полевые наблюдения; (2) полевые и лабораторные эксперименты; (3) моделирование.

Классификации систем

Ведущий принцип классификации систем исходит из их внутренней сложности, которая зависит от их структуры. Это так называемые структурные классификации. Мы рассмотрим лишь одну из них по работе К. Чорли и Р. Кеннеди (1976). Она позволяет судить в общих чертах о нарастающей сложности систем:

1. Морфологические системы состоят исключительно из сети структурных соотношений между составляющими частями (элементами системы).

2. Каскадные системы определяются путями следования энергии или массы (об этом говорит и слово "каскад").

3. Системы типа "процесс - ответ" (процессорные) представляют собой как бы переплетение морфологической и каскадной систем, так что система "процесс - ответ" демонстрирует нам способ соотнесения формы с процессом.

4. Управляемые системы (преобразователи) также относятся к типу "процесс - ответ". Однако их ключевые компоненты сознательно контролируются. Это заставляет систему работать в определенном направлении, то есть в них уже имеются некоторые регуляторы или управляемые элементы.

5. Саморегулирующиеся системы представляют собой низшую форму жизни (например, клетки).

6. Растения как живые структуры.

7. Животные как живые структуры.

8. Экосистемы объединяют растения, животных и окружающую их неживую (косную) среду.

9. Человек.

10. Общественные системы.

11. Экосистемы человека охватывают взаимосвязи социальных систем с экосистемами.

На каждом из этих уровней сложности можно выделить системы различного масштаба. Наиболее важным, однако, является раздел между четвертым и пятым уровнями, то есть между косными и живыми (самовоспроизводящимися) системами. Связь между этими уровнями обеспечивается общей тенденцией к образованию уровней иерархии в результате неравенства вовлекаемых в них потоков энергии и массы. Почвоведов более всего будут интересовать первые четыре уровня сложности систем: уровни морфологической, каскадной систем и уровни систем типа "процесс - ответ" (процессорных) и управляемых систем. Рассмотрим их немного подробнее.

Морфологические системы.

 

Первый уровень структурной сложности предполагает системы, состоящие из нескольких связанных между собой элементов: например, это может быть почва, состоящая из почвенных горизонтов, или почвенный горизонт, состоящий из структурных отдельностей.

Как видно из рисунка, элементы могут быть соединены в цепь или в кольцо (при помощи обратных связей).

Каскадная система.

 

Эти системы представляют собой цепочку подсистем или элементов одной системы. Они имеют пространственные размеры и конкретное географическое положение. Эти подсистемы динамически связаны перепадом массы или энергии.

Масса или энергия, выходящая из одной подсистемы, становится входной величиной для другой. Например, мы имеем почвенный покров на некотором склоне - так называемую почвенную катену. Он состоит из трех типов почв: почвы на вершине склона, в середине склона и у подножья склона. Осадки, выпавшие на вершине склона, частично там и впитаются, а часть их поступит на почву в середине склона. Там часть их также впитается (это звено - накопитель), а остатки попадут на почву нижней части склона. По такому принципу действуют многие гидрологические системы, а также идет процесс эрозии склоновых поверхностей.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: