 |
Компьютерная техника и системный анализ
|
|
|
|
ВВЕДЕНИЕ В СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ
Системный анализ как научная дисциплина
Системный анализ – это научная дисциплина, занимающаяся проблемами принятия решения в условиях анализа большого количества информации различной природы.
Из определения следует, что целью применения системного анализа к конкретной проблеме является повышение степени обоснованности принимаемого решения, расширение множества вариантов, среди которых производится выбор, с одновременным указанием способов отбрасывания тех из них, которые заведомо уступают другим. Другими словами, системный анализ – это некая методика, позволяющая не упустить из рассмотрения важные стороны и связи изучаемого объекта, процесса, явления.
Системный анализ большого объема информации различной природы опирается на следующие составные части, определяющие:
· методологию анализа информации;
· аппаратную реализацию построения и анализа модели;
· опыт применения в различных областях знания и практики.
Методология – базовое начало системного анализа, включает:
o определения используемых понятий;
o принципы системного подхода;
o постановку и общую характеристику основных проблем организации системных исследований.
Определения в методологии обычно даются на словесно интуитивном уровне и, как правило, обладают свойством конструктивности. Общепринятые определения создают язык данной науки, влияют на научное мышление. В системном анализе процесс выработки единых определений не закончен и весьма актуален в связи с междисциплинарным характером исследований.
Принципы системного подхода – это некоторые положения общего характера, являющиеся обобщением опыта работы человека со сложными системами. Часто их считают ядром методологии.
|
|
|
Постановка и характеристика проблем системных исследований (например, целенаправленная структуризация, оптимальное чередование исполнительских и управленческих операций, задача о системе с плавающей границей между ней и внешней средой и др.) составляют в настоящее время наименее освещенную часть методологии системного анализа.
Вернемся к составляющим частям системного анализа.
Под аппаратной реализацией будем понимать стандартные приемы моделирования принятия решения в сложной системе и общие способы работы с этими моделями. Модель строится в виде связных множеств (в простейшем случае – цепочек), отдельных процедур. Системный анализ исследует как организацию таких множеств, так и вид отдельных процедур, которые максимально приспосабливают для принятия согласующих и управленческих решений в сложной системе.
Модель обычно изображается в виде схемы с ячейками, связями между ячейками и логическими переходами. Ячейки содержат конкретные действия-процедуры, которые могут иметь весьма разнообразный характер. Совместное изучение процедур и их организации вытекает из того, что без учета содержания и особенностей ячеек создание схем оказывается невозможным. Эти схемы определяют стратегию принятия решения в сложной системе. Именно с проработки связного множества основных процедур принято начинать решение конкретной задачи.
Говоря об отдельных процедурах, укажем, что основной классификацией является деление на формализуемые процедуры (операции) и неформализуемые. Важным является то, что в отличие от большинства научных дисциплин, стремящихся к формализации, системный анализ допускает, что отнюдь не все следует систематизировать и дополнять строгими правилами действий.
В определенных ситуациях неформализуемые решения, принимаемые человеком, являются более предпочтительными, и активность человека внутри сложной системы может определять успех работы с ней. Таким образом, системный анализ рассматривает совместно формализуемые и неформализуемые процедуры, и одной из его задач является определение их оптимального соотношения.
|
|
|
Формализуемые стороны отдельных операций, как правило, лежат в области прикладной математики и использования средств вычислительной техники. В ряде случаев математическими методами исследуется связное множество процедур, а иногда производится и само моделирование принятия решения. Все это позволяет говорить о математической основе системного анализа. Высокий уровень абстрагирования в математике приводит к тому, что и фундаментально-прикладные, и даже чисто вычислительные исследования, выполняются безотносительно к тому, как их результаты будут использоваться дальше.
В системном анализе существует и другое направление, берущее свое начало в исследовании сложных, многоаспектных проблем социологии, философии, других гуманитарных наук. Эти два базовых начала практически едины в области методологии, но заметно расходятся в аппаратной реализации и в приложениях.
Третья часть системного анализа – опыт его применения в различных областях – чрезвычайно обширна по содержанию. Важнейшими разделами являются научно-технические разработки и различные задачи экономики. Перечень тех ветвей науки, где ссылки на системность исследований, анализа, подхода являются обычными, включает биологию, экологию, военное дело, психологию, социологию, медицину, управление государством, обучение и тренировку, выработку научного мировоззрения и многое другое.
Компьютерная техника и системный анализ
В настоящее время развитие системного анализа, прежде всего, характеризуется осмыслением широчайшего проникновения компьютерной техники в процесс принятия решения в сложной системе. Программные и технические средства различного уровня и масштаба выполняют значительное число отдельных процедур и начинают эффективно использоваться для составления наборов процедур и контроля за ходом решения задачи в целом.
Особое место при анализе и принятии решения занимают такие сравнительно новые объекты, как информационная база (база данных), диалоговые системы, имитационное моделирование. Эти объекты, воспринимаемые как части автоматизированных систем или как специальные, использующие компьютер, методы исследования, должны рассматриваться в качестве важных понятий системного анализа. Они отражают существенные и достаточно абстрактные стороны современного состояния аппаратной реализации системных исследований. С точки зрения системного анализа это некоторые классы операций, обладающие внутренней структурой, универсальностью использования и другими особенностями.
|
|
|
Ведущими среди этих объектов представляются диалоговые системы. Их суть заключается в чередовании формализованных (компьютер) и неформализованных (человек) процедур и характеризуется специальными средствами для организации диалога с компьютером и высокой оперативностью процедур, выполняемых компьютером и человеком.
Удачно организованные диалоговые системы эффективно усиливают возможности компьютера, а так же и человеческого мозга и позволяют решать задачи, недоступные только компьютеру или только человеку. Диалог в виде вопросов и ответов присутствует в любой информационной базе, а также является удобным видом работы с имитационными моделями. Не останавливаясь здесь на других особенностях баз данных и имитации поведения системы, подчеркнем лишь общую основу этих понятий – взаимодействие человека и компьютерной техники.
Можно выделить три стороны этого взаимодействия, одна из которых уже затронута, – это партнерство в выполнении операций, названное диалогом с компьютером.
Вторая сторона – человек является создателем программных средств, программного продукта, без которых компьютерная техника мертва. Многообразие программ и уровни их сложности даже трудно себе представить. Для системного анализа наиболее существенно то, что программы, пакеты программ выступают как средство исследования сложной системы, средство, готовящее решение в ней. Применение отдельного программного средства является элементарной процедурой системного анализа.
|
|
|
Третья сторона взаимодействия человека и компьютера заключается в том, что именно человек оценивает решение или другую информацию, полученную с помощью компьютерной техники, и дает указание на использование результатов исследования на практике. В литературе по системным исследованиям привился термин – «лицо, принимающее решение» (ЛПР). Именно на ЛПР, ответственном за всю систему или ее часть, замыкается выполнение совокупности операционных процедур. Роль ЛПР, рамки его действий, отделение или не отделение от исследователей системы составляют проблемы, которые в общем виде также относятся к области системного анализа.
Разнообразная считающая, управляющая, хранящая, преобразующая, советующая, изображающая и другая компьютерная техника является как неотъемлемой частью самих сложных систем, так и исследования. Владение аппаратом системного анализа невозможно без умения определять тактику и стратегию использования компьютера, баз данных, компьютерных сетей. В конкретных же проблемах это умение часто вообще определяет успех системного исследования.
Система и ее свойства
Понятие системы вошло в обиход в начале ХХ века, но долгое время использовалось лишь в самом общем смысле. Развитие представлений о взаимосвязи различных отраслей науки, формирование идей кибернетики сделали необходимым строгое определение системы.
Системой называется упорядоченная совокупность взаимодействующих элементов, объединенных определенными связями, предназначенная для достижения заданной цели и достигающая ее наилучшим (по возможности) образом.
Подчеркивается единство трех основных составляющих понятий системы – элементов, связей, операций. Достоинство данного определения – в простоте и раскрытии сущности систем, недостаток – в отсутствии однозначности (произвольно взятый элемент системы сам является системой, а произвольно взятая система может рассматриваться как элемент более крупной системы).
Элементом назовем некоторый объект (материальный, энергетический, информационный), обладающий рядом важных для нас свойств, но внутреннее строение (содержание) которого не является в данном случае целью рассмотрения.
Связью назовем важный для целей рассмотрения обмен между элементами веществом, энергией, информацией. Частным случаем связи выступает воздействие.
Свойства системы
Целостность системы. Элементы системы функционируют во времени взаимосвязано как единое целое. Каждый из них работает ради достижения единой цели, стоящей перед всей системой. Система не должна рассматриваться как простая сумма элементов. Нужно учитывать эффект взаимодействия элементов, благодаря которому некоторые свойства накапливаются, усиливаются и в совокупности может появиться новое свойство, присущее всей системе.
|
|
|
Эмерджентность системы – способность сложной системы проявлять общесистемные свойства и порождать системный эффект, не присущий отдельным элементам системы.
Целевое назначение системы. Для какой цели функционирует система, какие перед ней ставятся задачи.
Примеры систем: солнечная система, живой организм (биологическая система), экологическая система, транспортная система, система линейных алгебраических уравнений, язык (языковая система), система Станиславского (театральная система), система химических элементов (таблица Менделеева), автоматизированная система управления технологическим процессом.
Большой системой назовем систему, включающую значительное число однотипных элементов и однотипных связей.
Сложной системой назовем систему, состоящую из элементов разных типов и обладающую разнородными связями между ними.
Большой, но не сложной с точки зрения механики системой является собранная из стержней стрела крана или, например, труба газопровода. Элементами последней будут ее участки между сварными швами или опорами. Для расчетов на прогиб элементами газопровода, скорее всего, будут считаться относительно небольшие (порядка метра) участки трубы. Так поступают в известном методе конечных элементов. Связь в данном случае имеет силовой (энергетический) характер – каждый элемент действует на соседний.
Различие между большой системой и сложной системой условно. Так, корпуса ракет или судов, которые, на первый взгляд, однородны, обычно относят к сложной системе – из-за наличия переборок разного вида, усилителей, слоистой конструкции. Типичными примерами сложных систем являются судно, самолет, ракета, системы управления ими, электронно-вычислительная машина, транспортная сеть города и многое другое.
В настоящее время важным классом сложных систем выступают так называемые автоматизированные системы. Слово «автоматизированный» указывает на участие человека, использование его активности внутри системы при сохранении значительной роли технических средств. Так, цех, участок, сборка могут быть как автоматизированными, так и автоматическими («цех-автомат»). Для сложной системы автоматизированный режим считается более предпочтительным. Например, посадка самолета выполняется при участии человека, а автопилот обычно используется лишь на относительно простых движениях. Также типична ситуация, когда решение, выработанное техническими средствами, утверждается к исполнению человеком.
Итак, автоматизированной системой называется сложная система с определяющей ролью элементов двух типов в виде:
· технических средств;
· действий человека.
|
|
|
