Что такое система подсистема среда
Система и среда
Дата добавления: 2013-12-23 ; просмотров: 1973 ; Нарушение авторских прав
Признаки системы (условия):
· наличие совокупности элементов;
· наличие причинно-следственных связей между элементами.
Среда– это совокупность всех объектов, изменение свойств которых влияет на систему, а также тех объектов, чьи свойства меняются в результате поведения системы.
Адаптация – это способность системы обнаруживать целенаправленное приспосабливающееся поведение в сложной среде, а также сам процесс такого приспособления.
Адаптация проявляется в качестве саморегулирования, самообучения, самоорганизации и совершенствования.
Элемент– это неделимый компонент системы способный к относительно самостоятельному осуществлению определенной функции.
Подсистема – это часть системы, в которой не менее двух элементов и которая имеет свою обобщенную функцию.
Функция– это совокупность собственно функциональных возможностей системы и совокупность их свойств, которые могут быть выражены как качественными, так и количественными характеристиками.
Степень воздействия на внешнюю среду системы, учитывая ее функции:
1. пассивное существование системы (то есть данная система – материал для других систем);
2. обслуживание данной системой системы более высокого уровня;
3. противостояние другим системам (выживание), среде;
4. поглощение данной системой другой системы и среды;
5. преобразование других систем и среды.
Цель – это желаемое состояние системы или желаемый результат ее деятельности.
Структура системы – это состав ее элементов и совокупность количественных и качественных отношений между ними.
Наличие иерархии в структуре системы является признаком высокого уровня организации. Все сложные высокоорганизованные системы (например, система управления) обладают иерархической структурой.
Иерархической называется структура, удовлетворяющая следующим условиям:
1. каждая подсистема является либо управляющей или подчиненной, либо управляющей и подчиненной одновременно;
2. существует, по крайней мере, одна только подчиненная подсистема;
3. существует только одна управляющая подсистема;
4. любая подчиненная подсистема непосредственно взаимодействует только с одной управляющей.
Связьвходит в любое определение системы и обеспечивает возникновение и сохранение целостных ее свойств.
|
ресурсы продукт ( услуга)
 |
Рис.1 Схема обратной связи
Обратная связь является основой саморегулирования, развития систем, приспособления их к меняющимся условиям существования.
Не нашли то, что искали? Google вам в помощь!
Что такое система подсистема среда
Термины теория систем и системный анализ, несмотря на период более 25 лет их использования, все еще не нашли общепринятого, стандартного истолкования.
Причина этого факта заключается в динамичности процессов в области человеческой деятельности и в принципиальной возможности использовать системный подход практически в любой решаемой человеком задаче.
Общая теория систем (ОТС) — научная дисциплина, изучающая самые фундаментальные понятия и аспекты систем. Она изучает различные явления, отвлекаясь от их конкретной природы и основываясь лишь на формальных взаимосвязях между различными составляющими их факторами и на характере их изменения под влиянием внешних условий, при этом результаты всех наблюдений объясняются лишь взаимодействием их компонентов, например характером их организации и функционирования, а не с помощью непосредственного обращения к природе вовлечённых в явления механизмов (будь они физическими, биологическими, экологическими, социологическими, или концептуальными)
Для ОТС объектом исследования является не «физическая реальность», а «система», т.е. абстрактная формальная взаимосвязь между основными признаками и свойствами.
При системном подходе объект исследования представляется как система. Само понятие система может быть относимо к одному из методологических понятий, поскольку рассмотрение объекта исследуется как система или отказ от такого рассмотрения зависит от задачи исследования и самого исследователя.
Существует много определений системы.
Термины «отношение» и «взаимодействие» используются в самом широком смысле, включая весь набор родственных понятий таких как ограничение, структура, организационная связь, соединение, зависимость и т.д.
Таким образом, система S представляет собой упорядоченную пару S=(A, R), где A — множество элементов; R — множество отношений между A.
Система — это полный, целостный набор элементов (компонентов), взаимосвязанных и взаимодействующих между собой так, чтобы могла реализоваться функция системы.
Исследование объекта как системы предполагает использование ряда систем представлений (категорий) среди которых основными являются:
Рассмотрим определения других понятий, тесно связанных с системой и ее характеристиками.
Объектом познания является часть реального мира, которая выделяется и воспринимается как единое целое в течение длительного времени. Объект может быть материальным и абстрактным, естественным и искусственным. Реально объект обладает бесконечным набором свойств различной природы. Практически в процессе познания взаимодействие осуществляется с ограниченным множеством свойств, лежащих в приделах возможности их восприятия и необходимости для цели познания. Поэтому система как образ объекта задаётся на конечном множестве отобранных для наблюдения свойств.
Понятие «система» возникает там и тогда, где и когда мы материально или умозрительно проводим замкнутую границу между неограниченным или некоторым ограниченным множеством элементов. Те элементы с их соответствующей взаимной обусловленностью, которые попадают внутрь, — образуют систему.
Те элементы, которые остались за пределами границы, образуют множество, называемое в теории систем «системным окружением» или просто «окружением», или «внешней средой».
Из этих рассуждений вытекает, что немыслимо рассматривать систему без ее внешней среды. Система формирует и проявляет свои свойства в процессе взаимодействия с окружением, являясь при этом ведущим компонентом этого воздействия.
В зависимости от воздействия на окружение и характер взаимодействия с другими системами функции систем можно расположить по возрастающему рангу следующим образом:
Всякая система может рассматриваться, с одной стороны, как подсистема более высокого порядка (надсистемы), а с другой, как надсистема системы более низкого порядка (подсистема). Например, система «производственный цех» входит как подсистема в систему более высокого ранга — «фирма». В свою очередь, надсистема «фирма» может являться подсистемой «корпорации».
Обычно в качестве подсистем фигурирует более или менее самостоятельные части систем, выделяемые по определённым признакам, обладающие относительной самостоятельностью, определённой степенью свободы.
Компонент — любая часть системы, вступающая в определённые отношения с другими частями (подсистемами, элементами).
Элементом системы является часть системы с однозначно определёнными свойствами, выполняющие определённые функции и не подлежащие дальнейшему разбиению в рамках решаемой задачи (с точки зрения исследователя).
Понятие элемент, подсистема, система взаимопреобразуемы, система может рассматриваться как элемент системы более высокого порядка (метасистема), а элемент при углубленном анализе, как система. То обстоятельство, что любая подсистема является одновременно и относительно самостоятельной системой приводит к 2 аспектам изучения систем: на макро- и микро- уровнях.
При изучение на макроуровне основное внимание уделяется взаимодействию системы с внешней средой. Причём системы более высокого уровня можно рассматривать как часть внешней среды. При таком подходе главными факторами являются целевая функция системы (цель), условия её функционирования. При этом элементы системы изучаются с точки зрения организации их в единое целое, влияние на функции системы в целом.
На микроуровне основными становятся внутренние характеристики системы, характер взаимодействия элементов между собой, их свойства и условия функционирования.
Для изучения системы сочетаются оба компонента.
Под структурой системы понимается устойчивое множество отношений, которое сохраняется длительное время неизменным, по крайней мере в течение интервала наблюдения. Структура системы опережает определенный уровень сложности по составу отношений на множестве элементов системы или что эквивалентно, уровень разнообразий проявлений объекта.
Связи — это элементы, осуществляющие непосредственное взаимодействие между элементами (или подсистемами) системы, а также с элементами и подсистемами окружения.
Связь — одно из фундаментальных понятий в системном подходе. Система как единое целое существует именно благодаря наличию связей между ее элементами, т.е., иными словами, связи выражают законы функционирования системы. Связи различают по характеру взаимосвязи как прямые и обратные, а по виду проявления (описания) как детерминированные и вероятностные.
Прямые связи предназначены для заданной функциональной передачи вещества, энергии, информации или их комбинаций — от одного элемента к другому в направлении основного процесса.
Обратные связи, в основном, выполняют осведомляющие функции, отражая изменение состояния системы в результате управляющего воздействия на нее. Открытие принципа обратной связи явилось выдающимся событием в развитии техники и имело исключительно важные последствия. Процессы управления, адаптации, саморегулирования, самоорганизации, развития невозможны без использования обратных связей.
Рис. — Пример обратной связи
С помощью обратной связи сигнал (информация) с выхода системы (объекта управления) передается в орган управления. Здесь этот сигнал, содержащий информации о работе, выполненной объектом управления, сравнивается с сигналом, задающим содержание и объем работы (например, план). В случае возникновения рассогласования между фактическим и плановым состоянием работы принимаются меры по его устранению.
Основными функциями обратной связи являются:
Нарушение обратных связей в социально-экономических системах по различным причинам ведет к тяжелым последствиям. Отдельные локальные системы утрачивают способность к эволюции и тонкому восприятию намечающихся новых тенденций, перспективному развитию и научно обоснованному прогнозированию своей деятельности на длительный период времени, эффективному приспособлению к постоянно меняющимся условиям внешней среды.
Особенностью социально-экономических систем является то обстоятельство, что не всегда удается четко выразить обратные связи, которые в них, как правило, длинные, проходят через целый ряд промежуточных звеньев, и четкий их просмотр затруднен. Сами управляемые величины нередко не поддаются ясному определению, и трудно установить множество ограничений, накладываемых на параметры управляемых величин. Не всегда известны также действительные причины выхода управляемых переменных за установленные пределы.
Детерминированная (жесткая) связь, как правило, однозначно определяет причину и следствие, дает четко обусловленную формулу взаимодействия элементов. Вероятностная (гибкая) связь определяет неявную, косвенную зависимость между элементами системы. Теория вероятности предлагает математический аппарат для исследования этих связей, называемый «корреляционными зависимостями».
Критерии — признаки, по которым производится оценка соответствия функционирования системы желаемому результату (цели) при заданных ограничениях.
Эффективность системы — соотношение между заданным (целевым) показателем результата функционирования системы и фактически реализованным.
Функционирование любой произвольно выбранной системы состоит в переработке входных (известных) параметров и известных параметров воздействия окружающей среды в значения выходных (неизвестных) параметров с учетом факторов обратной связи.
Рис. — Функционирование системы
Вход — все, что изменяется при протекании процесса (функционирования) системы.
Выход — результат конечного состояния процесса.
Процессор — перевод входа в выход.
Система осуществляет свою связь со средой следующим образом.
Вход данной системы является в то же время выходом предшествующей, а выход данной системы — входом последующей. Таким образом, вход и выход располагаются на границе системы и выполняют одновременно функции входа и выхода предшествующих и последующих систем.
Управление системой связано с понятиями прямой и обратной связи, ограничениями.
Обратная связь — предназначена для выполнения следующих операций:
Ограничение — обеспечивает соответствие между выходом системы и требованием к нему, как к входу в последующую систему — потребитель. Если заданное требование не выполняется, ограничение не пропускает его через себя. Ограничение, таким образом, играет роль согласования функционирования данной системы с целями (потребностями) потребителя.
Определение функционирования системы связано с понятием «проблемной ситуации», которая возникает, если имеется различие между необходимым (желаемым) выходом и существующим (реальным) входом.
Проблема — это разница между существующей и желаемой системами. Если этой разницы нет, то нет и проблемы.
Решить проблему — значит скорректировать старую систему или сконструировать новую, желаемую.
Состоянием системы называется совокупность существенных свойств, которыми система обладает в каждый момент времени.
Что такое система подсистема среда
Дадим простое интуитивное определение системы и подсистемы (ниже мы дадим более строгое и полное определение).
Система — объект, процесс в котором участвующие элементы связаны некоторыми связями и отношениями.
Подсистема — часть системы с некоторыми связями и отношениями.
Любая система состоит из подсистем, любая подсистемы любой системы может быть рассмотрена сама как система.
Пример. Наука — система, когнитивная система обеспечивающая получение, проверку, фиксацию (хранение), актуализацию знаний общества. Наука имеет подсистемы: математика, информатика, физика, филология и др. Любое знание существует лишь в форме систем (систематизированное знание), а теория — наиболее развитая система их организации в систему позволяющая не только описывать, но и объяснять, прогнозировать события, процессы.
Необходимые атрибуты информатики как научного знания:
Определим некоторые основные понятия системного анализа, ибо системный стиль мышления, системный подход к рассмотрению проблем являются методологической основой методов многих (если не всех) наук.
Цель — образ несуществующего, но желаемого — с точки зрения задачи или рассматриваемой проблемы — состояния среды, т.е. такого состояния, которое позволяет решать проблему при данных ресурсах. Это — описание, представление некоторого наиболее предпочтительного состояния системы.
Пример. Основные социально-экономические цели общества:
Понятие цели конкретизируется различными объектами и процессами.
Пример. Цель — функция (найти значение функции). Цель — выражение (найти аргументы, превращающие выражение в тождество). Цель — теорема (сформулировать и/или доказать теорему — т.е. найти условия превращающие сформулированное предложение в истинное высказывание). Цель — алгоритм (найти, построить последовательность действий, продукций обеспечивающих достижения требуемого состояния объекта или процесса перевода его из исходного состояния в финальное).
Целенаправленное поведение системы — поведение системы (т.е. последовательность принимаемых ею состояний), ведущее к цели системы.
Задача — некоторое множество исходных посылок (входных данных к задаче), описание цели, определенной над множеством этих данных и, может быть, описание возможных стратегий достижения этой цели или возможных промежуточных состояний исследуемого объекта.
Пример. Глобальная экономическая задача, с которой сталкивается любое общество — корректное разрешение конфликта между фактически неограниченным человеческим потреблением товаров и услуг и ограниченными ресурсами (материальными, энергетическими, информационными, людскими), которые могут быть актуализированы для удовлетворения этих потребностей. При этом рассматривают следующие основные экономические задачи общества:
Решить задачу — означает определить четко ресурсы и пути достижения указанной цели при исходных посылках.
Решение задачи — описание или представление того состояния задачи, при котором достигается указанная цель; решением задачи называют и сам процесс нахождения, описания этого состояния.
Пример. Рассмотрим следующую «задачу»: решить квадратное уравнение (или составить алгоритм его решения). Такая постановка проблемы неправильна, ибо не поставлена цель, задача, не указано, как решить задачу и что понимать в качестве решения задачи. Например, не указаны общий вид уравнения — приведенное или же не приведенное уравнение (а алгоритмы их решения — различны!). Задача также поставлена не полностью — не указан тип входных данных: вещественные или комплексные коэффициенты уравнения, не определены понятие решения, требования к решению, например, точность корня (если корень получится иррациональным, а нужно было определить его с некоторой точностью, то задача вычисления приближенного значения корня — автономная, не очень простая задача). Кроме того, можно было бы указать возможные стратегии решения — классическое (через дискриминант), по теореме Виета, оптимальным соотношением операндов и операции (см. ниже соответствующий пример в главе посвященной алгоритмам).
Описание (спецификация) системы — это описание всех ее элементов (подсистем), их взаимосвязей, цели, функции при некоторых ресурсах т.е. всех допустимых состояний.
Если входные посылки, цель, условие задачи, решение или, возможно, даже само понятие решения плохо описываемы, формализуемы, то эти задачи называются плохо формализуемыми. Поэтому при решении таких задач приходится рассматривать целый комплекс формализованных задач, с помощью которых можно исследовать эту плохо формализованную задачу. Сложность исследования таких задач — в необходимости учета различных, а часто и противоречивых критериев определения, оценки решения задачи.
Пример. Плохо формализуемыми будут, например, задачи восстановления «размытых» текстов, изображений, составления учебного расписания в любом большом вузе, составления «формулы интеллекта», описания функционирования мозга, социума, перевода текстов с одного языка на другой с помощью ЭВМ и др.
Структура — это все то, что вносит порядок в множество объектов, т.е. совокупность связей и отношений между частями целого, необходимые для достижения цели.
Далее мы дадим более формальное (математическое) определение структуры. Понятие структуры одно из наиболее важных понятий — как в абстрактном понимании, так и при его конкретизации.
Пример. Примерами структур могут быть структура извилин мозга, структура студентов на курсе, структура государственного устройства, структура кристаллической решетки вещества, структура микросхемы и др. Кристаллическая решетка алмаза — структура неживой природы; пчелиные соты, полосы зебры — структуры живой природы; озеро — структура экологической природы; партия (общественная, политическая) — структура социальной природы; Вселенная — структура как живой и неживой природы.
Структуры систем бывают разного типа, разной топологии (или же пространственной структуры). Рассмотрим основные топологии структур (систем). Соответствующие схемы приведены на рисунках ниже.
Рис. Структура линейного типа
Иерархические, древовидные структуры:
Рис. Структура иерархического (древовидного) типа
Часто понятие системы предполагает наличие иерархической структуры, т.е. систему иногда определяют как иерархическую целостность.
Рис. Структура сетевого типа
Рис. Структура матричного типа
Пример. Примером линейной структуры является структура станций метро на одной (не кольцевой) линии. Примером иерархической структуры является структура управления вузом: «Ректор — Проректора — Деканы — Заведующие кафедрами и подразделениями — Преподаватели кафедр и сотрудники других подразделений». Пример сетевой структуры — структура организации строительно — монтажных работ при строительстве дома: некоторые работы, например, монтаж стен, благоустройство территории и др. можно выполнять параллельно. Пример матричной структуры — структура работников отдела НИИ выполняющих работы по одной и той же теме.
Кроме указанных основных типов структур используются и другие, образующиеся с помощью их корректных комбинаций — соединений и вложений.
Пример. «Вложение друг в друга» плоскостных матричных структур может привести к более сложной структуре — структуре пространственной матричной (например, вещества кристаллической структуры типа изображенной на рис.). Структура сплава и окружающей среды (макроструктура) могут определять свойства и структуру сплава (микроструктуру):
Рис. Структура типа кристаллической (пространственно-матричной)
Такого вида структуры часто используются в системах с тесно связанными и равноправными («по вертикали» и «по горизонтали») структурными связями. В частности, такую структуру могут иметь системы открытого акционерного типа, корпорации на рынке с дистрибьютерной сетью и другие.
Пример. Из комбинаций матрично-матричного типа (образуемую комбинацией «плоскостных», например, временных матричных структур), можно получить, например, время — возрастную матричную «пространственную» структуру. Комбинация сетевых структур может дать вновь сетевую структуру. Комбинация иерархической и линейной структуры может привести как к иерархической (при «навешивании» древовидной структуры на древовидную), так и к неопределенностям (при «навешивании» древовидной структуры на линейную).
Из одинаковых элементов можно получать структуры различного типа.
Пример. Макромолекулы различных силикатов можно получать из одних и тех же элементов (Si, O):
 | (а) |
 | (б) |
 | (в) |
Рис. Структуры макромолекул из кремния и кислорода (а, б, в)
Пример. Из одних и тех же составляющих рынка (ресурсы, товары, потребители, продавцы) можно образовывать рыночные структуры различного типа: ОАО, ООО, ЗАО и др. При этом структура объединения может определять свойства, характеристики системы.
Структура является связной, если возможен обмен ресурсами между любыми двумя подсистемами системы (предполагается, что если есть обмен i-ой подсистемы с j-ой подсистемой, то есть и обмен j-ой подсистемы с i-ой.
В общем случае, можно образовывать сложные, связные m-мерные структуры (m-структуры), у которых подсистемы — (m−1)-мерные структуры. Такие m-структуры могут актуализировать связи и свойства, которые невозможно актуализировать в (m−1)-структурах и эти структуры широко используются в прикладных науках (социология, экономика и др.) — для описания и актуализации сложных взаимосвязанных многопараметрических и многокритериальных проблем и систем, в частности, для построения указанных ниже когнитивных структурных схем (когнитивных карт).
Указанного типа топологические структуры называют комплексами или симплициальными комплексами и математически их можно определить как объект K(X,Y,f), где X — это m-структура (mD-симплекс), Y — множество событий (вершин), f — связи между X и Y или математически:
Пример. Примером простого геометрического комплекса может быть известный геометрический плоскостной (2D) граф, который состоит из вершин (отождествляются с некоторыми событиями), соединяемых между собой некоторыми одномерными дугами (отождествляются с некоторыми связями этих вершин). Сеть городов на географической карте соединенных дорогами образует плоскостной граф. Понятие математического графа — ниже.
Пример. Рассмотрим множество хороших друзей X = <Иванов, Петров, Сидоров>и замечательных городов Y = <Москва, Париж, Нальчик>. Тогда можно построить 3-структуру (2D-симплекс) в R3 (в пространстве трех измерений — высота, ширина, длина), образуемую связыванием элементов X и Y, например, по принципу «кто где был» (рис.). В этой структуре использованы сетевые 2-структуры (2D-симплексы) X, Y (в которых, в свою очередь использованы 1-структуры). При этом элементы X и Y можно брать как точки (0D-симплексы)-элементы пространства нулевого измерения — R0.
Рис. Геометрическая иллюстрация сложных связных структур
Если структура плохо описываема или определяема, то такое множество объектов называется плохо структурируемым.
Пример. Плохо структурируемы будут проблемы описания многих исторических эпох, проблем микромира, общественных и экономических явлений, например, динамики курса валют на рынке, поведения толпы и др.
Плохо формализуемые и плохо структурируемые проблемы (системы) наиболее часто возникают на стыке различных наук, при исследовании синергетических процессов и систем.
Способность к нахождению решений в плохо формализуемых, плохо структурируемых средах — наиболее важная отличительная черта интеллектуальности (наличия интеллекта).
По отношению к людям — это способность к абстракции, по отношению к машинам или автоматам — способность к адекватной имитации каких-либо сторон интеллекта и интеллектуального поведения человека.
Интеллектуальная проблема (задача) — проблема человеческого интеллекта, целеполагания (выбора цели), планирования ресурсов (выбора необходимых ресурсов) и построения (выбора) стратегий его достижения.
Такие понятия как «интеллект», «интеллектуальность» у специалистов различного профиля (системного анализа, информатики, нейропсихологии, психологии, философии и др.) могут несколько различаться, причем это не несет в себе никакой опасности.
Примем, не обсуждая ее положительные и отрицательные стороны, следующую «формулу интеллекта»:
«Интеллект = цель + факты + способы их применения»,
или, в несколько более «математическом», формализованным виде:
«Интеллект = цель + аксиомы + правила вывода из аксиом».
Интеллектуальными системами называют такие человеко-машинные системы, которые обладают способностью выполнять (или имитировать) какие-либо интеллектуальные процедуры, например, автоматически классифицировать, распознавать объекты или образы, обеспечивать естественный интерфейс, накапливать и обрабатывать знания, делать логические выводы. Используют и другой, более старый термин — «система искусственного интеллекта». В информатике актуальна задача повышения интеллектуальности компьютерных и программных систем, технологий и обеспечения интеллектуального интерфейса с ними. В то же время интеллектуальные системы базируются на неполных и не полностью формализуемых знаниях о предметной области, правилах вывода новых знаний, поэтому должны динамически уточняться и расширяться (в отличие от, например, формализуемых и полных математических знаний).
Понятие «система» в переводе с греческого означает «целое, составленное из частей». Это одна из абстракций информатики и системного анализа, которую можно конкретизировать, выразить в конкретных формах.
Пример. Система теоретических принципов, положений, система государственного устройства, нервная система, производственная система. Можно дать и следующее, более полное определение системы.
Система — это средство достижения цели или все то, что необходимо для достижения цели (элементы, отношения, структура, работа, ресурсы) в некотором заданном множестве объектов (операционной среде).
Дадим теперь более строгое определение системы.
Система — множество связанных друг с другом элементов некоторого вполне определенного множества (некоторых определенных множеств), образующих целостный объект при условии задания для этих объектов и отношений между ними некоторой цели и некоторых ресурсов для достижения этой цели.
Цель, элементы, отношения или ресурсы подсистем при этом будут уже другими, отличными от указанных для всей системы.
Рис. Структура системы в общем виде
Любая система имеет внутренние состояния, внутренний механизм преобразования входных сигналов, данных в выходные (внутреннее описание) и внешние проявления (внешнее описание). Внутреннее описание дает информацию о поведении системы, о соответствии (несоответствии) внутренней структуры системы целям, подсистемам (элементам) и ресурсам в системе, внешнее описание — о взаимоотношениях с другими системами, с целями и ресурсами других систем.
Внутреннее описание системы определяет внешнее описание.
Пример. Банк образует систему. Внешняя среда банка — система инвестиций, финансирования, трудовых ресурсов, нормативов и т.д. Входные воздействия — характеристики (параметры) этой системы. Внутренние состояния системы — характеристики финансового состояния. Выходные воздействия — потоки кредитов, услуг, вложений и т.д. Функции этой системы — банковские операции, например, кредитование. Функции системы также зависят от характера взаимодействий системы и внешней среды. Множество выполняемых банком (системой) функций зависят от внешних и внутренних функций, которые могут быть описаны (представлены) некоторыми числовыми и/или нечисловыми, например, качественными, характеристиками или характеристиками смешанного, качественно — количественного характера.
Пример.Физиологическая система «Организм человека» состоит из подсистем «Кровообращение», «Дыхание», «Зрение» и др. Функциональная система «Кровоообращение» состоит из подсистем «Сосуды», «Кровь», «Артерия» и др. Физико-химическая система «Кровь» состоит из подсистем «Лейкоциты», «Тромбоциты» и др. и так далее до уровня элементарных частиц.
Рассмотрим систему «Река» (без притоков). Представим ее в виде пронумерованных участков реки (камер, подсистем) так, как это изображено на рис.
Рис. Модель реки (течение реки — от 1 к n)
Внутреннее описание системы (каждой подсистемы) может иметь вид:
| x(t+1,i) = x(t,i) − a(t,i) • x(t,i) + b(t,i) − c(t,i) • x(t,i) |
где x(t,i) — объем воды в i-ой камере в момент времени t, a — коэффициент грунтового просачивания воды, b — осадки, с — испарение с поверхности камеры (a, b, c — входные параметры). Внешнее описание системы может иметь вид:
| X(t) = ∑(k(x,t,i) • a(t,i) + l(x,t,i) • b(t,i)), x(0) = s |
где k(x,t,i) — коэффициент, учитывающий влияние грунтового просачивания (структуру дна, берега реки), l(x,t,i) — коэффициент, учитывающий влияние осадков (интенсивность осадков), X(t) — объем воды в реке (у стока, у края последней камеры номер n).
Морфологическое описание системы — описание строения или структуры системы: описание совокупности А элементов этой системы и необходимого для достижения цели набора отношений R между ними.
Морфологическое описание задается кортежом:
где А — множество элементов и их свойств, В — множество отношений с окружающей средой, R — множество связей в А, V — структура системы, тип этой структуры, Q — описание, представление системы на каком-либо языке. Из морфологического описания системы получают функциональное описание системы (т.е. описание законов функционирования, эволюции системы), а из нее — информационное описание системы (описание информационных связей как системы с окружающей средой, так и подсистем системы) или же так называемую информационную систему, а также информационно-логическое (инфологическое) описание системы.
Пример. Морфологическое описание экосистемы может включать, в частности, структуру обитающих в ней хищников и жертв (система типа «хищники — жертвы»), их трофическую структуру (структуру типа «кто кого поедает?») или структуру, состав пищи, обычного рациона обитателя), их свойства, связи и отношения. Трофическая структура рассматриваемой ниже экосистемы — одноуровневая, т.е. хищники и жертвы образуют две непересекающиеся совокупности X и Y со свойствами S(X) и S(Y). Возьмем в качестве языка Q морфологического описания русский язык с элементами алгебры. Тогда можно предложить следующее упрощенное модельное морфологическое описание этой экосистемы:
Если использовать результаты популяционной динамики (раздела математики, изучающей динамику, эволюцию популяций), то можно используя приведенное морфологическое описание системы записать адекватное функциональное описание системы. В частности, динамику взаимоотношений в этой системе можно записать в виде уравнений Лотка — Вольтерра:
где xi(t)-численность (плотность) i-ой популяции, bij — коэффициент поедания i-го вида жертв j-ым видом хищников (прожорливости), ai — коэффициент рождаемости i-го вида.
Морфологическое описание системы зависит от учитываемых связей, их глубины (связи между главными подсистемами, между второстепенными подсистемами, между элементами), структуры (линейная, иерархическая, сетевая, матричная, смешанная), типа (прямая связь, обратная связь), характера (позитивная, негативная).
Пример. Морфологическое описание автомата для производства некоторого изделия может включать геометрическое описание изделия, программу (описание последовательности действий автомата), описание операционной обстановки (маршрут обработки, ограничения действий и др.). При этом это описание зависит от типа и глубины связей, структуры изделия, заготовки и др.
Информационное описание системы часто позволяет нам получать дополнительную информацию о системе, извлекать новые знания о системе, решать информационно-логические задачи, исследовать инфологические модели систем.
Пример. Рассмотрим простую информационно-логическую задачу: у Джека машина — красная, у Питера — не черная, не синяя, не голубая, у Майкла — черная и синяя, у Бэрри — белого и синего цветов, у Алекса — машины всех перечисленных цветов; у кого была какого цвета машина, если все они были на пикнике на машинах разного цвета? Ответ на этот, на первый взгляд, нелегкий вопрос можно легко получить с помощью информационного описания системы с помощью таблицы разрешенных ситуации (таблицы состояний):
