Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем

Рассматриваются главные понятия системного анализа, признаки системы, типы топологии систем, разные формы описания систем, этапы системного анализа.

Цель лекции:введение основного понятийного аппарата системного анализа, теории систем.

Дадим сначала интуитивное определение системы и подсистемы.

Система - объект либо процесс, в каком элементы-участники связаны некими связями и отношениями.

Подсистема - часть системы с некими Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем связями и отношениями.

Неважно какая система состоит из подсистем, подсистема хоть какой системы может быть сама рассмотрена как система. Границы рассматриваемой системы определяются доступными ресурсами и окружением.

Пример. Наука - система, обеспечивающая получение, проверку, фиксацию (хранение), актуализацию познаний общества. Наука имеет подсистемы: математика, информатика, физика, экономика и др. Хоть какое Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем познание существует только в форме систем (систематизированное познание). Теория - более развитая система их организации, позволяющая не только лишь обрисовывать, да и разъяснять, предсказывать действия, процессы.

Определим главные понятия системного анализа, нужные дальше.

Состояние системы - фиксация совокупы доступных системе ресурсов (вещественных, энергетических, информационных, пространственных, временных, человеческих, организационных), определяющих ее отношение Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем к ожидаемому результату либо его виду. Это "фото" механизма преобразования входных данных системы в выходные данные.

Цель - образ несуществующего, но хотимого, исходя из убеждений задачки либо рассматриваемой препядствия, состояния среды, т.е. такового состояния, которое позволяет решать делему при данных ресурсах. Это описание, представление некого более желательного (исходя Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем из убеждений поставленной цели и доступных ресурсов) состояния системы.

Пример. Главные социально-экономические цели общества: экономический рост; полная трудовая занятость населения; финансовая эффективность производства; размеренный уровень цен; финансовая свобода производителей и потребителей; справедливое рассредотачивание ресурсов и благ; социально-экономическая обеспеченность и защищенность; торговый баланс на рынке; справедливая налоговая политика.

Задачка Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем - некое огромное количество начальных посылок (входных данных к задачке), описание цели, определенной над обилием этих данных, и, может быть, описание вероятных стратегий заслуги этой цели либо вероятных промежных состояний исследуемого объекта.

Решить задачку значит найти верно ресурсы и пути заслуги обозначенной цели при начальных посылках. Решение задачки - описание Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем, представление состояния задачки, при котором достигается обозначенная цель; решением задачки именуют и сам процесс нахождения этого состояния.

Понятие препядствия в системном анализе - обширнее, чем понятие задачки, и состоит обычно из ряда взаимосвязанных задач.

Неувязка - описание, хотя бы содержательное, ситуации, в какой определены: цель, достигаемые (достижимые, предпочтительные) результаты и, может быть Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем, ресурсы и стратегия заслуги цели (решения). Неувязка проявляется поведением системы.

Описание (спецификация) системы - это идентификация ее определяющих частей и подсистем, их взаимосвязей, целей, функций и ресурсов, т.е. описание допустимых состояний системы.

Если входные посылки, цель, условие задачки, решение либо, может быть, даже само понятие решения плохо (отчасти) описываемы, формализуемы, то эти Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем задачки именуются плохо формализуемыми. Потому при решении таких задач приходится рассматривать целый комплекс формализованных задач, при помощи которых можно изучить эту плохо формализованную задачку. Сложность их исследования заключается в необходимости учета разных, а нередко и противоречивых критериев определения, оценки решения задачки.

Пример. Плохо формализуемыми будут, к примеру Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем, задачки восстановления "размытых" текстов, изображений, составления учебного расписания в любом большенном вузе, составления "формулы измерения ума", описания функционирования мозга, социума, перевода текстов с 1-го языка на другой при помощи ЭВМ и др.

Определим, пока не формализованно, понятие структуры системы.

Структура - все то, что заносит порядок во огромное количество объектов Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем, т.е. совокупа связей и отношений меж частями целого, нужных для заслуги цели.

Пример. Примеры структур: извилины мозга, факультет, государственное устройство, кристаллическая решетка вещества, микросхема. Кристаллическая решетка алмаза - структура неживой природы; пчелиные соты и полосы зебры - структуры живой природы; озеро - структура экологической природы; партия (общественная, политическая) - структура социальной природы Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем, и т.д.

Базисные топологии структур (систем) приведены на рис. 2.1-2.4.

Рис. 2.1. Структура линейного типа


Рис. 2.2. Структура иерархического типа (1-ая цифра - номер уровня)


Рис. 2.3. Структура сетевого типа (2-ая цифра - номер в пути)


Рис. 2.4. Структура матричного типа

Пример. Примером линейной структуры является структура станций метро на одной (не кольцевой) полосы в одном Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем направлении. Примером иерархической структуры может служить структура управления университетом: "Ректор - Проректор - Декан - Заведующий кафедрой, подразделением - Педагог кафедры, сотрудник подразделения". Пример сетевой структуры - структура организации работ при строительстве дома: некие работы, к примеру, установка стенок, благоустройство местности и др. можно делать параллельно. Пример матричной структуры - структура работников отдела НИИ, выполняющих работы Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем по одной и той же теме.

Не считая обозначенных главных типов структур, употребляются и другие, образующиеся с их помощью корректных композиций - соединений и вложений.

Пример. Из композиций "плоскостных временных" матричных структур можно получить матричную "пространственную (время-возрастную)" структуру. Композиция сетевых структур может вновь дать сетевую структуру. Композиция иерархической и линейной Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем структур может привести как к иерархической ("навешивая" древовидную структуру на древовидную), так и к неопределенной ("навешивая" древовидную структуру на линейную). Смешанную структуру могут иметь системы открытого акционерного типа, компании на рынке с дистрибьютерской сетью и другие.

Из схожих частей можно получать структуры разного типа.

Пример. Макромолекулы разных силикатов получают из Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем одних и тех же частей (Si, O). Это пример связей вещества и структуры (см. рис. 2.5).


Рис. 2.5. Структуры макромолекул из кремния и кислорода (а, б, в)

Пример. Из одних и тех же составляющих рынка (ресурсы, продукты, потребители, торговцы) можно создавать рыночные структуры разного типа: ОАО, ООО, ЗАО и Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем др. При всем этом структура объединения может определять характеристики, свойства системы.

В современных компьютерных архитектурах, компьютерных системах и сетях принципиально верно избрать эффективную структуру и топологию.

Пример. Поочередная структура применяется при организации конвейерных вычислений на суперкомпьютерах (конвейерных вычислительных структурах). Сетевая структура (а именно, типа "бабочка") употребляется для организации Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем вычислений специализированных структур, а именно, для резвого преобразования Фурье, которое употребляется для обработки спутниковой инфы и в почти всех других отраслях. Древовидные сети подвержены воздействию переменных задержек, когда данные из всех узлов 1-го поддерева должны быть переданы на другое поддерево. Двумерные решетки (матрицы) нередко используются для обработки изображений. Матрично Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем-матричная структура - гиперкуб употребляется для связи каждого из 2n узлов с каждым, который отличен в одном двоичном разряде, и организации их независящей работы по выполнению отдельных частей большой программки (задачки); а именно, компьютер таковой архитектуры отлично играл с Г.Каспаровым в шахматы.

Структура является связной, если вероятен обмен ресурсами меж хоть какими 2-мя Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем подсистемами системы (подразумевается, что если есть обмен i-й подсистемы с j-й подсистемой, другими словами и обмен j-й подсистемы с i-й).

Если структура либо элементы системы плохо (отчасти) описываемы либо определяемы, то такое огромное количество объектов именуется плохо либо слабо структурируемым (структурированным).

Таково большая часть Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем социально-экономических систем, владеющих рядом специфичных черт плохо структурируемых систем, а конкретно:

  1. мультиаспектностью и взаимосвязанностью происходящих в их процессов (экономических, соц и т.п.), невыполнимостью их структурирования, потому что все происходящие в их явления должны рассматриваться в совокупы;
  2. отсутствием достаточной инфы (обычно, количественной) о динамике процессов и применимостью только Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем высококачественного анализа;
  3. изменчивостью и многовариантностью динамики процессов и т.д.

Пример. Плохо структурируемы будут препядствия описания многих исторических эпох, заморочек микромира, публичных и экономических явлений, к примеру, динамики курса валют на рынке, поведения толпы и др.

Плохо формализуемые и плохо структурируемые задачи (системы) более нередко появляются на Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем стыке разных наук, при исследовании синергетических процессов и систем.

"Система" в переводе с греческого значит "целое, составленное из частей". Это одна из абстракций системного анализа, которую можно конкретизировать, выразить в определенных формах.

Можно сейчас дать и последующее, более полное определение системы.

Система - это средство заслуги цели либо все то, что нужно для Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем заслуги цели (элементы, дела, структура, работа, ресурсы) в неком данном огромном количестве объектов (операционной среде).


Рис. 2.6. Структура системы

Для описания системы принципиально знать, какие она имеет структуру (строение), функции (работу) и связи (ресурсы) с окружением.

Совокупа частей и связей меж ними позволяет судить о структуре системы.

Неважно какая система имеет Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем внутренние состояния, внутренний механизм преобразования входных данных в выходные (внутреннее описание), также имеет наружные проявления (наружное описание).

Внутреннее описание дает информацию о поведении системы, о согласовании (несоответствии) внутренней структуры системы целям, подсистемам (элементам) и ресурсам в системе, наружное описание - о отношениях с другими системами, с целями и Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем ресурсами других систем (см. рис. 2.6).

Наружное описание системы определяется ее внутренним описанием.

Пример. Банк есть система. Наружняя среда банка - система инвестиций, финансирования, трудовых ресурсов, нормативов и т.д. Входные воздействия - свойства (характеристики) этой системы. Внутренние состояния системы - свойства денежного состояния. Выходные воздействия - потоки кредитов, услуг, вложений и т Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем.д. Функции системы - банковские операции, к примеру, кредитование. Функции системы также зависят от нрава взаимодействий системы и наружной среды. Огромное количество выполняемых банком (системой) функций зависят от наружных и внутренних функций, которые могут быть описаны (представлены) некими числовыми и/либо нечисловыми, к примеру, высококачественными, чертами либо чертами смешанного, качественно-количественного нрава Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем.

Морфологическое (структурное либо топологическое) описание системы - это описание строения либо структуры системы либо описание совокупы А частей этой системы и нужного для заслуги цели набора отношений R меж этими элементами системы.

Функциональное описание системы - это описание законов функционирования, эволюции системы, алгоритмов ее поведения, "работы".

Информационное (информационно-логическое либо инфологическое) описание Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем системы - это описание информационных связей как системы с окружающей средой, так и подсистем системы.

Ранее информационное описание системы называли кибернетическим.

Пример. Морфологическое описание экосистемы может включать структуру обитающих в ней хищников и жертв, их трофическую структуру (структуру питания), их характеристики, связи. Трофическую структуру типа "хищники и жертвы" образуют две Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем непересекающиеся совокупы X и Y со качествами S(X) и S(Y). Возьмем в качестве языка морфологического описания российский язык с элементами алгебры. Тогда можно предложить последующее облегченное модельное морфологическое описание этой системы:

S=

A = {человек, тигр, коршун, щука, баран, газель, пшеница, кабан, трилистник, полевая мышь (полевка), змея, желудь Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем, карась},

X = {человек, тигр, коршун, щука, кабан, змея, баран},

Y = {газель, пшеница, трилистник, полевка, желудь, карась},

S(X) = {пресмыкающееся, двуногое, четырехногое, плавающее, летающее},

S(Y) = {живое существо, зерно, травка, орех},

B = {обитатель суши, житель воды, растительность},

R = {хищник, жертва}.

Трофическую структуру ("x поедает y") таковой экосистемы можно обрисовать Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем последующей таблицей 2.1:

Таблица 2.1. Трофическая структура экосистемы
Y \ X Человек Тигр Коршун Щука Змея Кабан Баран
Газель
Пшеница
Трилистник
Полевка
Желудь
Карась

Информационное описание системы при помощи графа представлено на рис. 2.7


Рис. 2.7. Граф информационного описания: 1 - человек, 2 - тигр, 3 - коршун, 4 - щука, 5 - змея, 6 - кабан, 7 - баран, 8 - газель, 9 - пшеница, 10 - трилистник, 11 - полевка, 12 - желудь, 13 - карась

Если использовать Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем результаты популяционной динамики, то можно, используя приведенное морфологическое описание системы, записать адекватное функциональное описание системы. А именно, динамику отношений в данной системе можно записать в виде уравнений Лотка-Вольтерра:

где xi(t) - численность (плотность) i-й популяции, bij - коэффициент поедания i-го вида жертв j-ым видом хищников (прожорливости), ai - коэффициент Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем рождаемости i-го вида.

Пример. Разглядим систему "Информационный центр". Входная, выходная и внутрисистемная информация представляется документами, графическими, аудио- и видеофайлами, программками и т.д. Системные функции: предоставление машинного времени, обработка данных, поиск инфы, создание и обработка архивов и баз данных. Системные цели: внедрение новых информационных технологий, внедрение новых Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем способов обучения персонала и юзеров, увеличение эффективности поиска, получения, обработки и хранения инфы. Описание системы: x(t+1)=x(t)-a(t)x(t)+b(t)x(t), где x(t) - эффективность способов работы с информацией в момент времени t; a(t) - коэффициент компьютерной неграмотности юзеров; b(t) - коэффициент Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем, показывающий степень внедрения новых аппаратно-программных средств.

Пример. Система "Корпоративная сеть", S = , A = {Терминал, Файловый Сервер, Почтовый Сервер, Концентратор, Маршрутизатор, Сетевой Принтер}, B = {Рабочая станция, Серверная станция, Устройства передачи пакетов из одной сабсети в другую}, R = {Клиент, Сервер}.

Исходя из убеждений морфологического описания, система может быть:

Морфологическое описание системы находится в зависимости от учитываемых связей, их глубины (связи меж главными подсистемами, меж второстепенными Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем подсистемами, меж элементами), структуры (линейная, иерархическая, сетевая, матричная, смешанная), типа (ровная связь, оборотная связь), нрава (положительная, негативная).

Пример. Морфологическое описание автомата для производства некого изделия может включать геометрическое определение изделия, программку (задание последовательности действий по обработке заготовки), изложение операционной обстановки (маршрут обработки, ограничения действий и др.). Описание находится Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем в зависимости от типа, глубины связей, структуры изделия и др.

Главные признаки системы:

Целое всегда есть система, а целостность всегда присуща системе, проявляясь в системе в виде симметрии, повторяемости (цикличности), адаптируемости и саморегуляции, наличии и Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем сохранении инвариантов.

"В организованной системе любая часть либо сторона дополняет собой другие и в этом смысле нужна для их как орган целого, имеющий особенное значение" (Богданов А.А.).

При системном анализе объектов, процессов, явлений нужно пройти (в обозначенном порядке) последующие этапы системного анализа:

  1. Обнаружение трудности (задачки).
  2. Оценка актуальности препядствия.
  3. Формулировка Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем целей, их ценностей и заморочек исследования.
  4. Определение и уточнение ресурсов исследования.
  5. Выделение системы (из среды) при помощи ресурсов.
  6. Описание подсистем (вскрытие их структуры), их целостности (связей), частей (вскрытие структуры системы), анализ взаимосвязей подсистем.
  7. Построение (описание, формализация) структуры системы.
  8. Установление (описание, формализация) функций системы и ее подсистем.
  9. Согласование целей системы с целями Лекция: Описания, базовые структуры и этапы анализа систем подсистем.
  10. Анализ (испытание) целостности системы.
  11. Анализ и оценка эмерджентности системы.
  12. Испытание, верификация системы (системной модели), ее функционирования.
  13. Анализ оборотных связей в итоге испытаний системы.
  14. Уточнение, корректировка результатов прошлых пт.

Вопросы для самоконтроля

Задачки и упражнения


lekciya-tema-vospalenie.html
lekciya-termin-multimedia-stranica-2.html
lekciya-tretya-kniga-eta-prednaznachaetsya-dlya-spokojnih-chitatelej-dlya-lyudej-kotorie-eshe-ne-zahvacheni-golovokruzhitelnoj.html