Teoria_sistem_i_sistemny_analiz_-_lektsii_1-11

КАЗАНСКИЙ (ПРИВОЛЖСКИЙ) ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ВЫСШАЯ ШКОЛА ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Кафедра автономных робототехнических систем

Д.Е. Чикрин

Теория систем и системный анализ

Курс лекций

Казань 2014

Аннотация

Дисциплина Теория систем и системный анализ является базовой для понимания современной научной методологии системного анализа, широко применяемого во всех областях науки и техники для эффективного решения комплексных проблем различного характера.

Представленный курс предлагает слушателям материал, необходимый для понимания и более глубокого дальнейшего изучения по вопросам функционального системного анализа и прикладных аспектов общей теории систем. Производится обзор, классификация, пояснение методик построения и применения современных концепций и принципов теории систем и системного анализа как научной методологии. В рамках курса особое значение уделено практической проработке рассматриваемых вопросов, что необходимо для закрепления и понимания представленного материала.

Как и все мои труды, посвящается моей жене и дочери, без которых этой книги никогда бы не было.

Чикрин Д.Е.

3

Systems theory and system analysis methods

Abstract

Systems theory and system analysis methods - fundamental discipline about modern system methodological in overall science and industrial production processes. This course is intended to students, IT-specialists and engineers in the field of applied computer science.

In this book we are consider topics of history, classification and e cient using of modern system analysis methods and general system theory.

4

Содержание

1.3Классификация системных наук . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.4Основные понятия теории систем . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.4.1Возможные определения термина система . . . . . . . 10

1.4.2Основные понятия строения и функционирования систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.1.1Постановка вопроса классификации . . . . . . . . . . 15

2.1.2Типы классификаций систем . . . . . . . . . . . . . . 15

2.1.3Сущностная классификация . . . . . . . . . . . . . . . 17

3 Основные закономерности систем . . . . . . . . . 24

3.1Базовые закономерности произвольных систем . . . . . . . . 24

3.1.1Закономерности взаимодействия части и целого . . . 25

3.1.2Закономерности иерархической упорядоченности си-

стем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.1.3Закономерности осуществимости систем . . . . . . . . 28

3.1.4Закономерности развития систем . . . . . . . . . . . . 29

4.2Топологическое структурное системное описание . . . . . . . 31 4.2.1 Форматы представления пространственно-

структурного аспекта . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

4.2.2Функциональный, целевой и временной аспекты . . . 34

4.3Матричное представление структуры системы . . . . . . . . 37

4.4Иерархическое представление структуры системы . . . . . . 38

4.4.1Стратифицированная структура . . . . . . . . . . . . 38

4.4.2Слоевая иерархическая структура . . . . . . . . . . . 40

4.4.3Многоэшелонное иерархическое представление . . . . 42

5 Модели представления систем . . . . . . . . . . . 45

5.1Управляемые системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 5.1.1 Проблемы принятия решения . . . . . . . . . . . . . . 45

5

6.1.1Типология развития систем . . . . . . . . . . . . . . . 51

6.1.2 Унифицированные этапы развития систем . . . . . . 53

6.1.3 Теория циклов и кризисов . . . . . . . . . . . . . . . . 54

6.2Хаос и его роль в развитии систем . . . . . . . . . . . . . . . 56

7.1.1Основная терминология . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

7.1.2 Основные типы измерительных шкал . . . . . . . . . 60

7.1.3Качественные и количественные шкалы . . . . . . . . 61

7.1.4Допустимые операции с элементами шкал . . . . . . . 62

7.2.3Интервальная шкала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

7.2.4Шкала отношений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

8 Методы оценивания систем . . . . . . . . . . . . 68

8.1 Основы оценивания сложных систем . . . . . . . . . . . . . . 68

8.1.1Оценка и оценивание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

8.1.2 Этапы оценивания сложных систем . . . . . . . . . . 69

8.1.3Типы усреднения эмпирических оценок . . . . . . . . 69

8.2 Шкалы уровней качества . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

9 Формальные методы представления систем . . . . . 75

9.1Основные методы формального представления систем . . . . 75

9.2Прикладные классификации МФПС . . . . . . . . . . . . . . 82

10Качественные методы представления систем-ч.1 . . . 84 11Качественные методы представления систем-ч.2 . . . 85

11.1Методы выработки коллективных решений . . . . . . . . . . 85

11.1.1Методы типа мозговой атаки или коллективной генерации идей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

11.1.2Методы типа сценариев . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

11.1.3Методы групповых дискуссий . . . . . . . . . . . . . . 87

Список литературы . . . . . . 121

6

Тема I

Основы теории систем

7

Лекция 1

Сущность и основные понятия теории систем

1.1 Введение

Дисциплина "Теория систем и системный анализ" обеспечивает понимание интегративной методологии анализа и синтеза систем любого типа - как в окружающем мире, так и во всех отраслях естественных наук, техники, общества, экономики и др. Навыки в проведении системного анализа являются максимально ценными при постановке целей и решении сложных комплексных проблем, задач, связанных с междисциплинарным взаимодействием, а также организации сложных инженерно-технических систем, создаваемых сложноструктурированными человеческими коллективами. " Теория систем и системный анализ" является базисным для изучения материала по дисциплинам "Информационные системы (по областям исследований" , "Интеллектуальные информационные системы" , "Теория автоматического управления" и т.д

1.2 Исторический обзор

Первоначально слово система возникло в Древней Греции в V ве-

ке до н.э. и означало сочетание, организм, устройство, организация, строй, союз. Постепенный переход к современным оттенкам смысла начался в философии - наиболее показательной здесь является фраза Аристотеля - "целое больше суммы своих частей".

Первый вариант общей1 теории систем был предложен в 1912 А.А.

1претендующей на обобщение знаний человечества о структуре и принципах функционирования систем.

8

Богдановым2 в виде учения тектологии, имеющей центральной мысль о тождественности организации систем различных уровней3. Данная концепция не получила широкого научного признания, но именно она послужила источником вдохновения для фундаментальных исследований Людвига фон Берталанфи, создавшего второй - общепринятый - вариант общей теории систем.

1.3 Классификация системных наук

На настоящий день изучением систем занимаются ряд фундаментальных и прикладных дисциплин в различных областях человеческой деятельности.

Рис. 1.1: Примерная схема областей знания, формирующих общую теорию систем (ОТС)

Согласно данной схеме, современная теория систем может быть разделена на две отрасли:

•Теоретические науки, включающие в себя специальные дисциплины - теорию вероятностей, теорию информации, теорию игр,

2Врач, политический деятель, философ; работал под псевдонимом - настоящая фамилия Малиновский.

3От микромира - молекулярных и клеточных процессов - до макромира: структуры социальных взаимодействий и масштабных природных явлений.

9

теорию графов, теорию расписаний, теорию решений, топологию, факторный анализ и пр.

•Прикладные дисциплины - прикладную математическую статистику, методы исследования операций, теорию решения изобретательских задач, системотехнику и пр.

Вданной классификации важно также выделить существенный элемент - специальную теорию систем, определяющую общую методологию системного подхода к произвольным решаемым задачам.

1.4Основные понятия теории систем

1.4.1Возможные определения термина система

Термин "система" является многозначным, его оттенки смысла варьируются в зависимости от смысла задачи и требований к деталировке самого термина. Приведем далее типичные определения4 понятия "система" , допускающие возможность математической формализации; для простоты тип определения будем обозначать через DN, где D - сокращение от definition, N - количество факторов, учитываемых в определении.

D1. Система есть нечто целое:

S = A(1; 0)

. Данное определение выражает факт существования и целостность системы. Двоичное суждение A(1; 0) отображает наличие или отсутствие данных качеств.

D2. Система есть организованное множество (Темников Ф.Е.):

S = (org; M);

где org - оператор организации5; M - целевое множество.

D3. Система есть множество вещей, свойств и отношений (Уемов А.И.):

S = (m; n; r);

где m - вещи, n - свойства, r - отношения.

4Дефиниции (англ. - definition)

5Совокупность правил и принципов организации элементов системы.

10