Teoria_sistem_i_sistemny_analiz_-_lektsii_1-11

Лекция 6

Этапы развития систем. Хаос

6.1Процессы развития систем

6.1.1Типология развития систем

Такой процесс, как развитие представляет собой сложный процесс качественного изменения системы. Основные характеристики, определяющие процесс развития каждой системы, могут быть представлены в виде классификации, приведенной ниже.

51

Рис. 6.1: Типология развития системы - ч.1

52

Рис. 6.2: Типология развития системы - ч.2

6.1.2Унифицированные этапы развития систем

Для каждого типа систем возможно выделить следующие унифицированные этапы развития:

1 Возникновение. Система считается возникшей, когда между ее элементами образуются устойчивые взаимосвязи.

2 Становление. Становление - это этап развития системы, в процессе которого окончательно определяется тип взаимосвязей между элементами и фиксируется структура системы.

3Целостность. Целостность, или зрелость системы - это фаза, когда система достигает максимальной мощности функционирования.

4Угасание. Этап угасания (распада) системы - этап, когда либо система в результате попыток достижения цели начинает выходить из состояния равновесия, либо становится настолько детерминированной, что не может адаптироваться под новые требования; утрачивает свою миссию.

5Смерть. Этап распада связей между элементами системы; утрата ее целостности.

53

Сложные научные, технические и технологические системы представляют собой достаточно интересный подкласс, характеризующийся собственной единой кривой развития (с собственными обозначениями).

Рис. 6.3: Унифицированные этапы развития технологических систем

6.1.3Теория циклов и кризисов

Система в процессе своего существования и адаптации к изменяемой цели может непрерывно переходить между циклами своего развития1 посредством специального типа процессов - системных кризисов. Кризисы представляют собой процессы преобразования структуры2 системы; являют собой диалектическое единство двух процессов - разрушения и созидания. Кризис выполняет в динамике системы две важнейшие функции:

1 Функцию ослабления, устранения (либо качественного преобразования) устаревших элементов господствующей, преобладающей, но уже исчерпавшей свой потенциал системы.

2 Наследование тех элементов (обычно это одновременно сохраняющиеся элементы надсистемы и подсистемы), которые показывают свою актульность для достижения новой системной цели.

1Вышеприведенными этапами в последовательности 2-4 и наоборот. 2В ее широком смысле.

54

Кризис создает наиболее благоприятные условия для системных мутаций c одной стороны, и обеспечения преемственности и наследования в развитии - с другой. Временная структура кризисной фазу развития представляется следующим образом:

1Латентный период кризиса. В данный период предпосылки кризиса назревают, но не прорываются наружу; этот период совпадает с завершающим этапом фазы стабильного развития (зрелости) системы.

2Активный период - быстрое обострение всех противоречий; ухудшение показателей системы. В данный период градиент ухудшения функциональности системы достигает своего максимума.

3 Период максимума кризиса. В данный период функциональность системы обыкновенно падает до минимальных показателей, достигает своего дна. В результате данного этапа система либо распадается, либо модифицируется до такой степени, что может перейти к следующему этапу развития.

4Период выхода из кризиса. На данном этапе происходит смягчение кризисных процессов.

Рис. 6.4: Унифицированные этапы развития кризисов

Чрезвычайно важным философским результатом является то, что кризис сам по себе представляет собой сложную логическую систему, которая повторяет все этапы системного развития и, в свою очередь, также переживает кризисы.

55

Необходимо отметить, что на текущий момент экспериментально подтверждена универсальная гипотеза Горбаня3 для произвольных типов систем, позволяющая предугадывать кризисы. Сущность данной гипотезы состоит в следующем (прямая цитата Горбаня): Во многих областях от физиологии до экономики изучение динамики корреляций и дисперсий во многих системах, сталкивающихся с внешними факторами, как правило, позволяет предсказать наступление кризиса еще до появления его очевидных признаков4. Главный маркер заключается в том, что корреляция начинает расти одновременно с ростом дисперсии (и волатильность не исключение).

Указанная теория способна объяснить, что происходит, когда ресурсы системы практически исчерпаны. Основной принцип приведенной гипотезы ее создатель называет принципом Анны Карениной - "Все хорошо адаптированные системы похожи друг на друга, каждая неадаптированная система неадаптирована по своему. Хаос дезадаптации имеет свой порядок - чем сильнее дисперсия в системах, тем коррелированнее они становятся в определенных пределах."

Примером данной гипотезы является проверка анализа воздействия выбросов ТЭЦ на сосну обыкновенную. Ученые измеряли концентрацию некоторых метаболитов в хвое тестовой группы, которая росла в зоне выбросов, и контрольной группы, в которую входили леса того же типа и возраста за пределами промышленного района. В среднем никаких явных различий в композиции метаболитов двух групп выявлено не было. Тем не менее, выборочная дисперсия в тестовой группе была в 2,56 раза (а корреляция - почти в пять раз) выше.

6.2 Хаос и его роль в развитии систем

Один из вариантов развития систем, как было указано выше - разрушение, снижение упорядоченности и организованности вплоть до полного их исчезновения - возникновения хаоса. Хаос представляет собой не аннигиляцию объекта, а балансирование на некоторой грани между бытием и небытием; представляет собой почву для создания новых систем. Он обеспечивает расковывание жестких структур, обретение элементами

3Александр Горбань - математик Лестерского университета, сформировавший в 80-х годах теорию внутреннего механизма адаптации сложных систем к кризисам.

4На латентной стадии.

56

большего числа степеней свободы, что в конечном итоге является важнейшим условием естественного обновления. Для хаоса свойственны следующие черты:

•Разрушение и деградация прежних систем и структур.

•Неопределенная переходность, отсутствие вновь сформированных структур.

•Отсутствие созидательных начал и источников развития. Движение элементов беспорядочно, не подчиняется никакому закону, нет противоречий и развития.

•Разрыв связей между элементами.

Хаос - динамическое изменчивое явление. В нем постоянно образуются флуктуации, которые представляют собой случайные отклонения величин, характеризующих систему, состоящую из большого числа частиц, от их среднего значения. Флуктуации стремятся вывести систему из равновесия, стараются завладеть ею, что приводит к разрушению прежних структур и переходу систем в новое состояние. Переход в новое состояние осуществляется через т.н. точки бифуркации, которые выступают как ситуации выбора системой различных вариантов развития. Когда система, эволюционируя, достигает точки бифуркации, детерминистическое ее описание становится невозможным. Флуктация вынуждает систему выбирать ту ветвь, по которой будет проходить дальнейшая эволюция системы. Переход через бифуркацию случаен; существование неустойчивости возможно рассматривать как результат флуктуации, которая сначала была локализована в малой части системы, а затем распространилась и привела

кновому макроскопическому состоянию.

Втретьей части представленного курса хаотические системы, процессы и способы управления ими будут рассматриваться более подробно в рамках введения в теорию хаоса.

57

Тема II

Основы системного анализа

58

Лекция 7

Измерения и измерительные шкалы

7.1Введение в измерительные шкалы

Воснове любого наблюдения и анализа - как целых систем, так и их отдельных элементов и их свойств - лежат измерения1. Данная лекция будет посвящена методам качественных и количественных измерений, используемых в теории систем - т.н. измерительным шкалам.

7.1.1Основная терминология

Итак, для отображения результатов измерения строятся соответствующие измерительные шкалы. При этом алгоритм присвоения символа объекту также называется измерительной шкалой - т.о., под измерительной шкалой понимается как процедура измерения, так и результат. Как и всякая модель, измерительные шкалы должны правильно отражать изучаемые характеристики объекта и, следовательно, иметь те же свойства, что и измеряемые показатели.

Как всякое построение, измерение приводят к потере части информации об объекте и/или ее искажению, иногда значительному. Потеря и искажение информации приводит к возникновению ошибок измерения, величина которых зависит от точности измерительного инструмента, условий, при которых производится измерение, квалификации наблюдателя. Различают случайные и систематические ошибки измерения. При исследовании отдельно взятого объекта ошибки обоих типов представляют одинаковую опасность. При статистическом обобщении информации о некоторой совокупности измеренных объектов случайные ошиб-

1Таким образом, итоговой целью измерений является получение формальной модели объекта при рассматриваемых граничных условиях.

59

ки, в известной степени, взаимно "погашаются в то время как систематические ошибки могут привести к значительному смещению результатов.

7.1.2Основные типы измерительных шкал

Различают четыре основных типа измерительных шкал, получившие следующие названия:

1 Шкала наименований;

2 Шкала порядка (ранговая шкала;)

3 Интервальная шкала;

4 Шкала отношений.

Cвойства указанных шкал определяются отношениями, заданными на множестве стандартных моделей шкалируемых объектов. Определенным типам шкал соответствуют различные правила, ограничивающие возможные операции со стандартными моделями объектов, способы обработки результатов измерения и их интерпретации.

Принципиально, что в ряду шкал - наименований, порядка, интервалов, отношений - увеличивается мощность шкал, т.е.:

•Качественные измерения сменяются количественными;

•Возрастают возможности оценки свойств объектов, различий и отношений их свойств;

•Увеличиваются возможности применения арифметических операций, статистических мер и критериев;

•Расширяются пределы инвариантности измерений.

Более мощные шкалы обладают всеми возможностями шкал менее мощных, что связывает все шкалы в единую систему измерений. Тем не менее, это не всегда означает, что шкалы более высокого порядка предпочтительней по отношению к шкалам более низкого порядка, а в ряде случаев – даже, наоборот. Например, количество правильно выполненных заданий в тесте интеллекта (шкала отношений) гораздо выгодней представить в

60