(См. Лабораторные работы) Вопросы:

Раздел 3. Сложные системы

(6 Ч. – АУД.; 4 Ч. – САМ. ИЗУЧ.)

ЛЕКЦИЯ 5. СЛОЖНЫЕ СИСТЕМЫ

3.1. Признаки сложной системы и ее характерные особенности

Система (греч. systema – составленная из частей, соединенное) – совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях между собой и образующих определенную целостность; единство.

К сложным системам относятся системы, которые, как правило, имеют следующие признаки:

• наличие большого числа составных частей, образующих единое целое либо топологически, либо функционально;

• разветвленный характер связей между этими частями;

• наличие сложно организованного управления;

• проявление свойств при взаимодействии с внешней средой, которая оказывает влияние на их формирование;

• наличие элементов случайности в реакции системы на внешние воздействия.

Шеннон Р. в своей работе, посвященной имитационному моделированию систем, предложил еще несколько признаков отличающих сложные системы. К ним относятся:

1. изменчивость;

2. противоинтуитивное поведение;

3. тенденция к ухудшению;

4. организация.

Изменчивость выражает то, что система не остается в первоначальном состоянии в течение длительного времени. Кроме того, если систему рассматривать как тип, то для сложных систем можно обнаружить, что в процессе эволюционного развития изменяются не только свойства сложной системы, но и ее структура.

Противоинтуитивное поведение – этот признак сложной системы означает, что она может реагировать на воздействия совсем не так, как должна была бы, если придерживаться простейшей логики.

Шеннон Р. считал, что: "Признаки и следствия часто не имеют тесной связи во времени и пространстве, признаки тех или иных ситуаций могут проявляться намного позже начала действия, вызвавших их причин. Поэтому очевидные решения (на основе законов простейшей логики) могут привести к обострению проблемы, а не к ее решению.

Тенденция к ухудшению – эта тенденция свидетельствует о том, что в результате эволюционного процесса старения, износа частей, из которых состоит система происходит ухудшение ее характеристик."

Организация – этот признак означает, что составные части системы находятся в организованном отношении друг с другом; одни соподчинены, другие имеют параллельные связи.

В соответствии с рассмотренными признаками биологическую систему (БС) с полным основанием можно считать сложной системой так как БС имеет с одной стороны большое число составных частей в том числе и элементов управления, находящихся в разнообразных связях друг с другом и являющиеся сложными подсистемами, а с другой стороны БС может входить в системы более высокого уровня, так называемые метасистемы.

Более строгое определение для понятия сложная система можно получить из анализа процесса обмена сигналами между элементами системами.

В простых (но громоздких) системах (например, ЭВМ) сигналы имеют однозначную интерпретацию, т.е. каждый элемент системы воспринимает поступающие к нему сигналы как однозначно определенную команду, смысл которой (реакция элемента) заранее предусмотрен разработчиком. Причем этот смысл зависит от вида воспринимающего элемента, когда один и тот же код команды (последовательность нулей и единиц) имеет различную интерпретацию, например, для арифметического устройства (АЛУ) по каналу числовых данных и для устройства управления.

Следовательно, интерпретация сигналов в простых системах (например, кибернетических) чисто локальна и однозначна. Это означает, что в таких системах сигнал лишен семантика и общение между подсистемами (элементами) происходит на чисто синтаксическом уровне. Таким образом, в таких системах связи между подсистемами по функциональному признаку. В крайнем случае, в них может быть выявлена неопределенность вероятностной природы. Но эта вероятностная неопределенность реакции элементов системы ничего общего не имеет со способностью к интерпретации сигнала.

С другой стороны в отношении живых систем (биологических и особенно социальных) необходимо выявлять не циркулирующие сигналы, а уже языки, тексты которые, во-первых, обладают инвариантным смыслом, а, во-вторых, допускают различную интерпретацию этого смысла, реализуемые различными получателями.

Так код одного того же сигнала в кибернетической системе (ЭВМ – вычислительная система) интерпретируется в зависимости от того, по какому каналу сигнал передается, но, попав в предписанное ему место, он интерпретируется одним и тем же способом. Тем самым в таких системах текст не имеет никакого присущего ему инвариантного смысла (не обладает семантикой), и нет смысла говорить о его прагматике, поскольку реакция элемента (адресата) предопределена текстом сигнала и состоянием адресата.

Текст, циркулирующий в системе человеческих коммуникаций, обладает определенным смыслом, инвариантным относительно способов кодирования и канала. При этом элементы (адресаты) имеют весьма разнообразную реакцию, которая является результатом не просто детерминированного действия входного сигнала (текста). Следовательно, смысл текста и его интерпретация это разные категории. Первая относится к семантике, вторая к прагматике.

Поэтому в БС информационным сигналам присущи рассмотренные свойства. Во всяком случае, поведение клеток (Александров В.Я) настолько сложно, что трудно отказаться от гипотезы о наличии неправильной семантики управляющих сигналов.

В связи с этим можно сделать следующие выводы:

1. Сложная система имеет семиотическую (т.е. полноценную языковую) природу информационных связей между подсистемами в противовес простым системам, где имеется функциональная сигнализация.

2. В сложной системе обмен информацией происходит на семиотическом уровне в противовес простым системам, где все информационные связи осуществляются на синтаксическом уровне.

В научных работах высказывается гипотеза, что для сложных систем характерна возможность поведения, основанного не на заданной структуре целей, а на системе общих ценностей, позволяющих осуществить не иерархическую структуру управления. Это обусловлено тем, что целевое управление возможно и при синтаксическом уровне обмена информацией в системе.

В этом случае достаточно, чтобы каждая подсистема (элемент) получала информацию о том, насколько ее поведение соответствует принятой системе целеполагания. От сигнала при таком подходе не требуется, чтобы он обладал семантикой, общей для всех подсистем. В случае, когда согласованное действие всех частей системы определяется общими ценностями. При этом важно, чтобы эти общие ценности могли быть явно выражены и существенным является обеспечение семантического характера связей между подсистемами, т.е. сообщения обладали бы инвариантным смыслом.

Дополнительно можно отметить, что целевое управление охарактеризованное как сигнализация на синтаксическом уровне, имеет еще одно свойство. Компетенция каждой подсистемы ограничена ее локальными целями. Подсистема, в сущности, не знает, насколько исполнение собственной задачи, и достижение ею локальной цели способствует достижению цели всей системы. Для сложных систем и по крайней мере для БС ситуация противоположна.

Таким образом, можно сделать следующий вывод: существует класс сложных систем, в котором подсистемы (элементы) обладают компетенцией системы или даже превосходящей последнюю.

ЛЕКЦИЯ 6. СЛОЖНЫЕ СИСТЕМЫ