Реферат основы теории систем

Обновлено: 07.07.2024

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ СИСТЕМ

Система – принадлежность не только социологии или биологии. Есть системы физические, политические, технические, теологические, философские. Нет только теории систем. Соответствующие примеры из других областей знания не приводятся только по причине экономии времени и бумаги. Отметим только, что как в классическом курсе теоретической физики Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшица, так и в новейших работах А. Полякова, Р. Исмаилова и С. Переслегина по вопросам военной стратегии имеется множество частных результатов из теории систем. Но самой теории нет. Никак не используется общая теория систем и в работе Л. Гумилёва, посвящённой закономерностям истории этнической системы народов Земли, хотя ссылка на Л. Берталанффи есть.

Отсутствие общей теории не умаляет значения работ, выполненных по исследованию системных свойств конкретных систем. Наоборот, обилие таких результатов делает не только актуальной, но и реальной попытку выделить то общее, что и должно составить содержание общей теории. Особую роль теория систем должна играть в общественных науках. Здесь, с одной стороны, отсутствуют уравнения, описывающие поведение элементарного объекта системы – отдельного человека (в отличие, например, от классической механики с её законами Ньютона, описывающими поведение элементарного объекта механики – материальной точки, или электродинамики с уравнениями Максвелла, описывающими поведение поля, являющегося элементарным объектом электродинамики). С другой стороны, невозможна постановка модельных экспериментов, которые в большинстве физических исследований можно повторять до бесконечности, изменяя по своему усмотрению условия опыта. В то же время в наши дни социология стала наиболее актуальной областью знания. Опыт истории последних нескольких тысячелетий показал, что попытки решить проблемы человечества путем совершенствования технологии средств производства ведут не к упрощению этих проблем, а ко всё большему их усложнению. Стать же наукой социология сможет только тогда, когда сформулирует определение объекта своего исследования – системы, и основные закономерности, управляющие поведением этого объекта, то есть основные положения общей теории систем. В данной работе делается попытка сформулировать эти основные положения. Автор заранее благодарен за любую критику развиваемого в работе подхода.

Под системой ниже понимается любая совокупность объектов, способная производить обработку информации.

Положение первое. В мире нет ничего, кроме иерархической совокупности систем.

Автор будет счастлив, если ему приведут хотя бы один пример, опровергающий это утверждение.

Законы термодинамики сформулированы безотносительно к природе составляющих систему объектов. Именно поэтому они должны лежать в основе любой системы основных положений общей теории систем.

Положение третье. Количественной величиной, характеризующей систему, является пропускная способность образуемого ею информационного канала.

Так как система определена как устройство по преобразованию информации, последнее положение не требует обоснования.

Положение четвёртое. Все системы построены по иерархическому принципу. Иерархическая структура систем обусловлена необходимостью повышения пропускной способности системы в условиях ограниченности пропускной способности составляющих систему элементов.

Для доказательства этого положения, фактически являющегося теоремой, рассмотрим процесс формирования второго уровня иерархии в системе одноуровневых элементов. Предполагается, что пропускная способность одноуровневых элементов ограничена.

Выберем систему, состоящую из одного солдата, способного производить один абсолютно точный выстрел в секунду. Если поток целей не превышает одной в секунду, он будет поражать все цели, в полном согласии с теоремой Шеннона, утверждающей, что если пропускная способность системы выше входного потока информации, то поток передаётся без образования очереди.

Пусть теперь поток целей составляет две цели в секунду. В этом случае образование очереди неизбежно. В бою это приведёт к быстрой гибели солдата. Казалось бы, проблема решается, если рядом с первым поместить второго солдата. Это неверно. Даже если рядом с первым поместить сколь угодно много других солдат, вероятность поразить две цели в секунду будет всегда меньше единицы. Действительно, есть вероятность того, что все одновременно выстрелят по первой цели, а вторая останется не поражённой. (В случае двух солдат и двух целей в секунду средняя вероятность поражения одной цели равна 75%). Единственным путём повышения пропускной способности такого информационного канала является иерархизация системы, когда выделяется третий человек, единственная обязанность которого – руководить стрельбой.

Рис. 1.Пример простейшей информационной системы. И1,…ИN –элементы нижнего уровня, у –управляющий элемент, ш – шунт, моделирующий задержку информации на время обработки её управляющим элементом.

Так как пропускная способность по своему смыслу полностью эквивалентна проводимости (проводимость есть пропускная способность проводника электрических зарядов), то структуру информационной системы можно представить в виде, аналогичном участку электрической цепи. Простейшей информационной системой является двухуровневая, в которой N элементов нижнего уровня управляются одним элементом высшего, получающим всю необходимую для управления информацию из входного потока. Схема такой системы приведена на рис. 1.

Управление возможно только в том случае, когда для принятия решения управляющему элементу требуется не весь входной поток информации, а лишь часть его. Число управляемых элементов определяется отношением всего потока к той его части, которая необходима для принятия решения. Поэтому в бригаде косарей или пропольщиков может быть и более ста человек, в пехотном же отделении – только десять, а во время прошлой войны элементарное подразделение истребителей не могло содержать больше двух машин.

Очевидно, что исполнители не могут обрабатывать информацию до получения команд от управляющего элемента. На схеме это отражается шунтом, включенным параллельно управляющему элементу и пропускающим ту часть информации, которая не используется при выработке управляющих команд, а также задерживающим её на время выработки этих команд.

Так как шунт и управляющий элемент соединены параллельно между собой, а затем последовательно с группой из N параллельно соединенных исполняющих элементов, то пропускная способность всей двухуровневой системы С₂ =N_*C₁/2, где С₁ – пропускная способность одного элемента. Легко видеть, что в рассматриваемой модельной задаче для достижения гарантированной пропускной способности в две цели в секунду необходимо наличие четырёх исполнителей при одном управленце (предполагается равенство проводимостей всех элементов, включая и управляющий).

Таким образом, иерархическая структура системы определяется необходимостью повышения пропускной способности системы в условиях растущего входного потока информации и ограниченности пропускной способности составляющих систему элементов.

Положение пятое. Рост уровня системной иерархии неизбежно сопровождается упрощением (специализацией) подсистем нижнего уровня.

Вообще говоря, это положение есть следствие теоремы Шрёдингера, согласно которой система питается информацией из окружающей среды. Для каждого высшего уровня такой средой являются подсистемы нижних уровней. Выясним механизм этого процесса.

Согласно полученному в предыдущем пункте соотношению, удельная пропускная способность (средняя пропускная способность, приходящаяся на один элемент системы) двухуровневой системы вдвое меньше пропускной способности, характеризовавшей этот элемент до включения в систему. Применив те же рассуждения для трехуровневой системы, получим для её пропускной способности С₃ выражение С₃ = М_*С₂/2, где М – число исполнителей второго уровня, или С₃ = L_*C₁/2 2 , L = М_*N – полное число элементов. Аналогично для системы k уровней С_k = L_*C₁/2 k . Таким образом, с ростом числа уровней удельная пропускная способность падает как 1/2 k . Если, например, рассматривается подсистема, обеспечивающая группу людей продуктами питания, и пропускная способность отдельного, не включённого в систему человека отвечает прожиточному минимуму, то уже двухуровневая система невозможна, так как при уменьшении удельной пропускной способности люди вымрут. Но в реальных системах объединение элементов может и не сопровождаться снижением удельной пропускной способности. Наоборот, она может и возрасти. Дело в том, что в предыдущем анализе не исследовано влияние специализации элементов (разделения труда). Из приведённого примера видно, что иерархическая система выполняет те же функции, которые выполнял отдельно каждый элемент до образования системы. Поэтому, если разделить функции системы на внешние и внутренние, то число внешних функций останется неизменным при любой структуре системы. С внешней стороны образование системы меняет только её пропускную способность, вся система выполняет те же действия, которые до образования системы выполнял каждый отдельный элемент. Но каждый отдельный элемент, находясь в системе, выполняет меньшее число функций, чем он выполнял до образования системы.

Разделение функций есть разделение труда. Проиллюстрируем влияние разделения труда на пропускную способность системы на том же примере элементарной системы. Отдельный солдат, не включённый в систему, с точки зрения информационного потока представляет собой ту же систему (рис. 5а), состоящую из анализирующей и исполнительной подсистем, соединённых последовательно. Её пропускная способность С₁ представляется в виде

При включении данного солдата в иерархическую систему в качестве исполнителя в нашем идеальном случае полностью отключается вся его анализирующая система (см. рис. 5б), и проводимость его канала связи становится равной С₁ * = С_и > С₁ (С₁ * = С_1*(1+ С_и/С_а)). В итоге полная проводимость двухуровневой системы составит

Если (1+ С_и/С_а) > 2, что выполняется при С_и>С_а, то удельная проводимость возрастёт. Следовательно, построение иерархической системы оправдано не только с точки зрения увеличения пропускной способности всей системы, но и с точки зрения увеличения удельной пропускной способности в том случае, если часть информации, которая используется для выработки решения, меньше половины её полного объема.

Рис.5. Специализированный и не специализированный человек. Здесь А – подсистема анализа входной информации, И – исполнительная система, Ш – шунт; а) – не специализированной, б) - специализированный человек.

Положение шестое. Закон однонаправленности вектора развития.

Основные уравнения теоретической физики симметричны относительно времени, то есть для описываемых ими объектов нет ни прошлого, ни будущего. Единственным исключением является второе начало термодинамики, позволяющее выделить положительное направление времени как такое, при котором энтропия замкнутой системы растёт. В поведении реальных физических систем, начиная с наблюдаемой области вселенной, обнаруживается направленность времени. Как известно, в последние примерно 15 млрд. лет наша Вселенная непрерывно расширялась. Галактика, звезда, биосфера Земли, цивилизация, живой организм, механическое устройство, идеологическая система – все проходят цикл развития, состоящий из зарождения, достижения некоторой высшей степени системной сложности, а затем упрощения и разрушения.

Явление наличия прошлого и будущего в реальном мире сформулировано в виде закона однонаправленности развития. Механические системы, созданные человеком, также подчиняются действию закона однонаправленности, хотя фаза роста у них отсутствует. Жизненный цикл клетки, наоборот, не содержит фазы упадка - деление, являющееся одновременно и рождением двух новых клеток, и гибелью исходной, наступает непосредственно после фазы роста. Единственными системами, не подверженными действию закона однонаправленности развития, являются, повидимому, атомы, вообще ни испытывающие, как мы представляем сегодня, изменений во времени.

Этот вывод находится в полном соответствии с полученными И. И. Шмальгаузеном теоретически, а К. М. Завадским экспериментально результатами о роли перенаселённости в эволюции. Они показали, что при низкой перенаселённости естественный отбор ведёт к прогрессивной эволюции, в то время как чрезмерная специализация при высокой перенаселённости ведёт к прекращению эволюции и гибели вида.

Положение седьмое. Закон неравномерности развития.

Читайте также: