Цель, задача, структура, система, системность
Дадим простое интуитивное определение системы и подсистемы (ниже мы дадим более строгое и полное определение).
Основные определения
Объект –
Процесс -
Система - объект, процесс в котором участвующие элементы связаны некоторыми связями и отношениями.
Подсистема - часть системы с некоторыми связями и отношениями.
Любая система состоит из подсистем, любая подсистема любой системы может быть рассмотрена сама как система.
Пример. Наука - система, когнитивная система обеспечивающая получение, проверку, фиксацию (хранение), актуализацию знаний общества. Наука имеет подсистемы: математика, информатика, физика, филология и др.
Любое знание существует лишь в форме систем (систематизированное знание), а теория - наиболее развитая система их организации, позволяющая не только описывать, но и объяснять, прогнозировать события, процессы.
Необходимые атрибуты информатики как научного знания:
- наличие предметной сферы - процессов и систем;
- выявление, систематизация, описание свойств и атрибутов процессов и систем;
- выявление и описание закономерностей в этих процессах и системах;
- актуализация этих закономерностей для изучения процессов и систем, их поведения и связей с окружающей средой.
Определим некоторые основные понятия системного анализа, ибо системный стиль мышления, системный подход к рассмотрению проблем являются методологической основой методов многих (если не всех) наук.
Цель - образ несуществующего, но желаемого - с точки зрения задачи или рассматриваемой проблемы - состояния среды, т.е. такого состояния, которое позволяет решать проблему при данных ресурсах. Это - описание, представление некоторого наиболее предпочтительного состояния системы.
Понятие цели конкретизируется различными объектами и процессами.
Пример. Цель - функция (найти значение функции). Цель - выражение (найти аргументы, превращающие выражение в тождество). Цель - теорема (сформулировать и/или доказать теорему - т.е. найти условия превращающие сформулированное предложение в истинное высказывание). Цель - алгоритм (найти, построить последовательность действий, продукций обеспечивающих достижения требуемого состояния объекта или процесса перевода его из исходного состояния в финальное).
Целенаправленное поведение системы - поведение системы (т.е. последовательность принимаемых ею состояний), ведущее к цели системы.
Задача - некоторое множество исходных посылок (входных данных к задаче), описание цели, определенной над множеством этих данных и, может быть, описание возможных стратегий достижения этой цели или возможных промежуточных состояний исследуемого объекта.
Решить задачу - означает определить четко ресурсы и пути достижения указанной цели при исходных посылках.
Решение задачи - описание или представление того состояния задачи, при котором достигается указанная цель; решением задачи называют и сам процесс нахождения, описания этого состояния.
Пример. Рассмотрим следующую “задачу”: решить квадратное уравнение (или составить алгоритм его решения). Такая постановка проблемы неправильна, ибо не поставлена цель, не указано, как решить задачу и что понимать в качестве решения задачи. Например, не указаны общий вид уравнения - приведенное или же не приведенное уравнение (а алгоритмы их решения - различны!). Задача также поставлена не полностью - не указан тип входных данных: вещественные или комплексные коэффициенты уравнения, не определены понятие решения, требования к решению, например, точность корня (если корень получится иррациональным, а нужно было определить его с некоторой точностью, то задача вычисления приближенного значения корня - автономная, не очень простая задача). Кроме того, можно было бы указать возможные стратегии решения - классическое (через дискриминант), по теореме Виета, оптимальным соотношением операндов и операций.
Описание (спецификация) системы
Описание (спецификация) системы - это описание всех её элементов (подсистем), их взаимосвязей, целей, т.е. всех допустимых состояний.
Если входные посылки, цель, условие задачи, решение или, возможно, даже само понятие решения плохо описываемы, трудно формализуемы, то эти задачи называются плохо формализуемыми. Поэтому при решении таких задач приходится рассматривать целый комплекс формализованных задач, с помощью которых можно исследовать эту плохо формализованную задачу. Сложность исследования таких задач - в необходимости учета различных, а часто и противоречивых критериев определения, оценки решения задачи.
Пример. Плохо формализуемыми будут, например, задачи восстановления “размытых” текстов, изображений, составления учебного расписания в любом большом вузе, составления “формулы интеллекта”, описания функционирования мозга, социума, перевода текстов с одного языка на другой с помощью ЭВМ и др.
Структура системы
Структура – неформально - это все то, что вносит порядок в множество объектов, т.е. совокупность связей и отношений между частями целого, необходимые для достижения цели.
Далее мы дадим более формальное (математическое) определение структуры. Понятие структуры одно из наиболее важных понятий - как в абстрактном понимании, так и при его конкретизации.
Пример. Примерами структур могут быть структура извилин мозга, структура студентов на курсе, структура государственного устройства, структура кристаллической решетки вещества, структура микросхемы и др. Кристаллическая решетка алмаза - структура неживой природы; пчелиные соты, полосы зебры - структуры живой природы; озеро - структура экологической природы; партия (общественная, политическая) - структура социальной природы; Вселенная - структура как живой и неживой природы.
Классификация структур
Структуры систем бывают разного типа, разной топологии. Рассмотрим основные топологии структур (систем). Соответствующие схемы приведены на рисунках ниже.
Линейные структуры:
Рис. Структура линейного типа.
Иерархические, древовидные структуры:
Рис. Структура иерархического (древовидного) типа.
Часто понятие системы предполагает наличие иерархической структуры, т.е. систему иногда определяют как иерархическую целостность.
Сетевая структура:
Рис. Структура сетевого типа.
Матричная структура:
Рис. Структура матричного типа
Пример. Примером линейной структуры является структура станций метро на одной (не кольцевой) линии. Примером иерархической структуры является структура управления вузом: “Ректор - Проректора - Деканы - Заведующие кафедрами и подразделениями - Преподаватели кафедр и сотрудники других подразделений”. Пример сетевой структуры - структура организации строительно-монтажных работ при строительстве дома: некоторые работы, например, монтаж стен, благоустройство территории и др. можно выполнять параллельно. Пример матричной структуры - структура работников отдела НИИ выполняющих работы по одной и той же теме.
Кроме указанных основных типов структур используются и другие, образующиеся с помощью их корректных комбинаций - соединений и вложений.
Из одинаковых элементов можно получать структуры различного типа.
Если структура плохо описываема или определяема, то такое множество объектов называется плохо структурируемым.
Пример. Плохо структурируемы будут проблемы описания многих исторических эпох, проблем микромира, общественных и экономических явлений, например, динамики курса валют на рынке, поведения толпы и др.
Плохо формализуемые и плохо структурируемые проблемы (системы) наиболее часто возникают на стыке различных наук, при исследовании синергетических процессов и систем.
Способность к нахождению решений в плохо формализуемых, плохо структурируемых средах - наиболее важная отличительная черта интеллектуальности (наличия интеллекта).
По отношению к людям - это способность к абстракции, по отношению к машинам или автоматам - способность к адекватной имитации каких-либо сторон интеллекта и интеллектуального поведения человека.