Теми рефератів і доповідей. 1. Сутність проблеми визначення границь системи.
1. Сутність проблеми визначення границь системи.
2. Зміст основних аспектів мети та їх практичне значення.
3. Об'єктивні та суб'єктивні цілі.
4. Практичне значення класифікації цілей з точки зору часу та наявності інформації про способи досягнення мети.
5. Властивості структури системи.
6. Основні особливості ієрархії.
7. Ієрархічні структури у природних та штучних складних системах.
8. Діалектика взаємозв'язку складу, структури та організації системи.
9. Проблеми організації соціальної системи.
10. Основні проблеми функціонування системи.
11. Середовище проживання та середовище перетворення системи.
12. Рівновага систем.
13. Поведінка та стійкість систем.
Тема 3. Типи та властивості систем
Методичні вказівки
Вивчаючи цю тему, слід звернути увагу на те, що система може бути одночасно охарактеризована декількома ознаками, тобто їй може бути знайдене місце одночасно в різних класифікаціях, кожна з яких може виявитися корисною при виборі методів моделювання.
За природою елементів розрізняють матеріальні та абстрактні (ідеальні)системи. Далі необхідно звернути увагу на складові матеріальних систем –системи неорганічної природи (фізичні, геологічні, хімічні системи, інформація) та живі системи (організми, популяції, екосистеми).
Вивчаючи класифікацію систем за природою елементів, необхідно зрозуміти сутність природних, штучнихта змішаних систем, рис. 3.1.
 |
Рис. 3.1. Класифікація систем за їх походженням
За взаємодією із зовнішнім середовищем розрізняють закриті (замкнені) та відкриті системи. Слід зрозуміти, що закрита система характеризується високим ступенем незалежності від навколишнього середовища. Відкрита система активно взаємодіє із зовнішнім середовищем, що полягає в обміні речовинами, енергією, інформацією. Відкрита система в процесі своєї діяльності обмінюється із зовнішнім середовищем енергією, інформацією, речовиною, матеріалами через межі системи. Ця система має властивість тією чи іншою мірою пристосуватись до змін у зовнішньому середовищі і повинна це робити, щоб продовжувати своє існування та дію.
Далі слід поглибити свої знання про класифікацію систем за спроможністю до руху (статичні та динамічні системи), за характером детермінації (детерміновані та стохастичні системи). Розрізняють також пасивні (каузальні) системи, що призначені для певної цілі і активні (цілеспрямовані) системи, здатні обирати ціль і прагнути до неї.
У подальшому необхідно зупинитись на вивченні класифікації систем за ступенем організованості. До цього класу відносять добре організовані, погано організовані (дифузні) та самоорганізуючі системи. Крім цього, потрібно звернути увагу на різновиди самоорганізуючих систем – самонавчаючі, самовідновлювальні та самовідтворюючі системи.
Особливу увагу слід звернути на вивчення класифікації систем за способом управління, рис.3.2.
 |
Рис. 3.2. Класифікація систем за способом управління
Самокеровані системи мають власний блок управління, у систем, керованих ззовні існує тільки зовнішнє управління, у систем з комбінованим управлінням є блок управління у самій системі, за допомогою якого здійснюється управління певними параметрами, але система підлягає також і зовнішньому управлінню.
Спосіб регулювання керованих зовні систем полягає в оцінюванні існуючого стану, порівнянні з бажаним і виробленні додаткового управління, яке повертає систему до бажаного стану. Параметрична адаптація полягає у підлаштуванні параметрів системи з метою досягнення бажаного стану системою. Якщо при адаптації параметрів системи бажаний стан не досягається, то необхідно здійснювати процедури структурної адаптації. Системи з самоорганізацією здатні змінювати свою структуру та оточуюче середовище.
Вивчаючи важливу класифікаційною ознаку систем як складність, слід розібратись у відмінностях між складністю та «важкістю». Складні системи - це цілеспрямовані системи, побудовані для розв'язування багатоцільових задач і для їх опису використовують взаємопов'язаний комплекс різних моделей. Існує два основних способи переведення складної системи у просту: 1) з`ясування причин складності, отриманні необхідної інформації та введенні її в модель системи; 2) зміна мети системи.
Великимиє системи, моделювання яких ускладнено внаслідок їх розмірності. Великі системи обов'язково розглядаються як сукупність підсистем. При цьому, для їх дослідження використовують два шляхи: а) композицію – це дослідження від елементів, підсистем до системи; б) декомпозицію – коли нова інформація отримується зі знання системи загалом.
Складні системи мають ряд специфічних властивостей, основними серед них є емерджентність - наявність у складної системи властивостей, що не можуть бути виведені з відомих властивостей елементів, які входять до її складу та синергізм - ефективність сумісного функціонування елементів системи вища, ніж сумарна ефективність ізольованого функціонування цих же елементів. Характерним для складних систем є наявність обмежень на здійснення призначення, в результаті чого проблема пошуку «найкращого» розв'язку перетворюється у проблему знаходження прийнятного розв'язку. Далі слід зрозуміти, у чому полягають зовнішні та внутрішні обмеження.
На завершення вивчення теми необхідно з'ясувати етапи життя системи та особливості циклів життя штучних та природних систем.
Література: 2, 6, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 16, 17, 18, 19.
Практична робота № 2
План заняття
1. Аналіз класифікаційних ознак класифікацій складних систем.
2. Основні особливості та характерні ознаки складних систем.
3. Механізми управління складними системами.
4. Сенс поняття «оптимальність» для складних систем.
5. Аналіз властивостей складних систем.
Завдання до виконання
Завдання 1. Навести приклади різних видів систем (соціально-економічних, інформаційних, технічних, біологічних, фізичних тощо) та описати їхні головні властивості.
Завдання 2. Тест. Оберіть відповіді з наведених варіантів для сформульованих запитань.
Для запитань 6,8 необхідно обрати лише одну відповідь з наведених, для запитань 3,4,5,7 - по дві, для запитань 1,2 - по три. Кожна з правильних відповідей оцінюється в 1 бал, і таким чином максимальна кількість балів за тест становить 16. Результати тесту оцінюються наступним чином: якщо кількість отриманих балів знаходиться в межах 0 - 8 - «незадовільно», 9 - 11 - «задовільно», 12 - 13 - «добре», 14 - 16 - «відмінно».
1. Цілеспрямовані системи:
а) закриті, тобто обмінюються матерією, енергією та інформацією зі своїм оточуючим середовищем;
б) можуть зберігати високий рівень організованості та розвиватися в бік збільшення порядку та складності;
в) це системи, елементами котрих є поняття, зв'язані між собою відношеннями;
г) це системи, в яких людина ставить цілі не лише перед технічними системами, але й перед людьми, що входять до таких систем в якості елементів;
д) такі системи, в яких основою формування організації є чинники доцільності і визначення цілей;
е) це системи, спроможні до вибору своєї поведінки в залежності від внутрішньо властивої їм (іманентної) цілі;
є) це системи, головною відмінністю яких від казуальних є відсутність інформаційних взаємодій;
ж) з часом досягають положення рівноваги, в якому не взаємодіють із зовнішнім середовищем;
з) зберігає свій склад незмінним, незважаючи на неперервну взаємодію з зовнішнім середовищем.
2. Складність:
а) не має чіткого формального визначення;
б) має декілька формальних визначень, залежно від аспекту розгляду;
в) може бути висловлена за допомогою одного універсального показника;
г) не може ототожнюватися з поняттям «важкість»;
д) полягає в тому, що складна проблема, зазвичай, має велику кількість розв'язань, і ці розв'язання мають багато призначень;
е) проблема викликана їх сильною структурованістю, багатобічністю мети їх розв'язання;
є) є взаємодією та взаємною залежністю, причому взаємні залежності складових системи є симетричними зі змінною інтенсивністю;
ж) виявляється також в динамічній поведінці системи, тому що глибинна природа фізичних процесів принципово стохастична;
з) ґрунтується на понятті функції, що може бути обчислена, та еквівалентного алгоритму, що може бути реалізований машиною Тьюринга;
і) виявляється у стійкості агрегованих характеристик складних явищ та процесів, що служить основою для прогнозування, без чого неможливо планувати, управляти та проектувати.
3. Каузальні системи - це:
а) пристрої, що використовуються для виконання вимог, які усвідомлені ними самими;
б) системи, що визначають свої цілі в залежності від зовнішнього середовища;
в) системи, в яких формування організації є результат дії причинно-наслідкових зв¢язків;
г) сприймають потреби для того, щоб формувати і реалізувати дії з множини альтернативних для задоволення власних потреб;
д) системи, цілі яких визначені їх творцями;
е) системи, що не взаємодіють із зовнішнім середовищем;
є) не можуть бути підсистемами будь-якої іншої системи.
4. Статистична концепція складності:
а) ґрунтується на тому, що агреговані характеристики багатьох стохастичних явищ та процесів, що описуються в термінах систем, виявляються за умов слабозмінного середовища статистично стійкими;
б) має наслідком те, що статистична стійкість агрегованих характеристик складних явищ та процесів служить основою для прогнозування, без чого неможливо планувати, управляти та проектувати;
в) вимагає невеликого об'єму спостережень, необхідного для достатньо надійної апроксимації сумісного розподілу ймовірностей випадкового вектора як моделі системи;
г) розглядає складність розв'язання оптимізаційних задач;
д) зводиться до складності описання алгоритму розв'язання задач визначеного класу;
е) оцінює мінімально можливу довжину програми розв'язання фіксованої масової проблеми, але не дає уявлення про динамічні (зовнішні) характеристики процесу обчислень;
є) ґрунтується на понятті функції, що може бути обчислена, та еквівалентного алгоритму, що може бути реалізований машиною Тьюринга;
ж) ґрунтується на аналізі властивостей предикатів, які характеризують систему.
5. Управління:
а) це цілеспрямоване втручання в перебіг процесів у системі;
б) є унікальним терміном у сенсі багатозначності його конкретних реалізацій;
в) робить систему незалежною від змін зовнішнього середовища;
г) забезпечує необхідний рівень стійкості системи у процесах взаємодії її з зовнішнім середовищем та взаємодій всередині самої системи;
д) дозволяє конкретизувати призначення системи;
е) забезпечує безваріантний характер процесу досягнення мети складною системою;
є) не завжди скеровуватиме до досягнення поставленої мети в системах з заданою жорсткою програмою діяльності.
6. Параметрична адаптація:
а) це управління, що полягає в підлаштуванні значень параметрів системи до того часу, поки не буде забезпечене досягнення мети;
б) вимагає зміни структури існуючої складної системи;
в) в найближчому майбутньому прагне повернути систему на планову траєкторію шляхом додаткового управління;
г) необхідна тоді, коли потрібна траєкторія руху відома, і, відповідно, відоме й правильне управління;
д) приводить до того, що все відбувається згідно до наміченої програми.
7. Емерджентність - це така властивість складної системи, яка:
а) дозволяє розглядати деякий об'єкт в якості системи без безвідносно до конкретних властивостей та відношень;
б) відображає той факт, що стан системи - це функція як станів її елементів, так і відношень (зв'язків) між ними;
в) стверджує, що система поводить себе як одне ціле, якщо зміни однієї зі змінних викликають зміни інших змінних;
г) полягає в тому, що у складної системи наявні властивості, що не можуть бути виведені з відомих властивостей елементів, які входять до її складу;
д) стверджує, що при незмінних способах дії елементів спосіб дії системи не змінюється, якщо змінюється структура системи;
е) дозволяє розглядати систему як підсистему системи вищого рівня;
є) дозволяє розглядати підсистему як систему зі своїм складом елементів та зв'язків між ними.
8. Синергізм полягає в тому, що:
а) в деяких системах кожна зі змінних може розглядатися незалежно від інших, і відхилення системи загалом є фізичною сумою відхилень її окремих елементів;
б) відкриті системи розвиваються в напрямку диференціації та спеціалізації;
в) з часом одна зі складових системи може стати домінуючою, тобто зміни в цій складовій спричиняють зміни в багатьох інших;
г) ефективність сумісного функціонування елементів системи вища, ніж сумарна ефективність ізольованого функціонування цих же елементів;
д) вхідні інформаційні потоки в системі використовуються для корегування відхилень шляхом негативного оберненого зв'язку або керування за збуреннями.