Категориальный аппарат науки и системного анализа

Древнегреческий философ Платон говорил: «Перед тем, как затевать спор, необходимо договориться о терминах». Поэтому познакомимся с видами понятий, скоторых должна начинаться каждая истинная наука (научная дис­циплина).

Понятие - это мысль, которая отображает общие и существенные признаки предметов (дом, квадрат, молекула и т.д.). Понятия суть «сокращения, в которых мы охватываем, сообразно их общим свойствам, множество различных чувственно воспринимаемых вещей» (Ф. Энгельс), а также нечувственных объектов, таких как другие понятия. Понятие не только выделяет общее, но и расчленяет предметы, их свойства и отношения, классифицируя последние в соответствии с их различиями. Так, понятие «человек» отражает и существенно общее (то, что свойственно всем людям), и отличие любого человека от всего прочего.

Термин - точно выраженное содержание научного понятия. Термины существуют в рамках определённой терминологии, то есть входят в конкретную лексическую систему языка, но лишь через посредство конкретной терминологической системы. В отличие от слов общего языка, термины не связаны с контекстом. В пределах данной системы понятий термин в идеале должен быть однозначным, систематичным, стилистически нейтральным (например, «фонема», «синус», «прибавочная стоимость»).

Категория - предельно широкое по объему понятие, которое не подлежит дальнейшему обобщению. Термин, впервые употребил Аристотель для обозначения самых высших, ни на что более не сводимых, родовых понятий. Будучи формами и устойчивыми организующими принципами процесса мышления, категории воспроизводят свойства и отношения бытия и познания во всеобщем и наиболее концентрированном виде. Характеристику некоторых особенностей категорий можно дать, опираясь на операцию обобщения понятий. Почти для каждого видового понятия можно найти более широкое по объему родовое понятие, напр. «береза» — «дерево», «человек» - «млекопитающее», «медь» - «металл».

Объем понятия - знания о круге предметов, суще­ственные признаки которых отображены в понятии. Вместе с содержанием понятия составляют основную характеристику понятия, являясь обратно пропорциональными его параметрами (увеличение объёма приводит к уменьшению содержания и наоборот). Изменение понятия предполагает изменение его объёма. Объём понятия изображается графически с помощью кругов Эйлера. Части, входящие в объём понятия, называют классами или множествами. Они в свою очередь состоят из подклассов или подмножеств. Отдельный предмет, принадлежащий к классу предметов, называется элементом класса. Например, объём понятия «параллелограмм» включает множество всех возможных параллелограммов.

Общее число понятий, специфических для системных исследований, чрезвычайно велико. Поэтому мы ограни­чимся лишь наиболее важными из них: система, связь, среда, структура и структурное исследование, целое (целостность), элемент, системный подход, системный анализ.

Система

Толкований категории «система» в научной литературе можно найти великое множество. В работе В.Н.Садовского «Основания общей теории систем» (1974 г.), дан обзор около сорока имеющихся дефиниций понятия системы. До настоящего времени терминология системного анализа обладает указанной особенностью. Выработать общие для всех конкретных приложений понятийный аппарат и способы исследования пока не удается. Приведем некоторые их них.

Система(греч. - «составленное из частей», «соедине­ние», от «соединяю, составляю») - объективное единство закономерно связанных друг с другом предметов, явлений, а также знаний о природе и обществе.

Система – совокупность элементов, находящихся в определенных отношениях друг с другом и со средой. (Л. фон Берталанфи)

Система – объективное единство закономерно связанных друг с другом предметов, явлений, а также знаний о природе и обществе. (БСЭ 2-е изд.)

Система - нечто целое, представляющее собой единство закономерно расположенных и находящихся в определенной связи частей. (Ожегов)

Система – совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов. (ISO 9000:2000)

Система – идущий процесс; набор имеющих данные свойства параметров, которыми являются вход, процесс, выход, управление через обратную связь и ограничение, и набор связей между параметрами и их свойствами. (Оптнер С.Л.)

Система означает не вещь, а перечень переменных, обеспечивающих однозначность преобразования (Эшби У.Р.).

Система – это то, что приобрело целостность и форму в результате постоянного взаимодействия частей. (Сенге П.)

Система (биологическая) – некоторая совокупность взаимодействующих элементов, которая образует целостный (биологический) объект. (Новосельцев В.Н.)

Система – любой комплекс динамически связанных элементов; все, состоящее из связанных друг с другом частей. (Бир С.)

Проанализировав вышеприведенные определения можно сделать вывод, что любая система имеет следующие основные характеристики: компоненты; отношения (связи, посредством которых осуществляется взаимодействие между компонентами); границу; цель; внешнюю среду; вход, выход; интерфейс; законы, правила, ограничения функционирования.

Системные характеристики можно описать следующим образом:

1. Компонент есть либо неделимая часть, либо объект, состоящий из частей и называемый подсистемой.Подсистема - часть системы с некоторыми связями и отношениями. Любая система состоит из подсистем, подсистема любой системы может быть сама рассмотрена как система. Границы рассматриваемой системы определяются доступными ресурсами и окружением.

2. Компоненты взаимодействуют между собой таким образом, что функционирование одного влияет на функционирование другого компонента.

3. Все компоненты работают вместе, чтобы достичь цели существования системы.

4. Система имеет границу, внутри которой содержатся все компоненты, и которая устанавливает пределы системы, отделяя ее от других систем.

5. Система существует и функционирует внутри окружающей (внешней) среды – всего, что находится за границей системы. Окружающая среда влияет на систему и подвергается влиянию системы.

6. Точка, в которой система взаимодействует со средой, называется интерфейсом.

7. Система имеет множество входных и выходных объектов.

8. Система имеет законы, правила, ограничения функционирования.

Примеры систем и подсистем.

Самолет - это летательный аппарат тяжелее воздуха с аэродинамическим принципом полета. Самолет представляет собой сложную динамическую систему с развитой иерархической структурой, состоящую из взаимосвязанных по назначению, месту и функционированию элементов; в нем можно выделить подсистемы создания подъемной и движущей сил, обеспечения устойчивости и управляемости, жизнеобеспечения, обеспечения выполнения целевой функции и др.

Вычислительная сеть – сложная система, которая состоит из вычислительных машин и сети передачи данных (сети связи). Основное назначение вычислительных сетей - обеспечение взаимодействия удаленных пользователей на основе обмена данными по сети и совместное использование сетевых ресурсов (вычислительных машин, прикладных программ и периферийных устройств).

Если объект обладает всеми признаками системы, то говорят, что он является системным. Приведенные примеры систем иллюстрируют наличие таких факторов системности, как:

· целостность и возможность декомпозиции на элементы (в вычислительной сети это вычислительные машины, средства связи и др.);

· наличие стабильных связей (отношений) между элементами;

· упорядоченность (организация) элементов в определенную структуру;

· наделение элементов параметрами;

· наличие интегративных свойств, которыми не обладают ни один из элементов системы;

· наличие множества законов, правил и операций с вышеперечисленными атрибутами системы;

· наличие цели функционирования и развития.

Системы разделяют на классы по различным признакам, и в зависимости от решаемой задачи можно выбирать разные принципы классификации. Признак или их совокупность, по которым объекты объединяются в классы, являются основанием классификации. Класс - это совокупность объек­тов, обладающих некоторыми признаками общности.

Классификаций систем в науке достаточно много. Так, например, одна из них предусматривает деление систем на два вида - абст­рактные и материальные.

Материальные системыявляются объектами реального времени. Среди всего многообразия материальных сис­тем существуют естественные и искусственные системы.

Естественные системы представляют собой совокуп­ность объектов природы и подразделя­ются на астрокосмические и планетарные, физические и химические.

Искусственные системы – это со­вокупность социально-экономических или технических объектов. Они могут быть классифицирова­ны по нескольким признакам, главным из которых явля­ется роль человека в системе. По этому признаку можно выделить два класса систем: технические и организационно-экономические системы.

Абстрактные системы- это умозрительное представ­ление образов или моделей материальных систем, кото­рые подразделяются на описательные (логические) и сим­волические (математические).

Описательные системы есть результат дедуктивного или индуктивного представления материальных систем. Их можно рассматривать как системы понятий и определе­ний (совокупность представлений) о структуре, об основ­ных закономерностях состояний и о динамике матери­альных систем.

Символические системы представляют собой формали­зацию логических систем, они подразделяются на три класса:

статические математические системы или модели, которые можно рассматривать как описание средствами математического аппарата состояния материальных систем (уравнения состояния);

динамические математические системы или модели, которые можно рассматривать как математическую формализацию процессов материальных (или абстрактных) си­стем;

квазистатические (квазидинамические) системы, находящиеся в неустойчивом положении между статикой и динамикой, которые при одних воздействиях ведут себя как статические, а при других воздействиях - как дина­мические.

В научной литературе можно найти и другие типы классификаций.

· по виду отображаемого объекта - технические, биологические, социальные и т.п.;

· по характеру поведения - детерминированные, вероятностные, игровые;

· по типу целеустремленности - открытые и закрытые;

· по сложности структуры и поведения - простые и сложные;

· по виду научного направления, используемого для их моделирования - математические, физические, химические и др.;

· по степени организованности - хорошо организованные, плохо организованные и самоорганизующиеся.

Каждая система обладает определенными свойствами, связанными с ее функционированием. Наиболее часто выделяют следующие:

· синергичность - максимальный эффект деятельности системы достигается только в случае максимальной эффективности совместного функционирования её элементов для достижения общей цели;

· эмерджентность - появление у системы свойств, не присущих элементам системы; принципиальная несводимость свойства системы к сумме свойств составляющих её компонентов (неаддитивность);

· целенаправленность - наличие у системы цели (целей) и приоритет целей системы перед целями её элементов;

· альтернативность - функционирования и развития (организация или самоорганизация);

· структурность - возможна декомпозиция системы на компоненты, установление связей между ними;

· иерархичность - каждый компонент системы может рассматриваться как система; сама система также может рассматриваться как элемент некоторой надсистемы (суперсистемы);

· коммуникативность - существование сложной системы коммуникаций со средой в виде иерархии;

· адаптивность - стремление к состоянию устойчивого равновесия, которое предполагает адаптацию параметров системы к изменяющимся параметрам внешней среды;

· интегративность - наличие системообразующих, системосохраняющих факторов;

· эквифинальность - способность системы достигать состояний, не зависящих от исходных условий и определяющихся только параметрами системы.

Связь

Наибольшая смысловая нагрузка в системном анализе при­ходится на понятие «связь». Приведем примеры связей. Мозг человека развивается и состоит из 14 млрд. нервных клеток. Каждая из них имеет 5000 связей с другими. Любой закон природы и общества - это есть внут­ренняя, устойчивая, существенная связь и взаимная обусловленность явлений. Нет закона вне связи!

В диалектике проблема связи является одной из центральных. Учение диалектики о связях охватывает учение о мире как о едином связном целом, о при­чинности, о единстве и борьбе противоположностей, о взаимоотношении качества и количества, содержания и формы, сущности и явления и т.д., а основным методом исследования является анализ материала конкретных наук в плане разработки обобщающей картины мира.

Связь предметов можно определить таким образом: два или более различных предмета связаны, если по наличию или отсутствию некоторых свойств у одних из них мы можем судить о наличии или отсутствии тех или иных свойств у других из них (возникновение и исчезновение предметов можно рассматривать как частный случай). Например, температура и давление данной массы газа связаны так, что с увеличением температу­ры (при всех прочих постоянных условиях) увеличивается давление. Зная о том, что температура увеличилась, мы мо­жем делать вывод об увеличении давления (если выяснены точные количественные соотношения, то они будут учтены и в выводах).

Классификация связей может быть следующая:

1. Связи взаимодействия (координации), среди кото­рых можно различить связи свойства (такие связи фик­сируются, например, в формулах физики типа pV = const) и связи объектов (например, связи между отдельными нейронами в тех или иных нервно-психических процессах). Особый вид связей взаимодей­ствия составляют связи между отдельными людьми, а так­же между человеческими коллективами или социальны­ми системами. Специфика этих связей состоит в том, что они опосредуются целями, которые преследует каждая из сторон взаимодействия. В рамках этого типа связей можно различить кооперативные и конфликтные связи.

2. Связи порождения (генетические), когда один объект выступает как основание, вызывающие к жизни другой (например, связь типа «А отец В»).

3. Связи преобразования, среди которых можно различить: связи преобразования, реализуемые через определенный объект, обеспечивающий это преобразование (такова функция химических катализаторов), и связи преобразования, реализуемые путем непосредственного взаимодействия двух или более объектов, в процессе которо­го и благодаря которому эти объекты порознь или совместно переходят из одного состояния в другое (таково, напри­мер, взаимодействие организмов и среды в процессе видообразования).

4. Связи строения (их нередко называют структурны­ми). Природа этих связей с достаточной ясностью раскрывается на примере химических связей.

5. Связи функционирования, обеспечивающие реальную жизнедеятельность объекта или его работу, если речь идет о технической системе. Очевидное многообразие функции в объектах различного рода определяет и многообразие видов связей функционирования. Общим для всех этих видов является то, что объекты, объединяемые связью, совместно осуществляют определенную функцию, причем эта функция может характеризовать либо один из этих объектов (в таком случае другой является функциональ­но-производным от первого, как это имеет место в функ­циональных системах живого организма), либо более широ­кое целое, по отношению к которому и имеет смысл функ­циональная связь данных объектов (таковы связи между нейронами при осуществлении тех или иных функций центральной нервной системы). В самом общем виде свя­зи функционирования можно подразделить на связи со­стояний (когда следующее по времени состояние является функцией от предыдущего) и связи энергетические, трофические, нейронные и т.п. (когда объекты связаны единством реализуемой функции).

6. Связи развития, которые можно рассматривать как модификацию функциональных связей состояний, с той, однако, разницей, что развитие существенно отличается от простой смены состояний.

7. Связи управления, которые в зависимости от их кон­кретного вида могут образовывать разновидность либо функциональных связей, либо связей развития.

Предлагая такую классификацию связей, философы отмечают ее условность, объясняя исключительно слож­ным характером возможных связей и их спецификой в конкретных системах.

Таким образом, в окружающем нас мире существует очень большое количество разных связей - многомер­ных, многогранных, многозначных, многоплановых, которые мы должны учиться познавать.

Среда

Среда – сфера, ограничивающая структурное образование системы (например, человек, берущий в руки брошюру). Среда есть все то, что воздействует на систему, но неподконтрольно ей. Воздействие среды на систему – это входные воздействия, или входы (перелистывание страниц брошюры человеком). Воздействие системы на среду – это выходные воздействия, реакция системы, или выходы (воздействие брошюры на зрение, обоняние, осязание читателя).

Сложное взаимодействие системы и среды как ее окружения определяется понятиями система и надсистема. Так, человек, читающий вслух брошюру, представляет собой информационную систему, являющуюся надсистемой по отношению к брошюре.

Надсистема - более крупная система, частью которой является рассматриваемая система.