Априорная информация и ее обработка

Априорной называется информация, которой располагает исследователь до того, как он приступит к экспериментам. В современных отраслях знаний объем этой информации, как правило, достаточно велик и определяется публикациями по теме. Подобная информация часто противоречива и имеет не всегда высокую достоверность (разные эксперименты в сходных условиях дали различные результаты), а границы ее размыты (не всегда известен диапазон варьирования параметров).

Таким образом, априорная информация может быть представлена в виде множества отдельных несистематизированных данных об объекте исследования (процессе, устройстве) и его параметрах. Следствием этого является задача об объективном ограничении номенклатуры переменных и о выделении главных факторов.

Системный подход

В современной науке происходит быстрый рост интегральных задач синтеза, требующих междисциплинарных исследований. Разработка их привела к объединению научных методов и установлению общих закономерностей для различных объектов и традиционных научных дисциплин.

Русский врач, философ и общественный деятель А.А. Богданов разработал в начале XX века общую теорию систем, названную им тектологией.

Система – это ряд элементов, взаимосвязанных структурно и функционально. Понятие системы относительно: любая система включает подсистемы и сама является подсистемой более общей системы.

Теория систем – это формальная эмпирико-интуитивная дисциплина, применимая ко всем наукам, имеющим дело с системами.

Условия существования систем могут быть сформулированы следующим образом:

есть набор объектов;

есть набор признаков каждого объекта;

есть набор признаков набора объектов;

есть набор признаков набора признаков объектов.

Каждое из этих условий необходимо, но только их сумма позволяет выделить систему.

Первые два условия – это условия актуальности, т.е. наблюдаемые объекты становятся претендентами на включение их в систему. Третье - определяет связь между объектами, четвертое – связь между признаками объектов.

Каждая система может быть выделена гипотетической оболочкой (воображаемой контрольной поверхностью, логической границей) из ее окружения.

К внутренним связям системы можно отнести следующие:

- структурные (связи субординации);

- генетические (связи развития);

- координационные (связи взаимодействия);

- функциональные (связи назначения).

Связь системы с окружением определяется входом и выходом. Отсюда функция системы – это преобразование входов в выходы. Оно может моделироваться терминологически, математически, физическими аналогами, знаковыми системами и т.п.

Система разомкнутая (открытая), если существует обмен массой, энергией, информацией с окружающей средой. Система замкнута (закрыта), если этот объем пренебрежимо мал.

Структурное описание системы – это ее внутренние параметры, функциональное – внешние.

При существующем уровне знаний понимание сложных систем возможно только при выделении отдельных срезов системы – ее функциональных плоскостей с собственным специфическим входом-выходом.

Например, в измерительной системе можно выделить срезы преобразования, коммутации, фиксации и т.п.

Итак, общая схема системного подхода включает этапы, характеризующие структуру выделенной системы.

В существующем виде системный подход эффективно выполняет постановку проблемы, базируясь на дескриптивном (описательном) анализе и систематизации существующего знания, т.е. априорной информации. Накопление огромной ее массы не только не облегчает, но значительно усложняет представление об исследуемом объекте.

Любая общая картина сложного объекта всегда остается неполной и односторонней. Выступая с анализом, системный подход выделяет свойства, делающие объект частью целого, а – с синтезом – позволяет представить целое, состоящее из отдельных частей. Здесь большую роль играет принцип формализации – уточнения содержания посредством выявления его формы.

Классификация

Классификация любых объектов неразрывно связана с системным подходом и является его логической конкретизацией и развитием. Первая операция, производимая исследователем над множеством данных априорной информации, включает изучение его организации, т.е. разнообразия входящих в него объектов и их связей.

Систематизация объектов информационного множества может быть выполнена путем разделения всего множества на группы в соответствии с обобщающими и дифференцирующими признаками. В качестве последних используют любой критерий, например, степень сложности объектов. Итогом систематизации должна быть классификация, которая не только делит все множество на отдельные группы и элементы, но и вскрывает связи между ними.

Следовательно, классификация требует знания соотношения целого и его элементов, а также структурных связей.

Основные типы связей включают следующее:

1. Относительные связи, когда самостоятельные объекты объединяются взаимодействием. Например: солнце и планеты.

2. Причинно-следственные связи. Например: отец и сын; нагрузка и напряжение.

3. Связь отношений двух и более сторон в едином целом. Например: полюса магнита.

4. Связь предшествующего состояния с последующим. Например: обкатка двигателя и его нормальная эксплуатация.

5. Сравнительная связь большого и малого. Например: толстолистовой и тонколистовой прокат.

В каждом явлении имеются внутренние элементы, его образующие, и соответствующая структура – способ их связи между собой. Каждый элемент, в свою очередь, обладает внутренней структурой.

При классификации особое внимание следует уделять единому обобщающему логическому признаку. Пренебрежение этим приводит к высказываниям типа: «Шел дождь и три студента. Один – в унынии, другой – в калошах, третий – в пивную».

Очень важным является требование выдерживать единый иерархический уровень признаков. Если в качестве такого признака выбрана степень важности элементов, то неверно утверждать, что человек состоит из головы, туловища, волос, ногтей и т.п.

Наконец, различительные признаки должны быть дискретными, т.е. позволять однозначно различать группы элементов классификации ( колба , цилиндр, пипетка), или, хотя бы, условно дискретными (колбы объемом 1 л , колбы объемом 500 мл., колбы объемом 250 мл)

К недостаткам различных классификационных подходов следует отнести следующее:

- значительный вклад субъективных качеств исследователя;

- неоднозначность, так как возможны различные варианты классификации;

- отсутствие возможности математизировать процесс и объективно оценить его качество.

Основой любой классификации являются признаки – характеристики, обобщаемые для всего множества объектов (например, измерительные инструменты). Признак n значим, если множество объектов разбито на n классов. Знать признак – это определить принадлежность к соответствующему классу, по крайней мере, одного объекта (например: микрометрические и штанген–инструменты).

Первоначальным этапом классификации является формализация описания множества объектов путем установления базисов – подмножеств фактически необходимых признаков. Базисная таблица идентификации включает столбцы – объекты и строки – необходимые и достаточные признаки для отделения каждого объекта от всех остальных.

Практически легче выделить признаки не путем их подробного описания, а путем сопоставления друг с другом.

Критерием разграничения различительных и избыточных признаков является их устранимость. Признак устраним, если объекты могут быть различимы без этого признака, т.е. эти признаки связывают систему с окружением – объектами в ней отсутствующими. При описании среды через систему они становятся наиболее существенными. Так, способность измерить размер является избыточным (не отличительным) признаком штанген и микрометрических инструментов, но этот признак позволяет объединить их и выделить из более общей группы инструментов, включающих еще калибры и эталоны.