Анализ и синтез в системных исследованиях
В § 1.3 мы уже рассматривали вопрос о соотношении анализа и синтеза в человеческом познании. Их единство позволяет понять окружающий мир. Это относится ко всем отраслям знаний и, в частности, к получившей название системного анализа. В данной главе будут рассмотрены технические аспекты аналитического и синтетического методов исследования систем, т.е. будет акцентировано внимание на том, как выполняются операции разделения целого на части и объединения частей в целое и почему они выполняются именно так. Иными словами, мы обсудим, в какой степени анализ и синтез на сегодняшний день могут быть алгоритмизированы.
Аналитический метод, изначально, органически присущий человеческому мышлению, в явной форме был осознан, выделен и сформулирован как самостоятельный технический прием познания в ХVII в. представителями рационализма. Так, Р. Декарт писал:
“Расчлените каждую изучаемую вами задачу на столько частей (...), сколько потребуется, чтобы их было легко решить” [3].
Успех и значение аналитического метода состоит не только и не столько в том, что сложное целое расчленяется на все менее сложные (и в конечном счете простые) части, а в том, что, будучи соединены надлежащим образом, эти части снова образуют единое целое. Этот момент агрегирования частей в целое является конечным этапом анализа, поскольку лишь только после этого мы можем объяснить целое через его части – в виде структуры целого (см. § 3.5).
Аналитический метод имеет колоссальное значение в науке и на практике. Разложение функций в ряды, дифференциальное и интегральное исчисление, разбиение неоднородных областей на однородные с последующим “сшиванием” решений – в математике, анализаторы спектров, всевозможные фильтры, исследования атомов и элементарных частиц – в физике; анатомия и нозология – в медицине; значительная часть схемотехники, конвейерная технология производства – все это служит иллюстрацией эффективности анализа. Успехи аналитического метода привели к тому, что сами понятия “анализ” и “научное исследование” стали восприниматься как синонимы. Идеалом, высшей формой познания стала считаться причинно-следственная закономерность, при которой причина является необходимым и достаточным условием осуществления следствия.
| AGGREGATION агрегатирование DECOMPOSITION декомпозиция COMPLETENESS полнота PROBLEM-CONTAINING SYSTEM проблемосодержащая система PROBLEM-SOLVING SYSTEM проблеморазрешающая система Формализация описания любой системы или процесса есть способ их упрощения. То же относится к самому системному анализу и к каждой из используемых в нем операций. К числу наиболее употребительных операций системного анализа относятся: разделение целого на части и объединение частей в целое. Их алгоритмизация – актуальная задача. Фактом фундаментальной важности является то, что декомпозиция выполняется по содержательной модели проблеморазрешающей системы. Поэтому качество анализа прямо связано с полнотой используемой модели. |
СОЧЕТАНИЕ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА В СИСТЕМНОМ ИССЛЕДОВАНИИ
Многие философы и естествоиспытатели обращали внимание на то, что роль синтеза не сводится только к “сборке деталей”, полученных при анализе. Среди специалистов по системному анализу особенно настойчиво выделяет эту мысль Р. Акофф. Он подчеркивает значение целостности системы; эта целостность нарушается при анализе, при расчленении системы утрачиваются не только существенные свойства самой системы (“разобранный автомобиль не поедет, расчлененный организм не способен жить”), но исчезают и существенные свойства ее частей, оказавшихся отделенными от нее (“оторванный руль не рулит, отделенный глаз не видит”). Поэтому, отмечает Р. Акофф, результатом анализа является лишь вскрытие структуры, знание о том, как система работает (“ноу – хау”), но не понимание того, почему и зачем она это делает.
“Синтетическое мышление требует объяснить поведение системы. Оно существенно отличается от анализа. На первом шаге анализа вещь, подлежащая объяснению, разделяется на части; в синтетическом мышлении она должна рассматриваться как часть большего целого. На втором шаге анализа объясняются содержимые части; в синтетическом мышлении объясняется содержащее нашу вещь целое. На последнем шаге анализа знание о частях агрегируется в знание о целом; в синтетическом мышлении понимание содержащего целого дезагрегируется для объяснения частей. Это достигается путем вскрытия их ролей или функций в целом. Синтетическое мышление открывает не структуру, а функцию; оно открывает, почему система работает так, а не то, как она делает это” [ 24].
Таким образом, не только аналитический метод невозможен без синтеза (на этом этапе части агрегируются в структуру), но и синтетический метод невозможен без анализа (необходима дезагрегация целого для объяснения функций частей). Анализ и синтез дополняют, но не заменяют друг друга. Системное мышление совмещает оба указанных метода.
Такое положение приводит к некоторой “терминологической напряженности”, имеющейся в преподавании системных знаний и в общении между специалистами. Акофф предлагает преодолеть противоречивость в названиях “аналитического метода”, содержащего синтетическую стадию установления структуры, и “синтетического метода”, включающего анализ функций частей, употребляя обобщающие термины “редукционизм” для первого и “экспансионизм” для второго. Существуют и более радикальные терминологические предложения:
“Сам термин “системный анализ” несостоятелен, поскольку слово “анализ” противоречит понятию целостности, содержащемуся в термине “система”. Настало время заменить устаревший термин, пустив в оборот новый, непротиворечивый по существу. Возможно, подойдет название “исследование систем”, как не содержащее противоречия” [25].
Так как в настоящее время все еще преобладает аналитический (редукционистский) подход в исследованиях, то имеет смысл привести дополнительные аргументы, привлекающие внимание к синтетическим (экспансионистским) методам.
ОСОБЕННОСТИ СИНТЕТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
Во-первых, аналитический метод приводит к достижению наивысших результатов, если целое удается разделить на независимые друг от друга части, поскольку в этом случае их отдельное рассмотрение позволяет составить правильное представление об их вкладе в общий эффект (как в случае функциональных ортогональных рядов, интегрального исчисления, мозаики, накопления денег и пр.). Однако случаи, когда система является “суммой” своих частей, не правило, а редчайшее исключение. Правилом же является то, что вклад данной части в общесистемный эффект зависит от вкладов других частей. Поэтому, например, если заставить каждую часть функционировать наилучшим образом, то в целом эффект не будет наивысшим (см. § 7.9). Можно сказать [24], что, отобрав лучшие в мире карбюратор, двигатель, фары, колеса и т.д., мы не только не получим самого лучшего автомобиля, но вообще не сможем собрать машину, так как детали машин разных марок не подойдут друг к другу. Итак, при анализе “неаддитивных” систем следует делать акцент на рассмотрение не отдельных частей, а их взаимодействия. Это существенно более трудная задача. Примером является управление “неаддитивной” системой, которое окажется более эффективным, если управлять не действиями ее частей отдельно, а взаимодействиями между ними.
Во-вторых, идеалом, конечной целью аналитического метода является установление причинно-следственных отношений между рассматриваемыми явлениями. Нечто считается познанным, полностью понятым лишь в том случае, если известна его причина (совокупность условий, необходимых и достаточных для реализации следствия). Однако это далеко не всегда достижимо. Даже в тех случаях, когда имеет место причинно-следственное описание (т.е. когда условия, входящие в причину, действительно перечислимы), все остальное должно быть исключено. Для причинно-следственного отношения не существует понятия окружающей среды, так как для следствия ничего, кроме причины, не требуется. Примером служит закон свободного падения тел, справедливый, если отсутствуют все другие силы, кроме силы тяготения. Однако когда мы имеем дело со сложными системами, исключить “ненужные”, “неинтересные” взаимодействия бывает невозможно не только практически, но и абстрактно (при необходимости сохранить адекватность модели; см. § 2.6). Имеется два способа описать такую ситуацию. Один состоит в отображении “беспричинной” компоненты поведения системы либо “объективной случайностью”, либо “субъективной неопределенностью” (происходящей от незнания), либо их сочетанием (см. § 6.4 и 7.7). Другой вытекает из синтетического, зкспансионистского метода и состоит в признании того, что отношение “причина – следствие” является не единственно возможным и приемлемым описанием (объяснением) взаимодействия. Более адекватной моделью взаимодействия оказывается отношение “продуцент – продукт”, характеризуемое тем, что продуцент является необходимым, но не достаточным условием для осуществления продукта. Например, желудь является для дуба продуцентом, а не причиной, поскольку кроме желудя для произрастания дуба необходимы почва, влага, воздух, свет, тепло, сила тяготения и т.д. Таким образом, для получения продукта необходимы и другие условия, которые и образуют окружающую среду. Причинное, свободное от среды объяснение является предельным случаем продуцентного, идеалом, к которому можно приближаться, но достичь которого можно не всегда и не всегда необходимо.
Как бы то ни было, и при аналитическом, и при синтетическом подходе наступает момент, когда необходимо разложить целое на части либо объединить части в целое. Будем называть эти операции соответственно декомпозицией и агрегированием. Далее рассмотрим технические аспекты выполнения этих операций.