Курносов Ю. В., Конотопов П. Ю

Вид материала

Содержание

2 Методы формализации предметной области и моделирование
2.1 Понятие сложной системы
2.2 Моделирование как метод познания

Подобный материал:

1 ... 7 8 9 10 11 12 13 14 ... 43

2 МЕТОДЫ ФОРМАЛИЗАЦИИ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ И МОДЕЛИРОВАНИЕ

Для успешного проведения системных исследований очень важно установить тип (класс) системы, с которой предполагается осуществлять те или иные манипуляции. Дело в том, что от типа системы зависит то, является ли допустимым тот или иной метод ее моделирования, какое подмножество управляющих воздействий пригодно для исследования поведения системы с целью построения кибернетической модели и т. д. Ранее мы указывали на то, что специфика системы в первую очередь определяется ее интегральными характеристиками, проявляющимися у системы как целостного объекта, рассматриваемого в качестве компонента системы более высокого уровня. Рядом исследований подтверждено, что в этом отношении наиболее показательны ее структурные свойства, то есть ее компонентный состав и архитектура (топология) связей.

Ранее нами была приведена достаточно общая классификация систем, имевшая следующий вид:

системы гомогенные и гетерогенные;
системы, разложимые и неразложимые на элементы;
системы, сложные с гносеологической точки зрения;
системы, сложные с онтологической точки зрения;
системы эргатические и техногенные;
системы с непрерывными и дискретными состояниями (с конечным и бесконечным количеством состояний);
системы детерминированные и недетерминированные;
системы социальные, биологические, физические, химические и т. п.

Недостатком этой классификации является то, что в ней мы оперировали термином «сложная система», так и не дав его четкого определения. Где же проходит раздел между сложными и «несложными» системами? — Различные исследователи дают на этот вопрос сильно разнящиеся ответы … Но все же, мы попытаемся уловить общее в этих определениях.

2.1 ПОНЯТИЕ СЛОЖНОЙ СИСТЕМЫ

Первым и наиболее распространенным определением понятия «сложная система» является… определение, которого никто не давал. В большинстве случаев специалисты пользуются понятием «сложная система», попросту не определяя его — апеллируя к здравому смыслу и житейскому опыту. К сожалению, из этого умолчания рождается масса недоразумений и конфликтов, как среди «системщиков», так и среди тех, кто пытается использовать теорию систем для решения практических задач.

Другой подход демонстрируют специалисты в области общей теории систем, определяющие сложные системы, как системы, в которых в качестве хотя бы одного из компонентов выступает человек. Соответственно, в этот разряд попадают все системы, в которых реализуется функция целеполагания.

Специалисты в области системной инженерии или системотехники используют иной критерий сложности. Для них сложными системами являются такие системы, в качестве хотя бы одного из компонентов которых выступает система. При этом к системам, выступающим в роли элементов системы высшего уровня предъявляется требование неоднородности — без этого система не может считаться сложной. В противном случае система является либо обычной (система, как таковая), либо может быть отнесена к классу больших систем (но не сложных). Этот подход более характерен для технических приложений системного анализа.

Специалисты в области биологии, медицины и иных наук, связанных с изучением живых организмов, склонны рассматривать в качестве сложной системы любую организованную живую материю или совокупность взаимосвязанных организмов. Такой критерий сложности также является оправданным.

Некоторые исследователи склонны считать сложными системы, для описания которых требуется использовать многомодельные методы исследований и многокритериальные методы оценивания эффективности. Собственно, это замаскированная попытка определить сложность по образцу первых двух из числа уже приведенных определений.

Еще одна группа исследователей в качестве критерия сложности использует наличие системной динамики (невозможность описать систему с помощью статической модели — по существу переход к тому же многомодельному исследованию).

К числу свойств сложных систем, которые могут рассматриваться в качестве «показателя сложности» могут быть отнесен целый ряд свойств, из которого наиболее весомыми являются следующие:

свойство эмерджентности^⁶²;
свойство отставания управления от специализации;
свойства способности к адаптации, самосовершенствованию, самовоспроизводству, средопреобразованию.

Эмерджентность — это новоприобретенное свойство системы, возникновение которого не может рассматриваться как итог примитивного суммирования показателей ее элементов, а является результатом возникновения системных связей и адаптивного перераспределения функций между элементами. Одним из альтернативных названий свойства эмерджентности является название «свойство организованной сложности». Характеристики всякой системы занимают одно из «промежуточных положений» в пространстве от примитивной физической аддитивности (аналог векторной суммы) до абсолютной целостности (эмерджентности).

Функционирование сложных систем связано с процессами развития систем, в том числе — с процессами развития специализации элементов и совершенствования координации их деятельности. Еще одним интересным свойством сложных систем является свойство отставания управления от специализации в сложных системах. В связи с этим был сформулирован закон необходимого разнообразия (закон Эшби), гласящий, что для того, чтобы некоторая система могла управлять другой системой, она должна обладать сложностью не меньшей, чем сложность управляемой системы.

Объединение в одну группу таких свойств, как способность к адаптации, самосовершенствованию, самовоспроизводству и преобразованию среды функционирования не случайно, поскольку они имеют общий корень — сложные системы способны создавать внутри себя информационную модель себя и окружающей среды.

Существуют различные критерии оценки сложности, в том числе — в кибернетике, социологии, политологии — везде, где исследователь, сталкиваясь с проблемой размерности, ищет выход в построении некоторым образом организованной совокупности абстрактных объектов, рассмотрение которых в качестве единого целого обеспечивает возможность «изолированного» решения задач, относящихся к некоторому уровню в общей иерархии задач исследования.

Таким образом, мы вышли на некоторую общую закономерность: понятие сложной системы связано с иерархическим устройством самой системы и/или моделей, используемых для ее описания. Небольшой комментарий по поводу употребления «и/или» — в ряде случаев прием «иерархизации» используется исключительно на модельном уровне — такой подход может быть выражением специфики мышления и способа организации целей субъекта исследований. В этом случае сложность — не есть атрибут системы, а лишь выражение способа ее рассмотрения, принципа упорядочения целей исследований или результат проявления действия ограничений на допустимую для исследователя и его инструментария размерность задач.

Таким образом, мы можем перейти к этапу формулирования своего, специфического, определения сложной системы. Авторы считают, что сложная система — это система, для рассмотрения которой в контексте конкретной проблемной ситуации необходимо использовать прием иерархического упорядочивания ее элементов в интересах понижения размерности решаемых задач^⁶³.

А поскольку системный анализ имеет в качестве предмета исследований сложные системы, можно утверждать, что системный анализ может рассматриваться в качестве средства понижения размерности задач, структурирования целей. Системный анализ — это инструмент, позволяющий исследователю преодолеть ограничения на допустимую размерность задач, ядром которого является функция целеполагания исследователя. В зависимости от целей анализа один и тот же объект исследования может рассматриваться либо как некая неделимая сущность, либо как системное единство его частей.

Несомненно, что главной задачей системного анализа является получение модели, предельно адекватной объекту исследования. А уже на втором этапе, методом задания изменений внешних воздействий добиваются достижения необходимого отклика в поведении модели системы и транспонируют (переносят) его на объект исследования. При этом могут достигаться различные, подчас противоположные цели, и они могут быть как структурированными, так и абсолютно не связанными друг с другом.

2.2 МОДЕЛИРОВАНИЕ КАК МЕТОД ПОЗНАНИЯ

Коль скоро мы рассматриваем системный анализ в качестве инструмента, а вернее комплекта инструментов научных исследований и решения прикладных задач управленческой деятельности, то прежде, чем этим комплектом воспользоваться, следует хотя бы поверхностно ознакомиться с описью комплекта. Что же входит в его состав?

Следует разделить все инструменты на две группы:

неформальные методы;
формальные методы.

Каждая из этих групп может быть подвергнута дальнейшему дроблению, однако на этом этапе мы не будем углубляться в дебри классификации, а остановимся на ее верхнем уровне.

Неформальные методы системного анализа преимущественно концентрируются на решении задач организации аналитической деятельности. Здесь широко используются методики, широко привлекающие знания, накопленные в отрасли гуманитарных наук (как наук о человеке, включая психологию и ее технические приложения, такие как инженерная психология). Важную роль здесь играет, например, когнитивная психология (раздел психологии, изучающий специфику познавательной деятельности человека). Здесь рассматриваются вопросы оптимального представления знаний, организации интеллектуального труда (от регламента рабочих сессий аналитиков до подбора состава рабочих групп, порядка проведения «мозговых штурмов»).

По мере развития средств вычислительной техники эта отрасль системного анализа получила в свое распоряжение мощные средства хранения и представления знаний, работающие, в том числе и в псевдо-трехмерном режиме отображения, средства телекоммуникационного обеспечения аналитической деятельности и иные инструменты, способствующие интенсификации интеллектуального труда. Некоторые авторы называют эту группу методов системного анализа методами, направленными на активизацию использования интуиции и опыта специалистов^⁶⁴. Характерно, что, несмотря на свое название, неформальные методы отнюдь не бедны формальными процедурами. Здесь используются достаточно сложные статистические, теоретико-множественные и логические процедуры, обеспечивающие возможность перехода от многообразия субъективных оценок экспертов к взвешенным и аргументированным решениям, вырабатываемым на основе их анализа. Формальные средства, используемые на этапе обработки результатов рабочих сессий не менее сложны и изощренны, чем те, которые используются в других отраслях науки.

К числу неформальных методов относят:

методы мозгового штурма;
методы модерирования^⁶⁵ рабочих сессий и игротехники;
методы экспертного анализа;
метод Дельфи;
метод сценариев;
методы классификации и структуризации проблемной области;
методы компактного представления данных (диаграммы и т. д.);
методы календарного планирования и иные.

Формальные методы системного анализа внешне являют противоположность неформальным; оперируя строгой математической символикой, они мало походят на неформальные методы, находящиеся на противоположном полюсе системной теории. Абстрактные математические построения обеспечивают здесь не вспомогательные операции, а являются выражением сущности процессов, обеспечивая прогнозируемую точность и высокую объективность результатов исследования. Однако переход от неформальных методов к формальным — есть результат эволюции знаний о системе (да, и весь системный анализ, собственно, является инструментом поэтапного накопления и структурирования знаний, совершенствования кибернетической модели процессов и систем).

Отличительной чертой системно-кибернетической отрасли является возможность органичного сочетания в ее рамках строгих и нестрогих методов, возможность сочетания логико-лингвистических и аналитических методов описания предметной области. По существу, системный анализ — методологическая система, в рамках которой обеспечиваются условия для эволюции знаний и моделей (как их представления) в режиме, не исключающем возможность их применения уже на ранних этапах накопления знаний.

Формальные методы также именуются методами формализованного представления систем и включают в себя:

аналитические методы;
вероятностные и статистические методы;
теоретико-множественные и логические методы;
лингвистические и семиотические методы;
графические и иные методы.

Переход от одной группы методов к другой осуществляется благодаря применению методик поэтапного структурирования знаний, благодаря применению которых знания о системе приобретают все более строгое выражение, а поведение системы — большую предсказуемость.

Большинству из нас знакомо то чувство облегчения, которое испытываешь, когда открыв текст на незнакомую, но важную для решения некоторого комплекса задач тему обнаруживаешь там четкое и ясное изложение сущности проблемы и предлагаемых методов ее решения. Постепенно углубляясь в чтение, часто не замечаешь, как легко и естественно укладываются в голове новые понятия, как давно и с радостью забытые формулы вновь наполнились каким-то смыслом… В чем дело? — А фокус в том, что изложение подчинено строгим композиционным правилам, сложность подачи материала дозирована и нарастает по достижении вами готовности к усвоению новых знаний, от вас не спешат отгородиться частоколом формул (за которыми часто скрываются прописные истины). Значит, вам повезло: автор является мастером композиции, он знает, как правильно выстроить иерархию знаний. Литературоведы утверждают, что большинство гениальных литературных произведений построено по круговой (или спиральной) композиции: читатель, как будто кружится на карусели, на каждом ее витке наблюдая, как разворачиваются события, узнавая о героях все новые и новые подробности. Таковы произведения Л.Н. Толстого, А.С. Пушкина и многих других классиков. Особенно ярко это погружение в слои реальности чувствуется в «Божественной комедии» Дантэ Алигьери (это не случайно — Данте был не чужд философии, да и предмет повествования был особый). Но вернемся к аналитике и системному анализу.

Какова связь между композицией и предметом нашего повествования? — Самая, что ни на есть прямая. Композиция — это один из способов организации (формализации) данных. Собственно, системный анализ — это тоже своего рода средство композиции, но только не в литературе, а в научно-исследовательской, проектной и управленческой деятельности. Здесь системный анализ выступает в роли мощного инструментария структурирования, формализации проблемных ситуаций, приводящий к их конструктивному упрощению. С этой целью синтезирована масса прикладных направлений системного анализа, ориентированных на решение узко специальных задач. Однако при их решении эти отраслевые направления придерживаются общих методологических принципов системного анализа, то есть оперируют органичным сочетанием как логико-эвристических неформальных процедур, так и строгих математических моделей различных классов.

Системный анализ сочетает в себе использование неформальных и формальных методов анализа и синтеза, это сочетание достигается использованием таких системных теорий, как неформальный системный анализ и прогностика (ориентированные на применение процедур эвристического характера, основывающихся на личном и социальном опыте аналитика), теория выбора и принятия решений (основывающаяся на теории предпочтений или полезности), теория сложных систем и многомодельных исследований, синергетика и теория иерархических систем, теория больших систем (основывающаяся на формальных процедурах агрегирования и декомпозиции). Перечисленные теории обладают специфическим формальным аппаратом, ориентированным на решение различных исследовательских задач. В одном случае — это инструментарий оценивания согласованности экспертных оценок, использование субъективных вероятностей, в другом — это строгие математические процедуры многокритериального выбора стратегий, в третьем — основной упор делается на логическом формальном аппарате...

Некоторые авторы, например — Б.А. Резников^⁶⁶, указывают на возникновение в рамках системной теории своеобразного феномена — обобщенного системного анализа, выделяя это направление из более обширной отрасли системно-кибернетических исследований. Этот взгляд можно считать более чем обоснованным — системный анализ давно выступает в роли инструмента интеграции разноплановых исследований, методологических подходов, выработанных в рамках частных научных отраслей и системного анализа. Более того, между теорией систем и кибернетикой трудно провести границу, четко разделяющую эти две отрасли научных исследований — обе науки тесно связаны с научным обеспечением процессов управления объектами и системами различного рода, обе используют сходные формальные средства... Различия проявляются преимущественно в том, на каком этапе происходит применение результатов исследований. Для системного анализа — это этап, непосредственно предшествующий этапу выбора управленческого решения, а для кибернетического исследования — этап непосредственного применения управляющего воздействия. Хотя в практике исследований эти этапы часто образуют замкнутый цикл, в котором реализуется принцип обратной связи по результатам исследований.

Вполне закономерно возникновение следующего вопроса: почему речь идет именно об анализе, если очевидно, что системный анализ методологически гораздо богаче, нежели любая научная отрасль, методом исследования которой является членение целого на части, ведь системный подход на различных этапах исследования предписывает как аналитические, так и синтетические процедуры. Причина этого состоит в терминологическом консерватизме науки, зачастую приводящем к удержанию в активном лексиконе ученых терминов не в их прямом, а в метафорическом значении. Соответственно, термин «системный анализ» сейчас имеет иное наполнение, нежели на этапе его введения в тезаурус науки.

Чтобы убедиться в этом, рассмотрим основное содержание этапов системно-кибернетического исследования. Достаточно бегло просмотреть наименования этапов, чтобы убедиться в том, что о строгом разделении анализа и синтеза в системных исследованиях и речи быть не может. Итак…

Анализ и синтез целей. Как видим, здесь все тот же круговорот «инь» и «янь» — анализ имеет конструктивную направленность. Обычно целевой анализ начинается с синтеза основной цели (или с анализа проблемной ситуации?). Основная цель раскрывается путем указания подчиненных ей главных целей (аналитический — декомпозиционный этап). В сложных задачах системного анализа, решение которых зависит от многих взаимосвязанных элементов, целесообразным является дальнейшее развертывание главных целей в многоуровневое дерево целей и задач (этому вопросу будет уделено внимание позже).
Анализ ограничений различного рода (как ресурсных, так и иных). Характерно, что анализ целей и ограничений представляют собой взаимоувязанные процессы — задачи системного анализа решаются в условиях различного рода ограничений, налагаемых обстановкой. При этом цель должна быть достигнута именно в существующих условиях (впрочем, в число целей могут быть включены и цели, связанные с необходимостью модификации условий). Ограничения могут иметь различный характер, в том числе и различную степень жесткости. Из числа всех ограничений, несомненно, наиболее жесткими ограничениями являются ресурсные ограничения (если не считать ограничений фундаментального характера, например — продиктованных законами физики). Однако, и анализ ограничений не может протекать без стадии синтеза — прежде должна быть создана модель системы и/или ситуации (степень формализации этой модели может быть минимальной — в ряде случаев достаточно и концептуальной модели, сформулированной на языке естественного общения). На этом этапе модель выступает в роли инструмента, посредством которого могут быть выражены и/или выявлены противоречия, существующие в предметной области.
Синтез альтернативных стратегий. Альтернативные стратегии синтезируются с учетом объективно существующих и/или введенных на основе субъективных оценок ограничений и представляют собой в той или ной степени детализированные последовательности действий. На этом этапе стратегии, гипотетически позволяющие остаться в рамках установленных ограничений, включаются в множество допустимых альтернатив — пока без учета предпочтений.
Синтез критериев предпочтения. Критерий предпочтения — это некое правило, определяющее порядок выбора предпочтительной альтернативы из множества допустимых. Такое правило лишь в простейших случаях бывает единственным — как правило, критериев несколько. В процессе синтеза критериев предпочтения устанавливается то множество критериев, которое отвечает поставленным целям и обеспечивает реальную сопоставимость альтернативных стратегий. На этом этапе задачей аналитика является синтез критериев объективного оценивания, сводящих к минимуму субъективизм оценок. В результате синтезируется комплексный

Blog

Курносов Ю. В., Конотопов П. Ю

Содержание