Лекции - ТСиСА
.pdfКАЗАНСКИЙ (ПРИВОЛЖСКИЙ) ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ВЫСШАЯ ШКОЛА ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Кафедра автономных робототехнических систем
Д.Е. Чикрин
Теория систем и системный анализ
Курс лекций
Казань 2014
Д.Е. Чикрин
Теория систем и системный анализ: курс лекций / Д.Е. Чикрин. - Казань: Казанский университет, 2014.
Дисциплина "Теория систем и системный анализ"посвящена изучению вопросов адекватного анализа и обеспечения взаимодействия сложных совокупностей различных сущностей (систем) в любой области человеческого знания. В рамках дисциплины производится обзор, классификация, пояснение методик построения и применения современных концепций и принципов теории систем и системного анализа как научной методологии.
©Казанский университет, 2014
©Д.Е. Чикрин, 2014
Аннотация
Дисциплина Теория систем и системный анализ является базовой для понимания современной научной методологии системного анализа, широко применяемого во всех областях науки и техники для эффективного решения комплексных проблем различного характера.
Представленный курс предлагает слушателям материал, необходимый для понимания и более глубокого дальнейшего изучения по вопросам функционального системного анализа и прикладных аспектов общей теории систем. Производится обзор, классификация, пояснение методик построения и применения современных концепций и принципов теории систем и системного анализа как научной методологии. В рамках курса особое значение уделено практической проработке рассматриваемых вопросов, что необходимо для закрепления и понимания представленного материала.
Как и все мои труды, посвящается моей жене и дочери, без которых этой книги никогда бы не было.
Чикрин Д.Е.
3
Systems theory and system analysis methods
Abstract
Systems theory and system analysis methods - fundamental discipline about modern system methodological in overall science and industrial production processes. This course is intended to students, IT-specialists and engineers in the field of applied computer science.
In this book we are consider topics of history, classification and e cient using of modern system analysis methods and general system theory.
4
Содержание
I |
Основы теории систем |
. |
. |
. |
. |
. |
7 |
1 Сущность и основные понятия теории систем . . . . |
8 |
||||||
1.1 |
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
8 |
|||||
1.2 |
Исторический обзор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
8 |
1.3Классификация системных наук . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.4Основные понятия теории систем . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.4.1Возможные определения термина система . . . . . . . 10
1.4.2Основные понятия строения и функционирования систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2 Основные классификации систем. . . . . . . . . . |
15 |
2.1 Классификация систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
15 |
2.1.1Постановка вопроса классификации . . . . . . . . . . 15
2.1.2Типы классификаций систем . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1.3Сущностная классификация . . . . . . . . . . . . . . . 17
3 Основные закономерности систем . . . . . . . . . 24
3.1Базовые закономерности произвольных систем . . . . . . . . 24
3.1.1Закономерности взаимодействия части и целого . . . 25
3.1.2Закономерности иерархической упорядоченности си-
стем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.1.3Закономерности осуществимости систем . . . . . . . . 28
3.1.4Закономерности развития систем . . . . . . . . . . . . 29
4 Структуры представления систем . . . . . . . . . |
31 |
4.1 Типы описаний структуры системы . . . . . . . . . . . . . . |
31 |
4.2Топологическое структурное системное описание . . . . . . . 31 4.2.1 Форматы представления пространственно-
структурного аспекта . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.2.2Функциональный, целевой и временной аспекты . . . 34
4.3Матричное представление структуры системы . . . . . . . . 37
4.4Иерархическое представление структуры системы . . . . . . 38
4.4.1Стратифицированная структура . . . . . . . . . . . . 38
4.4.2Слоевая иерархическая структура . . . . . . . . . . . 40
4.4.3Многоэшелонное иерархическое представление . . . . 42
5 Модели представления систем . . . . . . . . . . . 45
5.1Управляемые системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 5.1.1 Проблемы принятия решения . . . . . . . . . . . . . . 45
5
6 Этапы развития систем. Хаос . . . . . . . . . . . |
51 |
6.1 Процессы развития систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
51 |
6.1.1Типология развития систем . . . . . . . . . . . . . . . 51
6.1.2 Унифицированные этапы развития систем . . . . . . 53
6.1.3 Теория циклов и кризисов . . . . . . . . . . . . . . . . 54
6.2Хаос и его роль в развитии систем . . . . . . . . . . . . . . . 56
II |
Основы системного анализа |
. |
. |
. |
. |
58 |
7 Измерения и измерительные шкалы |
. . . |
. . . . |
. |
59 |
||
7.1 |
Введение в измерительные шкалы . . |
. . . . . |
. . . . . . |
. . |
59 |
7.1.1Основная терминология . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
7.1.2 Основные типы измерительных шкал . . . . . . . . . 60
7.1.3Качественные и количественные шкалы . . . . . . . . 61
7.1.4Допустимые операции с элементами шкал . . . . . . . 62
7.2 Описание типов шкал . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
63 |
|
7.2.1 |
Шкала наименований . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
63 |
7.2.2 |
Шкала порядка (ранговая шкала) . . . . . . . . . . . |
63 |
7.2.3Интервальная шкала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
7.2.4Шкала отношений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
8 Методы оценивания систем . . . . . . . . . . . . 68
8.1 Основы оценивания сложных систем . . . . . . . . . . . . . . 68
8.1.1Оценка и оценивание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
8.1.2 Этапы оценивания сложных систем . . . . . . . . . . 69
8.1.3Типы усреднения эмпирических оценок . . . . . . . . 69
8.2 Шкалы уровней качества . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
9 Формальные методы представления систем . . . . . 75
9.1Основные методы формального представления систем . . . . 75
9.2Прикладные классификации МФПС . . . . . . . . . . . . . . 82
10Качественные методы представления систем-ч.1 . . . 84 11Качественные методы представления систем-ч.2 . . . 85
11.1Методы выработки коллективных решений . . . . . . . . . . 85
11.1.1Методы типа мозговой атаки или коллективной генерации идей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
11.1.2Методы типа сценариев . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
11.1.3Методы групповых дискуссий . . . . . . . . . . . . . . 87
Список литературы . . . . . . 121
6
Тема I
Основы теории систем
7
Лекция 1
Сущность и основные понятия теории систем
1.1 Введение
Дисциплина "Теория систем и системный анализ" обеспечивает понимание интегративной методологии анализа и синтеза систем любого типа - как в окружающем мире, так и во всех отраслях естественных наук, техники, общества, экономики и др. Навыки в проведении системного анализа являются максимально ценными при постановке целей и решении сложных комплексных проблем, задач, связанных с междисциплинарным взаимодействием, а также организации сложных инженерно-технических систем, создаваемых сложноструктурированными человеческими коллективами. " Теория систем и системный анализ" является базисным для изучения материала по дисциплинам "Информационные системы (по областям исследований" , "Интеллектуальные информационные системы" , "Теория автоматического управления" и т.д
1.2 Исторический обзор
Первоначально слово система возникло в Древней Греции в V ве-
ке до н.э. и означало сочетание, организм, устройство, организация, строй, союз. Постепенный переход к современным оттенкам смысла начался в философии - наиболее показательной здесь является фраза Аристотеля - "целое больше суммы своих частей".
Первый вариант общей1 теории систем был предложен в 1912 А.А.
1претендующей на обобщение знаний человечества о структуре и принципах функционирования систем.
8
Богдановым2 в виде учения тектологии, имеющей центральной мысль о тождественности организации систем различных уровней3. Данная концепция не получила широкого научного признания, но именно она послужила источником вдохновения для фундаментальных исследований Людвига фон Берталанфи, создавшего второй - общепринятый - вариант общей теории систем.
1.3 Классификация системных наук
На настоящий день изучением систем занимаются ряд фундаментальных и прикладных дисциплин в различных областях человеческой деятельности.
Рис. 1.1: Примерная схема областей знания, формирующих общую теорию систем (ОТС)
Согласно данной схеме, современная теория систем может быть разделена на две отрасли:
•Теоретические науки, включающие в себя специальные дисциплины - теорию вероятностей, теорию информации, теорию игр,
2Врач, политический деятель, философ; работал под псевдонимом - настоящая фамилия Малиновский.
3От микромира - молекулярных и клеточных процессов - до макромира: структуры социальных взаимодействий и масштабных природных явлений.
9
теорию графов, теорию расписаний, теорию решений, топологию, факторный анализ и пр.
•Прикладные дисциплины - прикладную математическую статистику, методы исследования операций, теорию решения изобретательских задач, системотехнику и пр.
Вданной классификации важно также выделить существенный элемент - специальную теорию систем, определяющую общую методологию системного подхода к произвольным решаемым задачам.
1.4Основные понятия теории систем
1.4.1Возможные определения термина система
Термин "система" является многозначным, его оттенки смысла варьируются в зависимости от смысла задачи и требований к деталировке самого термина. Приведем далее типичные определения4 понятия "система" , допускающие возможность математической формализации; для простоты тип определения будем обозначать через DN, где D - сокращение от definition, N - количество факторов, учитываемых в определении.
D1. Система есть нечто целое:
S = A(1; 0)
. Данное определение выражает факт существования и целостность системы. Двоичное суждение A(1; 0) отображает наличие или отсутствие данных качеств.
D2. Система есть организованное множество (Темников Ф.Е.):
S = (org; M);
где org - оператор организации5; M - целевое множество.
D3. Система есть множество вещей, свойств и отношений (Уемов А.И.):
S = (m; n; r);
где m - вещи, n - свойства, r - отношения.
4Дефиниции (англ. - definition)
5Совокупность правил и принципов организации элементов системы.
10