Новосельцев В.И. Системный анализ: современные концепции

Подождите немного. Документ загружается.

Новосельцев В.И.

СОВРЕМЕННЫЕ КОНЦЕПЦИИ

(второе издание, исправленное и дополненное)

Воронеж 2003 Кварта

ББК 87.22

Н 75

УДК 141

Печатается по решению научно-методического совета

Российского нового университета и

Воронежского института высоких технологий

Новосельцев В.И.

Н 75 Системный анализ: современные концепции (издание вто-

рое, исправленное и дополненное). – Воронеж: Издательство «Квар-

та», 2003. – 360 стр. с ил.

ISBN 5 – 89609 – 001 – 0

Что есть система? Какими бывают системы и как они описываются? Что

такое иерархия, адаптация, конфликтность, самоорганизация и эволюция?

Почему возникают бифуркации и образуются «странные аттракторы»? Чем

занимается наука синергетика? В чем отличие координации от управления?

Чем кризис отличается от конфликта? Как управлять конфликтами? Почему

классическая математика пасует перед гуманитарными системами? Что пред-

ставляют собой «мягкие вычисления», нечеткие множества и логико-

лингвистические модели? Как моделировать системы и принимать решения в

сложных ситуациях? Ответы на эти и многие другие вопросы можно полу-

чить, прочитав книгу.

Чтение книги не требует специальной математической подготовки. Она

предназначена для широкого круга читателей, интересующихся системными

проблемами развития природы и общества. Может быть использована в кур-

сах «Системный анализ и принятие решений», «Конфликтология», «Концеп-

ции современного естествознания», «Моделирование технических и техноло-

гических систем».

Табл. 10. Ил. 88. Библиогр.: 142 назв.

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор Сербулов Ю.С.,

доктор медицинских наук, профессор Резников К.М.

Редактор: Полевой Ю.Л.

УДК 141

ББК 87.22

 Новосельцев В.И.

 Кварта, 2003.

 Львович И.Я., Кострова В.Н.

 Полевой Ю.Л.

ISBN 5-89609-011-0

Оглавление

От редактора 5

Из предисловия к первому изданию 7

Часть первая. ФИЛОСОФИЯ СИСТЕМ 11

Глава 1. Исходные положения 11

1.1. Предмет системного анализа и его место в

структуре научных знаний 11

1.2. Объективный субъективизм 18

1.3. Отсутствие оптимальности 24

1.4. Конструктивный прагматизм 30

Глава 2. Признаки системы 36

2.1. Расчленимость 37

2.2. Целостность 41

2.3. Связанность 43

2.4. Неаддитивность 49

Глава 3. Характеристики системы 53

3.1. Функции и эффективность 53

3.2. Состав, морфология, иерархия 59

3.3. Структура 67

3.4. Состояние и поведение 72

3.5. Внутреннее время 75

Глава 4. Классы систем 81

4.1. Физические, биологические и социальные системы 81

4.2. Закрытые, открытые и частично открытые системы 93

4.3. Детерминированные, вероятностные и

детерминированно-вероятностные системы 96

4.4. Сложные и простые системы 100

4.5. Адаптивные, целенаправленные, целеполагающие

и самоорганизующиеся системы 104

4.6. Естественные, искусственные и

концептуальные системы 110

4.7. Гомогенные, гетерогенные и смешанные системы 114

4.8. Прогрессирующие и регрессирующие системы 116

4.9. Многоуровневые и иерархические системы 120

Часть вторая. КОНФЛИКТЫ, САМООРГАНИЗАЦИЯ

И ЭВОЛЮЦИЯ СИСТЕМ 123

Глава 5. Конфликты 123

5.1. Системные свойства конфликтов 127

5.2. Причинная обусловленность конфликтов 135

5.3. Динамика конфликтов 158

5.4. Элементы теории управления конфликтами 184

5.5. Особенности антагонистических конфликтов 207

Глава 6. Самоорганизация систем 212

6.1. Самоорганизация как мировоззрение 214

6.2. Самоорганизация как методология (синергетика) 218

6.3. Самоорганизация как процесс 212

Глава 7. Эволюция систем 224

7.1. Эволюция как концепция 225

7.2. Жизненный цикл системы 226

Часть третья. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ 231

Глава 8. Общие положения 232

8.1. Понятие модели 233

8.2. Основная концепция системного моделирования 238

8.3. Типовая структура системной модели 246

Глава 9. Мягкие вычисления и логико-лингвистическое

моделирование 256

9.1. Языковые средства мягких вычислений 256

9.2. Нечеткие множества 258

9.3. Реляционные языки 268

9.4. Ролевые языки 277

Глава 10. Логико-лингвистические методы

поиска решений 279

10.1. Поиск решений на семантических сетях 280

10.2. Ситуационный поиск решений 289

Глава 11. Логико-лингвистическое моделирование

организационно-управленческих структур 294

11.1. Формулировка задачи 294

11.2. Базовая аксиоматика 300

11.3. Описание модели 306

Вместо послесловия: системный взгляд на современную

отечественную философию

311

Библиография 324

В НАУЧНЫХ ШКОЛАХ 328

Львович И.Я, Кострова В.Н. Структурно-концептуальное

описание функционирования и развития образовательной

системы вуза как объекта проектирования и управления 328

Полевой Ю.Л. Размышления о системном мышлении 349

От редактора

На рубеже столетий принято подводить итоги и намечать перспекти-

вы дальнейшего развития в науке, технике, искусстве. В области сис-

темных исследований этим вопросам посвящена книга Виктора Ново-

сельцева «Системный анализ: современные концепции», выпущенная

издательством «Кварта» в начале 2002 года.

Книга разошлась по вузовским и научным библиотекам страны, вы-

звав безусловный интерес как у приверженцев естественной научной

традиции, так и у специалистов-гуманитариев. Это объясняется тем,

что в ней удалось совместить, казалось бы, несовместимое: философ-

ское воззрение на природные и общественные явления с высоким фор-

мальным уровнем изложения материала. Книга не загромождена мате-

матической символикой, что позволило достаточно трудную, но и ин-

тересную тематику сделать доступной для широкого круга читателей.

Автор приглашает читателей на новом витке познания рассмотреть

вопросы, которые были остро поставлены в середине ХХ века – в пе-

риод бурного развития системного движения в науке, когда под давле-

нием практических проблем трансформировался стиль научного мыш-

ления, изменилась парадигма познания действительности. На смену

линейности и эмпиризму пришло многоуровневое системное мышле-

ние, выступающее более высокой ступенью отражения в нашем созна-

нии закономерностей и связей объективного мира, нежели чувственное

восприятие и логическое умозаключение.

Развитие вычислительной техники и прикладной математики суще-

ственно ускорило практическое внедрение системной идеологии, и к

началу третьего тысячелетия сформировались все необходимые пред-

посылки для прорыва информационных технологий практически во все

сферы человеческой деятельности. Вместе с тем, на этом пути возник-

ли существенные трудности, связанные с отсутствием теоретических

основ системных исследований и научных подходов к комплексной

информатизации.

Материал книги обобщает результаты двадцатилетней научной и

практической деятельности автора в области проектирования сложных

информационных систем и разработки программных комплексов в

различных отраслях народного хозяйства и в системах оборонного ха-

рактера.

В книге выдвигаются и рассматриваются три утилитарных импера-

тива системных исследований в их диалектическом единстве: домини-

рования существа проблемы над формальными методами ее решения;

конструктивности конфликтологического взгляда на природу вещей;

безусловного приоритета модельных методов обоснования решений

над эмпиризмом и умозрительностью.

Фундаментальным представляется развиваемое автором положение

о том, что в конфликтных процессах «будущее не содержится в качест-

ве составной части в настоящем». Этот далеко не очевидный постулат,

выступающий антитезой принципу непрерывности Готфрида Лейбни-

ца, вынуждает переосмыслить традиционные представления о научном

прогнозировании. Никакими научными методами невозможно точно

предсказать развитие конфликтных процессов: можно лишь вскрыть

тенденции, установить возможные варианты развития событий и обос-

нованно ответить на вопрос «чего не следует делать и чего нужно опа-

саться», а уже на этой основе выработать линию своего поведения в

конкретных ситуациях. Во всех случаях это поведение окажется хоро-

шим для одних и плохим для других. Поэтому в нашем конфликтном

бытии трудно обнаружить оптимальность в ее математическом смысле;

можно найти лишь компромисс с самим собой, с окружающими людь-

ми, с природой и совместными действиями сформировать будущее.

Во втором издании книги устранены выявленные опечатки и неточ-

ности, заново отредактированы и дополнены главы, посвященные мо-

делированию и управлению конфликтными процессами. Обновлена

традиционная рубрика «В научных школах», в которую включены ори-

гинальные материалы по проблемам развития образовательных систем

(Львович И.Я., Кострова В.Н., Полевой Ю.Л.).

Издательство выражает благодарность всем читателям, приславшим

отклики и замечания по первому изданию книги, и надеется, что новая

работа будет с таким же интересом встречена научной и педагогиче-

ской общественностью.

Ю.Л. Полевой

Из предисловия к первому изданию

Мы переживаем время, которое с полным основанием можно назвать

системной революцией. Глубинные причины этого феномена до конца

не выяснены, но двадцатый век действительно стал переломным в раз-

витии цивилизации. Системность из разряда отвлеченных понятий пе-

решла в разряд прагматических, войдя в жизнь каждого из нас в виде

реально действующих производственных, технических, коммуникаци-

онных, хозяйственных и других систем. Особую роль в этом процессе

сыграла информация. Бурное развитие технических средств коммуни-

кации, прежде всего электронных, привело к «информационному

взрыву». Местом нашего обитания стало единое информационное по-

ле, связавшее нас в целостную систему реального времени. На человека

обрушился огромный поток разнородной информации, воспринять ко-

торый без систематизации уже невозможно.

Чтобы нормально жить в мире сложных системных отношений и за-

предельных информационных потоков, требуется новый подход к ана-

лизу возникающих проблем и принятию управленческих решений, ко-

торый позволил бы охватить проблемную ситуацию не по частям, а це-

ликом. Однако стиль мышления практически не изменился – человече-

ство вошло в эру систем и информатизации с прежним фрагментарным

мышлением и бесперспективной надеждой разрешить насущные про-

блемы традиционным эмпирическим методом «проб и ошибок».

Фрагментарность в полной мере нашла свое отражение и в структуре

научных знаний. Традиционные науки: физические, технические, био-

логические, социальные и другие – локальны в том смысле, что зани-

маются изучением своих объектов по частям, выделяя в них какие-либо

отдельные аспекты или фрагменты. Чем больше наук изучают одну и

ту же систему, тем труднее становится использовать полученные зна-

ния в их совокупности. Сами знания образуют такой сложный инфор-

мационный конгломерат, что разобраться в нем становится все труднее

и труднее. Даже специалисты родственных отраслей знания, изучая

одну и ту же систему и разговаривая на одном и том же языке, пере-

стают понимать друг друга. Дело не в языке общения, а в том, что каж-

дый из них, рассматривая систему со своей стороны, не видит ее в це-

лом. Негативные последствия такого разрозненного, дифференциро-

ванного подхода к познанию систем очевидны: подмена целостного

фрагментами приводит к неверным оценкам проблемных ситуаций, к

неустойчивости управляющих решений и к многочисленным просче-

там при их воплощении в жизнь.

Под давлением практических проблем в середине ХХ столетия в не-

драх науки зарождается новое направление, получившее название сис-

темного подхода [Берталанфи, 1969]. Вначале это был лозунг, призыв

обратиться к античному представлению о целостности мироустройства

и на базе интеграции последних научных достижений создать общую

теорию систем. Предметом теории должны были стать принципы и за-

кономерности, справедливые для систем вообще, независимо от их

физической, биологической или социальной природы. Однако уже

вскоре стало очевидным, что, двигаясь в этом направлении, можно

создать только новую, еще более абстрактную теорию, чем уже суще-

ствующие математические теории. Тем не менее, важность призыва к

системности трудно переоценить. Им ознаменовался переход от одно-

мерной к принципиально новой – многомерной научной парадигме

Несомненно также и то, что системный подход стал тем новым, что

было привнесено в науку двадцатым веком.

Для практиков – разработчиков разнообразных систем – смена пара-

дигмы означала необходимость создания конструктивных методов, по-

зволяющих не говорить о системности, а реализовывать её в жизнь на

основе принципа: успешное развитие современного общества возмож-

но не только на базе прорывных достижений в технике и технологиях,

но и за счет комплексного и рационального использования накоплен-

ного научного багажа и вновь получаемых знаний. Это был уже совсем

другой взгляд на системный подход – взгляд сугубо прагматичный,

«заземленный», когда теоретизирование уходит в сторону, а на первый

план выдвигается практическая проблема со всеми ее атрибутами: за-

казчиками, потребителями, финансовым риском, жесткими сроками,

возможными конкурентами и т.д.

Заказчику и потребителю, в общем-то, все равно, каким способом,

системным или бессистемным, будет разрешена возникшая проблема.

Им важен конечный результат и то, во что он обходится в стоимостном

или в каком-либо другом выражении. Как выяснилось позже, это не со-

всем так (бессистемность порождает новые еще более трудные про-

блемы), но именно такая постановка вопроса привела к созданию спе-

Парадигма (от греч. paradeigma – пример, образец) – господствующий в науке способ поста-

новки и рассмотрения проблем. Переход к многомерной научной парадигме означает иерархиче-

скую организацию научных исследований, когда специальные науки выступают первичным сло-

ем глубинного изучения отдельных сторон проблемы, а системные исследования – координи-

рующим слоем всестороннего (комплексного) изучения всей проблемы целиком.

циального метода «эффективность-стоимость», который впервые был

использован для обоснования линий развития вооружения и военной

техники в Министерстве обороны США. Он оказался достаточно на-

дежным средством разрешения крупномасштабных проблем, имею-

щим свои достоинства и недостатки, но, самое главное, положил нача-

ло новому направлению прикладной науки – системному анализу.

Прошло более полувека с тех пор, как системный анализ вошел в

практику научных исследований. Сегодня почти все понимают необ-

ходимость системного подхода к решению проблем социального, тех-

нического, экологического, культурологического и любого другого ха-

рактера, но далеко не всегда представляют себе, каким образом вопло-

тить это понимание в жизнь. Системность, как и ранее, служит не более

чем лозунгом, а чаще всего – ширмой, прикрывающей, по сути, несис-

темные исследования. Одна из причин такого положения заключена в

отсутствии достаточного количества публикаций по вопросам совре-

менного состояния теории и практики системного анализа. Подавляю-

щее большинство монографий и научных статей датируются семидеся-

тыми-восьмидесятыми годами прошлого века, а немногие современ-

ные публикации разрознены и отражают в основном частные результа-

ты, которые были достигнуты за последние двадцать лет в этой бурно

развивающейся отрасли научных знаний.

В формулировании обобщенных философских концепций системно-

го анализа, определенных на уровне последних научных достижений,

автор видел свою главную задачу. Основная цель книги – показать, что

глубокие внутренние изменения, происходящие сегодня в жизни и в

науке, ведут к переосмыслению концептуальной, а вслед за ней и мето-

дической базы исследования систем.

Мировоззренческий принцип экстремальности с его традиционной

постановкой вопроса – что делать? – заменяется принципом компро-

мисса, то есть антитезой – чего следует избегать, чтобы не совершить

ошибок? При такой постановке вопроса системный анализ выступает

уже не только методом обоснования решений, но и источником особых

философских знаний, которые формируют комплексное мировоззрение

исследователя, направленное на то, чтобы помочь ему раскрыть много-

аспектную сущность изучаемых явлений.

Математические методы исследования операций, около полувека

служившие основой системной аналитики, наращиваются понятийны-

ми (логико-лингвистическими) моделями, построенными на «мягких»

вычислительных процедурах, положениях теории нечетких множеств и

языковых средствах, близких к естественному языку. Это позволяет

при проведении научных исследований оперировать не только количе-

ственными, но и качественными категориями. В результате происходит

слияние классической математики, формальной логики и лингвистики

на базе современных компьютерных технологий, что обнаруживает

новые возможности более адекватного моделирования систем, в том

числе гуманитарных.

Кибернетические (адаптационные) взгляды на устройство и функ-

ционирование систем существенно дополняются концепциями синер-

гетики и теории конфликта. При этом синергетические концепции

служат основой для моделирования самоорганизующихся систем, в ко-

торых конфликты рассматриваются уже не только в качестве разру-

шающего фактора, но и как атрибут материи, несущий потенциал раз-

вития. Познание свойств, функций и динамики самоорганизующихся

конфликтных процессов позволяет по-новому взглянуть на многие об-

щественные и природные явления и открывает путь к построению их

компьютерных моделей, а следовательно, появляется возможность

осознанного управления теми процессами, при исследовании которых

ранее безраздельно господствовали эмпиризм и умозрительность.

В современной теории системного анализа получают естественнона-

учную трактовку и формализуются такие категории, как эволюция,

кризис, необратимость, цикличность, координируемость, взаимная

рефлексия. Исследовательские методики и модели, построенные на ос-

нове системного понимания и формального выражения этих категорий,

позволяют проектировать и создавать системы, обладающие повышен-

ной конфликтоустойчивостью, увеличенной производительностью, на-

дежной управляемостью, требуемой экологичностью и другими ранее

недостижимыми качествами.

* * *

Я признателен генерал-лейтенанту профессору Кузнецову В.И. и ге-

нерал-майору профессору Сухорукову Ю.С., в творческом общении с

которыми возникла идея написания этой книги. Искренне благодарю

профессора Полевого Ю.Л., профессора Сербулова Ю.С., профессора

Сысоева В.В., профессора Резникова К.М., генерал-майора Бельцева

Г.В., капитана первого ранга Ловчикова С.Д. и доцента Лапинскую

И.П. за помощь, оказанную в работе над книгой. Отдельная благодар-

ность моим родным Новосельцевой Веронике, Скоробогатовым Ирине

и Дарье за их долготерпение и всемерную поддержку.

Виктор Новосельцев