Определение понятия система. Сущность системного подхода
Понятие «система» является вполне привычным и интуитивно понятным. Оно используется в различных областях знания и в самых разных контекстах. Содержание этого понятия так же, как и содержания понятий «информация», «модель», «управление», очень многогранно.
Понятие системы мы применяем:
• к реальным физическим объектам (Солнечная система, молекула как система атомов, компьютер как совокупность аппаратного и программного обеспечения);
• к абстрактным объектам, являющимися продуктами теоретического обобщения (система счисления, система синтаксических правил русского языка, периодическая система элементов Д. И. Менделеева);
• к процессам, включающим человеческую деятельность (система образования, система подготовки авиадиспетчеров, система телевещания, система работы актера над собой К. С. Станиславского).
Общим для всех систем является то, что они состоят из элементов, эти элементы связаны между собой, все вместе они выполняют общие функции, что позволяет рассматривать их как единое целое.
Пример. Все следующие объекты можно рассматривать как системы: кристалл как система атомов, живой организм как система живых клеток, компьютер, коллектив класса, промышленное предприятие, телекоммуникационная сеть, научная теория, Вселенная как система звёзд и планет.
Согласно общей теории систем любой реальный объект (предмет, явление, событие) можно рассматривать как систему. В то же время любую систему можно рассматривать как самостоятельный объект. Возникает вопрос: может быть, понятия «объект» и «система» — синонимы? И да, и нет. Они употребляются в разных контекстах, отражают разные взгляды на объект.
Пример. Когда вы говорите: «Пойду поработаю на компьютере» или «Компьютер — это не игрушка», то относитесь к компьютеру как к объекту. А в высказываниях «Основными устройствами компьютера являются процессор, память, системная шина, устройства ввода-вывода» или «Компьютер — это совокупность аппаратного и программного обеспечения» компьютер рассматривается как система. Нередко уже в названиях объектов отражается их системный характер, то есть то, что они состоят из взаимосвязанных элементов.
Пример. Названия объектов, в которых отражен системный хар-рактер этих объектов: система отсчета, система охлаждения двигателя, банковская система, система социального обеспечения, операционная система ЭВМ, система неравенств, сердечно-сосудистая система, система безопасности, автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП), файловая система компьютера и так далее.
Чтобы какой-то объект можно было рассматривать как систему, необходимо прежде всего уметь выделять в нем основные составляющие его элементы и взаимосвязи между ними. Причем, связи между элементами могут имет различную природу: физическую, химическую, биологическую, социальную и др.
Пример:
| Название объекта-системы | Основные элементы | Основные взаимосвязи |
| Солнечная система | Солнце и планеты | Гравитационные взаимодействия |
| Промышленное предприятие | Цеха и отделы | Материальные, финансовые и информационные потоки между цехами и отделами |
| Система линейных уравнений | Отдельные уравнения | Присутствие одних и тех же переменных в различных уравнениях |
| Операционная система | Программные модули | Ссылки, обеспечивающие передачу управления от одного модуля к другому |
Совокупность выделенных отношений (взаимосвязей) между элементами системы принято называть структурой системы. Часто структура системы моделируется в виде графа, вершины которого — элементы системы, а ребра — связи между ними.
Пример.На рисунке 1.1.1 изображена структура фразы А.С.Пушкина
«Издревле сладостный союз Поэтов меж собой связует», где стрелками показаны непосредственные синтаксические зависимости.
На рисунке 1.1.2 изображена структура молекулы воды. На рисунке 1.1.3 изображена структура локальной сети, организованной по кольцевому принципу.
Рис. 1.1.1. Структура Рис. 1.1.2. Рис. 1.1.3. Кольцевая
фразы Структура структура локальной
молекулы воды сети
В рамках одной и той же системы в зависимости от решаемой задачи (поставленной цели исследования) можно выделить различные структуры, то есть по-разному провести структуризацию.
Пример.Структурной единицей (элементом) предприятия может быть как цех, так и участок или рабочее место; соответственно меняются и виды связей.
Пример.В системе «школа» можно выделить структуру управления (модель этой структуры представлена на рисунке 1.1.4), структуру параллелей классов (рисунок 1.1.5), структуру профильных классов (рисунок 1.1.6) и др.
Рис. 1.1.4. Фрагмент структуры управления школой
Рис. 1.1.5. Структура «параллелей» школы
| Профили | Ступени | ||
| Начальная школа | Среднее звено | Старшие классы | |
| Общеобразовательные классы | 1а 2а За 16 26 36 | 5а 6а 7а 8а 9а 56 66 76 | |
| Физико-математические классы | 5в 86 96 | 10а 11а | |
| Классы гуманитарного профиля | 6в 7в 8в 9в | ||
| Классы, занимающиеся по профилю «Информационные техонлогии» | 1в | 8г9г | 10в Ив |
Ступени
Профили Начальная Среднее Старшие
школа звено классы
Общеобразовательные классы 1а 2а За 5а 6а 7а 8а 9а
16 26 36 56 66 76___________________
Физико-математические 5в 86 96 10а 11а
классы_____________________________________________________________
Классы гуманитарного 6в 7в 8в 9в 106
профиля ___________________________
Классы, занимающиеся по 1в 8г9г 10в Ив
профилю «Информационные
техонлогии»_________________ |_______________________________________
Рис. 1.1.6. Структура профильных классов школы
Отличительной особенностью системы является наличие У нее таких качеств или функций, которые не свойственны ни одному ее элементу, ни одной ее подсистеме, взятым в отдельности. Это свойство системы называется эмерджентностью.
Пример. Если телевизор или радиоприемник разобрать на части, то они не смогут выполнять функции по приему и трансляции теле- и радиопередач.
Пример. Глаэы романа по отдельности не передают сюжета и замысла автора во всей его полноте.
Пример. Учительский коллектив, администрация школы, учебники и учебные пособия, программы обучения, родители, школьные помещения, оборудование кабинетов и т.д., взятые по отдельности, не могут обеспечить образовательный процесс.
Пример. Каждый из учеников вашего класса имеет свой характер, индивидуальные особенности. У класса, как единого коллектива, тоже есть свой неповторимый «характер», присущие ему свойства и особенности, которые невозможно напрямую связать с особенностяим составляющих класс учеников. Это и есть одно из проявлений свойства эмерджентости.
Системы можно сравнивать между собой. Параметры, по которым оценивается система, выбираются в зависимости от целей сравнения. Оценки могут быть количественными и качественными.
Пример. Два класса могут сравниваться по количеству учеников, успеваемости, по результатам спортивных состязаний и пр.
Пример. Компьютеры можно сравнивать по производительности, новизне установленных программных средств, дизайну и пр.
Пример. Параметрами литературного произведения могут быть-" жанр, количество персонажей, динамизм действий, выраженность авторской позиции и пр.
Пример. Параметрами справочной системы могут быть: количество содержащихся в ней документов, удобство пользования, полнота отражения данной области действительности, периодичность ее обновления и пр. Если какой-то параметр системы изменяется, то это свидетельствует о протекании в ней каких-то процессов. Изменение значения параметра — это, по сути, результат процесса.
Пример. Успеваемость класса выросла. Это может свидетельствовать, в частности, о возрастании интереса учеников к учебе.
Пример.Количество документов, содержащихся в справочной системе, увеличилось. Это результат выполнения процедур ввода новых документов, их размещения в хранилище, изменения каталога системы.
Очевидно, что понятие «процесс» тесно связано с понятием «изменение параметров системы». Это можно сформулировать следующим образом: под процессом понимается упорядоченная последовательность состояний системы. Упорядоченность чаще всего определяется в связи с временными характеристиками, то есть изменением того или иного параметра с течением времени.
Изменение состава и структуры системы — удаление или добавление элементов или связей — это результат каких-то процессов. Заметим, что удаление элемента системы или появление нового всегда приводят к изменению взаимосвязей. Изменение взаимосвязей (например, ослабление или резкое усиление связи между какими-то элементами) влечет за собой изменение значений параметров системы.
Системы бывают самых разных видов:
• материальные и информационные (абстрактные);
• простые и сложные;
• естественные и искусственные (конструктивные);
• неорганические и органические;
• статичные и динамичные;
• детерминированные (вполне определенные) и стохастические (вероятностные);
• замкнутые и открытые;
• стационарные инестационарные;
• стабильные и нестабильные;
• устойчивые и изменяющиеся;
• развивающиеся и деградирующие.
Эти и другие аспекты изучаются в таких отраслях научного знания как системный анализ, общая теория систем, синергетика и пр.
Согласно общей теории систем любой реальный объект можно рассматривать как единое целое. В этом суть системного подхода.
Объект становится для нас системой, когда мы рассматриваем его с какой-либо вполне определенной целью, достижение которой невозможно без анализа его состава, структуры и функций.
Система — это:
• внутренне организованная целостность, элементы которой взаимосвязаны так, что возникает, как минимум, одно новое интегративное качество, не свойственное ни одному из элементов этой целостности;
• организованное множество структурных элементов, взаимосвязанных и выполняющих определенные функции;
• любой объект, который одновременно рассматривается и как единое целое, и как совокупность разнородных элементов (объектов), объединенных для достижения определенного результата.
Элемент системы — составная часть системы, объект, выполняющий определенные функции в системе и в рамках данной задачи не подлежащий дальнейшему делению на части. В зависимости от вида системы элементами системы могут быть предметы, свойства, состояния, связи, отношения, этапы, циклы, уровни функционирования и развития.
Структура системы — внутренняя организация системы, способ взаимосвязи и взаимодействия элементов, составляющих систему.
Структуризация — выделение в системе элементов и связей между элементами, то есть определение того, как элементы соотносятся друг с другом.
Подсистема — совокупность элементов системы (чаще всего с их взаимосвязями). Этот термин используется для обозначения самостоятельной (допускающей относительное обособление) части системы, цель которой подчинена цели функционирования системы в целом.
Декомпозиция системы — разбиение системы на подсистемы.
Свойства системы;
1. Целостность и делимость. С одной стороны, система — это совокупность объектов, которые могут быть рассмотрены как единое целое, мысленно ограниченное в пространстве или времени. С другой стороны, в системе могут быть выделены составляющие ее элементы. Удаление из системы элемента изменяет ее свойства.
2. Структурность (взаимосвязность элементов). Характеристики системы, ее поведение зависят не только от свойств составляющих ее элементов, но и от способа их взаимосвязи, то есть от структуры системы.
3. Неоднозначность соответствия «система — структура системы». Поскольку структура — это только некоторая характеристика системы, то в зависимости от целей системы, можно выделить разные связи, признаки и свойства системы в качестве структурных. То есть в общем случае однозначного соответствия между системой и ее структурой нет.
4. Интегративность. Системе присущи интегративные (системные) свойства, которые не свойственны ни одному из ее элементов в отдельности, но зависят от их свойств.
5. Иерархичность. При изменении цели (задач) исследования каждый элемент или совокупность нескольких элементов системы могут рассматриваться как новые системы (подсистемы), а исследуемая система — как элемент более широкой системы (надсистемы).
6. Взаимодействие со средой. Система проявляет свои свойства в процессе взаимодействия со средой.
Всестороннее исследование системы (особенно большой и сложной), как правило, требует построения множества моделей, каждая из которых описывает лишь определенный аспект системы.
Система характеризуется функциями, назначением, входами и выходами, внутренним состоянием.
Система оценивается определенным набором качественных и количественных показателей — параметров системы.
Наиболее общие типы систем:
• эмпирические, среди которых выделяют:
• неживые (неорганические): физические, химические, геологические и другие системы; особый класс — технические системы, создаваемые человеком;
• живые (органические): все живые организмы от простейших биологических организмов до экосистемы Земли в целом;
• абстрактные: системы понятий, системы умозаключений,
системы знаний и представлений, концепции, теории
и пр.
Процесс — упорядоченная последовательность состояний системы.
Изменение качественных или количественных характеристик, состава или структуры системы есть результат какого-либо процесса, протекающего в системе.
Удаление элемента из системы или появление нового всегда приводят к изменению системных связей.
Изменение связей между элементами влечет за собой изменение параметров системы, то есть её качественных или количественных характеристик.
Задание 1
Сформулируйте сущность системного подхода применительно к изучению информатики.
Задание 2
Рассмотрите перечисленные в таблице объекты с позиции системного подхода. Выделите их элементы и основные подсистемы в зависимости от цели исследования объекта. Заполните таблицу.