Портал освітньо-інформаційних послуг «Студентська консультація»

  
Телефон +3 8(066) 185-39-18
Телефон +3 8(093) 202-63-01
 (066) 185-39-18
Вконтакте Студентська консультація
 portalstudcon@gmail.com
 facebook.com/studcons

<script>

  (function(i,s,o,g,r,a,m){i['GoogleAnalyticsObject']=r;i[r]=i[r]||function(){

  (i[r].q=i[r].q||[]).push(arguments)},i[r].l=1*new Date();a=s.createElement(o),

  m=s.getElementsByTagName(o)[0];a.async=1;a.src=g;m.parentNode.insertBefore(a,m)

  })(window,document,'script','//www.google-analytics.com/analytics.js','ga');

 

  ga('create', 'UA-53007750-1', 'auto');

  ga('send', 'pageview');

 

</script>

Класифікація систем. Прості та складні системи

Предмет: 
Тип роботи: 
Лекція
К-сть сторінок: 
9
Мова: 
Українська
Оцінка: 
1. Класифікаційні ознаки систем
2. Характеристика простих та складних систем
3. Стани складних систем
4. Переходи між станами у складних системах
 
1. Класифікаційні ознаки систем
 
Класифiкацiя систем ускладнена ix велетенським рiзноманiттям. Тому обмежимося декiлькома головними загальними класифiкацiйними ознаками.
За характером функціональних зв'язків системи поділяються на відкриті, ізольовані, закриті.
У відкритих системах відбувається обмін речовиною та енергією. До цих систем належать всі природні системи. В ізольованих системах (штучних) не відбувається обміну речовин та енергії. У закритих системах відбувається лише обмін енергією.
Слід зазначити що, в природі існує три класи сукупностей (систем) : неорганізована; неорганічна; органічна.
Неорганізована сукупність (наприклад, купа каміння або скупчення людей на вулиці) характеризується відсутністю будь-яких ознак або рис внутрішньої організації. У випадках коли складові цієї сукупності покидають її, то складові цього об'єднання не зазнають будь-яких змін, що свідчить про відсутність у подібній сукупності цілісних, інтегрованих властивостей. В цьому випадку властивості сукупності вцілому співпадають з сумою властивостей ізольованих складових сукупності. А відтак дана сукупність не має системного характеру.
Неорганічна система характеризується тим, що кожна її частина (складова) здатна функціонувати самостійно.
Органічна система (цілісна єдність) характеризується специфічними властивостями, а саме: ізоляції, інтеграції, цілісності, стабільності, рівноваги, управління, емерджентності. Наведені властивості органічних систем не спостерігаються у жодного елемента системи зокрема.
Слід зазначити, що матеріальні системи мають подвійну природу: інформаційну і матеріальну. Інформаційна програма взаємодії в просторі і часі матеріальних частин поєднує їх у систему.
Розвиток притаманний лише природним системам. Іншими словами розвиток природи відбувається через розвиток систем, з яких вона складається. У свою чергу, розвиток будь-якої системи – це, насамперед, зміна її стану.
Стан системи визначається сукупністю значень характерних для даної системи величин, які називаються параметрами стану.
Наприклад, стан екосистеми визначається її структурою, кількісним складом екологічних ніш, трофічними зв'язками, енергобалансом і ін. Стан економічних систем визначається обсягом товарно-грошових потоків, що проходять через систему, балансом доходів і її витрат, ін. Стан будь-якого організму (тварини або людини) може бути оцінений параметрами обмінних процесів за допомогою яких він обмінюється із зовнішнім середовищем речовиною, енергією та інформацією. У свою чергу обмінні процеси пов'язані з внутрішніми параметрами самого організму: температурою, кров'яним тиском, ін.
За походженням системи можуть бути природними, штучними, змiшаними (рис. 1). Природнi системи характеризуються наявнiстю лише складових природного походження. Це – високогiрнi масиви, заповiднi територii, Антарктида, а також безлiч невеликих систем з мiкроорганiзмами.
Штучнi системи створені людиною для задоволення певних людських потреб. Це – технiчнi споруди рiзноманiтного призначення (машини, технологiчне обладнання, транспортнi засоби тощо), людськi поселения, степовi лiсонасадження тощо.
Змiшанi системи найбiльше розповсюдженi i в залежностi вiд спiввідношення в них складових природного i штучного походження дiляться на природно-штучнi i штучно-природнi.
За складністю або кiлькiстю piвнів, систем розташованi в широкому дiапазонi – вiд найпростiших дворiвневих, складовими яких е елементи (краплина води, молоток, тощо), до суперскладних (бiосфера чи світова економіка), якi налiчують десятки piвнів.
За повнотою системи дiляться на повнi i спрощенi. Спрощення системи може вiдбуватися, в залежностi вiд мети, трьома способами: обмеженням числа piвнів, обмеженням числа пiдсистем, обмеженням як числа її рівнів так i числа пiдсистем. Складнi багаторiвневi системи можуть бути спрощеними за рахунок обмеження кiлькостi piвнів методом «чорного ящика», коли складовi пiдсистеми певного рiвня приймаються як неподiльнi елементи - «чорнi ящики». Спрощення другим способом виконуються виведенням пiдсистеми за межi системи i врахуванням її впливу у виглядi зовнiшнього фактора. Спрощеними (так званi галузевi (предметнi) системи – географiчнi, бiологiчнi, клiматичнi, економiчнi тощо.
За матерiальнiстю складових системи роздiляються на матерiальні, нематерiальнi i комплекснi. Матерiальними (системи, якi охоплюють об'єкти живої i косної природи, людей, штучнi об'єкти. Нематерiальнi системи об' єднують людськi соцiальнi категорії – мораль, право, культуру, управлiння, етику тощо. До нематерiальних вiдносяться також абстрактнi системи – поняття, закони, гiпотези, закономiрностi. Комплексні системи складаються з матерiальних i нематерiальних частин.
Для вирішення подібних питань і почали розроблятись складні системи. Їх головною особливістю стало те, що окрім відомих і чітко визначених факторів, що впливають на стан і динаміку системи, визнається вплив випадкових, стохастичних факторів. Тобто, визнається можливість зміни і переходу системи в абсолютно непередбачувані стани.
Відразу зауважимо, що розгляд дійсності та взаємопов'язаних явищ і процесів у ній як складної системи не є запереченням класичної науки. Це лише спосіб краще пізнати світ. Факти: як наукового, так і повсякденного характеру демонструють нам, що не все, що відбувається навколо нас можна точно пояснити. Часто потрібно користуватись категорією випадковості, і через призму неї сприймати ці процеси. Новий погляд на функціонування систем є, скоріше, паралельно сформованою концепцією, яка намагається пролити світло на ті моменти, які можуть бути розкритими в межах класичних теорій.
 
2. Характеристика простих та складних систем
 
Перш ніж визначити, що ж являє собою складна система, спробуємо розібратись в тому, чим являється система взагалі і чому виникла необхідність протиставлення простих та складних систем. Без цих вихідних понять буде неможливо розкрити внутрішній зміст складних систем.
Система – сукупність взаємопов'язаних елементів, які впливають один на одного таким чином, що зміна одного спричиняє зміну інших або усієї системи. Це є одним з найпростіших означень системи і, напевне, найбільш вдале, адже в ньому виділені основні головні ознаки будь-якої системи:
структурованість (наявність складових частин системи) ;
наявність зв'язків між елементами системи;
вплив кожного елемента на систему.
Тепер спробуємо “наблизитись” до простих систем і поглянути чи справді вони такими являються. Для цього поглянемо на систему з точки зору класичної науки. Першою її особливістю є чітка визначеність станів системи і напрямків їх зміни. Це полягає в можливості на основі вихідних даних і відомих закономірностей робити висновки про подальші стани системи. Математично можна визначити просту систему як таку, в якій діють виключно функціональні зв'язки між факторами, що присутні всередині системи і параметром, який визначає систему:
 
При відомомих факторах системи  і типі функціонального зв'язку можливо визначити значення параметра системи. А, отже і сказати, що буде із системою через будь-який проміжок часу.
Характерною особливістю класичних систем, яка приймалась як задана наперед є їх закритість. Це означає, що задавалась чітка кількість факторів, які є визначаючими для системи. Самі ці фактори вважалися внутрішніми, отже система перетворювалась на закриту сукупність елементів, яку можна в повній мірі описати використовуючи тільки ці вихідні дані. До таких систем відносили, наприклад, природу (фізичні процеси). Але розвиток науки на початку ХХ ст. показав, що навіть природу, не кажучи вже про людину та суспільство не можна сприймати як закриті системи. Поява квантової механіки та теорії відносності підтверджують ці твердження. Тут ми приходимо до першої і, мабуть, головної відмінності складних систем від простих. Перші сприймаються як принципово відкриті. Не можна сказати, що вчені минулого не бажали розуміти цього факту, просто тоді вони ставили перед собою інші задачі, в інших умовах. Так, коли А. Сміт розглядав вільну ринкову економіку як закриту систему, це не означає, що він не розумів того, що держава, яка є зовнішім (екзогенним) елементом для ринку, впливає на економічні процеси. Великий економіст просто хотів сказати, що ринку не потрібна допомога для пошуку оптимальних рішень. Фактично, така теза є не позитивною, а нормативною.
Відкритість для складних систем означає можливість впливу на них і тих факторів, які не входять до системи. Тому у цьому випадку, на основі лише знання про початковий стан системи та функціональні зв'язки, які діють всередині неї, неможливо точно сказати в якому стані перебуває система:
 
Порівняно із рівнянням (1. 1), в даному рівнянні з'являється елемент  , який і характерезує вплив випадкових, не системних факторів. Його присутність зумовлена тим, що реальні системи неможливо повністю ізолювати від впливу на них зовнішнього середовища. Під зовнішнім середовищем розуміють будь-які чинники, що здатні змінювати стан або динаміку протікання процесів у системі. Знову ж звернемось за прикладом до економіки. Ступінь розвитку економічної системи визначається такими суто економічними передумовами: величина ВВП, темпи росту та приросту ВВП, величина інфляції, продуктивність праці в країні, ефективність використання основного та оборотного капіталу, інвестиційна активність та ін. Однак, як відомо, економіка це не закрита система. Отже, відчуває на собі вплив і інших систем: соцільної, культурної, політичної. Більш детально даний приклад розглянемо, коли будемо розглядати процеси, що протікають у системі.
Ще однією характерною особливістю систем є протікання різноманітних процесів у них. Система це не лише стан, певна задана і на завжди встановлена сукупність взаємозв'язків та співвідношень між її елементами. З точки зору складних систем, останні можуть бути лише динамічними. Якщо і можна розглядати стан системи – протилежну до процесу характеристику, то лише абстрагуючись від певних факторів: безперервність протікання природних та соціальних процесів; відносність спокою (лише в певній системі координат) та ін. Стан системи – є певні відношення постійнозмінних частин, він набуває ознак процесуальності, однак зберігає свою попередню суть.
Отже, складними називаються відкриті системи, які постійно перебувають у стані внутрішньої зміни, відчуваючи при цьому вплив зовнішнього середовища і трансформуючись в результаті впливу як внутрішніх (системних), так і зовнішніх (позасистемних) факторів.
 
3. Стани складних систем
 
Як було зазначено вище, складні системи є системами, що змінюються під впливом системних та позасистемних факторів. Тому й в основу виділення станів системи покладемо таку ознаку: ступінь впливу на систему зовнішніх факторів. Відповідно до цього виділяють такі стани: стаціонарний; коливний; хаотичний.
Стаціонарний стан – в системі чітко простежується дія причинно-наслідкових зв'язків, дія зовнішнього середовища практично відсутня. При таких умовах система у великій мірі стає подібною до закритих систем, які описуються рівнянням (1.1). Проте, на відміну від простої системи, яка є ідеальною, складна система, що перебуває у стаціонарному стані не  втрачає зв'язків із оточенням. Це проявляється, хочаб, у наявності енергетичних потоків, без яких жодна цілісність не в змозі існувати.
Даний стан може зберігатись як завгодно довго при стабільності несистемних факторів впливу. Це означає, що при відсутності їх дії або при невеликому однаковому впливі на систему протягом визначених періодів часу, остання перебуватиме у стаціонарності як найбільш характерному для неї стані. Ще теоретики систем класичного типу говорили про те, що система, яка не зазнає дії на себе ззовні, перебуватиме у стані рівноваги. Дане правило є прийнятним і в нашому випадку, однак потребує деяких уточнень. По-перше, як відомо складна система не може не зазнавати впливів, тому доцільніше сказати: при мінімальних впливах ззовні. Друге, для складних систем не існує стану рівноваги в його традиційному визначенні, як статичного стану. Ми ж можемо спостерігати лише динамічну рівновагу. Таким чином, стаціонарність є відповідником стану рівноваги простих систем.
Коливний стан – відзначається тим, що починають наростати деструктивні тенденції у системі, які зумовлюють певні порушеня функкціональних причинно-наслідкових з'язків між елеменами. Стійкість системи дещо втрачається, все більшої ваги набирає дія зовнішніх (випадкових, так як дія їх не визначається законами системи) факторів. Відбувається перехід від динамічної рівноваги до невизначеності подальшого стану розвитку.
Хаотичний стан – повна руйнація всіх внутрішньосистемних взаємовідношень і закономірностей протікання процесів на основі притаманних даній системі законів та перехід під повний вплив зовнішніх факторів. Зовнішнє середовище починає настільки сильно діяти на елементи системи, що вони втрачають єдність між собою, діють як відокремлені об'єкти, а отже не контролюються системою в цілому. Функціональні зв'язки майже не простежуються, система, в загальному, визначається випадковим фактором.
 
4. Переходи між станами у складних системах
 
Існування декількох станів системи об'єктивно зумовлює можливість переходів із одного в інший. Зобразимо можливі переходи між станами у вигляді схеми (рис. 1).
 
Рис. 1 – Переходи між станами в складних системах
 
На схемі цифрами позначені можливі переходи. Як видно, їх шість. Визначимо кожний.
1 Перехід стаціонарність-коливання. Перехід із стаціонарного стану у стан коливання спричинений зростанням впливу на систему зовнішніх по відношенню до неї факторів, які призводять до руйнації наявних в ній зв'язків між елементами і привнесенням власних випадкових залежностей.
2 Перехід коливання-стаціонарність. Є зворотним до першого переходу і являє собою відновлення притаманних системі причинно-наслідкових зв'язків, які існували в ній до дії несистемних елементів.
3 Коливання-хаос. Вплив зовнішніх факторів стає настільки сильним, що будь-які попередні зв'язки і організація системи зникають. Випадковість стає домінуючою характеристикою системи.
4 Хаос-коливання. Система частково відновлюється від хаосу, починають простежуватись причинно-наслідкові зв'язки між її параметрами.
5 Стаціонарність-хаос. Порівняно із попередніми такий перехід (як і перехід шостого типу), трапляються менш часто ніж вище описані. Для складних систем більш характерним є поступовий перехід між станами, що слідують один за одним як це зображено на схемі. Однак можливий і такий випадок, що на систему, яка функціонувала в стаціонарному стані в досить короткий період часу почне діяти велика кількість “ворожих” факторів. Така ситуація призведе до порушення балансу і зумовить виникнення тенденцій, описаних для переходу три.
6 Хаос-стаціонарність. Такий перехід має найменшу серед описаних частоту повторення, адже організація порядку і злагодженості у функціонуванні всіх елементів без перехідних станів є вкрай важким завданням. Вона простежується лише при наявності конструктивного хаосу – такого, що покликаний знищити всі протирічча попередньої системи, і створити нову, яка б перебувала на більш високому якісному рівні.
Перші чотири типи переходів є тенденційними, так як зумовлені логікою розгортання подій. Якщо, наприклад, відбувся перехід із стаціонарного стану в коливаючийся, то закономірним є очікування або переходу до хаосу, або ж назад у стан стаціонарності. Останні два переходи можна визначити як спонтанні, бо вони є результатом швидкої зміни подій, яка має стрибкоподібний характер.
Фото Капча