ТЕОРИЯ СИСТЕМ И СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ.Конспект лекций (записано КОЛОСОВ Е.В., ПИ-061, в 2006 году)"Тектология или всеобщая системная наука" - автор БОГДАНОВ Александр Александрович. Основная концепция тектологии - попытка рассмотреть мир с позиции организованности и неорганизованности. "Комплекс" - такая система, которая обладает характеристиками большими, чем сумма составляющих элементов (организованный), меньшими (неорганизованный) или равными (нейтральный). В 1937 году он был репрессирован и погиб.Основателем Общей Теории Систем считают Берталанфи, в середине 80 появились Труды.Один из пунктов - развитие кибернетики. В 1947 году был опубликован труд Норберта Винера, "Кибернетика, или управление и связь в животном и машине" (от "Кибернос" - Кормчий (греч.))Кибернетика - наука о вопросах оптимального управления сложными системами.Впервые термин "Кибернетика" был употреблен Ампером в 1843 году. Наши ученые вложили лепту, но кибернетика была под запретом до 1960х годов.Определение Берга: Кибернетика - это наука о системах, воспринимающих, хранящих, перерабатывающих и использующих информацию.Определение Колмогорова: Кибернетика - это наука о системах, воспринимающих, хранящих, перерабатывающих и использующих информацию.С Теорией Систем связаны современные представления. И. Пригожин: Синергетика - часть ТС (хаос, циклическое развитие, фракталы, бифуркация)Определение Берталанфи: ^ Общая Теория Систем - фундаментальная наука, охватывающая всю совокупность проблем, связанных с исследованием систем.Общая теория систем базируется на:Теоретическая часть: Практическая часть- Кибернетика - Системотехника- Теория информации - Исследование операций- Теория Игр - Инженерная Психология- Теория решений- Топология (теория графов, сетей)^ СИСТЕМЫ И МОДЕЛИ СИСТЕМ"Система" - термин применяется в различных смыслах- Концепция знаний- Классификация- Как вид практической деятельности"Любая система есть средство достижения цели""Система - это совокупность взаимосвязанных, выделенных из окружающей среды элементов, взаимодействующих с определенной целью"^ Модель системы - приближение к реальному объекту.В теории систем есть три основных вида моделей:1) Модель черного ящика (black-box model)Рассмотрение любой системы на уровне "вход-выход"^ 2) Модель состава (partition model)Совокупность описания составляющих систему элементов^ 3) Модель структуры (structure model)Совокупность всех взаимосвязей элементов системы4) Модель белого ящика^ Основные цели информационной системы: сбор, передача, хранение и обработка информации.Составляющие: Аппаратное обеспечение Программное обеспечение Информационное обеспечение Организационное обеспечение Правовое обеспечение.^ Информационные технологии - способы обработки и т.п. информации (последовательность алгоритма)Основные свойства систем:- Ограниченность- Целостность- Иерархичность (соподчиненность элементов)- Множественность отношений (множественность способов описания системы)^ КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМВсе системы делятся на искусственные и естественные (по происхождению)А искусственные, в свою очередь, на технические и социально-экономические.^ Динамика бывает:- временная- пространственная- финансоваяПо составу и степени изученности:- простые- сложные- очень сложныеПо обеспеченности ресурсами делятся на:- энергокритические- неэнергокритические (малые, простые, сложные)^ ЭМЕРДЖЕНТНОСТЬ СИСТЕМЫСвойство, когда система обладает большИм качеством, чем совокупность составляющих элементов.Классический пример:(на выходе только четные(нечетные))^ КЛАССИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ ПО СПОСОБУ РЕАЛИЗАЦИИОпределение: МОДЕЛЬ есть системное отображение оригинала.Класс.опред.: Модель есть отображение: целевое, абстрактное или реальное, статическое или динамическое, конечное, упрощенное, приближенное, имеющее наряду с истинным условно истинное или даже ложное содержание, проявляющееся и развивающееся в процессе ее создания и практического использования.^ По способу реализации модели можно разделить на 2 типа из вида материала:1) Абстрактные (идеальные)2) Материальные (реальные, вещественные)Определение:^ Абстрактная модель - это модель, построенная срествами сознания, мышления, представляющая собой идеальную конструкцию (языковые модели - для них характерно свойство приблизительности - концептуальная модель предметной области), язык математики - математические модели.^ Физические моделиМежду моделью и оригиналом должно быть отношение подобия:1) Прямое подобие: фото скульптура2) Косвенное подобие: часы - модель времени, автопилот - подобие пилота3) Условное подобие: устанавливается в результате определенных соглашений (деньги)СЕМИОТИКА (от греч. "знак") - изучает знаковые модели. В ней выделяют 3 группы отношений:1) Синтаксис (в пер. с греч. - построение, порядок): отношение между различными знаками, позволяющее отличать их и строить из них знаковые конструкции все более высокого уровня вложенности (Лексема - наименьшая понятная компилятору единица языка)2) Семантика (от греч. "обозначение") - отношение между знаками и тем, что они означают (вложенный в знаки смысл)3) Прагматика (от греч. "дело", "действие") - отношение между знаками и теми, кто использует их в своей деятельности или понятый смысл знака (как компилятор переведет это все в действия)^ УПРАВЛЕНИЕ И ОПТИМАЛЬНОСТЬU - управление - которое можно контролировать (наблюдать)УПРАВЛЕНИЕ - целенаправленное воздействие на систему"Ручной режим" управленияТри этапа в управлении:- Механизация- Автоматизация- Кибернетизация (нет человека)^ Фазовое пространство - в нем отображается множество состояний системы.Поведение системы - траектория движения системыКритерий качества -Ф{X(t), Y(t)}Характеристика, позволяющая сравнивать траектории в пространстве состояния.Говорят: функционал качества, зависящий от входных и выходных параметров.Функционал - всегда принимает числовые значения. Если функционалом нужно манипулировать, нужно выбрать соответствующее управление.Чтобы выбрать управляющее воздействие, нужно, чтобыX*={X:max Ф(X,Y)} X(t)U*={U: max Ф(X,Y)} UэX(t) UэU(t)Оптимальным называется управление, наилучшее в каком-либо смысле (оптимальность всегда условна). Не бывает полной оптимальности.^ ИЗМЕРЕНИЕ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ШКАЛЫ:Данные - информация, закодированная и хранящиеся на носителях информации.Измерение как процесс - это алгоритмическая операция, которая данному наблюдаемому состоянию объекта изучения (системы) ставит определенное обозначение (число, номер, символ)Измерение порождает наборы данных.Существуют шкалы:^ Шкала номиналов или шкала наименований или классифицируемая шкалаДля шкалы свойственны аксиомы:1) Аксиома эквивалентности (рефлексивная) A=A2) Аксиома симметричности (A=B -> B=A)3) Аксиома транзитивности (A=B и B=C => A=C)^ Порядковая (ранговая) шкала, когда классы можно между собой сравнивать.Аксиомы упорядоченности:4) A=/= B => AB5) A>B и B>C => A>C4 ') A=/= B => AB5 ') аналогичноМодифицированные ранговые шкалы используются в естествознании: сила ветра - шкала Бофорта^ Шкалы интервалов:Появляются тогда, когда отношение между объектами можно выразить в элементах расстояний∆X1 ∆Y1 ∆X1 = ∆Y1∆X2 ∆Y2 ∆X2 ∆Y2Например, время, температура, высота над уровнем моря (шкалы Цельсия и Фаренгейта)Поэтому принято говорить, что шкала интервалов выполняется с помощью линейного преобразования, где y=ax => b, a=/=0, a>0, -∞ ^ Шкала отношенийДля таких величин, кроме прошлых, вводятся:6) Тождество аддитивности (аксиома)Если A=P и имеется B>0, То A+B>P7) A+B = B+A8) Если A=P, B=Q => A+B = P+Q9) (A+B)+C = A+(B+C)Для этих шкал сохраняется не только отношение расстояний, но и пропорции между величинами.Выполняется преобразование y=ax, a=/=0Циклические шкалы - частный случай шкалы интервалов (прим. циферблат)Абсолютная шкала - безразмерная и абсолютная (числовая ось)^ ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАДАЧИ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗАОпределения:1) Системный анализ - методология решения проблем, основанная на структуризации систем и количественном сравнении альтернатив.2) ^ Системный анализ - логически связанная совокупность теоретических и эмпирических положений из области математики, естественных наук и опыта практики разработки сложных систем, обеспечивающая повышение обоснованности решения конкретной проблемы.3) ^ Системный анализ - это улучшающее вмешательство в проблемную ситуацию.Задачи Системного Анализа:1) Декомпозиция (разбитие на подзадачи)2) Анализ (того, что получилось)3) Синтез^ ПРИНЦИПЫ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА:1) Конечной цели2) Измерения (измеримости) - чтобы сравнивать решения3) Единства (любая система - единство элементов)4) Связности (элементы взаимосвязаны)5) Модульного построения6) Иерархии7) Функциональности (элементы функционируют)8) Развития (система развивается)9) Принцип децентрализации10) НеопределенностиВ программировании в Системном Анализе существуют все основные методологии.^ СТРУКТУРНОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ:Проявление принципов Системного Анализа в программировании. Структурная методология - строгие правила ведения проекта.В 1968 году Эдсгер Дейкстра написал статью-письмо "Оператор GOTO необходимо признать вредным"Бем, Яконин доказали, что любой алгоритм может быть реализован при помощи циклов, ветвления, линейных элементов.^ Цели структурного программирования:1) Обеспечить дисциплину программированияДейскстра сказал: "структурное программирование - дисциплина, которую программист навязывает сам себе"2) Читабельность программ (избегать программистских трюков) - локализация действий управляющих конструкций и структур данных.3) Повышение эффективности программ (из цикла нужно выносить все, что не изменяется в теле цикла, распоряжаться памятью)4) Уменьшение времени и стоимости программных разработок.^ Структурная методология:1) Принцип абстракции2) Формальность3) "Принцип "Разделяй и властвуй"4) Принцип иерархичностиРазмах или ширина управления модуля - число подпрограмм, вызываемых из модуля (принято ^ СТАНДАРТЫ СТРУКТУРНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ1) Программа должна разделяться на модули (подпрограммы, не unit)2) Модуль - это независимый блок, код которого и физически, и логически отделен от других модулей.3) Модуль выполняет только одну логически завершенную функцию.4) Размер модуля не должен превышать сотни операторов.5) Модуль имеет только одну входную и одну выходную точку.6) Взаимосвязь между модулями устанавливается по иерархической структуре.7) Каждый модуль должен начинаться с комментариев.8) Избегать ненужных меток и операторов GOTO9) Идентификаторы должны быть смысловыми10) Родственная группа идентификаторов должна начинаться с одникаового префикса.11) Использовать только стандартные управляющие конструкции.12) В одной строке использовать не более одного оператора, если он не вмещается, переносить с отступом.13) Не допускать вложенности IF более 3-х уровней.14) Избегать неявных языковых конструкций.ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММЫ:1) Определение требований и анализ проблемы (техническое задание)2) Проектирование (документ, спецификация программы)3) Кодирование (реализация) - текст программы4) Тестирование (соответствие спецификации)5) Поддержка, эксплуатация, сопровождение.