ТЕМА №2. ОСНОВНІ ОЗНАКИ, Опис та моделювання систем

2.1. Еволюція, розвиток та функціонування системи

Еволюцію систем (від лат. evolvo - розгортання) поступовий розвиток сутності при збереженні її якості в процесі кількісних змін, для системного аналізу можна розуміти як цілеспрямований рух, зміну за деякою траєкторією, що описує поведінку системи.

Діяльність системи може відбуватися в двох режимах: розвиток і функціонування.

Розвиток - це діяльність системи зі зміною цілей.

За результатом розвитку інфраструктура системи якісно змінюється. Розвиток - це боротьба організації і дезорганізації в системі.

Функціонування - це діяльність системи без зміни цілі.

При функціонуванні явно не відбувається якісної зміни інфраструктури системи.

Системи, де кількісний ріст елементів, підсистем та зв'язків веде до якісних змін структури, називають системами, що розвиваються. Такі системи можуть змінювати свій стан (як детерміновано так і стохастично), а їх життєздатність (стійкість) залежить від зміни зв'язків між елементами (підсистемами) системи.

Система називається стійкою, якщо вона зберігає тенденцію прагнення до того стану, що найбільше відповідає її цілям, цілям що зберігають якість без зміни структури та не приводять до значних змін системи на деякій заданій множині ресурсів (наприклад, на тимчасовому інтервалі).

Стійкість систем - здатність системи зберігати свій рух за траєкторією.

Траєкторія системи - послідовність прийнятих системою станів, що розглядаються як деякі точки в множині станів системи.

Рис.2.1. Схема стійкої S1 та нестійкої S2 систем.

Прикладом основних факторів стійкого розвитку більшості економічних систем є:

- величина дефіциту платежів і заборгованість;

- ритмічність і динамічність виробництва і споживання;

- якість і структура економіко-правових законів і норм;

- використання нових інформаційних технологій і економічних механізмів;

- інноваційна активність і структура інноваційних програм;

- інвестиційна політика і реалізація інвестиційних програм спрямованих на стійкий розвиток;

- рівень державного регулювання зазначених вище факторів і ін.

Стійкість може бути:

- структурною;

- обчислювальною;

- алгоритмічною;

- інформаційною;

- динамічною;

- еволюційною та ін.

Асимптотична стійкість системи складається з можливості системи повернутися до рівноважного стану (якщо t прагне до нескінченності) із будь-якого нерівноважного стану.

Гнучкість системи - здатність до структурної адаптації системи у відповідь на впливи навколишнього середовища.

Будь-яка система має внутрішні стани, внутрішній механізм перетворення вхідних сигналів чи даних у вихідні (внутрішній опис) і зовнішні прояви (зовнішній опис). Внутрішній опис подає інформацію про поводження системи, про відповідність (невідповідності) внутрішньої структури системи цілям, підсистемам (елементам) і ресурсам у системі; зовнішній опис - про взаємини з іншими системами, з цілями і ресурсами інших систем. Внутрішній опис системи визначає зовнішній опис.

2.2. Функції і задачі керування системою

Керування в системі - внутрішня функція системи, що здійснюється в системі незалежно від того, яким чином чи якими елементами системи вона повинна виконуватися.

Керування системою - зовнішня функцій, що забезпечує необхідні умови функціонування системи.

Система міжнародних відносин є соціальною за походженням та ієрархічною за структурою, що передбачає наявність нерівноправних зв’язків між підсистемами, коли дія в одному напрямку спричиняє значно більший вплив на елемент, ніж дія в іншому напрямку. Існуюча залежність між державами відображає їхню фактичну нерівність з точки зору політичногоідеологічного, економічного та інших можливостей впливу однієї держави на іншу. Залежність між підсистемами в межах однієї держави відображає сам принцип устрою держави. Такі зв’язки передбачають наявність керуючої та керованої підсистеми та можуть носити прямий чи зворотній характер.

Для прямого зв’язку (Рис.2.2.) вихідні сигнали Х керуючої системи є вхідними для керованої системи, а У - вихідні реакції керованої системи. Такий зв’язок є недостатньо гнучким тому на практиці частіше застосовується зворотній зв’язок (Рис.2.3.).

Принцип зворотного зв’язку полягає в тому, що вихідні сигнали керованої системи подаються на вхід керуючої. Для оптимального досягнення результату, керуюча система порівнює отримані реакції У з їх еталонним значенням У* (бажаним результатом), різниця е=у-У* аналізується і на підставі цього аналізу корегується Х.

Розрізняють два основних типа зворотного зв’язку: негативний та позитивний. Негативний зв’язок спрямований на ліквідацію відхилення реакції від певного усталеного режиму, а позитивний на збільшення цього режиму. Терміни "негативний" та "позитивний" не слід сприймати як "поганий" та "добрий"і той і інший тип зв’язку може як забезпечити нормальне функціонування системи так і погіршити її стан

2.3. Моделювання систем

У більшості випадків практичного застосування системного аналізу для дослідження властивостей та оптимального керування системою визначаються основні етапи основні етапи:

1. Змістовна постановка задачі.

2. Побудова моделі досліджуваної системи.

3. Знаходження рішення задачі за допомогою моделі.

4. Перевірка рішення за допомогою моделі.

5. Підстроювання рішення під зовнішні умови.

6. Здійснення рішення

Модель - заміщення (на певних умовах) оригіналу для вивчення або відтворення його властивостей.

Модель досліджуваної системи в самому лаконічному вигляді можна представити у вигляді залежності: E = f(Y, X), де:

E - деякий кількісний показник ефективності системи в плані досягнення цілі її існування T(критерій ефективності).

Y - залежні змінні системи;

X- незалежні змінні системи.

На практиці часто використовують моделі, у яких є одна залежна змінна - функція і декілька незалежних змінних аргументів.

Моделі, якщо не враховувати сфери їхнього застосування, бувають трьох типів: пізнавальні, прагматичні й інструментальні.

За рівнем моделі бувають трьох типів:

- емпіричні (на основі емпіричних фактів, залежностей);

- теоретичні (на основі математичних описів);

- змішані (емпіричні залежності, що використовуютьі математичні описи).

Основні вимоги до моделі:

- наочність побудови;

- видимість основних її властивостей і відносин;

- зручність для дослідження чи відтворення;

- простота дослідження, відтворення;

- збереження інформації, що містилася в оригіналі (з точністю розглянутих при побудові моделі гіпотез) і одержання нової інформації.

Проблема моделювання складається з трьох задач:

- побудова(ця задача неформалізована, у тому розумінні, що немає алгоритму для побудови моделей);

- дослідження(ця задача більш формалізована, має методи дослідження різних класів моделей);

- використання(формалізована, конструктивна і конкретизована задача).

Властивості будь-якої моделі такі:

- обмеженість (модель відображає оригінал лише в остаточному підсумку його відносин);

- спрощеність (модель відображає тільки істотні сторони об'єкта);

- приблизність (дійсність відображається моделлю грубо чи приблизно);

- адекватність (модель успішно описує систему, що моделюється);

- інформативність (модель повинна містити достатньо інформації про систему, у рамках гіпотез, прийнятих при побудові моделі).

Математичне моделювання – процедура, що переводить припущення щодо проблеми, ситуації або явища в математичний вираз, а потім аналізує цю проблему за допомогою математичних засобів.

Математична модель процесу створюється в результаті його формалізації, тобто чіткого формального опису з необхідним ступенем наближення до дійсності. Створення математичної моделі це необхідний етап кожного серйозного дослідження процесу. Надалі математична модель використовується для отримання загальних закономірностей або конкретних числових даних, пов’язаних з досліджуваним процесом.

Кінцева мета створення математичних моделей - встановлення функціональних залежностей між змінними та параметрами.

2.4. Морфологічний опис систем

Опис (специфікація) системи - це опис усіх її елементів (підсистем), їх зв'язків, цілій та функцій при деяких ресурсах.

Морфологічний опис системи - опис структури системи: опис сукупності елементів цієї системи та необхідного для досягнення цілі набору відносин між ними.

Морфологічний опис задається кортежем:

S = < Q, A, B, R,V>, де

Q - визначення мови опису;

А- множина елементів;

B - множина відносин з навколишнім середовищем;

R - множина зв'язків в А;

V - структура системи, тип цієї структури.

З морфологічного опису системи одержують функціональний опис системи (опис законів функціонування, еволюції системи), а з її - інформаційного опису (опис інформаційних зв'язків як системи з навколишнім середовищем так і підсистем системи) інформаційну систему, а також інформаційно-логічний (інфологічний) опис системи.

2.5. Когнітивна структуризації систем

Перша модель при дослідженні системи є когнітивна модель.

Когнітологія - міждисциплінарний науковий напрямок, що вивчає методи і моделі формування знання, пізнання, універсальних структурних схем мислення.

Ціль когнітивної структуризації - формування й уточнення гіпотези про функціонування досліджуваної системи, тобто структурних схем причинна - наслідкових зв'язків, їхньої кількісної оцінки.

Причинно-наслідковий зв'язок між елементами (системами, підсистемами, ознаками, ...) когнітивної моделі визначається як позитивний та негативний, що має інший зміст, ніж при дослідженні моделі керування системою:

1. позитивний, якщо збільшення чи посилення елемента А веде до збільшення чи посилення елемента В.

Політична стабільність держави

+

Розмір іноземних інвестицій в економіку країни

Рис.2.4. Приклад позитивного зв’язку.

2. негативний, якщо збільшення чи посилення елемента А веде до зменшення чи ослаблення елемента В.

Політична стабільність держави

-

Кількість мітингів та страйків в країні

Рис.2.5. Приклад негативного зв’язку.

Крім когнітивних схем можуть використовуватися когнітивні схеми, когнітивні шкали, когнітивні матриці, що дозволяють визначати стратегії поводження системи.

Когнітивний інструментарій дозволяє знижувати складність формалізації та моделювання системи. Подальше дослідження системи залежить від її типу та закону функціонування.

Рис.2.6. Приклад когнітивної шкали.

2.6. Синергетичний підхід опису систем

Синергетика (в перекладі - спільний, узгоджено діючий) - міждисциплінарна наука, що вивчає загальні ідеї, методи і закономірності організації різних об'єктів і процесів.

Важливе методологічне значення при рішенні задач системного аналізу мають деякі сформульовані в синергетиці ключові закони:

1. Для будь-якої відкритої системи характерна еволюція, необоротністьісторичність і логічність процесів розвитку.

2. Для будь-якої такої системи можливий визначальний вплив малих (за часом, за структурою, за інформативністю та ін.) подій і процесів на еволюцію системи.

3. Для складних систем характерна множинність шляхів розвитку, що не тільки не виключає, але і припускає альтернативу, багатоваріантність вибору оптимальних з них.

4. Складним системам не можна нав'язувати шляхи їхнього розвитку, а необхідно зрозуміти і стимулювати їхні власні тенденції розвитку, тобто траєкторія розвитку системи повинна бути близькою до траєкторії самокерованої системи чи до саморозвитку системи.

5. В складних системах, при зміні траєкторії розвитку у точках біфуркації, виявляється деяка зумовленість, детермінованість хаосу. При цьому будь-які соціально-економічні процеси - стохастичні і протікають в умовах того чи іншого ступеня невизначеності.

6. В точках біфуркації залежність сьогодення, а отжеі майбутнього від минулого зменшується і породжує принципову непередбачуваність еволюції, а отжеі необоротність часу.

7. В міру ускладнення організації систем відбувається одночасне прискорення процесів розвитку і зниження рівня їхньої стабільності, а нестійкість може виступати умовою стабільного і динамічного саморозвитку, що відбувається шляхом знищення нежиттєздатних форм; стійкість і нестійкість, утворення і руйнування зміняють один одного. Порядок і хаос виникають і існують одночасно: один містить у собі інший і разом працюють на одне ціле, на виникнення і розвиток нової структури.

8. У нестійкому соціально-економічному середовищі дії кожної окремої людини можуть впливати на макропроцеси в цьому середовищі.

9. Чим більшеінтенсивніше використовуються інформаційні системи і технології, тим більше й інтенсивніше вони розвиваються. Інформаційні ресурси можуть досягати рівня саморозвитку і самовдосконалення.

Питання для самоконтролю

1. Охарактеризувати функції та загальну схему морфологічного опису систем.

2. Визначити місце когнітології в системному аналізі.

3. Проаналізувати когнітивний інструментарій, що використовує системний аналіз.

4. Побудувати когнітивну карту обміну інформаційними ресурсами між двома державами.

5. Порівняти функціонування та розвиток системи. Навести приклад.

6. Визначити основні властивості моделей систем.

7. Проаналізувати основні закони синергетики.

8. Навести приклади стійких систем.

9. Охарактеризувати основні функції керування системою.

10. Порівняти позитивний та негативний типи зворотного керування. Навести прилади.

Типовий приклад

Мета дослідження: продовжити системний аналіз соціального явища - інформаційна війна між двома країнами А та Б. Ініціатором інформаційної війни є країна Б. Побудувати модель інформаційного протиборства країн.

Задача дослідження: провести змістовний аналіз досліджуваної системи за наступним планом:

1. Побудувати модель інформаційного протиборства країн А та Б.

2. Відтворити когнітивні зв’язки основних елементів системи.

Рішення задачі:

1. Параметри системи та побудова моделі:

Запропонована модель демонструє протиборство двох соціально-політичних систем: система А та система В, що виникло за результатами інформаційної війни розпочатої країною Б проти країни А:

Рис.2.7. Модель інформаційного протиборства країни "А" та "Б"

2. Відтворення когнітивних зв’язків в системі:

Для когнітивного дослідження стану країни Б обрані наступні підсистеми:

1. Рівень економічного розвитку

2. Політична стабільність країни

3. Рівень технічного забезпечення ЗМІК

4. Власний інформаційний ресурс

5. Сегмент вітчизняних ЗМІ в інформаційному просторі інших країн

6. Рівень демократії

7. Рівень корупції

8. Міжнародний імідж країни

Рис.2.8. Когнітивна карта факторів, що впливають на ефективність дій країни "Б"

Індивідуальне завдання

Використовуючи основні процедури та методи системного аналізу продовжити самостійне дослідження системи, що була обрана для виконання попереднього індивідуального завдання (Тема №1), за наступним планом:

1. Визначити основні параметри системи.

2. Зробити морфологічний опис системи.

3. Побудувати когнітивну модель системи для аналізу причинно-наслідкових зв’язків.

4. Зробити висновки, що до функціонування та розвитку системи.

Поради до виконання індивідуального завдання

Пам'ятайте, що досліджувати доцільніше не саму систему, а її модель, бо при побудові моделі деякі характеристики досліджуваного процесу можна відкинути як несуттєві, що спрощує аналіз. Модель є простішою, ніж досліджуване явище, проте модель повинна містити достатню інформацію про систему, хоча б у рамках гіпотез, прийнятих при побудові моделі.

Для опису системи треба чітко визначитись з кількістю основних підсистем системи та з’ясувати за яким принципом ці окремі утворення поєднуються в систему. Для побудови графічного представлення моделі у вигляді схеми, таблиці чи графу треба встановити всі типи зв’язків між підсистемами і якщо їх буде багато класифікувати їх за силою впливу на систему та залишити вагомі.

В якості підсистем системи з галузі міжнародних відносин можуть виступати: держави, утворення, групи, об’єднання, класи, нації, партії, корпорації, підприємства, особистості, ЗМІ і т.п.

Для побудови когнітивної моделі треба обирати фактори, що суттєво впливають на функціонування системи чи визначають ефективність системи. Факторів повинно бути не менше п’яти.

В висновку роботи спробуйте спрогнозувати майбутні стани системи та надайте поради, що до покращення її функціонування.

Теми для обговорення

1. Стратегічне керування соціальними системами.

2. Типи та моделі сучасних політичних систем.

3. Концептуальне забезпечення когнітивних досліджень людської свідомості та моделі сприйняття політичної інформації.

Зразок тестових завдань