Понятие системы и её основные характеристики.

Энтропия и негэнтропия.

Методы анализа и алгоритмы расчёта.

Содержание.Введение.	*
Непостоянство и неопределённость в универсуме и в системах.	*
 
Основные характеристики системы.	*
Структура - основная характеристика системы.	*
Целостность системы.	*
Неравновесность системы.	*
Понятие цели системы.	*
Определение степени достижения цели.	*
Условные вероятности и энтропия системы относительно выполнения целевых критериев по влияющим на систему факторам.	*
Энтропия и негэнтропия.	*
Расчёт обобщённой негэнтропии модели системы.	*
Анализ обобщенной негэнтропии.	*
Расчёт обобщённой энтропии.	*
Системный анализ модели (формулы) обобщённой энтропии.	*
Выяснение возможностей уменьшения ОЭ путём улучшения структуры модели.	*
Информация и ОЭ в исследовании систем.	*
Проблемы исследования сложных систем:	*
Различные виды полей в унивёрсуме.	*
Поле как система.	*
Единство мира.	*
Взаимодействие вещественных, энергетических и информационных систем и их единство.	*
Марковские процессы.	*
 Конфликтные ситуации и точки неопределенности выбора.	*
Необходимость расчётов ОЭ и ОНГ.	*
Алгоритм определения ОЭ и ОНГ.	*
Вывод.	*
Введение.
В состоянии изменений и превращений находятся абсолютно все системы унивёрсума. В космическом масштабе изменяются даже такие системы, которые кажутся при нашей жизни неизменчивыми. Изменяется, солнечная система, атомы и их ядра и даже протон, которого до сих пор считали абсолютно прочным. Скорость таких изменений изменяется в очень широких пределах от доли секунды до 1030 и более лет, например, время жизни протона 1031 - 1033 лет.
Непостоянство и неопределённость в универсуме и в системах.
Потоки необъятных ресурсов массы, энергии и ОНГ в космосе, переводят системы в неравновесное состояние и являются причиной их постоянных изменений.Фундаментальные свойства вещества, энергии и ОНГ также являются основной причиной неопределённости в универсуме и в системах.На микроуровне, как и на макроуровне, любое превращение систем имеет случайный, стохастический, вероятностный характер. Так, со случайными флуктуациями связано возникновение виртуальных частиц (электронов, фотонов и др.) "из ничего". Точное определение количества движения или места расположения частиц ограничивается в микромире соотношением неопределённости. Описать точную орбиту электрона вокруг ядра атома невозможно, можно лишь описать вероятностное облако возможных орбит электрона в атоме. На макроуровне вероятностный характер процессов скрывается средними значениями общих показателей, но временное постоянство структур не может преодолеть общую неопределённость и вероятностный характер всех систем. Уже в объединённом суперполе в абсолютном вакууме наблюдаются случайные, вероятностные отклонения.Мир случайный уже с самого начала. Учёные считают, что даже через доли секунд после "большого взрыва" вопрос выбора при возникновении между миром или антимиром решался случайно. Если были бы ничтожно мало изменены величины универсальных констант универсума, то развитие его произошло бы в совсем другом направлении.Множество состояний и изменений систем в многомерном пространстве описывается нелинейными уравнениями, содержащие квадратные, кубические или многостепенные члены. Системы этих уравнений имеют несколько или много решений. Во многих местах этого многомерного пространства имеются точки, где незначительное изменение одного фактора может вызвать движение системы в нескольких альтернативных направлениях, выбор которых является совершенно случайным, равновероятным. Непредсказуем конкретный путь развития, как причинное следствие детерминированных законов. Обобщённым показателем упорядоченности в стохастических и нелинейных процессах является ОНГ систем.
 
Основные характеристики системы.
 По мере повышения сложности система может быть охарактеризована следующими показателями: параметрами состояния, параметрами упорядоченности структуры, параметрами организованности и параметрами управляемости.Сложность системы обусловлена огромным количеством факторов (независимых переменных), математическая обработка воздействия на систему которых связана с большими трудностями. Степень отклонения состояния системы от термодинамического равновесия определяют как меры упорядоченности системы, т.н. введенную Шенноном величину "избыточности". R = 1/ОЭф, где Оэф - фактическая ОЭ системы, ОЭм – максимально возможная ОЭ  При R = 0 система находится в состоянии полного беспорядка (ОЭф = ОЭм). При R = 1 системы идеально упорядочена ( ОЭф = 0).
Структура - основная характеристика системы.
Каждая сложная система обладает иерархической структурой - содержит подсистемы, которые взаимодействуют, сохраняя в то же время устойчивость, динамичность, преемственность и характерные свойства системы.Структура систем является их наиболее существенной характеристикой. Она определяет количество составляющих систему элементов и их взаимоотношение. Для понятия структуры существует множество различных определений, в каждом из них для структуры необходимо введение третьего компонента как дополнительной характеристики системы, кроме элементов и их взаимоотношений. Этот компонент называется по-разному, но его существо выражается в общесистемных свойствах, целевых критериях и общих закономерностях.Приведём некоторые из многочисленных дефиниций понятия структуры:1. Структура - это относительно устойчивый, упорядоченный способ связи элементов, придающий их взаимодействию в рамках внутренней расчленённости объектов целостный характер.2. Структура - это вид взаимосвязи элементов в системе, зависящий от закономерностей, по которым элементы находятся во взаимных влияниях. 3. Структура - это упорядоченность, композиция элементов, сохраняющаяся, т.е. инвариантная, относительно определённых изменений, преобразований.Для обеспечения упорядоченности любой системы должны существовать так называемые принципы обобщённой негэнтропии или связанной информации (ОНГ).Точку или область расположения системы в многомерном пространстве состояния называют состоянием системы.
Целостность системы.
 Из признака упорядоченности систем вытекает их целостность. Кроме того, целостность систем вытекает из общих свойств объединённого суперполя в универсуме: гармонии и когерентности, общих свойств квантовой природы явлений (т.н. квантовый холизм) и вероятностной природы флуктуации и процессов развития. Однако только получая информацию о вышестоящей системе можно определить цели или целесообразность системы. Целостность и целенаправленное действие системы или её элементов может иметь разные степени упорядоченности. Например, в сложных системах и в организациях может быть центральное управление вместе с относительной самостоятельностью индивидов. 
Неравновесность системы.
Максимально возможную величину при данном количестве элементов энтропия достигает в абсолютно равновесной системе (R=0). В такой системе отсутствует какая-либо упорядоченность, потому что при максимальной ЭО элементы системы, независимо от влияния других элементов, действуют неограниченно "свободно". Все существующие реально системы имеют в структуре менее или более заметный порядок и соответствующую ОНГ. Абсолютного хаоса в реальном мире не существует. Чем более упорядочена структура системы, тем больше она удаляется от равновесного состояния. Неравновесные системы, в свою очередь, стремятся увеличивать свою ОЭ, двигаясь в сторону термодинамического равновесия. Неравновесные системы, не получая дополнительную энергию или ОНГ, не могут в длительное время сохранять своё состояние. Если процессы протекают в равном объёме в противоположные стороны, мы имеем дело с динамическим равновесием. Внешне равновесие, т.е. устойчивость системы сохраняется. Если скорость таких процессов мало изменяется, то такие режимы относительно стабильными во времени - стационарными.Известно, что скорость процессов изменяется в очень широких пределах. При очень маленькой скорости система может находиться в состоянии локального квазиравновесия, т.е. кажущегося равновесия. Неравновесность систем играет существенную роль в их обмене информацией. Чем больше неравновесность, тем больше их чувствительность и способность принимать информацию и тем больше возможности саморазвития системы.
Понятие цели системы.
Цель в развернутом виде определяет программу действия системы в будущем. Для установления конкретных целей необходимо знать структуру и функции более общей по иерархии системы. Часто целью является обеспечение устойчивости структуры, развития или эффективного использования ресурсов системой.
Как и программ, целей может быть также несколько вариантов. Из них необходимо выбирать самую существенную или несколько существенных. В последнем случае придётся при оптимизации идти на компромиссы. Например, рассчитывают функции желательности ожидаемых результатов. Для каждого критерия устанавливают свою весомость и рассчитывают совместный критерий выполнения цели. Критерии цели должны быть так конкретными, чтобы на их основе можно указать, как измерить, достигнута ли цель или нет, или в какой мере она достигнута (100 %, 80% и т.д.)
Часто вопрос целеполагания необходимо рассмотреть более широко и обратить внимание на осмысливание всей проблемы. Необходимо выяснить цели стратегического и тактического назначения, вероятность достижения цели, затраты и эффективность при альтернативных решениях. Приближённый ответ на точно заданный вопрос даёт часто больше пользы, чем точный ответ на неправильно заданный вопрос. Обычно задаётся вместе с целью и срок, когда она должна быть выполнена или соблюдена. Например, сохранение работоспособности после эксплуатации через 10 лет или получение прибыли в 2000 году.
Определение степени достижения цели.
Вероятность достижения этой цели необходимо измерять для определения энтропии системы относительно конкретно поставленной цели.
Если имеется достаточно статистических данных по поведению этой системы, то расчёты не представляют трудностей:
 n Н(a) = S р(Ai) ln р(Ai) i
В непрерывном варианте, если случайная величина x и плотность её распределения ¦(x): + ? H(x) = ¦(x) ln ¦(x) dx ? При допущении равновероятностных исходов: Н(a) = ln р(Ai), или Н(a) = log2 р(Ai) в битах. Для сложных систем, структура, функции и существенные факторы которых изменяются быстро, как правило, статистических данных недостаточно. Проведение статистических экспериментов в уникальных системах вообще невозможно. Для таких случаев придётся провести расчёты по приближенным условным энтропиям и вероятностям, найденным по теоретическим или косвенным методам.
Условные вероятности и энтропия системы относительно выполнения целевых критериев по влияющим на систему факторам.
В качестве влияющих факторов учитывают все вещественные, энергетические и информационные воздействия, от которых зависит цель системы. В первом этапе моделирования допускается независимость действия отдельных факторов. В случае сильного взаимного влияния друг на друга, вводят ещё дополнительный фактор по влиянию интеракции двух факторов.
Теоретически необходимо определить зависимость статистической кривой распределения условной вероятности целевого критерия от статистической кривой распре деления каждого фактора, однако практически достигается достаточная достоверность и при оценке зависимостей средних вероятностей Р (А / В).
Часто при решении управленческих задач или при разработке прогнозов не хватает опытных и статистических данных. Кроме того, редко известны характер кривых распределения, особенно для внешних факторов, которые могут быть элементами других систем. Все это затрудняет точное определение Р (А / В). Тем не менее, часто имеются отрывочные опытные данные или данные наблюдения, теоретические гипотезы или априорные литературные сведения, что позволяет предположить вероятность достижения цели. Часто можно сделать полезные выводы по априорным данным, если под влиянием конкретного фактора цель вообще не может достигнута или вероятность её недопустимо мала. Иногда полезно также провести дополнительные опыты или наблюдения по методу Байеса или другими методами увеличивать точность оценки вероятностей.
Энтропия и негэнтропия.
 Дефинирование негэнтропии, как энтропии с отрицательным знаком часто вызывает большие недоразумения. В общем случае энтропия является показателем неопределённости, беспорядка, разнообразия, хаоса, равновесия в системе). Несмотря на то, что направление негэнтропии действительно противоположное энтропии, она действительно измеряется в тех же единицах как энтропия (например в битах), а её увеличение вызывает такое же уменьшение энтропии, эти две характеристики изменяются в системе по самостоятельным закономерностям и их абсолютные значения мало зависят друг от друга. Негэнтропия является мерой порядка, упорядоченности, внутренной структуры, связанной информации. При увеличении обобщённой энтропии увеличиваются размерность системы (количество независимых переменных, факторов) и их масштабы, а также возможности поиска более эффективных решений. Одновременно с ростом ОЭ увеличивается и неопределённость системы, вероятность принятия неправильного решения, а также расширяются размеры пространства поиска. Для того, чтобы уменьшить неопределённость системы, необходимо ввести в неё обобщённую негэнтропию (ОНГ), информацию, упорядоченность. Таким образом, при прогрессивном развитии в системе увеличивается больше ОНГ, чем ОЭ. При деструкции больше увеличивается ОЭ. Имеются разные комбинации одновременного изменения ОЭ и ОНГ. Если система обладает небольшой ОЭ, то и ОНГ туда ввести можно мало и для её развития нет условий (ОНГ < ОЭ).
Расчёт обобщённой негэнтропии модели системы.
Негэнтропию реально существующей системы невозможно точно рассчитать. Для этого на до было бы определить участок от бесконечно большой энтропии до фактической энтропии. Практически имеется возможность определить ОНГ упрощённых моделей, для которых имеется максимально возможная ОЭ (ОЭм, без учёта ОНГ). Для определения ОНГ в модели реальных систем рассчитывают разность между максимальной ОЭм модели и фактической ОЭф после получения инфор мации (ОНГ1).
 ОНГ2 ?+??????????? ? ? ОНГ1 ? ?+????? ? ? OЭф ОЭм ОЭми Энтропия R ? ????????????? ??????? ?????????R ? ? ? где: ОЭф фактическая ОЭ модели системы, ОЭм максимально возможная ОЭ модели системы, ОЭми максимально возможная ОЭ модели системы после получения информации.
 Определение ОЭм модели зависит от сложности проблемы (реальной системы), требуемой точности (адекватности, гомоморфности) модели и имеющихся ресурсов времени и мощности вычислительной аппаратуры. Выбор степени сложности модели зависит от количества независимых факторов (координат) и от масштаба каждого координата, т.е. от объёма пространства состояния модели. Для решения практических задач часто достаточное разнообразие имеет модель с максимально 1000 факторами, каждый из них имеет до 1000 значимых единиц. Ориентировочная ОЭм модели около 104 бит. Для научных целей соответствующие параметры модели: 10000 факторов, 10000 единиц и ОЭм около 105 бит. Для сверхточных исследований сложных систем: 100000 факторов, 100000 единиц и ОЭм около 106 бит. При использовании ОЭм существенно, чтобы была принято её постоянное значение для определения ОНГ всех систем одной серии, обладающих одинаковыми целевыми критериями. Общей формулой расчёта обобщенной негэнтропии ОНГ модели является (если максимальная энтропия не увеличивается):
 ОНГ1 = ОЭм Оэф
Анализ обобщенной негэнтропии.
Если в результате получения системой информации максимальная энтропия увеличивается, то ОНГ2 = ОЭми ОЭф По определению обобщённой негэнтропии (ОНГ) можно сделать следующие заключения:
Нельзя определить абсолютную негэнтропию реальной системы. Можно определить только изменение негэнтропии в модели относительно конкретного события в результате полученной информации.
В результате полученной информации ОНГ системы увеличивается. Однако, это увеличение может произойти за счёт уменьшения уже существующей ОЭ или за счёт увеличения сложности (разнообразия, максимальной энтропии) модели. Поэтому как максимальную так и фактическую энтропию, надо обязательно определить после получения информации.
 Модель нельзя составлять слишком сложной, так как в этом случае резко возрастает её максимальная ОЭ. Вместе с этим растут трудности при проведении расчётов и падает их точность.
 Модель следует выбрать оптимальной сложности, что даёт возможность исследовать достаточно адекватно объективную реальность. Если модель выбирать слишком простую, она обладает небольшим разнообразием и ОЭ. В этом случае невозможно ввести туда даже минимум необходимой ОНГ, существующей в реальном объекте, оригинале.
 Такая модель не является гомоморфным относительно реального мира. После прочтения предыдущего могут возникать сомнения, нужно ли вообще заниматься определением таких сложных понятий, как ОЭ и ОНГ. Тем более, что для сложных систем методы определения этих величин являются приближёнными, часто вообще не хватает данных.
Расчёт обобщённой энтропии.
Расчёты обобщённой энтропии (ОЭ) системы, на основе данных условных энтропий, влияющих на систему факторов, производят по формулам, для равновероятных исходов:
 n ОЭ(В/х) = е ki log2 P(B/xi) i = 1
В общем случае неравного распределения вероятности n
 ОЭ(В/хi) = е ki . P(B/xi) . log2P(B/xi) i = 1 здесь: P вероятность достижения цели, B критерий достижения цели, xi средние значения отдельных факторов (индексы 1 n), k коэффициент рассеяния информации, 1 n перечень отдельных факторов, влияющих на систему.
 Коэффициент рассеяния информации k всегда больше 1. Он применяется, если имеются дополнительные технологические, организационные или конфликтные условия, которые обуславливают дальнейшее повышение энтропии (в промежуточных этапах). При допущении их отсутствия принимается k = 1. В формуле предполагается аддитивность всех условных энтропий по факторам, которая соблюдалась бы в случае независимости влияния всех факторов на систему. В большинстве случаев влияние одного фактора зависит от влияния других факторов и это (в необходимых случаях) следует учесть путём введения дополнительного фактора (условной энтропии). Во многих случаях условие аддитивности даёт достаточную точность. Во всяком случае она для энтропии (lg2P) соблюдается значительно полнее, чем для условных вероятностей.
Системный анализ модели (формулы) обобщённой энтропии.
Удельный вес влияния отдельных факторов условных энтропий в общей энтропии разный. Необходимо выяснить несущественные факторы (у которых ОЭ (В/xi) не большая) и опасные факторы (большой удельный вес ОЭ (В/xi)). Несущественные факторы можно исключить из формулы. Влияние опасных факторов подвергается более подробному анализу и уточнению. Уточняются возможные пределы изменения фактора, дисперсия и её влияние на ОЭ (В/xi). Необходимо также выяснить, на каком этапе возникает неопределённость, можно ли дополнительными действиями или опытами её уменьшать. Особенно обращают внимание на возможность существования и обнаружения непредвиденных обстоятельств и факторов, которые могут увеличивать ОЭ (В/xi).
Выяснение возможностей уменьшения ОЭ путём улучшения структуры модели.
Анализируется постановка проблемы и целей для системы в целостности, взаимовлияние различных факторов. Иногда возникает необходимость расширения пределов системы. Выясняются причины неопределённостей. Являются ли они неизбежными, зависящими от стохастического характера явлений или зависят от недостаточности наших знаний. Устранение неопределённостей связано с расходами. Надо найти компромиссное решение: что менее желательно неопределённость или денежные затраты. Предварительная модель не является окончательным решением. Необходимо найти по возможности больше альтернативных вариантов решений и улучшить старые. Для оценки модели следует проверить повторно её достоверность, обоснованность и гомоморфность.
Информация и ОЭ в исследовании систем.
Важное значение в исследовании систем имеют вероятностные характеристики их структуры и функции, а также неопределённость и ОЭ.
 Ценную информацию часто дают условные вероятности достижения цели. Для неживых систем в качестве критериев принимают целесообразность, назначение или вероятность сохранения целостности структуры. ОЭ и ОНГ являются функциями состояния системы.
Информация является функцией процесса (связи) между двумя или больше системами, при которой хотя бы у одной системы ОНГ увеличивается (ОЭ уменьшается). В качестве исходных предпосылок для определения количества информации и энтропии систем можно применять классические положения теорий информации и вероятности.
 Для характеристики динамических (или кинетических) процессов необходимо дополнительно учитывать механизмы так называемых Марковских случайных и эргодических многостадийных процессов. При практической работе со сложными системами применение известных методов теории информации связано со многими трудностями. Из-за переплетения, совмещения многих систем возникают проблемы многоцельности и взаимозависимости условных вероятностей и энтропии. Теория информации рассматривает информацию и энтропию как скалярные величины, которые могут передаваться по каналам связи. В общем случае, как информация, так и ОЭ или ОНГ являются многомерными (векторными) величинами. Они зависят от условных вероятностей и условно независимых факторов в многомерном пространстве состояния системы.
Проблемы исследования сложных систем:
Представим основные проблемы, возникающие при исследоваании сложных систем:
1.Достоверность расчётов информации и ОЭ зависит от эффективного установления цели и составления модели. Для оценки эффективности последних отсутствуют надёжные критерии и необходимо применение эвристических методов.
2.Измерение информации бесконечно многомерного реального пространства невозможно. Для моделирования её необходимо выяснить существенные факторы и отбросить несущественные размерности.
3.Для расчёта энтропии сложных систем необходимы данные о многих условных вероятностях, определение которых представляет трудности и отсутствуют методы для их теоретической оценки.
Путём перехода к определению их обобщённой энтропии можно преодолеть осложнение от многомерности и многофакторности систем. ОЭ представляет собой сумму проекций средних условных энтропий относительно исполнения целевого критерия при условии действия отдельных влияющих на систему факторов. При этом факторы можно рассматривать в качестве от дельных координат или систем со статистическим распределением исходов. Условные энтропии проектируются на общую ось целевого критерия.
Различные виды полей в унивёрсуме.
Известно много типов полей в универсуме, которые могут быть "в состоянии покоя" или находиться в возбуждённом состоянии (образования волн, виртуальных частиц и др.): например, гравитационное поле, электромагнитное поле (свет, радиоволны и др.), поля малого и большого взаимодействия, квантомеханические поля (позитронное поле). Недостаточно доказано существование вокруг живых существ ещё особого рода полей: фантомного, астрального, ментального и торсионного (спинового) поля, высказано предположение ещё о наличии информационного поля. В сверхмалом пространстве (ниже длины шкалы Планка, 1035 м) все поля соединяются в объединённое суперполе. Из возбуждения этого суперполя могут возникать элементы вещества, энергии и ОНГ. 
Поле как система.
Для поля значительно труднее выделить характерные для системы признаки: элементы, их взаимоотношение и целостность. Но и в поле в любом случае существуют признаки системной дифференциации элементов. В качестве первичных элементов поля как системы выделяются кванты. Выяснено, что квантовое дискретное строение имеют не только электромагнитные, но и гравитационные волны и даже пространство и время. Система может быть комбинирована из различных полей, с квантами различного энергосодержания и разной степенью их когерентности. Исследование квантовой структуры полей даёт возможность выяснить содержание в них связанной информации ОНГ.На тему энтропии и упорядоченности поля существуют различные мнения. С одной стороны считается, что объединённое суперполе имеет нулевую энтропию, что оно обладает абсолютной упорядоченностью, бесконечным ОНГ, энергией. С другой стороны утверждается, что поля обладают бесконечной энтропией, разнообразием, беспорядком. На самом деле любое поле, как любая система, как ОЭ, так и ОНГ.Вместе с массой и энергией в каждой системе содержится связанная форма информации ОНГ, однако, её определение, также как и выяснение процессов её превращения и переходов часто представляет большие трудности.Содержание полем ЭНГ зависит от степени его локального возбуждения, вибрации с образованием волн и материальных частиц. 
Единство мира.
Несмотря на то, что в условиях дифференциации наук и распространения редукционистских теорий возникло очень много мнимых изолированных моделей процессов, объектов, законов, в действительности мир един, потому что для всех объектов, явлений и систем едино общее начало, объединённое суперполе.Процессы разного направления протекают в системах одновременно, согласованно. В любой системе одновременно могут протекать подвижность (превращения) и инертность (неизменчивость), изменение координат в многомерном пространстве и стремление сохранять своё состояние, прогрессивное и регрессивное развитие, возникновение и разрушение структур, изменчивость и наследственность, случайные и детерминированные процессы, свобода и упорядоченность элементов. Параллельно развиваются и многие кажущиеся противоположными явления, например, в системах параллельно протекают два противоположных процесса: изменение ОЭ и ОНГ.
Взаимодействие вещественных, энергетических и информационных систем и их единство.
При исследованиях взаимодействия вещественных, энергетических и информационных систем возникло много споров. Их часто рассматривают раздельно в практической жизни, экономике и технике, потому что обычно целесообразно исследовать материальные (вещественные) балансы, потоки и ресурсы. Соответствующие энергетические и информационные ресурсы также рассматриваются отдельно.Такие раздельные расчёты дают много данных для оценки эффективности решений при составлении технических проектов или бизнеспланов. Но в любой фирме занимаются как материальными, так и энергетическими и информационными ресурсами. Деньги в определённом смысле заменяют информацию, поэтому вместо информационных потоков в экономике больше занимаются денежными средствами. В любых системах и организациях эти категории существуют все вместе. Если начинать искать, то не удастся найти в мире ни одной системы, которая содержала бы в отдельности вещество, энергию или информацию. В любом живом организме также протекают одновременно и взаимосвязанной как материальные, так и энергетические и информационные процессы, объекты неживой природы, даже любой кусок камня, обладают не только массой (весом) вещества, но и внутренней энергией и разного вида связанной информацией (негэнтропией, химической, физической, кристаллографической и др.). Даже самые маленькие кванты энергии фотоны, имеют по формулам Эйнштейна массу, а величина кванта уже сама собой является информацией, тем более возникающие волны и их когеренция. Единство массы и энергии, возможность их измерения в единицах массы или энергии вытекает уже из формулы Эйнштейна: Ео = mcc , где Ео - энергия, m - масса, с - скорость света. Формула сохраняется и при движении частиц, но необходимо учесть изменение массы в зависимости от скорости (связанной с энергией). Сложение установить единство негэнтропии, энергии и массы. Для того чтобы показать единство их природы, существует формула Бриллюэна. По соотношению Бриллюэна для получения 1 бита необходимо израсходовать по меньшей мере k ln2 > k единиц негэнтропии, k = 1,38 . 1023 дж / град. (константа Больцмана) Объединяя формулы Эйнштейна и Бриллюэна, можно любую форму материи или системы перевести одну в другую с приближёнными эквивалентными соотношениями: 1 г = 1014 дж = 1037 бит.Так негэнтропию (ОНГ) можно выразить в единицах массы (граммы) или энергии (джоулы). Практически получают ничтожно малые, пока неизмеримые величины массы или энергии и сами процессы изменения формы существования материи пока малоуправляемые. Мозг человека в виде памяти содержит информацию, оцениваемую около 5 . 1010 бит, вместе с макроструктурами около 1017 бит, что соответствует массе около 1 . 1020 г, т.е. в настоящее время неизмеримо малой величине.Подобные явления единства объясняются только тем, что вещество, энергия и информация, имеют единую природу в начальном общем суперполе. Одним из их в суперполе является гравитационное поле, которое имеет сильно антиэнтропийный характер (противодействует энтропии).
Марковские процессы.
Марковские процессы характеризует последовательность случайных событий, в которой каждое последовательное случайное событие зависит только от предыдущего, при постоянных условных вероятностях, описывающих зависимость последующего события от предыдущего Р (Вj / Ai). В той или иной мере свойства марковских процессов имеют множество цепей реальных процессов. В эргодических системах, в которых события являются случайными, заметное влияние предшествующих событий простирается только на их ограниченное число. При обнаружении или допущении таких свойств немарковский процесс может быть представлен как марковский.
Конфликтные ситуации и точки неопределенности выбора.
Конфликтные ситуации возникают в живой природе, и в обществе людей принимают особенно комплицированные формы. Описание их сложнее, так как в этом случае наблюдается умышленное сокрытие или искажение информации, специальные стратегии для получения выигрыша. По Н.Винеру человеческая речь является совместной игрой говорящего и слушателя против сил, вызывающих беспорядок. В действительности конфликтующими сторонами могут быть не только силы, вызывающие беспорядок, но сами говорящий и слушатель. Так, что даже в речи между людьми далеко не всегда передаётся правдивая информация. В этих случаях особенно важно определить, какое высказывание является информацией и какое шумом или дезинформацией.
Необходимость расчётов ОЭ и ОНГ.
Для обоснования необходимости расчётов ОЭ и ОНГ можно привести следующие доводы:
Неопределённость и вероятностный характер являются внутренней формой существования всех систем и структур универсума. Они существуют как в микромире, так и в неорганическом и живом мире, также как и в человеческом обществе. Наше сознание также содержит элементы неопределённостей и способно их оценить и составлять вероятностные прогнозы событий. Поэтому игнорирование этих явлений не дало бы возможности создать достоверных моделей реального мира.
 Точные науки, физика, химия, биология и др., занимаются в основ ном вещественными и энергетическими системами, частично и статистико-вероятностными явлениями. Однако, их законы не отражают ОЭ и ОНГ систем и поэтому не могут освещать общие закономерности инфопередачи в природея.
Вероятности событий в системах, в их элементах и в отдельных воз действиях на системы не обладают аддитивными свойствами. Их невозможно сочетать, комбинировать и проводить расчёты суммирования. Намного больше возможностей для вероятностного прогноза открываются, если перевести вероятности в ОЭ (логарифмирование) и, после расчётов балансов ОЭ и ОНГ, обратно в вероятностные характеристики.
 В ряде случаев могут возникать сомнения в точности расчётов ОЭ и ОНГ из-за недостаточности исходных данных. Это сильно уменьшает возможности применения метода. Инфомодели сами могут быть мало гомоморфными, приближёнными, неопределёнными. С другой стороны, осознание этой неопределённости заставляет находить пути увеличения точности и выяснения косвенных методов определения условных вероятностей. Человеческое сознание этим и занимается: косвенными методами прогнозирует вероятности событий в будущем. Однако, исследуемые системы стали такими сложными, что только интуицией уже трудно справиться. Необходимо для определения условных вероятностей привлекать современный математический аппарат и априорно существующую информацию. Часто достаточно уточнять данные путём проведения нескольких дополнительных опытов и при статистической обработке совместных данных. Почти для каждой системы имеется достаточно косвенных данных, особенно при использовании опыта аналогичных ситуаций. При их умелом использовании можно достаточно точно оценить большинство требуемых вероятностей.
 При большинстве задач управления для принятия практических решений не требуется большая точность результатов, важно выяснение всех опасных вариантов и их отсеивание. Достижение системой цели зависит от существенных, несущественных и от вообще отрицательных факторов. При некоторых условиях цель вообще не может быть достигнута (Р = О; Э R ?). Часто очень важно узнать и отсеять эти условия и это возможно путём расчёта ОЭ разных вариантов системы.
 ОЭ системы по существу является не скалярной величиной, а много мерной моделью в факторном пространстве. Модель целесообразно усовершенствовать постепенно, начиная от более простых, мысленных, но менее гомоморфных вариантов. В дальнейшем, в соответствии с требуемой точностью, можно модель приблизить оригиналу, уточняя её параметров. При этом сравнивают выходы, полученные на модели с результатами наблюдений реальной системы и уточняют модель.
Алгоритм определения ОЭ и ОНГ.
Как можно точнее определяют пределы и объёмы исследуемой системы, её элементы и их взаимосвязи, пространство состояния и его раз мерность.
Уделяя особое внимание возможностям воздействия на среду и влияющим на систему внешним факторам, определяют функциональные связи системы с окружающей средой, стараются не пропускать ни одного существенного фактора.
Устанавливают возможные процессы и их направления, стабильность системы или возможности её изменения по времени.
Качественно оценивают, имеются ли в системе конфликтные ситуации (бифуркации) или точки неопределённости выбора, между элементами или между системой и средой ситуации конкуренции за получение ресурсов. Для описания бифуркаций в моделях используются методы теории игр и нелинейные системы уравнений.
5. Определение цели, а для неживой природы целесообразности или назначения системы, по степени выполнения целевых критериев и определяется неопределённость или вероятность выполнения, т.е. обобщенная энтропия системы (ОЭ).
6. Определение степени достижения цели, оценив вероятность её выполнения.
7. Определение условных вероятностей и энтропий системы относительно выполнения целевых критериев по влияющим на систему факторам.
 8. Расчёт обобщённой энтропии (ОЭ) системы на основе данных условных энтропий, влияющих на систему факторов.
 9. Системный анализ модели (формулы) обобщённой энтропии.
 10. Выяснение возможностей уменьшения ОЭ путём улучшения структуры модели.
11. Расчёт обобщённой негэнтропии (ОНГ) модели системы.
Вывод.
Представленная в данной работе гибкая система информационного моделирования позволяет обеспечить надёжное управление работой реальных сложных и стохастических систем.
Может возникнуть вопрос, каким образом ОЭ принимается аддитивной, скалярной величиной, если состояние системы является многомерным и за висит от условно независимых координат (факторов, переменных). Действительно, состояние системы теоретически описывает вектор в пространстве состояния. Соответственно ОЭ описывает вектор в условно-энтропийном факторном пространстве. При исследовании любых систем необходимо во всех этапах учесть наличие многомерного пространства состояния. Однако, при исследовании сложных систем и их моделей, их размерность и пределы факторов чрезвычайно большие. Кроме того, в большинстве случаев неизвестны функциональные зависимости между влияющими факторами и целевыми критериями. В таких условиях векторный анализ чрезвычайно труден и приходится использовать эвристические методы. Они заключаются в том, что стараются выяснить в поисковом поле те области и размерности, где вероятность пребывания системы мала и исключить эти области и факторы от дальнейшего рассмотрения. Путём применения условных вероятностей и условных энтропий влияние факторов проектируются на ось в направлении вектора ОЭ.
Оперативное управление при использовании системы информационного моделирования обеспечивается даже в таких условиях, когда система изменяется быстро и решение приходится принимать немедленно, не имея достаточной информации.
Лекция 2
Информационные системы.
Информационная система – это автомати-зированная система, предназначенная для хранения, передачи или обработки информации.
Информация - представляет собой сведения, характеризующие систему управления, внешнюю среду и используемые в процессе принятия решений или в связи с осуществлением тех или иных действий с системой.
Средства информационной системы. В общем случае информационная система содержит следующие подсистемы:
¾аппаратного обеспечения - комплекса технических средств;
¾программного обеспечения - совокупности, моделей, методов, алгоритмов и программ реализации целей;
¾информационного обеспечения - совокупности средств классификации, кодирования, унификации, документации;
¾организационного обеспечения - совокупности методов и средств работы персонала, осуществляющего эксплуатацию системы;
¾правового обеспечения - совокупности норм права, определяющих юридический статус системы.
Аппаратное обеспечение – это комплекс электронных, электрических и механических устройств, входящих в состав информационной системы. Оно включает входящие в систему измерительные устройства и другие источники информации, процессоры, блоки памяти, устройства отображения и регистрации информации, средства сигнализации и т.д.
Программное обеспечение - представляет собой совокупность программ, обеспечивающую обработку или передачу данных, а также разработку новых программ.
Структура информационной системы состоит из четырех основных частей:
-операционной системы, обеспечивающей управление работой всей информационной системы;
-платформы, преобразующей интерфейсы операционной системы в нужную форму и предоставляющей необходимые виды информационных услуг;
-прикладных программ, выполняющих задачи, ради которых создана информационная система;
-области взаимодействия, предоставляющей услуги связи прикладных программ, расположенных как в одной, так и в группе информационных систем.
Задачи информационных систем:
–сбора, регистрации, упорядочивания, защиты, обработки и представления информации,
–быстрой выдачи необходимых справок,
–оперативного выполнения заданий оператора,
–контроля и устранения ошибок в информации, находящейся в памяти,
–обновления хранящейся информации с целью приведения ее на уровень современности,
–и выполнения ряда других информационных задач.
Виды ввода данных в систему :
¾автоматический ввод через каналы связи
¾с электронных носителей (дисков и дискет)
¾занесение данных вручную
Виды доступа к данным :
•только для чтения
•для чтения и модификации с сохранением старой информации
•для чтения, модификации и стирания устаревшей информации
Методы поиска данных :
¾ по смысловому содержанию (ключевому слову)
2.1.2. Понятие и общая характеристика систем
Фундаментальным
понятием общей теории систем как базовой
те­оретической
дисциплины является понятие «система».
Категория
системы есть научный инструмент
исследования объек­тов, процессов
и управления ими. На сегодня существует
множествоопределений
понятия «система». В первом приближении
можно вос­пользоваться
нормативным определением понятия
«система».
Система
(греч. — «составление из частей»,
«соединение», от «со­единяю,
составляю»)—объективное единство
закономерно связанных друг с другом
предметов, явлений, а также знаний о
природе и обще­стве (БСЭ, т. 39, с. 158).
Система
есть упорядоченная совокупность
взаимосвязанных и взаимодействующих
элементов (частей), закономерно образующих единое целое, обладающее
свойствами, отсутствующими у элемен­тов
и отношений, его образующих.
При
такой трактовке системами являются:
живой организм, обра­зуемый совокупностью
клеток; предприятие, объединяющее и
связыва­ющее в единое целое множество
производственных процессов, коллек­тивов
людей, различные виды ресурсов, готовую
продукцию и т. д.
Рассмотрим
содержание входящих в определение
системы терми­нов: «части», «свойства»
и «связи».
Из
определения системы и ее окружающей
среды следует, что лю­бая система
может быть подразделена на подсистемы,
части, объекты, причем имеется
неограниченное множество таких частей.
Свойство — это качество параметров частей и
системы. Свойства позволяют описывать
объекты системы количественно, выражая
их в единицах, имеющих определенную
размерность. При этом свойства частей
могут изменяться в результате действия
системы.
 Связи — это то, что соединяет части
и свойства в системном про­цессе в
единое целое. Связи существуют между
всеми системными эле­ментами и между
системами и подсистемами.
Наиболее
точно отвечает современным требованиям
определение системы, предложенное
выдающимся русским физиологом П. К.
Ано­хиным:
«Системой
можно назвать только такой комплекс
избирательно вовлеченных
элементов, у которых взаимное действие
и взаимоотно­шения принимают характер
взаимодействия компонентов на полу­чение
фиксированного полезного результата».
В этом
определении заложено одно из свойств
системы — свой­ство синергетичности
элементов, то есть взаимодействия
элементов для получения полезного
результата.
Как и
всякое фундаментальное понятие, термин
«система» лучше всего конкретизируется
в процессе рассмотрения его основных
свойств.
Обзор
различных толкований этого понятия
показывает, что су­ществуют по меньшей
мере шесть свойств, которыми должен
обладать объект, чтобы можно было его
считать системой.
1.
Целостность и членимость. Система
есть прежде всего целостная совокупность
элементов. Это означает, что, с одной
стороны, система— целостное образование
и, с другой — в ее составе отчетливо
могут быть выделены целостные объекты
(элементы). При этом следует иметь в
виду, что элементы существуют лишь в
системе. Вне системы это в лучшем случае
объекты, обладающие «системнозначимыми»
свойствами. При вхождении в систему
элемент приобретает системноопределенное
свой­ство взамен системнозначимого.
Под
элементом системы обычно понимают такой
объект, выпол­няющий определенные
функции, который в условиях данной
задачи не подлежит
расчленению на части.
Между
элементами (частями) в системе
устанавливаются опреде­ленные
отношения, обуславливающие те или иные
ее свойства. Эти отношения и свойства,
характеризующие взаимосвязь,
упорядоченность и взаимодействие всех
элементов, являются конкретным проявлением
главного принципа системного
подхода—целостности системы.
Все
части системы взаимозависимы. Если одна
из них будет отсут­ствовать или
неправильно работать, то и вся система
либо не будет работать вообще, либо
будет работать неэффективно.
Все
биологические организмы представляют
собой системы. Наша жизнь и здоровье
зависят от того, насколько правильно
функциониру­ют многие взаимозависимые
органы. Поэтому врач при лечении боль­ного
собирает информацию о дыхании, об обмене
веществ, пульсе, при­вычках в еде,
стрессах и т. п., прежде чем поставить
диагноз и выписать вам лекарство.
Все
организации являются социотехническими
системами. Хоро­ший руководитель,
так же как и врач, должен собирать
информацию обо
всех существенных элементах организации,
для того чтобы диаг­ностировать
проблемы и предпринимать корректирующие
действия.
Таким
образом, для системы первичным является
признак целост­ности, то есть она
рассматривается как единое целое,
состоящее из взаимодействующих частей,
часто разнокачественных, но одновремен­но
совместимых.
При
этом объекты (части) функционируют как
единое целое каждый объект,
подсистема, элемент работают ради единой
цели, стоящей перед системой в целом.
2.
Связи. Наличие существенных устойчивых
связей (отношений) между элементами
или (и) их свойствами, превосходящих
по мощности (силе) связи (отношения) этих
элементов с элементами, не входящими в
данную систему, является следующим
атрибутом системы.
В любой
системе устанавливаются те или иные
связи (отношения) между элементами.
Однако с системных позиций значение
имеют не лю­бые, а лишь существенные
связи (отношения), которые с закономерной
необходимостью определяют интегративные
свойства системы. Указан­ное свойство
отличает систему от простого конгломерата
и выделяет ее из окружающей среды в виде
целостного образования.
Связь
можно определить как физический канал,
по которому обес­печивается обмен
между элементами системы и системы с
окружающей средой
веществом, энергией и информацией.
Отношение—это тоже связь между
какими-либо объектами, представленная
в абстрактной форме, являющейся
отображением «физически наполненных»,
реальных связей, так
что отношение можно назвать не наполненной
связью.
Сравнительно
просто оценивается мощность вещественных
и энер­гетических связей по
интенсивности потока вещества или
энергии. Дляинформационных
связей оценкой потенциальной мощности
может слу­жить
ее пропускная способность, а реальной
мощности—действитель­ная
величина потока информации. Однако в
общем случае при оценке мощности
информационных связей необходимо
учитывать качествен­ные характеристики
передаваемой информации (ценность,
полезность, верность
и т. п.).
Роль
связи в системе определяется характером
ее влияния на эф­фективность
хода процессов.
3. Организация. Это свойство
характеризуется наличием опреде­ленной
организации, что проявляется в снижении
энтропии (степени не
определенности, неорганизованности)
системы по сравнению с энт­ропией
системоформирующих факторов, определяющих
возможность создания
системы.
К
системоформирующим факторам относятся:
число элементов системы;
число системнозначных свойств элемента;
число существен­ных
связей, которыми может обладать элемент;
число системнознач­ных
свойств связей, разнообразие
пространственной и временной орга­низации
процессов.
Возникновение
организации в системе — это, по существу,
форми­рование
существенных связей элементов,
упорядоченное распределе­ние
связей и элементов в пространстве и во
времени. При формирова­нии связей
складывается определенная структура
системы, а свойства элементов
трансформируются в функции (действия,
поведение), связан­ные с еще одним
свойством системы — ее интегративными
качествами.
4.Существование
интегративных качеств (свойств), то
есть та­ких качеств, которые
присущи системе в целом, но не свойственны
ни одному из ее элементов в отдельности.
Наличие
интегративных качеств показывает, что
свойства системы хотя и зависят от
свойств элементов, но не определяются
ими полностью.
Отсюда важный вывод: 1) система не сводится
к простой совокупности элементов; 2)
расчленяя систему на отдельные части,
изучая каждую из них
в отдельности, нельзя познать все
свойства системы в целом.
5.	Система
характеризуется универсальной схемой
эволюции, со­четанием детерминизма
и стохастичности, нестабильности,
неравновес­ности и нелинейности,
редукционизма и холизма, сочетанием
цикличес­кой и хаотической форм
развития. Прежде всего, все системы
подчиняются единым законам эволюции.
Законы развития подчиняют­ся как
детерминистическим (закономерным), так
и стохастическим (ве­роятностным,
случайным) причинам, для гармонического
состояния тре­буется сочетание того
и другого.
Редукционизм сводил изучение
сложных систем к анализу отдель­ных
ее составляющих частей и элементов к
их взаимодействию. Нотакой
метод (подход) оказался недостаточным.
Формирование коллек­тивного
поведения элементов и образование из
них системы требует другого методического
подхода, получившего название холистичес­кого
(целостного).
И
наконец, последнее: в современных
условиях развития социаль­но-экономических
систем на первый план выходит проблема
неустой­чивой нелинейной динамики.
 6.	Существование у системы свойства
синергетичности элемен­тов, то есть
элементов, у которых взаимное действие
и взаимоотноше­ния
принимают характер взаимодействия
компонентов на получе­ние фиксированного
полезного результата.
Новая
концепция самоорганизации, выдвинутая
синергетикой, основное внимание
обращает на раскрытие конкретных
механизмоввзаимодействия
элементов, приводящее к их упорядочению
и образо­ванию устойчивых структур.
 Таким образом, в
самом общем случае понятие «система»
харак­теризуется:
Любой
объект, который обладает всеми из шести
рассматривае­мых
свойств, и будем называть системой.
Концепции
систем у биологов и социологов в основном
схожи. Многие теоретики в области теории
организации и управления стре­мятся
присоединиться к этому направлению и
способствовать разви­тию подхода,
который подразумевает попытку создания
окончатель­ного основного принципа
— объединения всех наук в одну большую
концептуальную модель. Общая теория
систем предоставляет теоретикам
организации образец «интегрирования
в модель их систем» всех разнообразных
знаний из смежных дисциплин.
Аналитической
базой современной теории организации
являются определенные ее качества —
то, что она основывается на данных
опыт­ного исследования и плюс ко всему
ее интегрирующий характер. Эти качества
сформулированы в философском учении,
исходящем из пред­посылки, что
единственным значимым путем изучения
организации яв­ляется изучение ее
как системы. Современная
теория организации и общая
теория систем схожи в том, что они
рассматривают систему как объединенное
целое, как некую совокупность
взаимосвязанных и взаи­модействующих
элементов, обладающих свойствами
целостности, эмерджентности и устойчивости.
С этой точки зрения понятие «организа­ция»
как упорядоченное состояние целого
тождественно понятию «система». Система
— это не что иное, как организация в
статике, то есть некоторое зафиксированное
на данный момент состояние упорядо­ченности
в пространстве.
Однако
понятие «организация» несколько шире
понятия «систе­ма», так как отражает
не только состояние порядка, но и процессы
по упорядочению. Именно эта
двойственность природы понятия
«орга­низация» делает ее трактовку
более содержательной. Понятия орга­низации и системы связаны весьма
тесно. Однако организация охваты­вает
только такие свойства элементов, которые
связаны с процессами сохранения
и развития целостности, т. е. существования
системы.
Организация
возникает в том случае, когда между
некоторыми исходными объектами
(явлениями) возникают закономерные,
устойчи­вые на определенном временном
отрезке связи или (и) отношения,
акту­ализирующие какие-то свойства
элементов и ограничивающие иные их
свойства. При рассмотрении 3-го свойства
системы отмечалось, что организация
связана с упорядоченностью и
согласованностью функци­онирования
более или менее дифференцированных и
автономных час­тей системы и проявляется
прежде всего в снижении энтропии по
срав­нению с энтропией системоформирующих
факторов. Однако изменение энтропии
является лишь частной, хотя в значительной
мере и веду­щей, характеристикой
организованности. Организация проявляется
в структурных особенностях объекта,
характере его функционирования,
сложности, способности сохранения
системы и ее развития и т. п. По этим
причинам здесь остановимся лишь на
характеристиках общего плана: степени
организованности, сложности организации
и совершен­стве (высоте) организации.
Степень
организованности обычно связывают
с негэнтропией сис­темы. Считается,
что чем выше негэнтропия системы (ниже
ее энтропия), тем выше степень—предсказуемости
поведения системы. Однако такое
определение недостаточно конструктивно,
поскольку не позволяет срав­нивать
различные по сложности системы.
Действительно, при одном и том же уровне
энтропии более сложная система будет
иметь большую степень организованности,
чем менее сложная.
Сложность
системы. Данная характеристика
является одной из важнейших в рамках
информационного подхода. Проблема
сложности в природе, технике и обществе
требует всесторонних и интенсивных
исследований. Результаты этих исследований
составляют важную пред­посылку решения
многих теоретических и практических
вопросов и могут принести значительный
эффект при создании и использовании
систем.
Среди
основных факторов, влияющих на сложность
системы, обыч­но выделяют: число
элементов, число связей, разнообразие
элементов и связей и число уровней
иерархии системы.
Очевидно,
что эти факторы определяют сложность
лишь со «ста­тической» стороны. В то
же время понятие сложности связывают
и с условиями создания и использования
объекта, в частности с условиями
поддержания его в работоспособном
состоянии.
Сложность
является важным классификационным
признаком сис­тем. К сожалению, из-за
отсутствия надежных методов оценки
сложно­сти останавливаются лишь на
таких определениях, как «простая»,
«сложная», «очень сложная система».
Фундаментальным
открытием, лежащим в основе теории
органи­зации, является представление
предприятия как системы высочайшего
порядка сложности, системы, частями
которой являются люди.
Большие
и сложные системы имеют следующие
отличительные признаки:
 Сложную внутреннюю организацию —
сочетание социальной(людей), технической
(оборудование, машин и механизмов),
экономи­ческой (ограниченность
ресурсов) и информационной (потоки
инфор­мации для принятия решений)
составляющих.
 Наличие выделяемых частей или подсистем,
имеющих содер­жательный характер
деятельности соответственно многоцелевому
ас­пекту функционирования системы.
Наличие
 большого числа разнообразных внутренних
 связей в
каждой подсистеме между
 ее элементами и минимально
 необходимыхвнешних
 связей между подсистемами.
Наличие
 большого числа разнообразных связей
 между систе­мой в целом и элементами
 внешней среды (поставщики, потребители,
 конкуренты, государство и т. п.).
Циркуляция
 внутри системы больших материальных
 и инфор­мационных
 потоков, а отсюда необходимость
 организации разветвлен­ной
 информационной сети, обеспечивающей
 рациональное функциони­рование
 системы.
Иерархическая
 структура управления с вертикальными
 (вне­шними) и
 горизонтальными (внутренними) связями
 между частями (под­
системами),
 соответственно сочетающая принципы
 централизованно­го и
 децентрализованного управления.
Указанные
признаки больших и сложных систем должны
обяза­тельно
учитываться при построении организационных
систем и их под­разделений, а также
выступать в качестве критериев при
анализе пра­вильности
построения и функционирования действующих
систем.
Рассмотрение
организации как системы является весьма
продук­тивным,
так как позволяет рассматривать и
конкретизировать основ­ные
положения теории организации на примере
теории организаций.
Классификация
систем. Многообразие систем весьма
велико, иполной их
классификации в настоящее время еще
нет Более того, не выработаны
окончательно и принципы классификации.
Чаще всего на первое место выдвигается
субстанциональный признак. По этому
при­знаку можно
выделить три класса систем.
Естественные
системы — системы, существующие в
объективной действительности (неживой
и живой природе, обществе). Живая клетка,
организм, популяция, общество — примеры
такого рода сис­тем.
Концептуальные,
или идеальные, системы — системы,
отража­ющие реальную действительность,
объективный мир. Обычное вос­приятие,
совокупность тех или иных представлений,
выраженные, например,
в музыкальном или литературном
произведении, научные теории —
все это примеры идеальных систем, с той
или иной степе­нью
полноты и точности отражающих объективно
существующую действительность.
Искусственные
системы — системы, созданные человеком.
Диа­пазон этих систем весьма
широк — от простейшего механизма до сложнейших
производственных комплексов; от отдельной
бригады, кафедры, лаборатории, воинского
подразделения до министерства. Первые
составляют подкласс технических систем,
а вторые — орга­низационных.
Система
2.1. Понятие системы и её свойства
 Понятие
системы широко используется в науке,
технике, в экономике когда говорят о
некоторой упорядоченной совокупности
любого содержания.
 Система
– это объективное единство закономерно
связанных друг с другом предметов и
явлений, а так же знаний о природе и
обществе.
 Определение
системы, как объекта исследования,
начинается с выделения входящих в нее
элементов из внешней среды, с которой
она взаимодействует.
 Под
элементом системы понимается простейшая
неделимая часть системы. Элемент является
пределом деления системы с точки зрения
решаемой исследователем задачи. Система
может быть разделена на элементы не
сразу, а последовательным расчленением
ее на подсистемы.
 Элемент
системы не способен к самостоятельному
существованию и не может быть описан
вне его функциональных характеристик.
С точки зрения системы важно не то, из
чего состоит элемент, а какова его
функция в рамках системы. Элемент
определяется как минимальная единица,
способная к самостоятельному осуществлению
некоторой функции.
 Подсистема
представляет собой совокупность
взаимосвязанных элементов, способных
выполнять относительно независимую
функцию, направленную на достижение
общей цели системы.
 Элементы,
образующие систему, находятся в
определенных отношениях и связях между
собой. Как целое, система противостоит
среде, во взаимодействии с которой
проявляются ее свойства. Функционирование
системы во внешней среде и сохранение
ее целостности возможно благодаря
определенной упорядоченности ее
элементов, описываемой понятием
структуры.
 Структура
есть совокупность наиболее существенных
связей между элементами системы, мало
изменяющихся при ее функционировании
и обеспечивающих существование системы
и ее основных свойств. Понятие структуры
отражает инвариантный аспект системы.
Структура системы часто изображается
в виде графа, в котором элементы
представлены вершинами, а связи между
ними дугами.
 Возможность
выделения для системы внешнего окружения
и относительно независимых подсистем
приводит к представлению об иерархичности
систем. Иерархичность означает возможность
представить каждую систему как подсистему
или элемент системы более высокого
уровня. В свою очередь, каждая подсистема
может рассматриваться как самостоятельная
система, для которой исходная система
служит системой более высокого уровня.
Этот взгляд приводит к представлению
о мире, как о иерархической системе
взаимно вложенных систем.
 Основным
свойством системы, выделяющим ее из
простой совокупности элементов, является
целостность. Целостность – это
принципиальная несводимость свойств
системы к сумме свойств ее элементов,
а также невыводимость свойств системы
из свойств ее элементов. Система есть
нечто большее, чем сумма ее частей.
Именно наличие этого свойства выделяет
системы из произвольных совокупностей
элементов как самостоятельный объект
исследования.
2.2. Классификация систем
 Классификацию
систем можно проводить по различным
признакам. В наиболее общем плане системы
можно разделить на материальные и
абстрактные.
 Материальные
системы представляют собой совокупность
материальных объектов. Среди материальных
систем можно выделит неживые системы
(физические, химические, технические и
т.п.), живые или биологические системы
и системы, содержащие в своем составе
как неживые, так и биологические элементы.
Важное место среди материальных систем
занимают социально-экономические
системы, в которых связями между
элементами являются общественные
отношения людей в процессе производства.
 Абстрактные
системы – это продукты человеческого
мышления: знания, теории, гипотезы и
т.п.
 В
зависимости от изменения состояния
системы во времени различают статические
и динамические системы. В статических
системах с течением времени состояние
не изменяется, в динамических системах
происходит изменение состояния в
процессе функционирования.
 По
степени определенности состояния
системы делятся на детерминированные
и стохастические (вероятностные). В
детерминированное системе состояние
её элементов  в любой момент времени
полностью определяется их состоянием
в предшествующие моменты времени.
Поведение детерминированной системы
всегда можно точно предсказать. Состояние
стохастической системы можно предсказать
только с некоторой вероятностью.
 По
способу взаимодействия системы с внешней
средой различают замкнутые и открытые
системы. Замкнутые системы не
взаимодействуют с внешней средой, все
процессы, кроме энергетических, замыкаются
внутри системы. Открытые системы активно
взаимодействуют с внешней средой, что
позволяет им развиваться и усложнять
свою структуру.
 По
степени сложности системы делятся на
простые и сложные.
 Под
сложностью системы часто понимается
количество ее элементов и связей между
ними. Такое определение сложности не
отражает качественных изменений,
происходящих в поведении систем при их
усложнении. Под сложной системой будем
понимать систему, способную управлять
своим поведением. Системы, не обладающие
таким свойством, отнесем к простым. В
соответствии с этим определением атом
и солнечную систему следует отнести к
простым системам. Любые технические
системы, взятые сами по себе, вне
зависимости от человека, также являются
простыми. Действительно сложными
системами, способными управлять своим
поведением, являются человеко-машинные
системы. В строгом смысле сложные системы
появляются только с появлением жизни.
 Среди
сложных систем можно выделить системы,
существенной особенностью которых
является наличие разумной деятельности.
Примерами таких систем являются
экономическая система, любые виды
социальных систем, эколого-экономическая
система. Характерной особенностью таких
систем является целенаправленность их
поведения.
 Под
целенаправленностью понимается
способность системы к выбору поведения
в зависимости от внутренней цели. Для
обозначения такого рода систем с высшим
типом сложности в общей теории систем
вводится понятие целеустремленной
системы.
 Целеустремленной
системой называется система, осуществляющая
целенаправленное поведение и способная
к самосохранению и развитию посредством
самоорганизации и самоуправления на
основе переработки информации. Способность
системы формировать цель своего поведения
предполагает присутствие в ней человека,
обладающего свободой выбора при принятии
решений. Все социальные и экономические
системы являются целеустремленными,
поскольку в них присутствуют люди,
ставящие перед собой определенные цели.
 Целенаправленная
система должна обладать следующими
свойствами, позволяющими ей моделировать
и прогнозировать свое поведение во
внешней среде:
 воспринимать
 и распознавать внешнее воздействие,
 формирую образ внешней среды;
 обладать
 априорной информацией о среде, хранимой
 в виде ее образов;
 обладать
 информацией о самой себе и о своих
 свойствах, хранимой в виде морфологического
 и функционального образов, образующих
 информационное описание системы.
Вопрос 1. Понятие системы и виды систем.
 Система – совокупность
взаимодействующих элементов составляющих
целостное образование с новыми свойствами,
отсутствующими у составляющих систему
элементов.
 Св-ва:
 1. целенаправленность.
 2. целостность –
система обладает новыми интегративными
свойствами, отсутствующие у составляющих
систему элементов.
 3. делимость(структурность)
– система м.б. описана через определение
составляющих её элементов, их ф-ий,
связей и отношений. Св-во Эл-тов определяют
их место во внутренней организации
системы и способность выполнять
определённую ф-ю. Эл-ты системы действуют
лишь во взаимосвязи с другими элементами,
это взаимодействие будет тем эффективнее,
чем более организована(упорядочена)
система. Т.е. организация – это
упорядочивание связей, кот. Обеспечивает
возможность функционирования системы
как единого целого. Состав элементов и
 упорядоченную систему связей отражает
структура системы. Система пожжет
подразделяться на подсистемы.
 4. относительная
обособленность системы по отношению к
внешней среде и их взаимозависимость.
Система формирует и проявляет свои
св-ва в процессе взаимодействия со
средой. Открытая система имеет способность
приспосабливаться к изменениям внешней
среды. Действие системы во времени
называют её поведением. Изменение
поведения, вызванные внешним фактором,
называют реакцией системы и исходя из
этого поведение – это совокупность
взаимосвязанных реакций осуществляемых
для приспособления к среде. Вероятность
достижения главной цели системы –
самосохранения, определяется как ее
потенциальная эффективность.
 5. единство системы.
Изменение св-в отдельных эл-тов оказывает
влияние на св-ва других элементов и всю
систему в целом.
 6. необходимость
управления. Управление – это важнейшее
свойство системы, задача которого
упорядочение взаимодействия элементов
системы для достижения определенных
целей. Управление имеет место в сложных
динамических системах и в основе
управления лежит использование информации
о поведении системы. Система управления
состоит из двух подсистем: управляющей
и управляемой. Построение и функционирование
системы управления основывается на
трех принципах: иерархичности, обратной
связи, необходимого разнообразия.
 Каждая система
имеет ряд особенностей, которые отражаются
в ее составе, структуре и взаимодействии
входящих в нее элементов. Учет таких
особенностей важен для решения
исследовательских и практических задач.
В связи с этим важное значение имеет
классификация систем.
Признаки
 классификации
Виды
 систем
1.
 по происхождению
естественные,
искусственные
смешанные
2.
 по размерам
большие
малые
3.
 по степени сложности
простые
сложные
4.
 по характеру взаимоотношения со
 внешней средой
открытые
закрытые
5.
 по степени определенных связей в
 системе
детерминированные
вероятностные
6.
 по скорости изменения характеристик
 системы во времени
статистические
динамические
7.
 по природе и составу 
механические,
биологические,
социально-экономические.
Основные характеристики операционных систем
Как вы уже знаете, при
появлении компьютеров, архитектура которых была основана на интегральных
схемах, возник вопрос по разделению ресурсов ЭВМ между несколькими выполняемыми
программами.
Для разрешения этого вопроса
было создано специальное программное обеспечение – операционная система (ОС).
Операционная система
должна следить за работой центрального процессора и оперативной памяти. То есть
она контролирует программы, команды которых выполняются одновременно, таким
образом, чтобы они не мешали друг другу и в то же время, чтобы КПД центрального
процессора был максимальным. А также операционная система смотрит, чтобы
центральный процессор находился постоянно в работе. Также ОС контролирует
очерёдность использования несколькими программами общих внешних устройств, к
которым относится внешняя память, устройства ввода/вывода.
Итак, на этом уроке мы с
вами вспомним, что такое операционная система, файловая система, а также
узнаем, как происходит загрузка операционной системы, и многое другое.
Операционная система – это базовый комплекс компьютерных программ, обеспечивающий управление
аппаратными средствами компьютера, работу с файловой системой, ввод и вывод
данных с помощью периферийных устройств, а также выполнение прикладных
программ.
Работа современных
технических устройств невозможна без операционной системы. В наше время на
персональные компьютеры и ноутбуки в основном устанавливаются две операционные
системы: Windows
и Linux.
На компьютеры фирмы Apple
устанавливается операционная система macOS. В то время, как на
большинство смартфонов устанавливается операционная система Android или же Windows. На смартфоны,
электронные планшеты и портативные мультимедийные проигрыватели фирмы Apple устанавливается своя операционная
система, которая называется IOS.
Для наладонных (карманных) компьютеров и коммуникаторов также разработаны свои
компактные операционные системы Windows
Mobile и
Palm OS.
В наше время неотъемлемой
частью всех технических устройств является выход в интернет. Для этого в
операционной системе также есть специальные средства, с помощью которых
обеспечивается работа в локальных сетях и глобальной сети Интернет.
Большинство современных
операционных систем основано на графическом интерфейсе.
Загрузка операционной
системы происходит сразу же при включении компьютера, то есть она запускается
раньше всех остальных программ, тем самым обеспечивая их выполнение. Как это
происходит, мы более подробно рассмотрим чуть позже.
Перейдём к файловой
системе. Мы с вами знаем, что все данные в компьютере хранятся в виде файлов. Файл – это именованная область данных, которые хранятся во внешней памяти
компьютера. Такое название файл получил благодаря
рекламе первого запоминающего устройства.
В ней говорилось: «В нём
информация хранится, как в картотеке…». На английский язык слова «в картотеке»
переводятся «on
file».
То, как хранятся и называются файлы на информационных носителях, определяет
операционная система. А если точнее, это определяет её часть, которая
называется файловой системой.
Файловая система является
основной подсистемой в большинстве всех операционных систем.
С помощью файловой
системы происходит обмен данными между обрабатывающими программами. Также
происходит централизованное распределение места на диске и управление данными.
Помимо этого, файловая система предоставляет пользователю возможность выполнять
операции с файлами, например, создание, также обмениваться данными между
различными файлами и устройствами. Файловая система обеспечивает защиту файлов
от несанкционированного доступа.
Файловые системы бывают
разных видов. Это зависит от операционной системы, установленной на компьютере.
Таким образом, можно сделать вывод, что в различных файловых системах
существуют разные способы организации, хранения и именования данных на
носителях информации. Для управления файловой системой в операционной системе
существуют специальные модули.
Кластер – это логическая единица хранения данных в таблице размещения файлов,
объединяющая группу секторов. В свою очередь, сектор – это минимальная
адресуемая единица хранения информации на дисковых запоминающих устройствах.
У большинства жёстких
дисков объём сектора составляет 512 байт. Хотя есть и объём сектора, равный
2048 байтам (например, у оптических дисков), а в новых жёстких дисках объём
сектора составляет 4096 байт или же 4 Кбайта.
Но всё же для более
эффективного использования места на диске файловая система может объединять
секторы в кластеры. Размер одного кластера может составлять от 512 байт до 64
Кбайт.
Давайте рассмотрим
рисунок.
Под буквой А изображена
дорожка диска, B
– геометрический сектор, C
– сектор дорожки, D
– кластер. Он объединяет в себе 3 сектора.
Нумерация кластеров
происходит в линейной последовательности. То есть она начинается с первого
кластера нулевой дорожки диска до последнего кластера конечной дорожки.
Нулевая дорожка – это крайняя дорожка. А крайняя – та, которая ближе к центру диска.
На жёстком диске
компьютера может содержаться огромное количество файлов. Если они будут
находиться в одном и том же месте, то найти нужный файл будет очень сложно.
Поэтому для удобства поиска и работы с информацией, файлы объединяют в каталоги или директории. В операционной системе Windows они так же называются папками.
Это именованная совокупность файлов и других каталогов, которые называют подкаталогами.
В то же время сам каталог
реально является файлом, содержащим список файлов в этом каталоге.
У
каталога есть своё имя. Его присваивает пользователь в процессе его создания.
Каталог может содержать файлы и другие каталоги. Такие каталоги называются подкаталогами
первого уровня.
Первый
каталог также может входить в состав других каталогов. Такие каталоги
называются внешними по отношению к первому.
Каталог,
не имеющий внешних каталогов, называется корневым.
В
Windows
у всех запоминающих устройств и томов жёсткого диска есть свои корневые
каталоги. Они автоматически создаются операционной системой. Участие
пользователя при этом не требуется.
Также файловая система
следит за тем, какие из кластеров в настоящее время используются, какие
свободны, а какие помечены как неисправные (битые сектора диска).
Также в операционной
системе есть встроенная специальная программа – командный процессор. Командный
процессор – это программа, которая запрашивает у пользователя команды и
выполняет их. То есть можно сказать, что командный процессор организует диалог
между пользователем и компьютером и берёт на себя ответственность в выполнении
всех команд, которые даёт пользователь. Например, нам необходимо запустить
программу. Мы даём команду компьютеру, а командный процессор выполняет её.
Идём дальше. Например,
нам нужно скопировать с флеш-брелка текстовый
документ. Для этого мы подключим его к компьютеру через USB-порт. Флеш-брелок
определится у нас на компьютере только после установки в операционную систему
специальной программы для управления этим устройством. Такие программы
называются драйверами устройств.
Таким образом, при
подключении к компьютеру каких-либо устройств, на него должны быть установлены
драйверы для этих устройств. Для некоторых устройств они устанавливаются
автоматически: флеш-брелки, мышка, клавиатура и так
далее; а для некоторых устройств нужно устанавливать драйверы вручную.
Исходя из вышесказанного,
можно сделать вывод, что драйверы устройств – это специальные программы,
которые обеспечивают управление работой устройств и согласование
информационного обмена с другими устройствами, а также позволяют производить
настройку некоторых их параметров. Каждому типу устройств соответствует свой
драйвер.
Если же вы устанавливаете
операционную систему на свой компьютер, то она способна автоматически
определить тип и конкретные модели установленных устройств и подключает
необходимые для их функционирования драйверы. Для работы драйверы загружаются в
оперативную память при включении компьютера.
Также можно
самостоятельно, то есть вручную, устанавливать или переустанавливать драйверы.
Для того, чтобы
пользователю было проще обращаться с компьютером, существует пользовательский
интерфейс. Пользовательский интерфейс – это совокупность средств и
правил передачи информации между пользователем и компьютером.
Существует три типа пользовательского интерфейса: графический, командный и голосовой.
В наши дни наибольшее
распространение получил графический интерфейс.
Он создаётся при помощи
специальных, встроенных в операционную систему, модулей.
В графическом интерфейсе
все команды задаются пользователем при помощи клавиатуры и компьютерной мыши.
Хотя в последнее время
начал распространяться голосовой интерфейс. То есть работа устройства
управляется с помощью голоса. К примерам можно отнести программу Siri.
Также в состав
операционной системы входят служебные программы. С их помощью можно обслуживать
диски, выполнять операции с файлами, работать в компьютерных сетях и так далее.
Для обслуживания дисков используются программы, с помощью которых можно
проверять, дефрагментировать, сканировать диски на
наличие ошибок, и многое другое. К служебным программам для работы с файлами
относятся такие, с помощью которых пользователь может, например, архивировать
файлы.
В любую операционную систему
встроена также справочная система.
С её помощью пользователь
может очень быстро получить информацию о работе операционной системы в целом
или же о работе отдельных её модулей.
А теперь разберёмся с загрузкой
операционной системы. Все файлы операционной системы хранятся во внешней,
долговременной памяти (на жёстком, оптическом или USB флеш-дисках).
Системный диск – это диск, на котором хранятся все файлы операционной системы и с которого
происходит её загрузка.
Как вы знаете, программа
будет выполняться только в том случае, если она загружена в оперативную память.
Тогда возникает закономерный вопрос: если файлы операционной системы хранятся,
например, на жёстком диске, то как происходит её запуск?
Давайте вместе ответим на
этот вопрос.
Первым делом при запуске
компьютера начинают работать программы тестирования компьютера.
После чего происходит
первый этап загрузки операционной системы. Идёт считывание со специальной
микросхемы Bios,
в которой хранятся стартовые файлы операционной системы.
После чего идёт запрос к
системному диску, на котором хранятся файлы всей операционной системы.
И происходит загрузка
компьютера.
           
Современные версии Bios позволяют производить загрузку
операционной системы не только с жёстких и оптических дисков компьютера, но и с
USB флеш-дисков.
Если же при загрузке
компьютера на экране появляется ошибка с текстом: «Non system disk or disk error.», то это говорит о том, что в
компьютере отсутствуют системные диски. При этом загрузка операционной системы
прекращается и компьютер зависает.
Для установки на
компьютер операционной системы необходимо задать предварительные параметры
загрузки компьютера в Bios,
то есть указать, с какого носителя будет произведена загрузка.
После этого нужно
сохранить изменения и перезагрузить компьютер.
На один компьютер можно
устанавливать несколько операционных систем. Но для этого жёсткий диск должен
быть разбит на логические разделы или в системном блоке должно быть
установлено несколько жёстких дисков. Логические разделы – это
независимые области на жёстком диске.
В каждом логическом
разделе может быть создана своя файловая система.
То есть на один
компьютер, но в разные логические разделы могут быть установлены операционные
системы семейства Windows,
Linux
и macOS.
Чтобы перейти от одной операционной системы к другой, необходимо перезагрузить
компьютер. А при запуске выбрать нужную операционную систему.
Но, как вы знаете, в
нашем развивающемся мире ничто не стоит на месте. Поэтому начинают появляться
виртуальные машины. Они позволяют устанавливать одну операционную систему в
логический раздел, который принадлежит другой файловой системе. Благодаря этому
появляется возможность перехода от одной операционной системы к другой без
перезагрузки компьютера.
Пришла пора подвести
итоги урока.
Сегодня мы с вами
подробно изучили состав операционной системы и её функции. Узнали, как
происходит загрузка и установка операционной системы.