CC BY
459
Международный электронный научный журнал ISSN 2307-2334 (Онлайн)
Адрес статьи: pnojournal.wordpress.com/archive15/15-01/ Дата публикации: 1.03.2015 № 1 (13). С. 50-55. УДК 001.51: 528: 001.891.3
Решение проблем с использованием системного анализа
Статья раскрывает применение системного подхода к решению проблем. Понятие сложная система используется для обобщенного описания объектов, явлений и процессов. Статья описывает три подхода применения системного анализа: дедуктивный, индуктивный и абдуктивный. Под дедуктивным подходом понимается фрагментарное изучение, упорядочение и обработку свойств объектов, систем или процессов. Индуктивный подход - включающий обобщенное изучение системных свойств объектов, информационных коллекций, процессов. Абдуктивный - совокупное изучение свойств систем, объектов, информационных коллекций, процессов в аспекте выполняемых ими функций.
Описана структурная вложенность объектов как основа для системного поиска решений. Статья описывает процесс решения проблемы в теории систем. Статья описывает этапы решения проблемы: формулировка проблемы; определение цели; выявление средств или ресурсов; построение моделей для отображения связи цель-средства, определение критерия, с помощью которого отыскивается наиболее предпочтительное решение; принятие решения, которое обеспечивает достижение цели имеющимися средствами с наименьшими затратами.
Ключевые слова: системный анализ, философия информации, структурная вложенность, проблемы, задачи, решения, этапы решения проблемы
Perspectives of Science & Education. 2015. 1 (13)
International Scientific Electronic Journal ISSN 2307-2334 (Online)
Available: psejournal.wordpress.com/archive15/15-01/ Accepted: 23 December 2014 No. 1 (13). pp. 50-55.
V. Ya. Tsvetkov
Solving problems using a systematic analysis
Article discloses the use of a systematic approach to problem solving. The concept of a complex system is used for a generalized description of objects, phenomena and processes. This article describes three approaches application of systems analysis: deductive, inductive and abductive.
Under deductive approach means fragmentary study, ordering, and processing properties of objects, systems or processes. Inductive approach - including a generalized study of system properties of interest, information collections processes. Abductive - comprehensive study of the properties of systems, facilities, information collections, processes in the aspect of their functions.
Described structural nested objects as the basis for system solutions. This article describes the process of solving problems in systems theory. This article describes the steps to solve the problem: statement problem; defining objectives; identifying the means or resources; construction of models to display the link target funds, the definition of the criterion, which is the most preferred solution; a solution that ensures the achievement of the objectives of the available funds with the lowest costs.
В.Я.Цветков
Keywords: system analysis, philosophy of information, structural nesting problems, tasks solving, steps to solve the problem
Введение
истемный анализ применяют в разных областях. Он применяется при исследовании явлений, объектов и процессов [1, 2113]. Он применяется при детализации систем и при усложнении систем. Он применяется при Нйлизе структур информационных систем [4, 5] обработке информации и при анализе информационных конструкций [6, 7]. В тоже время существуют разные подходы применения системного анализа при исследовании.
Первый подход применения системного анализа включает фрагментарное изучение свойств объектов, систем или процессов. Он также включает их упорядочение и последующую обработку. Такое исследование позволяет создавать описание отдельных свойств систем, объектов, процессов. Этот подход по методу анализа можно определить как дедуктивный или «сверху — вниз». По результату его можно определить как детализованный или атрибутивный, поскольку результатом анализа является определение отдельных свойств (атрибутов) объекта исследования, безотносительно к другим свойствам объекта исследования.
Второй подход применения системного анализа включает обобщенное изучение системных свойств объектов, информационных коллекций, процессов. Такое исследование позволяет создавать обобщенное описание объектов, процессов, информационных коллекций. Этот подход по методу анализа можно определить как ин-дВтивный или «снизу — вверх». По результату его можно определить как обобщенный, поскольку результатом анализа является обобщенное представление свойств или структуры, связей объекта исследования, безотносительно к частным и несущественным свойствам объекта исследования.
Третий подход применения системного анализа включает совокупное изучение свойств систем, объектов, информационных коллекций, процессов в аспекте выполняемых ими функций. Такое исследование позволяет создавать функциональное описание объектов, процессов, информационных коллекций. Этот подход по методу анализа можно определить как абдуктивный или «встречных потоков» [8]. По результату его можно определить как функциональный или целостный, поскольку результатом анализа является целостное представление объекта исследования позволяющее выполнять заданные функции.
Терминологические отношения [9]
В качестве общего понятия используем термин «объект исследования». Объект исследова-Ьия может обозначать и является более общим |по отношению к понятиям: «сложная система», «объект», «процесс», «информационная коллекция», «модель», «информационная модель». Термины «сложная система» и «система» явля-
ется более общим по отношению к понятиям: «объект», «процесс», «информационная коллекция», «модель», «информационная модель». Это обусловлено тем, что они исключают частности и включают только общие признаки. Объектом будем называть объекты реального мира. Модель и информационная модель являются упрощением объекта.
Мир есть система систем [10, 11]. Это отражается во многих науках от философии до астрономии. Объект реального мира, обозначаемый термином «система» занимает средний уровень. Он находится во внешней среде, которая образует внешний уровень по отношению к объекту исследования и которую можно назвать термином «надсистема». Реальный объект имеет компоненты, которые можно назвать термином «подсистема».
Структурная вложенность объектов
Системный анализ имеет двойственность (пример дихотомии) [4]. С одной стороны это вид анализа, который направлен на выявление системных свойств объекта исследования или на исследование объекта как системы. При таком анализе процессы (динамика) отступают на второй план. Главным в интерпретации результатов исследования является субстанциональное описание. С другой стороны системный анализ может быть направлен на исследование системы процессов. Главным в интерпретации этого исследования является процессуальное описание или динамика объекта исследования. Поэтому, при использовании системного анализа, необходимо уточнять, на какой результат он направлен: на процесс или на субстанцию. Употребляя термин «система» в дальнейшем будем понимать обобщение объекта или процесса.
С позиции системного подхода объект — это сложная система, выполняющая определенную функцию в объекте более высокого уровня — надсистеме. С другой стороны пространственный объект — это сложная система, имеющая свои части и элементы по отношению к котором он также является надсистемой. Иерархия отношений или структурная вложенность объектов, выраженная в терминах системного анализа, приведена на рис.1.
Триада «надсистема-система-подсистема» образуют основу функционирования системы. Подсистема может включать определенные части или блоки. Они образуют еще более мелкий и уровень. Такое деление вниз продолжается до элемента и элементарного уровня. Однако подчеркнем, что при таком делении необходимо определять критерий делимости системы [12]. В зависимости от критерия делимости могут получаться разные элементы и разные элементарные уровни [13]. Принципиальной является модель структурной вложенности, приведенная
¡нашя!^.
Надсистема
Система
Подсистема
Часть подсистемы
Рис.1. Структурная вложенность объектов в терминах систем
Структурная вложенность — это не структура, а обобщение иерархии уровней системы и ее окружения. Структурой системы называют схему связей и отношений между частями и элементами системы. Место элемента системы в структуре характеризует позицию элемента в этой структуре. Структурная вложенность — это схема отношений между частями системы.
Части системы элементы и компоненты — являются субстанцией этой системы. Но части и элементы не являются самостоятельными. Только система обладает свойством эмерджент-ности — несводимости свойств системы к сумме свойств ее частей и элементов.
Системное решение
Теория систем или системный анализ дает возможность не только построения структур сложных систем, структур процессов и информационных потоков, но и некоторые общие методы исследования [14] и общие методы решения. Одним из таких методов является обобщенное (системное) решение проблем. Проблема отличается от задачи тем, что метод ее решения является более общим чем метод решения задачи. Метод решения проблемы, как правило, не существует или не известен. В системном аспекте проблема является более общим понятием по отношению к задаче. Поэтому решение проблемы сводят к постановке и по-¡¡следующему решению совокупности задач. Другими словами, решение проблемы осуществляют на основе декомпозиции проблемы на задачи. В теории моделирования такой метод называется редуцированием. Задачи, сформированные на основе декомпозиции проблемы, могут быть новыми или известными. Одна из форм развития науки состоит в том, что все новые проблемы
по возможности сводят к решаемым задачам или ставят новые задачи.
Проблема характеризуется проблемной ситуацией. Проблемная ситуация может быть описана в виде выражений, связывающих цель со средствами ее достижения и противоречиями в выборе средств или реализации решения. В информационном поле проблемная ситуация моделируется в виде информационной ситуации
[15].
Отсюда вытекает особенность решения проблем и задач, которая состоит в выборе и использовании необходимых (информационных) ресурсов для решения задач. Это определяет необходимость учета и выбора ресурсов. Другая особенность решения проблем заключается в выборе критерия получения решения, так решений может быть несколько [16]. При этом могут быть использованы критерии функционирования системы, показателя эффективности системы, целевая функция и т.п.
Процесс решения любой проблемы в теории систем обобщенно представим в виде следующих этапов:
• Корректная формулировка проблемы.
• Определение цели или ряд целей, достижение которых будет означать, что проблема решена.
• Выявление средств или ресурсов, с помощью которых может быть достигнута цель.
• Построение моделей, в которых с помощью формализованного описания отображается связь между целями, средствами и результатами.
• Определение критерия, с помощью которого отыскивается наиболее предпочтительное решение.
• Принятие решения, которое обеспечива-
ет достижение цели имеющимися средствами с наименьшими затратами.
Определение цели. В теории систем цель определяется как желаемое состояние системы или ¡результаты ее деятельности [17, 18]. Она реализует две функции:
• выступает как конечный результат решения проблемы;
• определяет действия, направленные на получение конечного результата.
Независимо от специфики системы ее цели относятся к двум категориям — стабилизации и развитию. Цели стабилизации направлены на сохранение достигнутого уровня развития и функционирования. Цели развития направлены на создание дополнительных ресурсов, которыми данная система не обладает, или достижение новых ее состояний, к которым она стремится.
Выявление средств или ресурсов. Средства достижения цели — это ресурсы и действия, обеспечивающие получение результата. Важно подчеркнуть, что средством те или иные предметы являются не сами по себе, а лишь в результате включения в систему деятельности.
Диалектика взаимоотношения цели и средства состоит в том, что цель не только определяет тот или иной объект как соответствующее ей средство, но и сама выступает как нечто содержательное, конкретное лишь в связи с отношением к средству. Взаимодействия целей и средств носят характер двусторонней детерминации.
С одной стороны, в зависимости от поставленной цели осуществляется выбор средств для ее достижения. С другой стороны, та совокупность средств, которой общество располагает на данной стадии своего развития, в общем виде предполагает и спектр целей, достижение которых возможно и реально. С утилитарной позиции человечество ставит себе часто только такие задачи, которые оно может разрешить. Однако такая позиция исключает развитие и поступательное движение. Поэтому в науке ученые ставят цели, которые никто до них не мог достичь. В науке ученые находят ресурсы или создают ресурсы. которые никто до них не использовал. Поэтому наука является основой прогресса и развития человечества.
Ценность ресурса зависит не только от его собственной природы, но и от его причинной связи с целью и с возможностью достижения цели.
Построение моделей для отображения связи цель-средства. Модель создается для изучения существенных свойств реальных систем (про-Иксов) или управления ими [19, 20]. Модель упрощает и отображает наиболее существенные стороны изучаемого объекта. Существенность ^признаков определяется целью. Однако это является слабым местом моделирования, так как «существенность» является субъективной характеристикой эсперта.
Моделирование как метод научного познания и исследования выступает в качестве важного этапа решения практических проблем, который позволяет получить дополнительные сведения об интересующих системах, проверить предлагаемые варианты решений или отыскать новые варианты решений.
Определение критерия, с помощью которого отыскивается наиболее предпочтительное решение. Критерий — это признак или условие, по которому оценивается наиболее предпочтительный вариант из различных вариантов решения. Критерий, как правило, выражается формализовано, что обеспечивает его объективность и отделение от субъекта. Критерий можно рассматривать как еще одну модель. Критерий должен отвечать следующим основным требованиям:
• быть представительным, т.е. учитывать все главные стороны деятельности системы;
• быть чувствительным к изменению исследуемых параметров (показателей), т.е. при их сравнительно малых изменениях меняться в ощутимых пределах;
• быть по возможности простым, если только простота не наносит ущерб точности;
• быть эффективным в статистическом смысле, т.е. должен обладать сравнительно небольшой дисперсией и, следовательно, определятся с достаточной достоверностью и точностью;
• быть мерой эффективности системы (надежности, производительности и экономичности).
При выборе совокупности критериев необходимо выполнять следующее условие: критерии, используемые для решения задач низшего уровня управления, должны соответствовать, логически совпадать с критериями, используемыми на следующем, более высоком уровне. Процесс формирования критериев должен идти сверху вниз при условии, что снизу вверх поступает необходимая информация. Следует подчеркнуть, что формирование системы критериев эффективности является краеугольным камнем теории систем. От правильного выбора критериев зависит научная и практическая ценность результатов определения и контроля эффективности систем.
Принятие решения, которое обеспечивает достижение цели имеющимися средствами с наименьшими затратами.
Решением в теории систем называется способ достижения цели для в рамках поставленной проблемы. При наличии нескольких вариантов решений выбор одного может осуществляется по некоторым критериям, которые позволяют оценивать альтернативы с точки зрения одной или нескольких целей. Для принятия решений необходимы [21]:
• четко сформулированная цель;
• список альтернативных возможностей (стратегий);
• знание факторов, которые могут повлиять на последствия реализации выбранного варианта решения.
Заключение
Системный подход позволяет сформировать общий системный метод решения задач. Именно общий, а не частный подход дает возможность получить решение проблемы. Системный подход позволяет рассматривать задачу и решение задачи как сложную системы. Для задачи применяют субстанциональную модель системы. Для решения применяют процессуальную модель системы. Обе систем-
Кные "йодши 'допоайяют^ррг^руга. СистемЖгй! метод решения задач требует выполнения ряда условий. Он требует выполнения ряда терминологических отношений. Он подразумевает наличие иерархии между компонентами задачи или компонентами решения. Он требует четкого формулирования ряда целей, достижение которых будет означать, что проблема решена. Он требует выявление и использования ресурсов [22], необходимых для получения решения. В информационной области такими ресурсами могут быть информационные ресурсы.
10. 11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21. 22.
2. 3.
4.
5.
6.
7.
8. 9.
ЛИТЕРАТУРА
Берталанфи фон Л. Общая теория систем - критический обзор. / В кн. Исследования по общей теории систем. М.: Прогресс, 1969. С. 23 -82.
Волкова В. Н., Денисов А. А. Основы теории систем и системного анализа. СПб.: Изд-во СПбГТУ 2001. 512 с. Монахов С.В., Савиных В.П., Цветков В.Я. Методология анализа и проектирования сложных информационных систем. М.: Просвещение, 2005. 264 с.
Tsvetkov V.Ya. Dichotomous Systemic Analysis. Life Science Journal. 2014. 11(6). рр. 586-590.
Урманцев Ю.А. Начала общей теории систем / в кн. Системный анализ и научное знание. М.: Наука. 1978.
С. 7-41.
Цветков В.Я. Системный анализ при обработке информации. LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, Saarbrücken, Germany, 2014. 82.
Tsvetkov V. Ya. Information Constructions // European Journal of Technology and Design, 2014, Vol.(5), № 3. pp. 147-152.
Цветков В.Я., Вознесенская М.Е. Метод встречных потоков при проектировании программных продуктов // Успехи современного естествознания. №3. 2010. С.138-139.
Тихонов А.Н., Иванников А.Д., Цветков В.Я. Терминологические отношения // Фундаментальные исследования. 2009. № 5. С.146-148.
Уемов А.И. Системный подход и общая теория систем. М.: Мысль, 1978. 272 с.
Иванников А.Д., Кулагин В.П., Мордвинов В.А, Найханова Л.В., Овезов Б.Б., Тихонов А.Н., Цветков В.Я. Получение знаний для формирования информационных образовательных ресурсов. М.: ФГУ ГНИИ ИТТ «Информика», 2008. 440 с.
V.Ya.Tsvetkov. Semantic Information Units as L. Floridi's Ideas Development // European Researcher, 2012, Vol.(25), № 7, p.1036-1041.
Цветков В.Я. Разработка и исследование моделей и методов семантического управления интенсифицированными потоками мультимедиа в образовательном пространстве. М.: ФГБОУ МГТУ МИРЭА, 2013. 178 с.
Блауберг И.В., Юдин Э.Г. Становление и сущность системного подхода. М.: Наука, 1973. 114 с.
V.Ya. Tsvetkov. Information Situation and Information Position as a Management Tool // European Researcher, 2012,
Vol.(36), № 12-1, p.2166- 2170.
Цветков В.Я. Информационное управление. LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, Saarbrücken, Germany, 2012. 201 с.
Боулдинг К. Общая теория систем - скелет науки / Исследования по общей теории систем. М.: Прогресс, 1969. С. 106-124.
Tsvetkov V.Ya. Multipurpose Management // European Journal of Economic Studies 2012, Vol.(2), № 2, р.140-143. Цветков В.Я. Информационное моделирование при социологических исследованиях // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2013. №4. С.87-90.
Цветков В.Я. Когнитивные аспекты построения виртуальных образовательных моделей // Перспективы науки и образования. 2013. № 3. С. 38-46.
Тихонов А.Н., Цветков В.Я. Методы и системы поддержки принятия решений. М.: МаксПресс, 2001. 312 с. Цветков В.Я. Информационные модели и информационные ресурсы // Из Геодезия и аэрофотосъемка. 2005. № 3. С.85-91.
1 звестия высших учебных заведений.
REFERENCES
Bertalanfi fon L. Obshchaia teoriia sistem - kriticheskii obzor. / V kn. Issledovaniia po obshchei teorii sistem [General systems theory - a critical review / In the book. Research on General systems theory]. Moscow, Progress Publ., 1969, pp. 23 -82.
Volkova V. N., Denisov A. A. Osnovy teorii sistem i sistemnogo analiza [Fundamentals of systems theory and system analysis]. Saint-Petersburg, SPbGTU Publ., 2001. 512 p.
Monakhov S.V., Savinykh V.P., Tsvetkov V.Ia. Metodologiia analiza i proektirovaniia slozhnykh informatsionnykh sistem [Methodology for the analysis and design of complex information systems]. Moscow, Prosveshchenie Publ., 2005. 264 p.
Tsvetkov V.Ya. Dichotomous Systemic Analysis. Life Science Journal, 2014, 11(6), pp. 586-590.
Urmantsev Iu.A. Nachala obshchei teorii sistem / v kn. Sistemnyi analiz i nauchnoe znanie [The beginning of General
systems theory / in the book. System analysis and scientific knowledge]. Moscow, Nauka Publ., 1978, pp. 7-41 (in
Russian).
Tsvetkov V.Ia. Sistemnyi analiz pri obrabotke informatsii [System analysis when processing information]. LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, Saarbrücken, Germany, 2014. 82 p.
Tsvetkov V. Ya. Information Constructions. European Journal of Technology and Design, 2014, Vol.(5), no. 3, pp. 147152.
Tsvetkov V.Ia., Voznesenskaia M.E. The method of counter-flows when designing software. Uspekhi sovremennogm estestvoznaniia - Successes of modern natural science, 2010, no. 3, pp. 138-139 (in Russian).
Tikhonov A.N., Ivannikov A.D., Tsvetkov V.Ia. Terminological relations. Fundamentally e issledovaniia - Fundamental
9
PFresearch, 2009, no. 5, pp.TÍW-14'8 (in Russian).
10. Uemov A.USistemnyipodkhod i obshchaia teoriiasistem [Systematic approach and General systems theory]. Moscow, Mysl' Publ., 1978. 272 p.
11. Ivannikov A.D., Kulagin V.P., Mordvinov V.A, Naikhanova L.V., Ovezov B.B., Tikhonov A.N., Tsvetkov V.Ia. Poluchenie znanii dlia formirovaniia informatsionnykh obrazovatel'nykh resursov [Obtaining knowledge to develop information and educational resources]. Moscow, In] formika Publ., 2008. 440 p.
12. V.Ya. Tsvetkov. Semantic Information Units as L. Floridi's Ideas Development. European Researcher, 2012, Vol.(25), no. 7, pp.1036-1041.
13. Tsvetkov V.Ia. Razrabotka i issledovanie modelei i metodovsemanticheskogo upravleniia intensifitsirovannymipotokami multimedia v obrazovatel'nom prostranstve [Research and development of models and methods of semantic control intensified the media streams in the educational space]. Moscow, MGTU MIREA Publ., 2013. 178 p.
14. Blauberg I.V., Iudin E.G. Stanovlenie i sushchnost' sistemnogo podkhoda [Formation and essence of a systematic approach]. Moscow, Nauka Publ., 1973. 114 p.
15. V.Ya. Tsvetkov. Information Situation and Information Position as a Management Tool. European Researcher, 2012, Vol.(36), no. 12-1, pp.2166-2170.
16. Tsvetkov V.Ia. Informatsionnoe upravlenie [Information management]. LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, Saarbrücken, Germany, 2012. 201 p.
17. Boulding K. Obshchaia teoriia sistem - skelet nauki / Issledovaniia po obshchei teorii sistem [General systems theory -the skeleton of science]. Moscow, Progress Publ., 1969. pp. 106-124.
18. Tsvetkov V.Ya. Multipurpose Management. European Journal of Economic Studies, 2012, Vol.(2), no. 2, pp.140-143.
19. Tsvetkov V.Ia. Information modeling in sociological research. Mezhdunarodnyizhurnalprikladnykhifundamental'nykh issledovanii - International journal of applied and fundamental research, 2013, no. 4, pp.87-90 (in Russian).
20. Tsvetkov V.Ia. Cognitive aspects of building a virtual educational models. Perspektivy nauki i obrazovaniia -Perspectives of science and education, 2013, no. 3, pp. 38-46 (in Russian).
21. Tikhonov A.N., Tsvetkov V.Ia. Metody i sistemy podderzhki priniatiia reshenii [Methods and systems decision support]. Moscow, MaksPress Publ., 2001. 312 p.
22. Tsvetkov V.Ia. Information model and information resources. Geodeziia i aerofotos"emka - Geodesy and aerial photography, 2005, no. 3, pp. 85-91 (in Russian).
Информация об авторе
Цветков Виктор Яковлевич
(Россия, Москва) Профессор, доктор технических наук, советник ректората Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики E-mail: [email protected]
Information about the author
Tsvetkov Viktor Yakovlevich
(Russia, Moscow) Professor, Doctor of technical sciences, Advisor to the Rectorate Moscow State Technical University of Radio Engineering, Electronics and Automation E-mail: [email protected]
