Лекції - Теорія систем і системний аналіз

Тема 1.Лекція 1_Вводная.doc (1 стор.)
Тема 2.Лекція 2_Основние понятія.doc (1 стор.)
Тема 3_Реалізація СА, показателі.doc (1 стор.)
Тема 4_Вибор.doc (1 стор.)
Тема 5.Лекція 5_ЛП.doc (1 стор.)
Тема 5.Лекція 6_НП.doc (1 стор.)
Тема 6_Лекція 7_ Багатокритеріальні задачі.doc (1 стор.)
Тема 7_Лекція 8_Вибор в умовах ріска.doc (1 стор.)
Тема 8-9_Лекція 10_Ігра з природою, СА істочніков.doc (1 стор.)
Тема 8_Лекція 9_Теорія ігр.doc (1 стор.)
Оригінал


ТЕМА 3. реалізація системного аналізу при вирішенні проблем техносфери


  1. Коротка характеристика методів СА

  2. Проблеми дослідження складних систем

2.1. Показники системи

  1. Методологія системного аналізу

    1. Постановка завдання

    2. Моделювання та аналіз

    3. Оцінка можливих варіантів вирішення




  1. до Ратко характеристика методів СА



В останні роки методи СА стали широко використовуватися для вирішення таких проблем навколишнього середовища і суспільства як:


 забруднення навколишнього середовища;

 виробнича безпека;

 транспортні потоки;

 медичне обслуговування;

 освіту;

 криміналістика.

По суті методи СА - це способи вибору одного варіанта рішення. Системний підхід до вирішення проблем включає наступні етапи:

 відшукання можливих варіантів рішення;

 визначення наслідків використання кожного з можливих варіантів рішення;

 застосування об'єктивних тверджень або критеріїв, які вказують, чи є одне рішення більш кращим, ніж інші.

При цьому не передбачається, що використовувані способи вибору рішення є єдиними або, що вони не мають визначень.

Визначення СА Квейда і Бучера:

«Системний підхід допомагає особі, що приймає рішення, вибрати послідовність дій шляхом загального вивчення стоїть перед ним проблеми, визначення мети, знаходження варіантів рішення і порівняння останніх під кутом зору відповідних їм результатів, причому для кваліфікованого судження про досліджуваної проблеми використовуються по можливості аналітичні залежності".

Ось деякі положення, які бажано враховувати при системному підході:

  1. процес ухвалення рішення повинен здійснюватися таким чином, аби способи вибору рішень можна було б оцінити, поліпшити або замінити на інші;

  2. критерії оцінки, використовувані в процесі прийняття рішення, повинні бути чітко сформульовані;

  3. зусилля, витрачені на знаходження зв'язків між причиною і наслідком, можуть бути в подальшому виправдані кращим розумінням досліджуваної проблеми.


2. т рудності, пов'язані з дослідженням складних систем


Безліч чинників. Для вибору одного варіанта рішень з багатьох дослідник намагається звести безліч непорівнянних факторів до одного.

Наприклад: проблема житлового будівництва включає в себе естетику, умови проживання, вартість, перспективи подальшого розвитку. Чи можна все це звести до визначення одного параметра, за допомогою якого ми будемо порівнювати можливі рішення? Спочатку розглянемо таке важливе поняття як показник системи.


2.1. Показники системи


Як вже говорилося раніше, елементи системи та сама система володіють властивостями. Тепер можна ввести поняття характеристики системи.

Характеристика - те, що відбиває деяке властивість елемента системи.

Характеристика задається кортежем y i = <name, {value}> де name - ім'я j-й характеристики, {value} - область допустимих значень. Область допустимих значень задається перерахуванням цих значень чи функціонально, за допомогою правил обчислення або вимірювання їх оцінки.

Характеристики поділяються на кількісні і якісні в залежності від типу відносин на безлічі їх значень. Якщо ці відносини метричні, тобто вказується не тільки факт виконання відносини r (y i 1, y i 2), але і ступінь кількісної переваги, то характеристика називається кількісною. Наприклад, висота стола, стільця, розмір екрану монітора, максимальний дозвіл екрану є кількісними характеристиками, оскільки існують шкали вимірів цих характеристик в сантиметрах і пікселах, і можна, наприклад, сказати, що розмір екрану 1-го монітора y i 1 більше розміру екрана 2-го монітора y i 2 на 3 см. Кількісна характеристика називається параметром.

Якщо простір значень не метричне, то характеристика називається якісної. Наприклад, комфортність автоматизованого робочого місця - якісна характеристика.

Системи, як уже говорилося, мають метою.

Мета - ситуація або область ситуацій, яка повинна бути досягнута при функціонуванні системи за певний проміжок часу.

Мета може задаватися вимогами до показників результативності, трудомісткості, оперативності функціонування системи або до траєкторії досягнення заданого результату.

Показник - це характеристика, що відображає якість j-й системи або цільову спрямованість процесу (операції), що реалізується j-й системою).

Показники діляться на:

а) приватні показники якості (ефективності) системи y i j, які відображають i-е істотна властивість j-й системи;

б) узагальнені показники якості (ефективності) системи Y j.


Різниця між показниками якості та ефективності полягає в тому, що показник ефективності характеризує процес і ефект від функціонування системи, а показники якості - придатність системи для її використання за призначенням.
Показники якості відображають властивості самої системи. Ефективність системи обумовлена ​​не тільки свойсвамі системи, але і умовами навколишнього середовища (оточення системи).

В цілому показники можуть бути поставлені у відповідність деяким чинникам, властивим системі.

Опис системи за допомогою багатьох показників заданих якісно або мають різні одиниці виміру є векторною. Інформація, що відноситься до системи, не може бути представлена ​​як результат єдиного виміру. Кожна компонента вектора буде змінюватися при заміні одного можливого варіанту іншим.

Приклад: негативні впливи в системі «людина - середовище проживання». Основними показниками тут є:

  1. захворюваність (А 1);

  2. дитяча смертність (А 2);

  3. медико-генетичні порушення (А 3);

  4. специфічні та онкологічні екологозавісмие захворювання (А 4);

  5. зниження якості питної води (В 1);

  6. радіоактивне забруднення грунтів (В 2);

  7. хімічне забруднення грунтів (В 3);

  8. колективна ефективна доза опромінення (В 4);

  9. критичні рівні (максимальні значення концентрацій забруднюючих речовин (С 1);

  10. ступінь виснаження водних ресурсів (С 2);

  11. ступінь деградації грунтів (С 3);

  12. ступінь забруднення грунтів (С 4);

  13. ступінь деградації наземних екосистем (С 5);

  14. стан рослинності (З 6);

  15. стан тваринного світу (С 7);

  16. зміни геологічного середовища Д 1;

  17. зміни біогеохімічного складу середовища Е.

Таким чином ми тут маємо багатовимірний вектор R. Однак використовуваний при виборі рішення термін «найбільш бажане рішення» містить в собі тільки один єдиний фактор - бажаність, - тобто скалярний опис. таким чином необхідна операція, перетворююча вектор скаляр, що також є одним із завдань системного аналізу. Приклад для тривимірного вектора - на рис.1.





Рис.1



Чисельне уявлення змінних. Дійсно, щоб прооізвесті операції над компонентами вектора і перевести його в скаляр, треба, щоб усі вони були представлені в чисельному вигляді. Однак і при цьому виникають труднощі, наприклад, як зіставити такі несумірний-мі показники, як час і вартість. Чисельна оцінка змінних, таким чином, необхідна в системному аналізі, однак, простого рішення тут немає. Іноді обходять розгляд тих змінних, які важко уявити в чисельному вигляді (наприклад, естетики). Не розглянуті аспекти можуть бути передані іншій особі, що приймає рішення. З іншого боку - в естетиці є і вимірні характеристики (площа відкритого простору, закон «золотого перетину» і т.п.).

Невизначеність початкових даних і рішень. Ця трудність пов'язана з невизначеністю вихідних даних і рішень. Види невизначеностей, що зустрічаються при дослідженні та моделюванні систем, будуть розглянуті пізніше. Вид і ступінь невизначеності вихідних даних і прийнятих рішень може бути різна. Тут же в якості прикладу розглянемо формальну процедуру планування. Будь-яка формальна процедура планування може виявитися неефективною, якщо дані або повністю відсутні, або чітко не визначені і, нарешті, якщо структура самої системи не має однозначного визначення. Тоді постає питання про розумних способи обліку невизначеностей. У будь-якому разі, завдання планування істотно ускладнюється.


3. м етодологія системного планування


Розглянемо процес розробки моделі певної системи, іншими словами - планування моделі. Це може бути система освіти, система медичного обслуговування, оновлення міст, розвитку транспортної мережі і т.п.



Рис.2


В даному випадку, малюнок 2 ілюструє розробку програми розвитку освіти. Стрілками позначаються потоки інформації, прямокутниками - операції, тобто дії.

Цілі операцій зворотного зв'язку і управління - підтвердження логічного відповідності кожної наступної операцією планування з попередніми і видача вказівок на внесення змін у разі виявлення невідповідностей.

Розглянемо окремі операції.

Формулювання проблеми і розгляд окремих принципів. Принцип може бути сформульовано таким чином: всі студенти повинні мати однакові умови отримання освіти.

Цілі - кожен студент повинен одержувати однаковий обсяг інформації.

Завдання - забезпечення всіх однаковими посібниками і в однаковій кількості, забезпечення педагогічними кадрами і т.п.

Вимоги визначають розрив між існуючим станом справ і бажаної ситуацією. В даному випадку це може бути якість навчальних посібників, їх новизна, кількість і якість аудиторних занять і т.п.

Умови. Операція «умови» - це опис взаємозв'язків між змінними, якими особа, що становить план, може керувати і якими необхідно управляти. В даному випадку, це «місце» (район), фінансові можливості і т.п.

Розробка програми. Ця операція полягає в розгляді варіантів, які могли б бути використані для вирішення поставлених завдань, і у визначенні необхідних ресурсів.

Операція зворотного зв'язку і управління служать для підтвердження логічного відповідності кожної наступної операції планування (розробки з попередніми) та видачі вказівок на внесення змін у разі виявлення невідповідностей.

В якості д ругого приклад може служити розробка транспортної мережі. Тут початкова операція - опис умов (середовища), в якій буде функціонувати розглянута транспортна мережа, з урахуванням можливих технологічних і соціальних змін, а також різних варіантів розподілу населення в майбутньому, тобто в інтервалі часу, який охоплюється плануванням (наприклад, на 30 років).




Рис.3



Розглянемо докладніше етап "Розробка програми". В інших випадках це може бути розробка технічної системи та ін Тут також можна виділити етапи (див. рис.3).

Етап "Постановка завдання" передбачає визначення цілей предпринимаемой роботи, розгляд можливостей та потреб, перерахування можливих рішень.

Етап "Моделювання та аналіз" пов'язує вхідні і вихідні дані досліджуваної системи. Нехай, наприклад, ми займаємося завданням проектування транспортної мережі. Тоді вхідними даними можуть бути:

і.т.д.,

а вихідними - вплив на природу і суспільство.

Стратегія дій, відповідна кожному з можливих варіантів, оцінюється шляхом порівняння вихідних даних моделювання з цілями планування на етапі "оцінка можливих варіантів вирішення".

Можна конкретизувати операції, виконувані на етапі "постановка задачі":

  1. формулювання цілей розробляється програми;

  2. визначення стану справ і необхідної додаткової інформації;

  3. визначення вхідних, вихідних і керуючих змінних системи;

  4. перерахування можливих варіантів рішення;

  5. формування уявлень про структуру проблеми і про моделі системи;

  6. оцінка майбутніх умов, що включає передбачення відносно змінних.

Різні дослідники можуть давати дещо інші переліки етапів. Наприклад, такий:

    1. Формулювання проблеми.

    2. Визначення цілей.

    3. Збір інформації.

    4. Розробка максимальної кількості альтернатив.

    5. Відбір альтернатив.

    6. Побудова моделі у вигляді рівнянь (ММ), програм або сценарію.

    7. Оцінка витрат.

    8. Дослідження чутливості рішення (параметричне дослідження).


Як бачимо, тут багато схожості, основні моменти практично ті ж.

Тим не менш, зазвичай не вдається побудувати модель всієї системи в цілому, або це недоцільно через необхідність залучення величезних обчислювальних ресурсів. Тому при дослідженні складних систем вдаються до декомпозиції, або структурному разбиению системи.
Навчальний матеріал
© uadoc.zavantag.com
При копіюванні вкажіть посилання.
звернутися до адміністрації