Міністерство освіти І науки україни тернопільська академія народного господарства інститут комп’ютерних інформаційних технологій




Pdf просмотр
Сторінка1/12
Дата конвертації14.03.2017
Розмір5.73 Kb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ТЕРНОПІЛЬСЬКА АКАДЕМІЯ НАРОДНОГО ГОСПОДАРСТВА
ІНСТИТУТ КОМП’ЮТЕРНИХ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ



Кафедра комп’ютерних наук


Методичний посібник
з дисципліни
“Системний аналіз”

для студентів спеціальності
“Економічна кібернетика”






Тернопіль 2004


2
Методичний посібник розроблений у відповідності з навчальним планом спеціальності
“Економічна кібернетика”

Автор: Дивак Микола Петрович





Методичний посібник розглянутий на засіданні кафедри комп’ютерних наук Тернопільської академії народного господарства.
Протокол № ___ від ___._____________ 2004 р.

Відповідальний за випуск: Малько О.Г.

Рецензенти:
Доктор технічних наук, професор Карпінський М.П.
Кандидат технічних наук, доцент Малько О.Г.


3
ЗМІСТ
Вступ.........................................................................................................................5 1.
Розвиток системних уявлень та необхідність виникнення системного підходу......................................................................................................................6 1.1.
Сучасні уявлення про склад загальної теорії систем.................................6 1.2.
Історія розвитку системних уявлень...........................................................7 1.3.
Основні напрямки системних досліджень..................................................8 1.4.
Передумови та необхідність виникнення системного підходу................9 1.5.
Предмет системного аналізу......................................................................11 2.
Основні поняття системного аналізу.........................................................14 2.1.
Принципи системного підходу..................................................................14 2.2.
Поняття системи, навколишнього середовища, мети, декомпозиції, елементу, функції, стану, процесу.......................................................................17 2.3.
Поняття та класифікація структур систем. Особливості структурно- топологічного аналізу...........................................................................................20 2.4.
Види потоків в системах. Діаграми потоків даних..................................28 3.
Класифікація та властивості систем..........................................................32 3.1.
Загальні підходи до класифікації систем..................................................32 3.2.
Класифікація КІС за принципом функціонування...................................34 3.3.
Поняття складності та масштабності систем............................................34 3.4.
Властивості складних систем.....................................................................36 3.5.
Класифікація систем за способом керування...........................................37 4.
Моделювання в системному аналізі..........................................................38 4.1.
Моделювання як спосіб наукового пізнання та його призначення в СА.
Поняття адекватності моделі................................................................................38 4.2.
Класифікація моделей.................................................................................40 4.3.
Кортежний запис моделі.............................................................................42 5.
Аналіз та синтез в системних дослідженнях............................................43 5.1.
Аналітичний підхід до дослідження складних систем............................43 5.2.
Повнота моделі. Декомпозиція та агрегування........................................45 5.3.
Види агрегатів СА.......................................................................................47 5.4.
Системні особливості моделей інформаційних систем...........................50 6.
Методологічні аспекти моделювання із застосуванням системного підходу....................................................................................................................53 6.1.
Аксіоматичний підхід дослідження систем..............................................53 6.2.
Метод “чорної скриньки”. Невизначеність при побудові моделей “вхід- вихід”......................................................................................................................54 6.3.
Проблеми побудови оптимізаційних моделей в системному аналізі......................................................................................................................55 6.4.
Імітаційне моделювання при прийнятті пішень.......................................56 7.
Системні аспекти застосування стохастичного та теоретико- множинного підходів для побудови моделей “вхід-вихід”...............................57 7.1.
Основні задачі синтезу моделей “вхід-вихід” статичних систем на основі експериментальних даних........................................................................57 7.2.
Особливості стохастичного підходу.........................................................60


4 7.3.
Основні етапи регресійного аналізу..........................................................61 7.4.
Методологія теоретико-множинного-інтервального підходу................64 7.5.
Планування насичених експериментів у випадку інтервального представлення вихідних змінних моделей статичних систем...........................72 7.6.
Методологічні аспекти структурної ідентифікації моделей систем......76 8.
Системні аспекти оптимізаційного моделювання....................................81 8.1. Прийняття рішень в умовах багатокритеріальності...........................................81 8.2.
Емпіричні методи встановлення важливості критеріїв...........................82 8.3.
Прийняття рішень в умовах нечітко заданих критеріїв..........................84 9.
Особливості методологій системного аналізу..........................................87 9.1.
Послідовність методологія-метод-нотація-засіб......................................87 9.2.
Методології системних досліджень...........................................................89 9.3.
Основні етапи розв’язування проблем в КІС. Поняття життєвого циклу системи...................................................................................................................90 9.4. Методологія системного дослідження, орієнтована на дослідження
існуючих систем та виявлення проблем.............................................................96 10.
Особливості методів системного аналізу...............................................100 10.1.
Метод дерева цілей...................................................................................100 10.2.
Метод Дельфі.............................................................................................103
Основна література..............................................................................................108
Додаткова література..........................................................................................108
Тестові завдання..................................................................................................110













5
ВСТУП
Мета викладання дисциплiни "Системний аналіз”– ознайомити студентів з методологією дослідження таких властивостей та відношень на об’єктах комп’ютеризації які важко спостерігаються шляхом представлення цих об’єктів у вигляді цілеспрямованих систем; надати практичні навики застосування системної методології для аналізу, моделювання та проектування складних об’єктів, побудови комп'ютерних iнформацiйних систем (КIС), розв’язування інформаційних проблем в них; розвинути навики використання практичних методологiй системного аналiзу (СА) для логiко- фiзичного моделювання та проектування КIС; сформувати у майбутнiх спецiалiстiв системне мислення.
В результатi вивчення курсу студенти повиннi знати: етапи розвитку системних уявлень, основні напрямки системних досліджень, основні поняття (СА) та принципи системного підходу; системно-методологічні аспекти моделювання; методології та методи СА; методи отримання
інформації для СА; основні методології проектування КІС; вміти: розрізняти проблеми, до яких застосування СА є доцільним; інтерпретувати основні поняття СА та принципи системного підходу до КІС та об’єктів комп’ютеризації; класифікувати системи та методи системного моделювання; застосовувати аналітичний та синтетичний підходи до моделювання КІС та об’єктів комп’ютеризації; побудувати життєвий цикл системи, застосовувати методології, методи та алгоритми системного аналізу для розв’язування проблем на складних об’єктах комп’ютеризації; організувати збір інформації для СА відповідно до принципів системного підходу; застосовувати методології СА при проектуванні конкретних КІС.
Даний методичний посібник включає 80% змістовних модулів курсу
“Системний аналіз”, який викладається для студентів, що навчаються за спеціальністю “Економічна кібернетика”. Для перевірки отриманих знань в навчальному посібнику наведені тестові завдання, для проведення яких додається дискета з програмним забезпеченням, розроблена автором.
Зручність такого підходу очевидна – за короткий проміжок часу є можливість об’єктивно оцінити знання достатньо великої групи студентів.
Програмне забезпечення з наявними тестами може також бути використане для перевірки знань теоретичної частини студентами у процесі екзаменування.


6
1.
РОЗВИТОК СИСТЕМНИХ УЯВЛЕНЬ ТА НЕОБХІДНІСТЬ
ВИНИКНЕННЯ СИСТЕМНОГО ПІДХОДУ
1.1.
Сучасні уявлення про склад загальної теорії систем
1.2.
Історія розвитку системних уявлень.
1.3.
Основні напрямки системних досліджень.
1.4.
Передумови та необхідність виникнення системного підходу.
1.5.
Предмет системного аналізу.
1.1.Сучасні уявлення про склад загальної теорії систем
Загальна теорія систем вивчає можливі аспекти дослідження систем, в тому числі і прийняття рішень в них. Системний аналіз є складовою частиною теорії систем разом із такими дисциплінами, як: кібернетика,
інформатика, дослідження операцій та системотехніка.
Розвиток методів системного аналізу в основному пов’язаний із розвитком складових частин загальної теорії систем.
Кібернетика – вивчає системи зі зворотнім зв’язком і аспект керування
інформацією в цих системах, розглядаючи при цьому строго формалізовані задачі.
Інформатика – займається дослідженням процесів збереження, накопичення, перетворення, передачі даних та інформації із застосуванням комп’ютерної техніки.
Дослідження операцій – вивчає методи прийняття рішень при цьому переважно розглядаються формалізовані задачі.
Системотехніка – наука, яка вивчає застосування методів системного аналізу для дослідження технічних схем.
Системний аналіз – це сукупність методологічних засобів, які використовуються для підвищення ступеня обґрунтованості рішень у складних (слабко-структурованих) проблемах політичного, військового, наукового, соціального і економічного характеру. Системний аналіз передбачає розгляд об’єктів як систем, переважно цілеспрямованих. Основні методологічні засади системного аналізу базуються на принципах системного підходу.
ТС – теорія систем
К - кібернетика
ДО – дослідження операцій
СА – системний аналіз
С - системотехніка
І - інформатика

Необхідність вивчення методологій та методів системного аналізу обумовлена потребами його застосування при створені та розвитку


7
комп’ютеризованих інформаційних систем. У яких існують складні часто слабко структуровані зв’язки між елементами. Не систематизоване внесення змін в елементи та зв’язки цих систем часто призводить до зниження ефективності їх функціонування.

1.2. Історія розвитку системних уявлень
Історія розвитку методів системного аналізу стосується розвитку складових загальної теорії систем і пов’язана із розвитком двох понять: системності та керування, яке включає етапи прийняття рішень. Обидва поняття усвідомлено чи неусвідомлено застосовували ще з давніх-давен.
Розглянемо основні історичні віхи, які супроводжували наукове становлення цих понять.
І. Питання про науковий підхід до керування складними системами вперше в конкретному вигляді було поставлене М.А. Ампером в його роботі
«Дослідження філософії наук, або аналітичний виклад класифікації всіх людських знань» (част. І — 1834 p., II — 1843 p.), в якій була виділена наука про керування державою, названа кібернетикою.
ІІ. Польський вчений Броніслав Трентовський, професор
Фрайбургського університету, видав в 1843 р. в Познані польською мовою книгу «Ставлення філософії до кібернетики як до мистецтва керування народом». Особливістю праці Броніслава Трентовського було відображення наукових основ практичної діяльності керівника – «гі-бернета». Сенс грецького слова χοβερνω (гіберно) був добре зрозумілий ще в ХІХ-му сторіччі — адміністративна одиниця, населена людьми. В ширшому сенсі — об'єкт керування, до складу якого входять люди, а χοβερνετ (гібернет) — особа, що керує ресурсами та людьми, які населяють територію, який повинен вміти, виходячи з загального блага, примиряти деякі суперечності,
інші — загострювати, скеровуючи розвиток до потрібної мети. За
Трентовським дійсно ефективне керування повинно враховувати всі внутрішні та зовнішні фактори, що впливають на об'єкт керування, а головна складність його реалізації пов'язана зі складністю поведінки людей.
Броніслав Трентовський далеко просунувся в розумінні та усвідомленні системності людських колективів, груп, розумінні складності керування людьми.
ІІІ. Наступний етап у вивченні системності як самодостатнього предмета пов'язаний з прізвищем О. О. Богданова (справжнє прізвище –
Малиновський), який протягом 1911-1925 pp. видав 3 томи книги «Всеобщая организационная наука (тектология)».
За Богдановим в суспільстві (і в біологічних системах) існує функціональна сторона, його прагнення швидко адаптуватися, і консервативна – це архітектурна схема організації. Лише активне використання зовнішнього середовища забезпечує збереженість системи.
Здійснюючи позитивну селекцію, система за рахунок зовнішнього середовища збільшує кількість внутрішніх зв'язків, підвищує свою складність, підвищуючи разом з цим ефективність свого функціонування.


8
Негативна селекція видаляє всі вибухонебезпечні джерела, долаючи внутрішній антагонізм організації, підвищує її однорідність, порядок в ній, систематизацію, структурну стійкість. Але одночасно негативна селекція зменшує функціональну ефективність організації.
IV. Відчутний вплив на усвідомлення деяких аспектів поняття системності та особливо керування мають роботи Н. Вінера.
Його праця «Кібернетика», що вийшла з друку в 1948 р. визначає кібернетику як «науку про управління та зв'язок в тваринах та машинах».
Пізніше Вінер почав аналізувати процеси в людському суспільстві з точки зору кібернетики. З кібернетикою пов'язаний розвиток таких системних уявлень, як типізація моделей систем, виявлення особливого значення зворотних зв'язків у системі, підкреслення принципу оптимальності в управлінні та синтезі систем, усвідомлення значення інформації та можливостей її кількісного описання, розвиток методології моделювання, особливо проведення обчислювальних експериментів із застосуванням комп'ютера (що привело до розвитку важливого напрямку моделювання —
імітаційного). Однак кібернетика найбільш сильно проявила свої можливості при дослідженні технічних систем.
V. Виникнення загальної теорії систем (ЗТС) пов'язують з іменем австрійського фізіолога Людвіга фон Берталанфі, який в 20—30-і роки займався питаннями системного підходу при вивченні живих організмів, розвиваючи загальну точку зору на необхідність цілісного підходу в біології та фізіології. У 1956 р. він організував наукове товариство з досліджень у області ЗТС, що видавало щорічні збірники наукових праць, в яких системний підхід розглядався як універсальна концепція, що об'єднує
інтереси різноманітних наук. У 1962-1968 pp. Л. фон Берталанфі включав в
ЗТС багато наук: кібернетику, теорію інформації, теорію рішень, топологію, факторний аналіз, теорію множин, теорію мереж, теорію автоматів, теорію масового обслуговування, теорію графів.
1.3. Основні напрямки системних досліджень
Людвіг фон Берталанфі виділяє наступні три основні тенденції в ЗТС: наука про системи; системна технологія; системна філософія.
1. Наука про системи досліджує застосування системних концепцій у фізичних, суспільних науках та науках про поведінку емпіричним чином. Увага зосереджується на науковому вивченні цілого та цілісності на противагу до поелементного, редукціоністського підходу. Реалізуються спроби оцінки рівнів складності та способів взаємодії і взаємних стосунків між компонентами системи, що аналізується. Широко використовуються математичні моделі для визначення подібності та ізоморфізмів в різних видах систем.
2. Системна технологія розглядає проблеми, що виникають у промисловості та суспільстві, які можна досліджувати шляхом


9
застосування теорії систем. У системному аналізі, науці про управління, дослідженні операцій, інформатиці та промисловій інженерії концепції
ЗТС трансформуються при пошуку практичних розв'язань конкретних проблем.
3. Системна філософія намагається концептуалізувати взаємні зв'язки та взаємні залежності між теоріями, що сформульовані в різних сферах наукових досліджень, є спробою об'єднати розділи традиційної науки в межах філософських концепцій загальних систем.
Особливо слід відзначити розвиток системної технології стосовно технічних систем, що дозволило започаткувати новий науковий напрямок – системотехніку. Системотехніка виникла у США на початку 50-х років і описує своєрідні «правила поведінки» інженера, що конструює складні системи. Основними завданнями системотехніки є:

виявлення та описання найзагальніших системних характеристик та закономірностей, що не залежать від конкретного типу технічних комплексів;

розроблення експериментальних методів, що дозволяють з достатнім рівнем достовірності та за умови прийнятного об'єму ресурсів оцінити теоретичні концепції;

розроблення методів реалізації принципів системотехніки при створенні та використанні конкретних систем.
Розвиток основних тенденцій в ЗТС спричинив виникнення системології. Вона розглядається як «комплекс понять і концепцій, що стосуються і системного підходу, і системного аналізу, і загальної теорії систем, і системотехніки, і теорії ієрархічних систем», тобто є поєднанням
«науки про системи» та окремих аспектів «системної філософії».
1.4. Передумови та необхідність виникнення системного підходу
Зародження системного аналізу пов'язують з 2-ю світовою війною та діяльністю «Ренд Корпорейшн» в області планування розвитку озброєнь.
Початкове в системному аналізі (СА) найповніше використовувались методи та математичні засоби теорії дослідження операцій, але в подальшому почали широко застосовуватися евристичні методи (Дельфі,
ПАТТЕРН та інші).
Суттєвим в системному аналізі є наступне: аналіз систем є способом розгляду проблеми; математичний апарат та комп'ютери можуть бути тут необхідними, але інколи достатніми можуть бути серйозні роздуми над проблемою; в будь-якому аналізі, що пов'язаний з прийняттям рішення в умовах невизначеностей, метою якого є вплив на вибір способу дії, незалежно від його складності, наявні такі елементи, як ціль (цілі), альтернативи (засоби досягнення цілей), витрати чи ресурси (те, що необхідно витратити для реалізації кожної з альтернатив), модель, критерії, згідно з якими обирається альтернатива.


10
Система є тим ізоморфним принципом, який проникає через усі кордони, що склалися між окремими науками історично, незалежно від того, що ці науки вивчають якісно зовсім різні класи явищ: машини, організми, суспільство.
Системний підхід виник як реакція на бурхливий розвиток аналітичних підходів в науці, які все більш віддаляли творчу думку від проблеми
«цілісного організму». Серед підходів, які суттєво вплинули на формування принципів системного підходу слід виділити: логічний позитивізм, аналітична дедукція, редукціонізм, казуальна (причинна) логіка, індуктивний підхід.
Логічний позитивізм стверджує, що існує «об'єктивна» реальність, яка є незалежною та неспотвореною нашими особистими перспективами чи суб'єктивними інтерпретаціями світу. Однак факти є багатовимірними і можуть інтерпретуватися по-різному. Крім того, кожна група вчених надаватиме особливе значення такому підходу до розв'язання складних проблем, який є найсуміснішим з її філософією та методологією.
Аналітична дедукція та редукціоністська логіка стверджують, що найкраще можна пояснити ціле шляхом пояснення його частин, тобто редукціоніст розв'язує складну проблему шляхом розбиття її на складові та окремого дослідження кожної з них, що приводить до розвитку спеціалізованих дисциплін з певними сферами дослідження та впливу. Отже, виникає множинність в підходах, вчені спілкуються в межах своїх дисциплін, не розуміють наукову мову (тезаурус предметної області) один одного і не є в стані оперувати з системними проблемами.
В більшості випадків наше мислення ґрунтується на концепції
причинності, монолітної казуальної (причинної) логіки. Згідно детерміністської концепції, спостереження (колишні стани системи) разом із законами природи визначають її майбутній стан
Редукціонізм є позитивним явищем у тому сенсі, що він забезпечує концептуальну основу, засоби і процедури для ідентифікації та вивчення важливих факторів, що входять у визначення проблеми. Однак дедуктивні методи не працюють або працюють погано, якщо наявно багато пов'язаних між собою факторів або вони неусвідомлені як фактори.
Індуктивний погляд
ґрунтується на узагальненні окремих спостережень, тобто різні наукові дисципліни — це необхідні, але недостатні підґрунтя, використовуючи які ми формуємо теорії про досвід та знання.
Системний підхід синтезує індуктивний та дедуктивний спосіб
мислення з залученням інтуїтивних підходів (натхнення, образні типи мислення та ін.).
Одним з призначень системного аналізу (СА) є правильний відбір системного інструментарію для розв'язання поставленої проблеми.
Декомпозиція мети — теж одне з призначень СА.
Ще одне призначення СА — це формування критеріїв відбору засобів для досягнення цілей.
Обґрунтування вибору рішення — це теж одне з призначень СА.

11
Призначення системи, створеної людьми, спочатку визначається тими, хто її проектував, а пізніше користувачі пристосовують систему відповідно до своїх цілей.
Система може мати різні призначення в залежності від точки зору спостерігача.
Отже, поява та розвиток методів СА викликані новими рисами в тих проблемах, які людина повинна розв'язувати в сучасних умовах, а саме:

зрослий масштаб проблем, які підлягають вирішенню;

зростання взаємного впливу проблем одна на іншу;

великий ризик неефективних витрат та втрат — а це приводить до вимоги старанно обґрунтовувати рішення;

необхідність правильної постановки цілей, формування програми їх досягнення.


Поділіться з Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12


База даних захищена авторським правом ©chito.in.ua 2017
звернутися до адміністрації

войти | регистрация
    Головна сторінка


загрузить материал