Лекція Єдність функції та структури в дослідженні систем

« Назад

1. Структурна трактовка пізнавального акту - основа сучасної методології науки

Структурна трактовка пізнавального акту характерна для сучасної методології науки. Вона виявляється більш широкою, ніж класичний підхід, в основі якого лежить причинно-наслідкове пояснення явищ. При цьому не заперечується роль причинного пояснення у природознавстві, але підкреслюється його підпорядкованість по відношенню до структупного пояснення. Причинне пояснення відповідає скоріше імпіричному рівню пізнання. Натомість завдання пізнання полягає в тому, щоб «вписати» спостережені явища в певну теоретичну систему, в якій зафіксовані структурні риси явища як деякої цілісності. Абстрагування від цілісності системи присутнє завжди при структурному аналізі. Але далі задача полягає в тому, щоб поновити цілісність шляхом синтезу досліджених елементів системи. Якщо вдається зібрати систему з цих елементів, то можна сказати, що ми знаємо структуру системи.

При аналізі структури системи важливо виявити структурні елементи та взаємозв’язки між цими елементами, способи впливу одного елемента на інший, характер відношень між елементами. Особливо важливо виявити логічні відношення (відношення порядку), відношення детермінації. Відношення детермінації класифікують на такі різновиди:

- детерміновані, коли стани елементів (підсистем) повністю визначають один одного;

- детерміновано-імовірнісні, коли для окремих елементів (підсистем) результат впливу з боку інших елементів (підсистем) може визначатись лише з деякою ймовірністю;

- імовірісні, коли між елементами (підсистемами) системи взагалі не існує детермінованих відношень, а наявні лише імовірнісні відношення.

Таким чином, структурний аналіз системи проводиться з позиції внутрішнього аспекту системи. На основі проведеного аналізу можна, у разі потреби, розробити структурну модель системи.

 

2. Функція системи як зовнішній аспект її аналізу

В рамках функціонального підходу система розглядається виключно з позиції її зовнішнього аспекту. Дослідника цікавлять відношення системи як цілого з зовнішнім середовищем, з іншими об’єктами, що знаходяться за межами даної системи.

Функцією, або поведінкою, системи можна назвати все те, що можна дізнатись про неї, не торкаючись її внутрішнього змісту.

Досліджуючи поведінку системи як деякої цілісності, дослідник не ставить питання про те, чи не є ця цілісність адитивним результатом взаємодії елементів системи.

Функції системи розглядаються як результат взаємодії системи (як цілісності) з середовищем, як властивість відношення системи і середовища.

Спостерігаючи поведінку системи, дослідник може встановити закономірності в появі тих чи інших дій системи, яка знаходиться в середовищі з деякими заданими властивостями. Дослідник може встановити певні зв’язки між різними реакціями системи, провести аналіз стійкості цих зв’язків в залежності від тих чи їнших факторів середовища. На базі цих спостережень розробити модель поведінки системи – функціональну модель системи.

Функціональний підхід став методологічною базою багатьох кібернетичних дисциплін: теорії розпізнавання образів, теорію автоматів, теорію моделювання процесів, дослідження операцій. Цей підхід руйнує бар’єри між різними галузями знань, зосереджуючи увагу на спільності функцій. З цієї точки зору водопровідний кран, триод та нейрон можуть попасти в один клас об’єктів. Для кібернетики несуттєво, що водопровідний кран пропускає воду, триод – електричний струм, а нейрон – нервові імпульси.

Інша особливість функціонального підходу полягає у його комплексності. Саме ця особливість привела до широкого застосування функціонального підходу в економіці: в аналізі процесів планування, обліку господарської діяльності підприємств, та галузей тощо. Дослідження складних економічних систем набуло рис кібернетичної науки, сформувався напрям – економічна кібернетика. В рамках цього напряму стало можливим розвинути теоретичні уявлення про процеси передавання та переробки інформації в економічних системах. В економічній кібернетиці розробляються комплекси моделей, які охоплюють функціонування підприємств, галузей і всієї системи народного господарства, досліджуються явища економічної рівноваги і гомеостазиса, виникають нові наукові дисципліни (економічна семіотика). І всі ці напрямки застосовують функціональний підхід як методологічну базу.

Функціональна сутність властива, напевно, проявам життя у всіх його формах. Одним з перших, хто з впевненістю висловив цю думку, був А.Н. Колмогоров. Вказуючи на реальну можливість зустрічі з феноменом живого в зовсім інших формах в результаті розвитку астронавтики і підкреслюючи необмежені можливості машинного моделювання складних систем, А.Н. Колмогоров наполягає на тому, щоб визначеннґя життя і мислення було суто функціональним.

Апелюючи до людського пізнання і мислення, до людської особистості взагалі як продукту суспільних відносин, ми якраз і стаємо на позицію функціонального визначення мислення.

Функціональний підхід пронизує всі сфери людського життя і діяльності. Подальший його розвиток являє собою актуальну задачу сучасної кібернетичної науки, покликаної разом з іншими науками шукати найбільш ефективні форми людської організації та суспільного розвитку.

 

3. Принцип невизначеності С. Біра

При проведенні дослідження складних систем методами функціонального підходу буває важливо знати внутрішні зв’язки системи. В цьому випадку дослідник переходить до більш детального представлення системи, представляючи підсистеми даної системи і зв’язки між ними, але в рамках цього представлення він цікавиться лише функціями підсистем як властивостями відношень між підсистемами.

У процесі розвитку наукового знання методологія функціонального підходу набуває певних змін, поповнюється арсенал його методів. Натомість основна суть залишається незмінною: він відображає зовнішній аспект системи.

Натомість функція, нехай якою б була їх природа, може реалізувати лише в структурі.

Функції системи реалізуються певною структурою і пояснюється за допомогою структури. Але це різні структури. В першому випадку мова йде про структуру певного елемента (підсистеми), а в другому – про структуру системи, яка містить даний елемент.

Щоб розрізняти ці випадки, будемо говорити про внутрішню і зовнішню структури. Перший аспект важливий, коли стоїть задача конструювання систем, а другий – коли проводиться теоретичне дослідження системи. Застосовуючи функціональний підхід до дослідження певної системи, ми водночас проводимо структурний аналіз деякої іншої системи, яка включає досліджувану як елемент (підсистему).

В кібернетиці обидва ці аспекти тісно взаємопов’язані. При дослідженні управляючої системи на першому етапі застосовується макропідхід, коли в силу складності і невизначеності системи абстрагуються від її внутрішньої структури. На другому етапі реалізується мікропідхід, який починається з виділення елементів системи та виявлення відношень між ними. Дослідник прагне зрозуміти, як побудована система, яким чином взавємодія між елементами породжує спостережувані функції, поведінку системи.

Єдність функції і структури можна розуміти також як єдність внутрішнього і зовнішнього аспектів при дослідженні складних систем. Особливо важливу роль ця єдність відіграє при розгляді економічних і соціальних систем. Вся складність управління економічними і соціальними системами полягає в тому, що кожного разу треба бачити обидві сторони системи: зовнішню і внутрішню.

Аналіз та синтез – основні методи дослідження в кібернетиці.

Задача аналізу: є система (об’єкт), потрібно дослідити його функції і структуру.

Задача синтезу: системи (об’єкта) немає, він має бути створений (спроектований), виходячи з необхідних функцій. Потрібно здійснити структурний синтез, визначити параметри системи (параметричний синтез).

Функції і структури системних об’єктів не можуть бути логічним шляхом виведені один з одного, вони як дві сторони діалектичної єдності протилежностей. Не можуть бути виражені один через одне простір та час, одиничне і загальне.

На підставі цього факту видатний вчений С. Бір сформулював

ПРИНЦИП НЕВИЗНАЧЕНОСТІ:

Для складної і імовірнісної системи не можна одночасно і точно визначити як структуру системи так і її функціональні характеристики.

!!! Якщо точно задати структуру системи, то її функціональні властивості можна визначити лише з деяким ступенем наближення. І навпаки: якщо точно задати функціональні властивості системи, то її структуру можна визначити лише з деяким ступенем наближення.

Ієрархія є дуже поширеним типом структури систем. Функціональну цілісність, виявляється, можна розкласти на елементи, які поводять себе як функціональні цілісності. Особливо характерна ієрархія для систем управління біологічних та соціально-економічних систем.

 

4. Метод функціонального моделювання

Метод функціонального моделювання дуже поширений в науковому пізнанні матеріального світу. Але найбільшу популярність він набув в галузі моделювання систем як спеціальний інструмент для вивчення цілісності, для аналізу взаємозв’язків, взаємовідношень між об’єктами ї їх середовищами.

Метод заснований на тому, що вся сукупність взаємодій між системою і середовищем поділяється на два класи за ознакою напряму дії. В один клас потрапляють дії, які спричиняє середовище на систему, їх називають вхідними, або входами системи. В другий клас потрапляють впливи, які об’єкт спричиняє на середовище, їх називають вихідними, або виходами системи. Вихідні впливи (дії) є характеристиками функціонування системи.

Загальна задача функціонального моделювання полягає в тому, щоб виявити характер залежності вихідних характеристик системи від входів системи.

Тобто, знайти функцію відображення входів системи у виходи системи. Отже, йдеться про з’ясування характеру взаємозв’язку між системою та середовищем.

Формально задача виявлення законів функціонування складних систем часто зводиться до побудови відображення з деякої множини А (входів) в деяку множину В (виходів) на основі спостережуваної відповідності між окремими значеннями входів і виходів.

При вивченні складних кібернетичних систем різної природи часто трапляються випадки, коли при одному і тому ж значенні входу спостерігається різна поведінка ідентичних систем. Причину цього вбачають у наявності певних змін у структурних властивостях системи і говорять про «внутрішній стан системи», або просто «стан». Кожному стану системи відповідає деяке відображення A®B. Сукупність усіх станів системи являє собою множину відображень з А в В і позначається H(A,B). Тоді задання входу системи a є А та відображення f є H однозначно визначає значення виходу системи.

 

5. Принцип структурної детермінації

«СТРУКТУРА ЗАВЖДИ ПРОЯВЛЯЄ СЕБЕ В ПОВЕДІНЦІ» - це принцип структурної детермінації.

Моделювання є основним методом кібернетики. За способом свого здійснення моделювання можна розділити на:

• Моделювання функції того або іншого об'єкту, системи, явища, події, - з надією, що, тим самим, вдасться адекватно описати майбутню поведінку самого досліджуваного об'єкту. Наприклад - моделювання ролевої функції "продавець" або "покупець" при описі процесу покупки.

• Моделювання об'єкту дослідження - з надією, що при цьому вдасться одержати адекватне уявлення також і про його функція.

Модель – представлення системи, об'єкта, поняття в деякій формі, відмінній від форми їх реального існування.

З принципу структурної детермінації випливає, що відмінність структур оригіналу і моделі за матеріальною сутністю утворює, можливо нездоланну, перепону для досягнення повної функціональної тотожності.

Отже, щоб створити машину, яка функціонує як інтелект людини і відтворює сферу її психічної діяльності, її треба створювати, напевно, не з папівпровідникових приладів.

Але складність психічних феноменів сама по собі ще не означає принципової неможливості їх моделювання, у тому числі і математичного представлення. Моделювання інтелекту людини сьогодні ведеться у широких масштабах. Однак реальні цілі моделювання полягають не в тому, щоб отримати копії систем, а в тому щоб розширити можливості людського інтелекту.

Функціональний підхід виступає як засіб дослідження зовнішніх аспектів системи і пов’язаних з цим динамічних особливостей зміни і розвитку систем.