Файл: И системного анализа.pdf

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
Юго-Западный государственный университет
(ЮЗГУ)
А.В. Брежнев, Р.А. Томакова
ОСНОВЫ ТЕОРИИ СИСТЕМ
И СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА
Учебное пособие
Курск 2022
УДК 005; 519.7; 303.732
ББК 74.480.278я7
Т 56
Рецензенты:
Доктор экономических наук, кандидат физико-математических наук, профессор кафедры «Информатика» РЭУ им. Г.В. Плеханова
О.В. Китова
Доктор физико-математических наук, профессор кафедры «Программное обес- печение и администрирование информационных систем»
ФГБОУ ВО «Курский государственный университет»
В.П. Добрица
Т56 Брежнев А.В., Томакова Р.А.
Основы теории систем и системного анализа: учебное пособие/ А.В. Брежнев,
Р.А. Томакова; Юго-Зап. гос. ун-т. − Курск, 2022. −125 с. – Библиогр.: 123-124 с.
ISBN 978-5-907586-96-3
Учебное пособие подготовлено в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего образования направлений подготовки: 09.03.02
«Информационные системы и технологии»; 09.04.03 Прикладная информатика;
09.03.04 «Программная инженерия», 09.04.04 «Программная инженерия» (профиль
«Разработка информационно-вычислительных систем»). Приведены основные понятия системного подхода, закономерности строения и функционирования систем, класси- фикации систем. Изложены базовые модели систем, методы измерения и оценивания систем, методы декомпозиции и композиции, модели иерархических многоуровневых систем. Рассмотрена методология системного анализа, а также прикладные методоло- гии структурного и логического анализа. Представлены технологии проведения сис- темного анализа для решения сложных задач. Приведены контрольные вопросы и тестовые варианты заданий. Предназначено для студентов всех форм обучения по на- правлениям подготовки 09.03.02 «Информационные системы и технологии»; 09.04.03
Прикладная информатика; 09.03.04 «Программная инженерия», 09.04.04 «Программ- ная инженерия» (профиль «Разработка информационно-вычислительных систем»).
Библиогр.: 20 назв.
ISBN 978-5-907586-96-3
УДК 005; 519.7; 303.732
ББК 74.480.278я7
 © Юго-Западный государственный университет, 2022
 А.В. Брежнев, Р.А. Томакова, 2022

Основы теории систем и системного анализа 3
СОДЕРЖАНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ ........................................................................................................ 5
ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................. 6
1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА ......................... 8
1.1. Системность – общее свойство материи ......................................................... 8 1.2. Основные понятия системного анализа......................................................... 11 1.3. Задачи системного анализа ............................................................................. 13 1.4. Принципы системного анализа ...................................................................... 14
2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ СИСТЕМИ СИСТЕМНОГО
АНАЛИЗА ............................................................................................................ 17
Контрольные вопросы ........................................................................................ 25
3. СИСТЕМНЫЕ СВОЙСТВА. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ................. 26
3.1. Классификация систем .................................................................................... 28 3.2. Классификация систем по взаимодействию с внешней средой .................. 30 3.3. Классификация систем по структуре ............................................................. 31 3.4. Классификация систем по характеру функций ............................................. 33 3.5. Классификация систем по характеру развития ............................................. 34 3.6 Классификация систем по степени организованности ................................. 35 3.7. Классификация систем по сложности поведения ......................................... 36 3.8. Классификация систем по характеру связи между элементами ................. 37 3.10. Классификация систем по назначению ....................................................... 38
Контрольные вопросы ........................................................................................ 39
4. МОРФОЛОГИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ
................................................................................................................................ 40
5. КРИТЕРИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ
................................................................................................................................ 50
6. ИНФОРМАЦИОННЫЙ ПОДХОД К АНАЛИЗУ СИСТЕМ...................... 56
7. МЕРЫ ИНФОРМАЦИИ В СИСТЕМЕ .......................................................... 63
Контрольные вопросы ........................................................................................ 69
8. ПОСТРОЕНИЕ ДЕРЕВА ЦЕЛЕЙ. РАЗРАБОТКА
ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ МОДЕЛИ РЕШАЕМОЙ ЗАДАЧИ ...................... 70
8.1 Метод дерева целей .......................................................................................... 70 8.2 Диаграмма Исикавы .......................................................................................... 72 8.3 Общие сведения о методологии IDEF0 .......................................................... 77
Контрольные вопросы ........................................................................................ 82
4 Основы теории систем и системного анализа
9. САМООРГАНИЗУЮЩИЕСЯ СИСТЕМЫ .................................................. 83
Контрольные вопросы ........................................................................................ 89
10. ЭКСПЕРТНЫЕ СИСТЕМЫ ........................................................................... 91
10.1 Метод обработки экспертных оценок ........................................................... 93 10.2. Подбор экспертов ........................................................................................... 94 10.3. Опрос экспертов ............................................................................................. 97 10.4. Обработка экспертных оценок ................................................................... 102
Контрольные вопросы ...................................................................................... 107
11. ВАРИАНТЫ ЗАДАНИИЙ В ТЕСТОВОЙ ФОРМЕ ................................. 108
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .............................................................. 123

Основы теории систем и системного анализа 5
ПРЕДИСЛОВИЕ
Системный анализ представляет собой научную дисциплину, направленную на разрешение системных проблем, возникающих в различных сферах человече- ской деятельности, путем интегрирования разрозненных научных знаний и мето- дов в единый технологический процесс комплексного исследования на базе сис- темной идеологии. реализуется
На практике выполняется основной принцип системного подхода к изуче- нию явлений: разрешить практическую системную проблему можно только в том случае, если противопоставить ей адекватный по сложности управляемый и коор- динируемый комплекс научных методов и знаний, охватывающий своими позна- вательными возможностями наиболее существенные стороны явлений, обусло- вивших возникновение и развитие данной проблемы как таковой.
В настоящее время системный анализ представляет собой междисциплинар- ное научное направление, предмет которого в теоретическом плане можно опреде- лить следующим образом:

концепции и принципы постановки и разрешения практических проблем на основе системной идеологии;

способы агрегирования методов и результатов исследования специальных дисциплин в целевую технологию, направленную на разрешение возникшей про- блемы;

методики, приемы и модели комплексного исследования различных сис- темных объектов.
В прикладном плане предметом системного анализа являются утилитарные проблемы различного иерархического уровня от государственного до личного, связанные с созданием новых и совершенствованием существующих организаци- онных, технических, технологических, концептуальных, информационных, эконо- мических и других систем.
В связи с этим развитие навыков системного мышления у студентов приоб- ретает особую значимость, являясь необходимым условием успешной работы по избранной специальности.
Системный анализ как учебная дисциплина является основой для после- дующих специальных курсов, посвященных изучению систем различной природы: измерительных, промышленных, транспортных, экономических, социальных и т.п.
Системный анализ как научное направление тесно связан с такими научны- ми областями, как теория информации, теория управления, теория принятия реше- ний, проблемы искусственного интеллекта и т.п.
Цель образования состоит в том, чтобы помочь студенту раскрыть его по- тенциал не только для собственной удовлетворенности от реализации индивиду- альных способностей и талантов, но для того, чтобы он стал полезным членом об- щества.
6 Основы теории систем и системного анализа
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время системность из разряда отвлеченных понятий перешла в разряд прагматических, вошла в жизнь каждого человека в виде реально дей- ствующих производственных, технических, коммуникационных, хозяйствен- ных и других систем. Особую роль в этом процессе сыграла интенсивное раз- витие технических средств коммуникации, прежде всего электронных, что при- вело к «информационному взрыву». На человека обрушился огромный поток разнородной информации, воспринять который без систематизации уже невоз- можно.
Исследования, проводимые в различных областях знаний, основываются на применении системного подхода к решению проблем социального, техниче- ского, экологического, культурологического и любого другого характера, но далеко не всегда представляют себе, каким образом реализовать это понимание на практике.
Теория систем и системный анализ представляет собой систему понятий, методов и технологий для изучения, описания, реализации систем различной природы и характера, междисциплинарных проблем. Это система общих зако- нов, методов, приемов исследования систем.
Объектами изучения (исследования) в теории систем и системном анали- зе являются любые эмпирические и абстрактные объекты окружающего нас мира. Разнообразие и сложность объектов затрудняет их познание. Количество научных дисциплин, учитывающих конкретные проявления разнообразия, по- стоянно растет и в настоящее время насчитывает десятки тысяч дисциплин.
Возникла проблема интеграции научного знания. Решение этой проблемы — единое, универсальное научное знание, общее для всех наук, которое является предметом исследования в теории систем и системном анализе.
Современные представления единого общего универсального научного знания выражены в законах и моделях систем, методах анализа и синтеза сис- тем. Овладение единым научным знанием обеспечивает формирование у сту- дентов фундаментальных основ научного знания, которые способствуют по- вышению качества обучения при сокращении сроков, улучшению понимания, развитию таких познавательных функций, как описание, объяснение и предска- зание.
Предметом изучения (исследования) дисциплины являются законы, мо- дели и методы систем, которые отражают универсального научное знание, об- щее для всех научных дисциплин.
Цель изучения (исследования) дисциплины — ознакомление студентов с единым научным знанием, развитие умений применять это знание на практике.
В результате изучения системного анализа необходимо знать принципы системного подхода, основы теории и технологии системного анализа.
В десяти главах учебного пособия излагаются основные понятия и мето- ды теории систем и системного анализа. К ним относятся и общие, фундамен- тальные понятия (система, модель, информация и др.), и важные конкретные

Основы теории систем и системного анализа 7 понятия (большие и сложные системы, эмерджентность и пр.), и понятия, спе- цифичные для системного анализа (декомпозиция, агрегирование, конфигура- тор, проблематика, и др.).
К арсеналу используемых в системном анализе методов относятся на- правленные на формализацию (экспериментальные исследования, построение моделей), и слабо формализованные (экспертные оценки, коллективный вы- бор), и в принципе не формализуемые операции (формулирование проблем, вы- явление целей, определение критериев, генерирование альтернатив). Все это объединяется общей методологией, вытекающей из задач системного анализа.
8 Основы теории систем и системного анализа
1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА
1.1. Системность – общее свойство материи
Свойство системности является всеобщим свойством материи и можно утверждать, что является формой существования материи. Известные формы существования материи такие как – время, пространство, движение и т.д. – то- же системны
Современные научные исследования и представления дают основания для изучения картины мира, представимой в виде бесконечной иерархической системы. При этом следует учитывать, что части системы находятся на разных стадиях развития, на различных уровнях системной иерархии и организации.
Системность как всеобщее свойство материи проявляется через состав- ляющие, которые продемонстрированы на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1- Схема составляющих системности как проявления всеобщего свойства материи
Обязательными признаками проявления системности являются:

структурированность системы,

взаимосвязанность составляющих частей системы,

подчиненность всей системы определенной цели.
По отношению к человеческой деятельности эти признаки очевидны, они представлены на рисунке 1.2. Всякое осознанное действие человека преследует определенную цель. Системными являются также результаты практической деятельности. Следует отметить, что всякая практическая деятельность подчи- нена некоторому алгоритму действий. Но при этом алгоритм реальной деятель- ности не всегда осознается, поскольку некоторые действия человек выполняет интуитивно, что является признаком профессионализма. В том случае, если по- лучен неудовлетворительный результат деятельности, то возможную причину
Системность окру-
жающей среды
Системность практи-
ческой деятельности
Системность -
всеобщее свойство материи
Системность
познавательной
деятельности

Основы теории систем и системного анализа 9 неудачи следует искать в несовершенстве алгоритма, то есть поменять алго- ритм. Во всяком действии сосредоточены его составные части, которые нахо- дятся в определенной последовательности (алгоритм). Это и есть определенная, подчиненная цели взаимосвязанность составных частей, которая и является признаком системности.
Рисунок 1.2- Схема составляющих системности практической деятельности человека
В настоящее время практика ставит задачу создания новых объектов с не- которыми оптимальными свойствами. Цели, которые ставятся перед разработ- чиками, таким образом, являются более глобальными и более сложными. В технических науках это реализуется в построении адекватных моделей, являю- щихся отражением исследуемых объектов, моделей, описывающих динамиче- ское поведение материальных объектов.
Системным является познавательная деятельность человека, схема кото- рой продемонстрирована на рисунке 1.3. Успешное решение поставленной за- дачи зависит от того, насколько системно подходит специалист к ее анализу.
Неудачи в решении тех или иных проблем связаны с отходом от системности, с игнорированием части существенных взаимосвязей компонентов системы. Раз- решение возникшей проблемы осуществляется путем перехода на новый, более высокий уровень системности (системность − процесс).
Свойство системности присуще процессу познания. Системны знания, накопленные человечеством. В качестве особенности процесса познания следу- ет отметить аналитическое мышление. Аналитический подход к формированию человеческого знания находится свое отражение в существовании различных
Си ст емно ст ь пр ак тическ ой деят ел ьности
Целенаправленность деятельности
Алгоритмичность деятельности
Системность результатов деятельности
10 Основы теории систем и системного анализа наук, в продолжающейся их дифференциации, во все более глубоком изучении все более узких вопросов.
Рисунок 1.3- Схема составляющих системности познавательной деятельности
Анализ – это процесс, состоящий в разделении целого на части, в пред- ставлении сложного в виде совокупности более простых компонент. Однако для того чтобы познать целое, сложное, необходим и обратный процесс синте-
за. Это относится не только к индивидуальному мышлению, но и к общечело- веческому знанию.
Процесс синтеза проявляется в возникновении междисциплинарных на- ук, таких как физическая химия, биофизика, биохимия и т.п. Наконец, наиболее высокая форма синтеза знаний реализуется в виде наук о самых общих свойст- вах природы (философия, математика, кибернетика, теория систем, теория ор- ганизации и т.п.). В этих дисциплинах органическим образом соединяются тех- нические, естественнонаучные и гуманитарные знания.
В качестве методологического подхода к анализу явлений и процессов с точки зрения их системности применяется диалектический метод. «Диалекти-
ка является методом познания, обеспечивающим согласование системности
знаний и системности мира на любом уровне абстракции» [1]. Применение диалектического метода дает возможность рассматривать объект в виде взаи- модействующих и взаимосвязанных компонентов, развивающихся во времени.
Свойство системности присуще результатам познания.
Системно также среда, окружающая человека. Свойство системности является естественным свойством природы, схема составляющих системности окружающей среды представлена на рисунке 1.4. Окружающий мир представим в виде бесконечной системы, в котором в иерархическом виде упорядочены сложные объекты.
Системность позна- вательной деятель- ности
Системность познава- тельной деятельности
Системность процесса познания
(
анализ, синтез, диалектика
)
Системность результа- тов познания

Основы теории систем и системного анализа 11
Рисунок 1.4 - Схема составляющих системности окружающей среды
Системно человеческое общество в целом. Системность человеческого общества выражается во взаимосвязи развития отдельных структур (нацио- нальных, государственных, религиозных образований) и в их взаимном влия- нии друг на друга. Причем уровень системности человеческого общества по- стоянно увеличивается.
Системны взаимодействия человека со средой. В данном аспекте систем- ность выражается в необходимости комплексного учета всех особенностей и возможностей воздействий факторов внешней среды на ее состояние в после- дующие моменты.