Морфологическое описание системы, разница между конфигурацией и структурой системы

Введение
Методы системного анализа базируются на описаниях тех или иных фактов, явлений, процессов. При этом следует иметь в виду, что наши знания всегда относительны, а описание на любом языке отражает только некоторые стороны явлений и никогда не является абсолютно полным, т.е. любое описание, отражая наши знания, всегда остается относительным. Такое представление об описании очень близко к понятию его как модели, модельного описания, отражающего именно те особенности изучаемого явления, которые интересуют исследователя. Точность, качество этого описания определяются, прежде всего, соответствием модели требованиям, которые предъявляются к исследованию, соответствием получаемых с помощью модели результатов наблюдаемому течению процесса [1,с.4].
Описание может рассматриваться как совокупность информации об исследуемом объекте (в данном случае в качестве объекта выступает система), которая дает характеристику определенной группе свойств этой системы и которая представлена в предварительно установленном виде.
Таким образом, получить представление о той или иной системе позволяют ее описания, в которых собираются сведения, характеризующие различные свойства системы: назначение, устройство, свойства ее элементов-подсистем, законы поведения, связь с внешней средой и т.д. [1, с.4].
Существует достаточно много разных подходов к построению таких описаний, однако использовать нужно такой, с помощью которого становится возможным зафиксировать свойства и характеристики объекта в стандартном виде. Это позволяет оперативно отыскать необходимую информацию о системе, проанализировать ее сходства и различия с подобными ей системами, а также решать многие другие задачи, которые возникают во время пользования. Достаточно важный момент здесь – это насколько полно представлено описание и каким образом структурированы сведения. Несложно построить описание для систем, которые являются простыми по своему устройству. Однако в разы труднее разработать описания сложных многофункциональных систем, которые содержат в себе огромное количество элементов и подсистем, а также для сверхсложных систем, которые характеризуются еще и вероятностными законами функционирования. Из-за этого принято рассматривать сразу несколько описаний системы, чтобы ее охарактеризовать. Таким образом становится возможным отобразить атрибуты системы, а также выявить ее структурность, упорядоченность, функциональную организованность и другое.
Различают четыре вида описаний: функциональное, морфологическое, информационное и генетико-прогностическое [2, с.56]. С помощью первого вида описаний становится возможным разобраться в назначении системы и ее функциях, а также получить информацию, касающуюся ее поведения. Морфологическое описание помогает охарактеризовать устройство системы, вследствии чего становится возможным выделение ее основных элементов, связей, определение типа данной структуры и ее конфигурацию в пространстве. Информационное описание дополняет функциональное и морфологическое. Благодаря данному виду описания становится возможным судить об уровне организации/дезорганизации системы, предсказать вероятность ее реакции на какое-либо воздействие. Информационное описание включает в себя также характеристику информационных потоков и информацию, которая позволяет судить об алгоритмах взаимодействия элементов. Генетико-прогностическое описание дает характеристику процессам зарождения изучаемой системы и эволюции ее развития с точки зрения истории.
В данном реферате мы более подробно познакомимся с морфологическим описанием системы.
1 Морфологическое описание системы, разница между конфигурацией и структурой системы
Морфологическое описание системы дает нам представление о структуре системы, ее связях, а также о составе элементов-подсистем. Системный подход помогает лучше понять тот факт, что система является не просто суммой составляющих ее элементов, а организованной суммой элементов. Именно поэтому, при рассмотрении какого-либо объекта как системы, нужно изучать и учитывать не только состав элементов, но и связи между ними, характер влияния элементов друг на друга, непростые зависимости внутри системы, а также системы с внешней средой.
Системный анализ целесообразно использовать в случае решения задач любых уравнений по принципу “от общего к частному”, что значит деление объекта исследования (системы в частности) на подсистемы и элементы, а также установление (что является главным в анализе) реальных и прогнозируемых связей

. Деление системы на составные части – это один из первых шагов при построении морфологического описания. Нужно иметь в виду, что значение имеют лишь свойства частей, определяющие их взаимодействие с другими частями системы. При разбиении системы на элементы и выделении подсистем упрощается исследование всей системы, а это значит, упрощается ее формальное описание [1, с.6].
В качестве примера предлагаем рассмотреть анализ заданных n элементов. Чтобы их как следует изучить, нужно провести не более n исследовательских процедур. Одновременно совокупность n изолированных элементов – это еще не система, и чтобы ее исследовать требуется изучить дополнительно n(n – 1) возможных связей между элементами системы. Если характеризовать данные связи простейшим образом, что значит отмечать в любой момент времени ti только их наличие или отсутствие, тогда общее число состояний системы будет равно: N = 2n(n-1). Например, число возможных состояний системы, в которой содержится только n = 7 элементов: N = 242 4·1012, что практически исключает получение полного ее описания ввиду огромного числа возможных состояний.
В реальных системах количество элементов значительно больше. Например, структура элементов некоторых технических систем может насчитывать десятки тысяч элементов, а вот такая биологическая система, как мозг человека, содержит ~1014 нейронов. Дополнительные сложности возникают, когда реализация той или иной структуры описывается вероятностными законами. Эти обстоятельства являются основной причиной, исключающей строгое и полное описание очень сложных и сверхсложных систем [1, с.7].
Выход из этого положения – это, с одной стороны, выделение обособленных совокупностей элементов, которые выполняют какую-либо частную функцию, для существования целостной системы, т.е. подсистем, а с другой – использование вычислительных методов и ЭВМ, так как при исследованиях больших систем возникает необходимость проведения достаточно объемных математических процедур. Например, при количестве элементов n = 20 полное число связей между элементами равно: n(n – 1) = 380, а число вариантов системы − 2380. Если эта система расчленена на k = 4 подсистемы из пяти (n’ = 5) элементов в каждой, то количество связей внутри каждой из подсистем равно: n’(n’ – 1)= 20, и для всех k подсистем
n’(n’ – 1)k = 80. Число связей между подсистемами равно: k(k – 1) = 12. Таким образом, общее число связей, т. е. возможное число состояний, составит 92 вместо 380 [1,с. 7].
Морфологическое описание может быть дано на нескольких уровнях для того, чтобы представить основные свойства структуры. Эти уровни соответствуют уровням функционального описания, что говорит о том, что морфологическое описание так же, как и функциональное, иерархично (рисунок 1).
354203025082522796502559052284730250825
Система S
Состав
Связи
Структура
элементов
2284730-44452284730-95253542030-9525
I-й уровень PS
Состав
Связи
Структура
элементов
22796500
i-й уровень PPS
Состав
Связи
Структура
элементов
Рисунок 1 – Структура морфологического описания [1, с.7]
Вместе с тем на различных уровнях возможно использование абсолютно иных способов описания. Так, чтобы описать организм животного на уровне органов, используют физиологические методы, а на уровне клеток – данные микроскопических исследований (то есть микрофизиологические методы), что описать процессы, происходящие во внутриклеточных структурах – методы биохимического анализа и т.д.[2, с.65].
Морфологическое описаниевключаетв себя несколько групп свойств и может быть представлено в виде оператора GM [2, с.66]:
GM  PS,V ,, K,
где PS – множество элементов (подсистем);
V – множество связей;
 – множество типов связей, т.е. структур;
К – виды композиций.
Морфологическое описание обычно начинается с характеристики состава элементов [1,с.7]. Различают следующие виды состава элементов:
– гетерогенный (разнотипные элементы);
– гомогенный (однотипные элементы);
– смешанный (и гомогенные, и гетерогенные элементы).
После этого проводится исследование свойств элементов, которые можно классифицировать по различным критериям:
1.По содержанию:
– информационные элементы,
– вещественные элементы,
– энергетические элементы,
– смешанные элементы.
2.По степени специализации (для каких функций пребназначены элементы):
– для однотипных функций,
– смежных (близких) функций,
– разнотипных функций.
3.По степени свободы в выполнении функций:
– программные,
– адаптивные (приспосабливающиеся),
– инициативные.
4.По времени действия:
– регулярные,
– нерегулярные,
– непрерывные,
– смешанные[1, с.8].
Кроме тех признаков, которые мы уже указали, элементы системы классифицируются по их происхождению:
–физические элементы (механические, термодинамические и др.),
– биологические элементы,
– химические элементы,
– смешанные элементы