Модели систем

Модели систем

Системный анализ

Исследование некоторой реальной системы состоит из двух этапов: этапа анализа и этапа синтеза.

Анализ системы - это выделение ее частей с целью проясне­ния состава системы. В предыдущем параграфе мы говорили, что каждая часть системы - это подсистема, и у этой подсистемы есть свои части. Однако невозможно раскладывать систему беско­нечно. На чем-то придется остановиться, какие-то части принять за простые, далее неделимые элементы. Вопрос о том, на чем сле­дует остановить «дробление» системы, зависит от цели исследования. Целью исследования системы является получение ее моде­ли - приближенного представления об устройстве и функциони­ровании системы. Полученная модель будет использоваться для прогнозирования поведения системы в некоторых условиях, для управления системой, для диагностики сбоев в функционирова­нии системы и пр.

Однако невозможно понять механизм функционирования сис­темы, выяснив только ее состав. Необходимо знать структуру свя­зей между частями системы. Только в совокупности состава и структуры можно понять состояние и поведение системы. Поэто­му анализ системы - это первый этап ее исследования. Второй этап называется синтезом. Слово «синтез» означает соединение.

Синтез - это мысленное или реальное соединение частей в единое целое. В результате синтеза создается целостное представление о системе, объясняется механизм системного эффекта.

Системным анализом называется исследование реальных  объектов и явлений с точки зрения системного подхода, состоящее из этапов анализа и синтеза.

Всякое описание системы носит модельный характер, т. е. отра­жает ограниченное число ее свойств. Главный вопрос при построе­нии модели системы - какие ее характеристики .являются существенными с точки зрения целей использования будущей модели?

Модель «черного ящика»

В простейшем случае бывает достаточно иметь представление о взаимодействии системы с внешней средой, не вдаваясь в подроб­ности ее внутреннего устройства. Например, при использовании сложной бытовой техники вам совсем не обязательно знать ее устройство. Достаточно знать, как ею пользоваться, т. е. какие управляющие действия можно с ней производить (что на входе) и какие результаты вы будете при этом получать (что на выходе). Все эти сведения содержатся в инструкции для пользователя. Такое описание системы называется моделью «черного ящика» (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Модель «черного ящика»

Вход системы - это воздействие на систему со стороны внеш­ней среды, а выход - это воздействие, оказываемое системой на окружающую среду. В такой модели внутреннее устройство систе­мы скрыто. Поэтому ее и называют «черным ящиком».

С точки зрения человека, не связанного с системой высшего образования, университет есть « черный ящик », на входе которого - выпускники школ, а на выходе - дипломированные специалисты.

Модель состава

Как отмечалось выше, результатом анализа системы является определение ее состава. Если описание системы ограничить перечислением ее частей, то мы получим мод ель состава. Например, модель состава системы «Университет» представлена на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Модель состава университета

Каждая из отмеченных на рис . 1.3 составляющих системы « Университет » является подсистемой со своим составом. Поэтому для этих подсистем также можно построить свои модели состава. Разумеется, такой модели недостаточно для того, чтобы понять, как функционирует университет. И все-таки она дает более под­робное представление об университете, чем модель «черного ящика».

Структурная мод ель системы

Структурную модель системы еще называют структурной схе­мой. На структурной схеме отражается состав системы и ее внут­ренние связи. Для отображения структурной схемы системы ис­пользуются графы. Граф состоит из вершин, обозначающих элементы системы, и ребер - линий, обозначающих связи (отношения) между эле­ментами системы. Знакомая многим схема скоростного транспор­та Москвы (рис .1.4) является примером графа. Вершинами здесь являются станции метро, а ребрами - линии движения поездов. Такая схема позволяет пассажиру метро определить маршрут сво­его перемещения между любыми станциями. Схема метро отражает его радиально-кольцевую структуру.

Рис. 1.4. Схема скоростного транспорта Москвы

Еще один пример графа показан на рис.1.5. Это структурная модель молекулы углеводорода. Вершинами являются атомы во­дорода и углерода, ребра отображают валентные связи.

                      Рис. 1.5. Граф структуры молекулы углеводорода

Связь между двумя станциями метро, соединенными линией движения, является двунаправленной, поскольку поезда могут двигаться в обе стороны . Валентная связь между атомами молеку­лы также не имеет выделенного направления. Такие графы назы­ваются неориентированными. Если же связь между двумя эле­ментами системы действует только в одну сторону, то на графе она отображается направленной стрелкой. Такой граф называется ориентированным. Направленные линии связи на графе называ­ются дугами.

На рис.1.6 приведен пример ориентированного графа из облас­ти медицины. Известно, что у разных людей кровь может разли­чаться по группе. Существуют четыре группы крови. Оказывается, что при переливании крови от одного человека к другому не все группы совместимы. Граф на рис.1.6 показывает возможные вари­анты переливания крови. Группы крови - это вершины графа с соответствующими номерами, а стрелки указывают на возмож­ность переливания крови одной группы человеку с другой груп­пой. Например, из этого графа видно, что кровь I группы можно переливать любому человеку, а человек с I группой крови воспри­нимает кровь только своей группы. Видно также, что человеку с IV группой крови можно переливать любую кровь, но его кровь можно переливать только людям с той же группой.

Рис. 1 .6. Ориентированный граф системы переливания крови

На практике часто встречаются системы с иерархической структурой, граф которых называется деревом (рис. 1.7).

Дерево - это ориентированный граф, хотя при его изображе­нии не всегда рисуются стрелки. Обычно вершины дерева распо­лагаются по уровням сверху вниз. Дуги направлены от верхних вершин к нижним. Каждая вершина может быть связана с одной вершиной верхнего уровня (исходной) и множеством вершин нижнего уровня (порожденными). Такая связь называется «один ко многим». Единственная вершина самого верхнего уровня назы­вается корнем дерева. Вершины самого нижнего уровня, у которых нет порожденных вершин, называются листьями дерева. Де­рево является связным графом. Это значит, что между любыми двумя вершинами имеется хотя бы один путь, связывающий их между собой. В дереве отсутствуют петли - замкнутые траекто­рии связей. Поэтому маршрут перемещения по дереву между лю­быми двумя вершинами всегда является единственным.

Рис. 1.7. Дерево

Структура организации файловой системы во внешней памяти компьютера является иерархической. Вершинами графа, отобра­ жающего файловую структуру, являются папки и файлы. Дуги отражают отношения вхождения одних вершин в другие. Дерево имеет многоуровневую структуру. Папка самого верхнего уровня называется корнем дерева. Конечные вершины такого дерева (листья) - это файлы и пустые папки

Система основных понятий