Лекции 10, 11 Декомпозиция, Агрегирование 1. Проблемы системного исследования 2. Декомпозиция 3. Агрегирование 4. Основные выводы
СОЧЕТАНИЕ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА В СИСТЕМНОМ ИССЛЕДОВАНИИ Аналитическая составляющая заключается в том, что сложное целое расчленяется на все менее сложные (и в конечном счете простые) части Синтетическая составляющая заключается в том, что будучи соединенными надлежащим образом, эти части снова образуют единое целое Утрачиваются не только существенные свойства самой системы, но исчезают и существенные свойства ее частей, оказавшихся отделенными от неё Объясняется содержащее части целое. Это достигается посредством вскрытия их ролей или функций в целом В результате проявляется системность, т. к. мы можем объяснить целое через его части — в виде структуры целого Результатом синтеза является знание о том почему система работает так, а не то, как она это делает
ПРОБЛЕМЫ СИСТЕМНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ Аналитический метод приводит к достижению наивысших результатов, если целое удается разделить на независимые друг от друга части НО Обычно вклад данной части в общесистемный эффект зависит от вкладов других частей При анализе "неаддитивных" систем следует делать акцент на рассмотрение не отдельных частей, а их взаимодействия Идеалом, конечной целью аналитического метода является установление причинноследственных отношений между рассматриваемыми явлениями. Соответственно, для причинно-следственного отношения существует понятия окружающей среды, так как для следствия ничего, кроме причины, не требуется НО Исключить "ненужные, “неинтересные" взаимодействия бывает невозможно не только практически, но и абстрактно Отображение "беспричинной" компоненты поведения системы либо "объективной случайностью", либо "субъективной неопределенностью” (происходящей от незнания), либо их сочетанием Установление отношения "продуцент — продукт", характеризуемое тем, что продуцент является необходимым, но не достаточным условием для осуществления продукта
ДЕКОМПОЗИЦИЯ - основная операция анализа - разделение целого на части: подсистемы, подзадачи, подцели соответствующего уровня Причина различия результата проведения декомпозиции заключается в том, что основанием всякой декомпозиции является модель рассматриваемой системы Основные затруднения связанные с доказательством полноты и безызбыточности (простоты) предлагаемого набора частей. Вопрос о полноте и простоте декомпозиции - это вопрос завершенности моделиоснования поставленной цели Необходимо представление о последовательности действий, начиная с обнаружения проблемы (проблемосодержащая модель) и кончая её ликвидацией
1) Модели какой системы следует брать качестве оснований декомпозиций? 2) Какие именно модели надо брать? Чаще всего в практике системного анализа в качестве глобального объекта декомпозиции берется нечто, относящееся к проблемосодержащей системе и к исследуемой проблеме, а в качестве оснований декомпозиции берутся модели, проблеморазрешающей системы Накоплении наборов полных формальных моделей (в искусственном интеллекте такие модели носят название фреймов). При этом можно в качестве исходного объекта (системы или модели) анализа рассматривать наиболее полный вариант в котором исходно заложена некоторая избыточность
Вышестоящие системы Субъект Существенная среда Исследуемые системы Объект Средства Нижестоящие системы Схема входов организационной системы Общая схема деятельности Выбор формальной модели лишь подсказывает, какого типа должна быть модель-основание, затем формальную модель следует наполнить содержанием, чтобы она стала основанием для декомпозиции - сформировать содержательную модель Чтобы сохранить полноту и возможность расширения содержательной модели, можно рекомендовать осуществлять логическое замыкание перечня ее элементов компонентой ”все-стальное”
КОМПРОМИСС ПОЛНОТЫ И ПРОСТОТЫ Полнота – проблема должна быть рассмотрена максимально всесторонне и подробно Простота – всё дерево должно быть максимально компактным – «вширь» и «вглубь» Компактные модели основания Существенность Количественные характеристики Развитые, подробные модели Элементарность Минимальное число уровней декомпозиции Постепенная детализация моделей Продолжать декомпозицию как угодно Итеративность Схема компромиссов между принципами простоты и полноты анализа
КОМПРОМИСС ПОЛНОТЫ И ПРОСТОТЫ Компактные модели основания Существенность Развитые, подробные модели Элементарность Минимальное число уровней декомпозиции Постепенная детализация моделей Продолжать декомпозицию как угодно Итеративность Правила итеративности: Декомпозиция привела к получению результата (подцели, подфункции, В модель-основание включаются только компоненты, Неэлементарныйпредположение, что дальнейшаяэлементарностиможет Выдвигается фрагмент подлежит дальнейшей декомпозиции на какой-то Если эксперт перебрал все фреймы, но не достиг декомпозиция результата подзадачи и два предыдущих путидальнейшего разложения, возникает Если т. п. ), не требующего и решили проблему, то т. е. Выделитьдовестипоостального» не включитьанализасущественных еще число (детализации) по другой (не использовавшейсявранее) модели-основанию. . . все-таки из «всего отношению к элементарных фрагментов существенные реализуемого, обеспеченного, заведомо выполнимого; простого, понятного, анализ до полученияитеративности(релевантные) ветви дерева, то используются вариантыцели необходимость формирования новых фреймов алгоритма один элемент посредством введения новых элементов в модель-основание и будем называть его элементарным продолжении декомпозиции только по ним
Пример алгоритма декомпозиции Определение объекта анализа Определение целевой системы Очередной объект декомпозиции Выбор фрейма (формальной модели) Операция декомпозиции Определение референтной модели Полученные фрагменты Проверка Очередного Фрагмента на элементарность нет Все ли фреймы использованы? Все ли основания детализованы? Действительно ли проблема существуетнет и действительно ли она нет является актуальной Определение объекта как фрагмента начального (/-0) уровня декомпозиции Определение совокупности фреймов и целевой системы Выбор очередного фрагмента i-го уровня декомпозиции Это начало повторной декомпозиции? нет Возврат к начальному (I=0) уровню декомпозиции Фрагмент Элементарен? да Есть неиспользованные фреймы? да Выбор фрейма. Определение основания декомпозиции да Отчёт Восстановление соответствующего уровню основания декомпозиции Детализация Основания декомпозиции i=i+1 Переход к следующему уровню Повторной декомпозиции Все фрагменты / -го уровня декомпозированы? нет Все основания детализированы? да Декомпозиция Детализация Основания закончена? да нет
Пример алгоритма декомпозиции Определение объекта анализа Определение целевой системы Очередной объект декомпозиции Выбор фрейма (формальной модели) Операция декомпозиции Определение референтной модели Полученные фрагменты Проверка Очередного Фрагмента на элементарность нет Достижение именно этой цели решит нашу проблему нет Все ли фреймы использованы? Все ли основания детализованы? Определение объекта как фрагмента начального (/-0) уровня декомпозиции Определение совокупности фреймов и целевой системы Выбор очередного фрагмента i-го уровня декомпозиции Это начало повторной декомпозиции? нет Возврат к начальному (I=0) уровню декомпозиции Фрагмент Элементарен? да нет Есть неиспользованные фреймы? да Выбор фрейма. Определение основания декомпозиции да Отчёт Восстановление соответствующего уровню основания декомпозиции Детализация Основания декомпозиции i=i+1 Переход к следующему уровню Повторной декомпозиции да Все основания детализированы? Декомпозиция Все фрагменты / -го уровня декомпозированы? нет Детализация Основания закончена? да нет
Противоречивость результата декомпозиции Cложность из-за неинформированности которую можно преодолеть с помощью информации, рассредоточенной по разным экспертам и источникам. Декомпозиция «затягивается» , элементарный фрагмент не получен Декомпозиция завершена Сложность из-за непонимания в науке расценивается как временно неустранимое и терпимое явление, то в управлении она часто воспринимается как неприемлемый вариант, ведущий к недопустимой отсрочке решения Проверка возможных отрицательных последствий Анализ не ликвидирует сложность, но локализует её, позволяет определить каких именно сведений нам не хватает
АГРЕГИРОВАНИЕ Агрегирование – основная операция синтеза, которая заключается в представлении частей единым целым - Агрегатом Будучи объединенными, взаимодействующие элементы образуют систему, которая обладает не только внешней целостностью, обособленностью от окружающей среды, но и внутренней целостностью, природным единством Внешняя целостность отображается моделью «чёрный ящик» Внутренняя целостность связана со структурой системы которая подчёркивает главным образом связанность элементов, их взаимодействие Общее свойство агрегатов – ЭМЕРДЖЕНТНОСТЬ – при объединении частей в единое целое возникает нечто качественно ново, чего не существовало без этого объединения
Иллюстрация свойства эмерджентности (По Арбибу) Цифровой автомат n S n+1 Параллельное соединение S B S Соединение в «кольцо» A n S S n+1
ОСНОВНЫЕ ВИДЫ АГРЕГИРОВАНИЯ Техника агрегирования основана на использовании определенных моделей исследуемой или проектируемой системы Разные условия и цели агрегирования приводят к необходимости использовать разные модели, что в свою очередь определяет как тип окончательного агрегата, так и технику его построения В самом общем виде агрегирование можно определить как установление отношений на заданном множестве элементов Основные агрегаты, типичные для системного анализа: конфигуратор, агрегаты-операторы и агрегаты-структуры
АГРЕКТ-КОНФИГУРАТОР Всякое действительно сложное явление требует разностороннего, многопланового описания, рассмотрения с различных точек зрения Только совместное (агрегированное) описание явления терминах нескольких качественно различающихся языков позволяет охарактеризовать его с достаточной полнотой Проблема, сколь бы сложной она ни была, станет ещё сложной она ни была, станет еще сложнее, если на неё правильно посмотреть Междисциплинарный характер Решение неизбежного вопроса допустимой системного анализа: вовлечение в минимизации описания явления исследование системы данные из любой отрасли знаний, привлечь эксперта любой Риск неполноты становится почти Риск переопределения специальности недопустимым, поскольку при неполноте речь может идти вообще не о том, что мы имеем в виду связан с большими излишними затратами Приведенные соображения приводят к понятию агрегата, состоящего из качественно различных языков описания системы и обладающего тем свойством, что число этих языков минимально, но необходимо для заданной цели.
АГРЕГАТЫ-ОПЕРАТОРЫ Одна из наиболее частых ситуации, требующих агрегирования, состоит в совокупность данных, с которыми приходится иметь дело, слишком многочисленна, плохо обозрима, с этими данными трудно "работать” В данном случае на первый план выступает такая особенность агрегирования, как уменьшение размерности: агрегат объединяет части в нечто целое, единое, отдельное «Ловушки» Агрегирование представляет собой выбор определенной модели системы, причем с этим выбором связаны непростые проблемы адекватности, в частности по какому признаку. Агрегирование является необратимым преобразованием (например, по сумме нельзя восстановить слагаемые), что в общем случае и приводит к потерям информации
КЛАССИФИКАЦИЯ АГРЕГАТА-ОПЕРАТОРА Способ агрегирования – заключается в установлении отношения эквивалентности между агрегируемыми элементами, т. е. образования классов С практической точки зрения одной из важнейших является проблема определения, к какому классу относится данный конкретный элемент Если признак принадлежности к классу является непосредственно наблюдаемым Однозначность классификации Надёжность классификации Если признак классификации не наблюдается непосредственно, а сам является агрегатом косвенных признаков Агрегирование косвенных признаков может рассматриваться как обнаружение закономерностей в таблицах экспериментальных данных, т. е. как поиск устойчивых, достаточно часто повторяющихся в обучающей выборке "сцеплений" признаков Перебор — основной метод изобретательской деятельности
АГРЕГАТЫ-СТРУКТУРЫ НА ЭТАПЕ СИНТЕЗА ВАЖНЕЙШЕЙ ФОРМОЙ АГРЕГИРОВАНИЯ ЯВЛЯЕТСЯ ОБРАЗОВАНИЕ СТРУКТУР Структура является моделью системы и, следовательно, определяется тройственной совокупностью: объекта, цели, и средств Многообразие типов структур возникающих при выявлении, описании структур При синтезе мы создаём, определяем, навязываем структуру будущей, проектируемой системе Отдельные особенности живых организмов, экономических и социальных систем заставляют предположить, что даже сложнейшие существующие модели структурной организации в чем-то слишком просты Вне этой системы возникнут, установятся и начнут «работать» не только те связи, которые мы спроектировали, но и множество других, не предусмотренных нами, вытекающих из самой природы сведенных в одну систему элементов При проектировании системы важно задать её структуры во всех существенных отношениях, так как в остальных отношениях структуры сложатся сами, стихийным образом Совокупность всех существенных отношений определяется конфигуратором системы, и отсюда вытекает, что проект любой системы должен содержать разработку стольких структур, сколько языков включено в ее конфигуратор Существуют реальные системы, структуру которых не охватывает современная теория управления Может быть, имеется качественная, а не количественная разница между объединениями Большого числа составляющих с малым и большим числом связей для каждой из ни
ВЫВОДЫ Эйфорическамя крайность: В алгоритмизации декомпозиции удалось продвинуться достаточно далеко Пессимистическая крайность: Деревья целей и деревья функций организационных систем используются: для выяснения происхождения возникшей проблемы; для построения количественных моделей изучаемой системы; для решения таких задач управления, как распределение ресурсов и разработка стимулов; для последующего синтеза оргструктур и т. д НО Системный анализ в современном понимании не сводится к проблемы; это важный, но промежуточный этап Задача структурировалась по системной методике и каждый раз оказывалось, что полностью эвристическая декомпозиция давала на 25— 30 % меньше составляющих, чем формализованная декомпозиция 11 Дело не в незнании ситуации (недостающие компоненты также оказывались им знакомы), а в правильной организации имеющихся знаний Второй существенный момент - введение понятия внутренней целостности (эмерджентности) системы, когда при объединении частей в единое целое возникает качественно новое свойство, которого не было и не могло быть до этого объединения Третий момент - это понятие конфигуратора, т. е. совокупности качественно различающихся точек зрения на проблему, подлежащую разрешению, при этом, речь идет не об абсолютной, безотносительной полноте, а о полноте, связанной с целью анализа
Скачать презентацию Лекции 10 11 Декомпозиция Агрегирование 1 Проблемы системного
Лк_10_11_Декомп_Агрег.ppt