4-ое свойство /интегративные качества/.
Системе присущи интегративные (системные) качества, т.е. свойства, которые не свойствены ни одному из ее элеменов в отдельности, но зависят от их свойств.
Учитывая перечисленные свойства, которыми должен обладать объект, чтобы его можно было считать системой, и считая их необходимыми и достаточными, в качестве наиболее общего определения понятия системы можно принять следующее утверждение:
Система - это внутренне организованная, на основе того или иного принципа, гетерогенная целостность, элементы которой находятся в отношениях (связях) между собой таким образом, что возникает, как минимум, одно новое интегративное качество, не свойственное ни одному из элементов этой целостности.
Согласно общей теории систем - ОТС, любой объект есть объект-система! Выделение системы из среды - это акт достаточно произвольный в том смысле, что мир состоит из бесконечного множества иерархических систем и выбор критерия ограничения каждой системы зависит от произвольно выбранного системообразующего фактора или системных качеств. Систему нельзя в достаточной степени понять, не исследовав некоторое ее "окружение", которое вместе с рассматриваемой системой образует некую метасистему, выделенную по тому или иному критерию (критериям) [4].
В связи с тем, что любой объект есть объект-система, в общем случае каждый элемент системы также является системой, а с позиции рассматриваемой системы - некоторой подсистемой, которая в свою очередь, состоит из своих элементов и т.д. Поэтому в ОТС вводятся понятия членимости и вложенности систем. Любая система имеет не менее двух уровней членения: старший или нулевой - это сама рассматриваемая система, и младший или первый - элементы выделенной системы.
Очевидно, что Ф-системы могут существовать как некоторые целостные образования тогда и только тогда, когда мощность (сила) существенных системообразующих связей между элементами этих систем больше, чем мощность (сила) связей этих же элементов с окружающей средой. Отсюда следует, что мощность системообразующих связей элементов i-го (младшего) уровня членения системы всегда больше мощности таких же связей (i-1)-го (старшего) уровня ее членения.
Еще одной характеристикой системы является ее структура, т.е. устойчивая упорядоченность в пространстве и во времени ее элементов и внутрисистемных связей. Системы, как правило, обладают различными структурами. Порядок вхождения элементов в подсистемы и объединение подсистем в целостную систему образуют структуру членения системы. Структуры систем могут быть редуцирующие и деградирующие, стабильные и нестабильные (лабильные). По временному признаку выделяются экстенсивные структуры, в которых с течением времени происходит рост числа элементов; и интенсивные, в которых происходит рост числа связей и их мощности при неизменном составе элементов.
В общем случае каждый элемент системы обладает системообразующими свойствами, свойствами нейтральными по отношению к системе, а также системоразрушающими свойствами. Последние свойства при вхождении элемента в состав системы обычно подавляются, однако такое подавление, как правило, не бывает полным. Эти свойства элементов и определяют дисфункции элементов, т.е. функции, негативно влияющие на функционирование системы, в которую они входят. Наличие определенных системообразующих факторов - СОФ, обуславливает возникновение системы. Причем, в каждой системе помимо ведущих СОФ основного уровня, как правило, играют роль и СОФ "нижнего" уровня членения. Причины, которые обуславливают возникновение системообразующих свойств элемента системы и подавляющие его системоразрушающие свойства, в общем случае, могут быть как внутренними, так и внешними по отношению к элементу.
К системоразрушающим факторам - СРФ, прежде всего относятся: внешние воздействия, развитие дисфункций элементов, возрастание энтропии. Здесь следует отметить, что значение H(S)=0 свидетельствует о вырождении системы, т.е. о полной ее "заорганизованности". Абсолютная определенность другая сторона "энтропийной смерти". Существование системы требует определенного разнообразия, подвижности в пространстве и изменчивости во времени.
Как само понятие системы относительно в какой-то степени, так и относительно понятие элемента системы. Как отмечалось выше, членение системы в общем случае не имеет предела, поскольку и элемент может рассматриваться как система (подсистема). Элемент системы является лишь условно неделимой частью системы. Условность состоит в том, что хотя элемент в общем случае и делим, но в рамках рассматриваемой системы дальшнейшее его деление приведет к потере необходимых системозначащих свойств элемента. Следует учитывать и то, что по разным элементам системы число уровней членимости может быть различным.
Из множества свойств каждого элемента системы некоторые свойства обуславливают системообразующие связи между этим элементом и другими элементами рассматриваемой системы. Другие свойства могут определять "внешние" связи данного элемента с окружающей средой, т.е. с элементами, которые не принадлежат данной системе. В общем случае некоторая часть обоих типов этих свойств может быть свойственна рассматриваемому элементу независимо от того входит он в систему или нет. Назовем эти свойства условно локальными или индивидуальными свойствами элемента - ЛСЭ. Другая часть этих свойств возникает как системное качество, т.е. это системные свойства элемента - ССЭ, которые утрачиваются элементом при "изъятии" его из системы. Часть "внешних" связей, как ЛСЭ, так и ССЭ, некоторого элемента системы могут быть системообразующими для другой системы. Это обстоятельство делает существенно неопределенным и понятие структуры системы. Поэтому более однозначным представляется следующее определение этого понятия: структура системы - это устойчивая упорядоченность во времени и в пространстве некоторых существенных системообразующих факторов, качеств (связей) данной системы. Главное, что присутствует в любом определении структуры - это наличие некоторого множества элементов, т.е. гетерогенность, наличие связей между элементами и определенная инвариантность во времени.
Поскольку структура - это только некоторая характеристика системы, необходимо четко указать какие свойства и признаки системы в данном случае принимаются структурными, а какие - нет. Этот выбор зависит от целей исследования системы. Следовательно, для одной и той же системы можно построить различные структуры и между системой и ее структурой отсутствует однозначное соответствие.
Формирование, выделение, структуры является частью решения общей задачи исследования, идентификации системы, причем такой, которая не определяет заранее систему в целом, а лишь выявляет ее конфигурацию (в общем случае с какой-то степенью приближения).
В тесной связи с проблемой выделения структуры изучаемой системы находится проблема определения границ системы, т.к. не всегда ясно, как отделить изучаемую систему от ее окружения. Для такого отделения, в частности, мжно использовать в качестве соответствующего критерия характер системных связей или (и) мощность этих связей.
В ОТС вводится понятие рода [3]. Каждый объект обладает бесконечным множеством качеств. Если одно качество - Р (или группа качеств) из этого множества является общим для некоторой совокупности объектов, то эти объекты образуют множество данного рода. Аналогично, когда все элементы системы обладают одним и тем же качеством - Р, то такая система будет системой объектов одного и того же рода. Причем в общем случае эта система может бладать тем же родовым признаком Р, но может и не обладать. Родовое качество Р элементов системы может быть системообразующим качеством, а может и не быть таковым. Родовое качество, тем более группа таких качеств, в общем случае, может ограничить иерархию систем как сверху, так и снизу.
Одной из самых важных характеристик системы является ее сложность. Понятие сложности почти не поддается формализации и оценка сложности системы обычно производится существенно субъективно. Среди основных факторов, определяющих сложность системы обычно выделяют: число элементов, связей, разнообразие элементов и связей, число уровней иерархии систем. А.Н.Колмогоровым предложено оценивать сложность системы по объему оптимально-минимизированной программы (в битах), которая полностью описывает систему, т.е. ее структуру и функции. В этом определении, по всей вероятности, надо уточнить, что подразумевается под понятиями "полностью" и "оптимально минимизированной программой". Да и вообще структура и функции системы какого уровня членения имеются в виду: всех или только нулевого?
Если система рассматривается только как целостная совокупность, т.е. изучаются только ее системные качества, то при оценке ее сложности достаточно учесть число ее элементов нулевого уровня членения, число системообразующих и системных связей и количество способов реализации каждой из этих связей. Если же система рассматривается как некоторая объект-система, во всем многообразии своих отношений с окружающей средой, то ситуация резко усложняется. При попытке учитывать системные связи рассматриваемой системы и все ее элементы, все связи всех нижних уровней иерархии (членения), ни о какой количественной оценке сложности системы не может быть и речи, если только не ограничиваться иерархией систем одного и того же рода. При оценке сложности по таким же параметрам с ограничением глубины членения объект-системы, элементы нижнего уровня членения могут оказаться сложнее верхнего уровня, т.е. элемент системы при такой оценке может оказаться сложнее самой системы, в которую он входит. В то же время по всей вероятности ясно, что все связи всех нижних уровней иерархии прямо, а большей частью косвенно (опосредственно), обуславливают все системные связи рассматриваемого уровня членения.
В любом случае пока можно принять утверждение, что всегда выполняется условие:
Si > S(i + 1),
где Si - некоторая усредненная сложность рассматриваемого уровня членения.
К со;алени. приходится все-таки согласиться, что четкого определения понятия слжности пока невозможно сделать. В то же время, как это будет показано в дальнейшем, корректная процедура сопоставления уровней сложности информационных систем имеет очень важное и принципиальное значение. Поэтому при рассмотрении информационных систем будет сделана еще одна попытка дать определение понятия сложности для частного случая информационных систем.
Как видим, даже определение статических характеристик систем, достаточно сложная проблема. Еще сложнее проблемы, связанные с генезисом и эволюцией систем.
Глава 2. ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
При попытке сформулировать строго формализованное определение понятия информационной системы - ИС, выявляется, что в настоящее время отсутствует общепринятое, исчерпывающее определение понятия информации. Существует множество определений этого понятия, а также достаточно много разных концепций этого феномена. Но можно выделить две основные концепции сущности информации. Первая основная концепция - это трактовка информации как неотЪемлемого внутреннего свойства каждого материального объекта, т.е. как атрибута всей материи (атрибутивная концепция). Согласно В.М.Глушкову, "информация в самом общем ее понимании представляет собою меру неоднородности распределения материи и энергии в пространстве и во времени, меру изменений, которыми сопровождаются все протекающие в мире процессы...". По утверждению А.Д.Урсула [5] "Природа информации заключается в отраженном разнообразии, а количество информации выражает количество разнообразия. Движение этого разнообразия (увеличение или уменьшение) представляет собой информационный процесс". В последнем определении информации имеется определенный отход от атрибутивной концепции, т.к. в него введено понятие отражение, являющееся уже определенным, специфическим процессом. Что касается определения информационного процесса, то А.Д.Урсул под такими процессами явно подразумевает только процессы обработки информации, т.е. фактически только один частный случай информационных процессов. Понятие информационного процесса безусловно намного шире и оно будет рассматриваться чуть позже.
Атрибутивная концепция нередко встречает возражения и критику. Прежде всего потому, что подобным образом можно определить и другие понятия, например, такие как "структура", "организация", "негэнтропия", "упорядоченность" [6].
Во второй, основной концепции главным, определяющим свойством информации принимается органическая, неразрывная взаимосвязь понятия информации с управлением, функционированием самоорганизующихся и самоуправляемых систем (функциональная, функционально-кибернетическая концепция). Сторонники этой концепции исходят из того, что информация не существует в неживой природе как таковая, сама по себе. Тем самым информация трактуется не как атрибут всей материи, а как функциональное свойство особого класса высокоорганизованных систем. Согласно этому взгляду, информация возникла вместе с жизнью [6]. С позиций этой концепции и выделяется информационная форма причинности как особого вида детерминации, характерного именно для самоуправляемых систем. Информационная причинность не сводится ни к одному из известных ранее видов детерминации, качественно отличается от любого из них, если исходить из того, что "...информационный процесс представляет собой целенаправленное воздействие функциональной формы организации предметов или явлений, или их систем на другие предметы и явления (системы). Этот процесс не сводится к материальному и энергетическому воздействиям как таковым, хотя он тесно связан с ними" [7].
С позиций функциональной концепции в [8] приводится следующее определение информации: "Информация есть такое воспроизведение одной системой структуры другой, при котором она функционально выделяется и включается отражающей системой в процессы управления, жизнедеятельности и практики". Представляется полностью обоснованым утверждение Э.П.Семенюка [6], что в целом аргументы в пользу функциональной концепции информации гораздо более убедительны, чем доводы ее противников. Он отмечает, что акцетирование функционального характера информации, т.е. ее неразрывной связи с процессами самоорганизации и управления, позволяет четко выделить качественную специфику информации, последовательно отличая ее от любого другого феномена действительности. И далее: "По нашему мнению, в неживой природе как таковой, самой по себе, информации нет: она возникает лишь там, где есть не только источник, но и приемник информационных сигналов, т.е. объект с достаточно высоким уровнем организации, возникает в результате их взаимодействия". Согласно Н.Винеру информация - это некое содержание (сведения), полученное из внешнего мира в процессе нашего приспособления к нему наших чувств. Он также отмечал, что информация есть информация, а не материя и не энергия, тем самым принципиально противопоставляя информационные процессы физическим. Наконец, в [6] приведено еще одно определение информации: информация - это отличная от вещественно-энергетических факторов сторона отражения, воспринимаемая материальными системами со степенью организации, достаточно высокой для ее хранения, переработки и дальнейшего использования в целях управления, и выражающаяся в упорядоченных сведениях о степени вероятности того или иного события из возможного разнообразия событий определенного вида.
Однако необходимо иметь в виду, что достаточно широко распространено и другое понимание информации, а именно, как негэнтропии, меры упорядоченности, организации, внутренней структуры объекта, т.е. информация понимается здесь как имманентное свойство объкта или явления самого по себе, взятого вне отношения, взаимодействия с другими объектами и явлениями. более полный обзор различных концепций в определении понятия информации выходит за рамки данной работы. Этому вопросу посвящена обширная литература. Здесь же попытаемся прийти к определению понятия информации после детального анализа специфических качеств, которыми должна обладать система, для того чтобы быть информационной.
Перед детальным рассмотрением понятия информационной системы полезно будет напомнить структуру и общий принцип работы автоматической системы управления или регулирования - АСУ, которая является простейшей и наглядной моделью информационной системы. В явном или же неявном виде в состав АСУ входят все компоненты, характерные для информационных систем.
В обязательном порядке в состав АСУ должны входить: устройство (датчик, детектор), воспринимающее контролируемое внешнее воздействие (некоторый сигнал) - x(t), и исполнительный орган, предназначенный для ликвидации отклонения регулируемой, управляемой величины (параметра) - y(t), от заданного значения или от заданного закона ее изменения. Причем, подразумевается, что всегда имеет место некоторая зависимость: y(t) = f{x(t)}. В явном или неявном виде в состав АСУ также должны входить: элемент, выполняющий процедуру сравнения внешнего воздействия или регулируемого параметра с их эталонными значениями, и, в той или иной форме, сами эталоны. Под влиянием x(t) в АСУ происходят различные количественные и качественные изменения, в результате чего y(t) может приобрести некоторое значение, отличное от заданного или требуемого. В этом случае регулирующие функции АСУ влияют на y(t) посредством регулирующего воздействия z(t) (выходной сигнал регулятора) так, чтобы рассогласование {y(t) - y0(t)} стало бы возможно минимальным. Здесь y0 - эталонное, номинальное значение регулируемого параметра y(t). Функциональная зависимость z(t) = f{y(t) - y0(t)} в общем случае может быть достаточно сложной.
Ясно, что для функционирования АСУ необходим источник энергии. Это если регулируется только некоторый качественный параметр, например температура. Если же регулировке подлежит и структура объекта, то в общем случае необходим и двусторонний (между объектом и окружающей средой) обмен веществом. Таким образом, любая АСУ должна быть открытой и динамичной системой. В ее состав одновременно должны входить такие элементы как датчик, исполнительный орган, некий эталон или эталоны и элемент выполняющий алгоритм процедуры сравнения. Исключение любого из перечисленных элементов, точнее функций этих элементов, приводит к деградации АСУ, а оставшиеся элементы можно считать, что "вырождаются", т.к. их функции становятся бессмысленными, точнее - они не могут проявиться.
Теперь перейдем к рассмотрению понятия информационной системы. Для этого приведем еще одно определение информации. Согласно [2], информация - есть то, что извлекается из образа в процессе его "осознания" и соотнесения с отображаемым объектом. Общая схема процесса отображения (по [2]) представляется следующим образом. Допустим, что имеется отображаемый объект Х (объект-система) и информационная отображающая система Y (субъект-система), включающая в себя подсистему - W, выполняющую непосредственно процесс отображения и в которой получен некоторый образ (модель) Х1 = F(X) оригинала Х. Для того, чтобы извлечь информацию об объекте Х, содержащуюся в Х1, необходимо сопоставить полученное впечатление с ранее накопленным, выяснить в чем сходство и в чем отличие образа данного объекта от образов иных объектов, которые наблюдались в прошлом. Это предполагает в составе системы Y специальной под системы анализа и решения - Z, находящейся в тесном взаимодействии с отображающей подсистемой W. В состав подсистемы Z должна входить и память, в которой могли бы накапливаться впечатления как непосредственные (чувственные), так и вторичные, образующиеся в процессе сопоставления и анализа текущего образа.
Формирование идеального прообраза объекта Х, т.е. преобразование
Х' = f(X1) и есть процесс получения субъективной информации в ее общем виде. Как считают авторы [2], ни воздействие, ни оригинал не содержат никакой информации. Объективно содержит информацию лишь отображение объект-системы, сформированное в субъект-системе.
Уточним несколько ситуацию, в которой рассматривается само понятие информации, т.е. уточним структуру и специфические функции ИС. В общем случае в состав ИС должен входить ряд специфических, обладающих соответствующими функциональными возможностями, элементов (подсистем), а именно:
1. Рецептор (рецепторы) - подсистема, воспринимающая сигналы от окружающей среды.
2. Память - ЗУ, где накапливаются предшествующие впечатления (или образы) и фиксируются текущие впечатления.
3. Подсистема анализа и решения - ПО, т.е. подсистема обработки зафиксированной в ЗУ информации, со своей локальной памятью - ЗУО, в которой размещена программа функционирования подсистемы ПО.
4. Эффектор (эффекторы) - подсистема, непосредственно реализующая информационные процессы, которые свойствены данной ИС.
В зависимости от типа ИС сложность и конкретная конфигурация этих подсистем может быть различной. В простейших ИС какие-то подсистемы могут быть не выделены четко как элементы системы, но в ИС обязательно должны выполняться (непосредственно или же косвенно) все функции, свойственные перечисленным подсистемам. Отсутствие хотя бы одной из этих функций делает бессмысленным наличие остальных. Следовательно, или они все есть одновременно и мы имеем случай ИС, или же их нет и - система физическая.
Воздействие внешней среды на систему, воспринимаемое рецептором, называется сигналом (раздражителем). В общем случае сигнал может иметь различную физическую природу, но он всегда материален. Сигнал - это некоторым образом модулированное то или иное качество (параметр) некоторого материального носителя, которое воспринимается данным рецептором. Здесь под понятием модуляции подразумевается изменение соответствующим образом во времени и (или) в пространстве количественных характеристик рассматриваемого параметра (или параметров) носителя. Для поступления в ИС информации извне наличие сигнала и соответствующего рецептора, т.е. подсистемы, реагирующей на этот сигнал, необходимое, но не достаточное условие. Если в результате физического воздействия внешней среды на рецепторы ИС в ЗУ отображающей ИС (субъект-системы) в результате взаимодействия ЗУ и ПО из полученных впечатлений сформируется образ отображаемого объекта, то только в этом случае это воздействие внешней среды можно считать сигналом, несущим соответствующую информацию. Таким образом, отметим, что для формирования образа отображаемого объекта, т.е. для получения информации о нем, необходимо, чтобы в ЗУ отображающей ИС существовали ранее сформированные образы, а в ЗУО - адекватная программа взаимодействия ПО с ЗУ.
Следовательно, тогда и только тогда, когда сигнал, рецептор, ЗУ и ПО образуют отображающую динамическую систему, может сформироваться образ отображаемого объекта и возникнуть системное качество субъект-системы информация.
Как видим, ИС характеризуется специфическим системным качеством, которое заключается в ее способности воспринимать информацию, благодаря тому, что в ее состав включена информация определенного объема и содержания. Отсюда следует, что для того, чтобы такая реальность как информация проявила себя, необходимо наличие опять же информации, но другой. Иначе говоря, информация проявляет себя только при взаимодействии с другой информацией. Это обстоятельство лаконично охарактеризовал К.Ф. фон Вайцзекер посредством двух взаимно дополняющих тезисов:
- информацией является лишь то, что понимается;
- информацией является лишь то, что производит информацию.
С позиций атрибутивной концепции считается, что сама по себе упорядоченность некоторого материального объекта, в данном случае -"носителя" (информации), содержит в себе определенную информацию или является ею. В дальнейшем, при изложении материала, для упрощения ситуации, также будем использовать иногда понятие информации в таком контексте. Но всегда надо иметь в виду, что сама по себе любая упорядоченность, организация не является информацией. Организация может проявить себя в качестве информации только при "информационном" взаимодействии материальных объектов. Поскольку информация проявляет себя только в процессах, то можно утверждать, что информация есть характеристика, качество этих специфических процессов, а не той или иной структуры. Одна и та же структура или сигнал в одном случае могут нести информацию, а в другом - нет.
Различают два способа обеспечения устойчивости систем: энергетический и негэнтропийный. Первый способ развития обеспечивает отбор и сохранение систем, обладающих большей энергией внутренних связей. Второй способ развития сохраняет те системы, которые обладают наибольшим многообразием способов поведения в ответ на разнообразные внешние воздействия, т.е. наибольшим запасом информации - негэнтропии, возрастающим в процессе развития системы. Как уже отмечалось, для формирования ФС необходимо, чтобы мощность (сила) физических системообразующих связей - СОС, была бы больше мощности физических системоразрушающих связей - СРС, или взаимодействий. При выполнении такого условия может сформироваться стабильная, статическая ФС, которая характеризуется минимумом свободной энергии и максимумом энтропии.
В том случае, когда мощность СРС соизмерима или больше по сравнению с мощностью СОС, система оказывается нестабильной, и без дополнительных, стабилизирующих некоторых факторов, будет со временем разрушена. Единственным возможным стабилизирующим фактором в таком случае может быть только наличие в системе соответствующих управляющих процессов (т.е. наличие подсистем, реализующих эти процессы), которые фиксировали бы или СРС или (и) результат его воздействия на систему и осуществляли бы соответствующие компенсирующие, адаптирующие, действия. Но для того, чтобы управлять некоторым объектом (процессом) нужно знать текущие его параметры, знать оптимальные, нужные значения этих параметров, знать способ (способы), алгоритм, приближения текущих значений этих параметров к их оптимальным значениям. Иначе говоря, для реализации управляющих функций, система должна принимать информацию, иметь ее и уметь ее обрабатывать, т.е. система должна быть информационной. Способность к саморегулированию - свойство, противодействующее возрастанию энтропии, т.е. поступление и переработка внешней информации - есть способ борьбы с ростом энтропии.