Система (от греч. systhema — целое, составленное из частей; соединение), множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, образующих определенную целостность, единство.

Выделяют материальные и абстрактные системы. Первые разделяются на системы неорганической природы (физические, геологические, химические и др.) и живые системы (простейшие биологические системы, организмы, популяции, виды, экосистемы); особый класс материальных живых систем — социальные системы (от простейших социальных объединений до социально-экономической структуры общества). Абстрактные системы — это понятия, гипотезы, теории, научные знания о системах, лингвистические (языковые), формализованные, логические системы … В современной науке исследование систем разного рода проводится в рамках системного подхода, различных специальных теорий систем, в кибернетике, системотехнике, системном анализе …

Часть и целое

философские категории, выражающие отношение между совокупностью предметов и объективной связью, которая их объединяет и приводит к появлению новых свойств и закономерностей. Эта связь выступает как целое, а предметы — в качестве его частей. Свойства целого несводимы к свойствам его частей.

Взаимоотношения между частями

Правильные и неправильные формы активности системы одинаково состоят из процессов возбуждения, торможения. Правильность их определяется не их собственной природой, а теми отношениями, в которых они находятся с другими процессами.Все оценки являются условными, каждая зависит от остальных. Абсолютного, то есть безусловного критерия не существует.

Изменения

Природа изменений – взаимодействие, обучение, эволюция или революция. Изменения улучшают адаптацию всего организма или системы.

Переменные и параметры

Переменная — неопределенное имя предмета из некоторой выделенной предметной области — области значений этой переменной.

Переменная – это измеримая величина, которая в каждый момент времени, имеет определенное числовое значение. Всякая реальная система характеризуется бесконечным числом переменных. Систему можно определить как любую совокупность переменных. Состояние системы в данный момент – это набор численных значений ее переменных в этот момент.

Критические переменные – это существенные переменные. Существенные переменные неодинаковы по степени опасности. Изменение существенной переменной в системе свидетельствует о приближении угрозы. Поэтому существенные переменные должны быть разложены по степени их важности …

Системы могут быть доступными либо для наблюдения, либо для эксперимента.
Линия поведения системы определяется последовательностью состояний и временными интервалами между ними. Поведение системы можно представить в фазовом пространстве. Репрезентативная точка состояния – это точка, координаты которой соответственно равны значениям переменных.

Поле системы

Поле системы представляет собой фазовое пространство, содержащее все линии поведения, найденные путем регистрации переходов системы из всех возможных начальных состояний при данной совокупности внешних условий.

Поле определяет характерное поведение системы, заменяя точным представлением неясное описание того, как действует или ведет себя система.

Выживание системы по Эшби на основе концепции поля – это такой процесс, когда линия поведения не выводит ни одну из существенных переменных за заданные пределы.

Стабильность, устойчивость и установившийся режим в системе – это одно и то же.

Справка
Стабилизация системы (от лат. stabilis — устойчивый), упрочение, приведение в постоянное устойчивое состояние или поддержание этого состояния, а также само состояние устойчивости, постоянства.

Стабилизация, устойчивость и равновесие системы

Устойчивость равновесия — это способность системы, находящейся под действием сил в равновесии, после незначительного отклонения возвращаться в положение равновесия.

Равновесие системы — это состояние системы, находящейся под действием сил, при котором все ее точки покоятся по отношению к рассматриваемой системе отсчета. Равновесие системы имеет место, когда все действующие на систему силы взаимно уравновешены. Равновесие системы может быть устойчивым, неустойчивым и безразличным.

Фазовый центр системы — это виртуальная точка, которая представляет начало пространственно-временных координат для барицентра системы (центра тяжести системы)

Устойчивым называется такое равновесие, когда, после малого отклонения от положения равновесия, фазовый центр системы опять в него возвращается, точнее, совершает около положения равновесия малые колебания.

Неустойчивым равновесием называется такое равновесие, когда, после малого отклонения от положения равновесия, фазовый центр траекторий системы все более и более от него удаляется.

Безразличным равновесием называется такое равновесие, когда фазовый центр после малого отклонения от положения равновесия продолжает оставаться в равновесии в новом положении.

Итак, равновесие бывает безразличным, неустойчивым и устойчивым..

Если дано поле, то состоянием равновесия будет пункт, из которого репрезентативная точка не перемещается. Это касается только самой репрезентативной точки. Но не касается линий поведения вокруг этой точки. Линии поведения могут сходиться к ней, расходиться от нее или идти другими путями.

Изменение поля или области может изменить результат опыта. Поле стабильно, если стабильна вся занимаемая им область, тогда стабильной можно назвать и систему, которой принадлежит поле. Система, обладающая обратной связью, бывает активно стабильной или активно нестабильной. Будет ли она стабильна или нестабильна, зависит от количественных деталей организации данной системы.

Нестабильность в системах с положительными обратными связями проявляются в выбросах. Малейшее возмущение усиливается в результате его круговой передачи по замкнутой цепи, так, что оно непрерывно растет, превращаясь во все большее отклонение от среднего состояния.

Каждая стабильная система обладает тем свойством, что если вывести ее из состояния равновесия и предоставить самой себе, то ее последующее изменение окажется в таком соответствии с исходным отклонением, что система вернется к состоянию равновесия.

Таким образом, множество различных отклонений будет вызывать множество соответственных реакций. К машинам с обратной связью не относится утверждение, что машина действует вслепую и не может исправлять своих ошибок. Такое утверждение верно в отношении машин, не имеющих обратной связи, но не в отношении машин вообще.

Стабильность не предполагает неподвижности или негибкости. Стабильная система обнаруживает состояние равновесия, в котором она не обнаруживает никаких изменений, но это неподвижность не следует принимать за неподвижность. Будучи выведена из равновесия, система перейдет к обширным и сложным движениям. Система ограничена в своих изменениях лишь в том смысле, что ей несвойственны всевозможные беспредельные отклонения.

Стабильность — это свойство, принадлежащее всей системе и не может быть приписано какой — либо ее части. Если пять из шести эффектов, действующих в системе могут быть определены, то стабильность будет зависеть от того, в каком отношении к ним находится шестой эффект.

Стабильность и целое

Стабильность принадлежит только их сочетанию, ее нельзя отнести к частям системы, рассматриваемым в отдельности.. 

Две системы можно соединить так, что они будут взаимодействовать между собой, образуя единую систему. То, что каждая из систем в отдельности была стабильной, не позволяет ничего сказать о стабильности систем, образованных их соединением: она может быть либо стабильной, либо нестабильной.

Две нестабильные системы при соединении их между собой могут образовывать целое, которое будет стабильным. Две системы могут образовывать стабильное целое при одном соединении и нестабильное – при другом.

В стабильной системе фиксация одной из переменных может сделать систему из остальных переменных нестабильной. Стабильность системы зависит от частей и взаимоотношений, взятых в целом.

Наличие стабильности всегда предполагает известную координацию в действии частей друг на друга. Сложная система с обратной связью легко теряет стабильность.

Адаптация как стабильность

Форма поведения системы адаптивна, если она удерживает существующие переменные в заданных пределах. Это значит. что каждый механизм адаптирован для достижения своей цели, что цель состоит в удержании величин тех или иных существенных переменных в физиологических пределах.

Почти все функционирование вегетативной нервной системы человека и животного обусловлено такими механизмами. Механизмы обеспечения гомеостаза могут быть весьма различны, принципы везде одни и те же.

Адаптивное поведение эквивалентно поведению стабильной системы, область стабильности которой совпадает с той областью фазового пространства, в которой все существенные переменные не выходят за пределы нормы.Постоянство одних переменных может быть связано с высокой активностью других.

Параметр, переменная и поле

Если дана система, то переменная, которая не включена в нее, является для системы параметром. Переменная, это термин, относящийся к внутренней организации системы. Параметров может быть бесконечное число, влияние которых на систему вообще нельзя обнаружить.

Параметры, не оказывающие заметного влияния, можно игнорировать, но отношение эффективного параметра к системе должно быть понято достаточно ясно.

Пока параметр не изменяется, система является системой, определяемой состоянием и имеет определенное поле.

После того, как параметр изменяется от одной постоянной величины до другой постоянной величины, система является системой, определяемой состоянием, и имеет определенное поле, но это поле не тождественно предыдущему.

Если эффективный внешний параметр изменяется постоянно, система не является системой, определяемой состоянием. Изменение величины эффективного параметра всегда ведет к изменению поля состояний. Число полей системы в общем случае равно числу комбинаций, которые можно составить из различных значений ее параметров.

Значение различия между изменением переменной и изменением параметра, то есть между изменением состояния и изменением поля, трудно переоценить. Именно различие этих двух видов изменений позволяет не смешивать изменения, образующих само поведение системы, с изменениями, образующими переход от одного поведения к другому.

Соединение систем

Соединением систем в одну систему является такое положение, когда одна система способна влиять на другую и наоборот. Это значит, что величины каких — либо параметров одной системы должны стать функциями от величин переменных другой системы.

Изменение величины параметра, как правило, ведет к какому — то изменению стабильности системы. В системе, определяемой состоянием, изменение стабильности может быть обусловлено только изменением величины параметра, а изменение величины параметра ведет к изменению стабильности.

Для организации ультрастабильных систем без метода глобального случайного поиска, или черного ящика, или метода проб и ошибок, обойтись нельзя.

Отсутствие «черного ящика» не позволяет выявить критические внешние параметры для системы, не определенные заданием на организацию системы, следовательно могут привести к организации системы, которая откажет в решающий момент.

Когда существенные переменные находятся вне своих нормальных пределов, то есть, когда проба не достигла цели, ни одно состояние системы не должно быть равновесным, так как имеющееся состояние должно перейти к другому состоянию, отличному от первого. 

Когда все существенные переменные системы находятся внутри своих нормальных пределов, любое состояние должно быть равновесным, то есть должно находиться в безразличном равновесии. Это необходимые условия.

Существенные переменные для системы аналогичны параметрам окружающей среды.

Любая система, обладающая существенными переменными с заданными пределами и способная к адаптации путем испытания различных форм поведения с точки зрения каждой из них на существенные переменные, должна иметь вторую обратную связь.

В системах со ступенчатыми функциями состояния, все возможные состояния системы можно разделить на два класса: состояния, приводящие к изменению функции ступенчатого механизма и состояния, не приводящие к такому изменению. 

Первые являются критическими состояниями системы, стоит только наступить какому то из них, как ступенчатая функция изменит величину.

Разрушение систем

Всякая система обладает свойством разрушения, которым часто пренебрегают в теории. Ранее считали, что разрушение или порча системы означает, что репрезентативная точка системы пришла к какому – то критическому состоянию и соответствующая ступенчатая функция системы изменила свое значение. 

Но, когда среди переменных системы, определяемой состоянием, имеется переменная, представляющая собой ступенчатую функцию, все поведение системы может оказаться более простым, чем в том случае. когда все переменные описываются полными или непрерывными функциями. 

Число главных переменных, определяющих систему

Пока во время построения поля ни одна ступенчатая функция не изменяет свое значение, мы будем находить, что главные переменные определяют систему, определяемую состоянием, и имеют определенное поле. Но, в различных случаях, поля могут оказаться различными.

Если бы система содержала два ступенчатых механизма, в каждом из которых переменная могла бы иметь два значения, то существовало бы четыре поля главных переменных.

В общем случае, n ступенчатых механизмов, имеющих по два возможных состояния, дадут два (основание размерности) в степени n полей состояния.

Две системы непрерывно изменяющихся переменных (среда и реагирующая часть) взаимодействуют таким образом, что между ними существует первичная обратная связь (через сложные сенсорные и двигательные каналы). 

Вторая обратная связь, действующая прерывисто и со скоростью более низкого порядка, идет от среды к некоторым непрерывным переменным, последние, в свою очередь, влияют на определенные ступенчатые функции таким образом, что эти функции изменяют свою величину тогда и только тогда, когда «непрерывные» переменные выходят из заданных пределов.

Ступенчатые механизмы воздействуют на реагирующую часть, в качестве ее параметров они определяют, каким образом она будет реагировать на среду. Когда связи между подсистемами развиты значительно слабее, чем связи внутри подсистем, деление на подсистемы будет более естественным и четким.

В ультрастабильной системе предполагается, что взаимодействие подсистем незначительно – потому ли, что между ними мало первичных связей, или потому, что подсистемы часто находятся в равновесии.

Адаптация системы, связанной со средой, базируется на основном принципе ультрастабильности, то есть на создании обратных связей второго порядка, исключающих все равновесные состояния, кроме тех, при которых все существенные переменные остаются в надлежащих пределах. Реагирующая часть системы сама разделена на подсистемы, между которыми нет прямой связи. Предполагается, что каждая реагирующая подсистема имеет свои существенные переменные и обратную связь второго порядка.

Связи и адаптация в системах

Внутри мультистабильной системы подсистема адаптируется к подсистеме точно таким же образом как животное к среде, то есть методом проб и ошибок. Когда процесс закончится, активность двух подсистем будет координирована таким образом, что существенные переменные суммарной подсистемы будут удерживаться в надлежащих пределах.

Ступенчатые функции перестанут изменяться тогда и только тогда, когда все сочетания будут стабильными. В предельном случае, когда передача всех возмущений повсюду равна нулю, вся система становится тождественной итеративным системам. И целое будет идти к адаптации так же, как эти системы.

Увеличение связей в адаптирующихся системах может быть вредным. Увеличение числа связей существенно снизит скорость адаптации системы и увеличит число возможных форм поведения системы.

Сокращение алфавита состояний системы всегда ведет к оптимизации управления.

Мультистабильная система, без всяких специальных видоизменений, обладает свойством извлекать пользу из повторяющихся ситуаций.

Отбор сложных равновесных состояний, в котором наблюдатель сможет усмотреть явление адаптации, не следует считать событием исключительным и необыкновенным – такой отбор является правилом.

Адаптация и обучение

В тех случаях, когда условия среды, к которым адаптируется организм или система, постоянны на протяжении слишком короткого времени для того, чтобы могла произойти адаптация, обучение представляет собой единственный метод достижения адаптации.

При подготовке данной страницы использованы выдержки из книги Уильяма Эшби «Конструкция мозга»