1.4. Классификация систем

Рассмотрим наиболее важные классы систем.

Открытые и закрытые системы. Основные черты открытых систем – способность обмениваться со средой массой, энергией, информацией. В отличие от них закрытые системы полностью лишены этой способности, т.е. изолированы от внешней среды. Для закрытых систем сформулировано второе начало термодинамики, согласно которому в системе накапливается энтропия, появляется тенденция к неупорядоченности, разрушению.

В отличие от закрытых, в открытых системах возможны ввод извне энтропии и снижение собственной энтропии. В таких системах проявляется приспособление к сложившимся ситуациям (адаптация) и, как следствие этого, упорядоченность, организация.

Целенаправленные и целеустремленные системы. В этом классе можно выделить системы, в которых цели задаются извне (обычно это имеет место в закрытых системах), и системы, в которых цели формируются внутри системы (что характерно для открытых, самоорганизующихся систем).

Большие и сложные системы. По сложности различают большие и сложные системы. Будем понимать под большой такую систему, которая содержит большое количество составных элементов, подсистем, компонентов. В свою очередь, сложными будем называть системы по сложности связей, алгоритмов поведения.

По степени организации системы разделяют на классы хорошо организованных, плохо организованных (диффузионных) систем и на самоорганизующиеся системы. Хорошо организованной будем считать такую систему, в которой удается определить все элементы системы и их взаимосвязи, а также формализовать цели системы в виде аналитических (графических) зависимостей. В таких системах проблемная ситуация описывается в виде целевой функции, связывающей цель со средствами системы. Плохо организованная система не поддается формализации аналитическими методами. В этих системах проводятся выборочные исследования на уровне макропараметров, получают их статистические закономерности или аналитические интервальные оценки и распространяют эти закономерности или оценки на поведение системы в целом.

Класс самоорганизующихся систем характеризуется тем, что в системе автоматически формируется новая конфигурация (или несколько конфигураций) под каждую новую или одновременно несколько новых задач, которые должна система выполнять по заявкам, поступающим от внешней среды. При этом каждая конфигурация – это подсистема, содержащая минимально необходимое количество элементов и связей между ними, достаточных для эффективного решения задачи. Отметим, что во многих случаях время существования подобной подсистемы ограничено или мало. После выполнения задачи элементы подсистем могут включаться в другие конфигурации системы.

По возможностям развития системы делятся на пассивные и активные. Пассивные – это закрытые системы, хорошо организованные жесткими связями между элементами. Активные – открытые системы с гибкими связями между элементами и возможностями самоорганизации. Активные системы строятся по модульному принципу, что означает возможность замены любого составного модуля (подсистемы, компоненты или элемента) без изменений структур и поведения других модулей. Модульный принцип является основанием для построения развивающихся систем. Для этого должны быть соблюдены условия открытости и гибких связей в системе.

При этом следует иметь в виду важное отличие развивающихся систем от пассивных систем: начиная с некоторого уровня сложности систему легче изготовить и

ввести в действие, преобразовать и изменить, чем отобразить формальной моделью. В этом заключается принципиальная ограниченность формализованного описания развивающихся, самоорганизующихся систем.

По характеру поведения системы делятся на простейшие, программные, рефлексные, адаптивные, эвристические, инвентивные, прогрессивные, высокоорганизованные, а также по степени динамичности и непрерывности.


Простейшее поведение состоит в монотонном выполнении одинаковых операций. Программное поведение имеет место, когда выполняется определенная совокупность операций в строго заданной и неизменной последовательности. Рефлексивное поведение характеризуется тем, что действия представляют собой реакции на внешнее возмущение.

Более сложными видами поведения являются адаптивное, эвристическое и инвентивное. Адаптивное поведение отвечает требованиям самоприспосабливаемости системы к изменениям внутренних или внешних условий. Адаптация системы обычно связана с перестройкой ее структуры, а также с изменением числа уровней иерархии. На степень адаптивности оказывают влияние следующие признаки: допустимое разнообразие внешних воздействий, диапазон амплитуд этих воздействий, характер их изменения во времени, время адаптации, устойчивость адаптационного процесса.  Эвристическое поведение связано с нахождением путей решения задачи без полной информации, когда требуется в какой-то степени «догадываться» о ситуации и необходимых действиях.  Инвентивное поведение отличается тем, что система способна находить не только известные решения, но и «изобретать» новые.

Прогрессивные системы развиваются в течение своего «жизненного цикла». Основными видами систем прогрессивного поведения являются обучающиеся, восстанавливающиеся, развивающиеся и размножающиеся. Частным случаем развивающихся систем являются самообучающиеся системы, которые, накапливая опыт, функционируют все более эффективно.

Существенным признаком высокоорганизованных систем является свойство накопления, переработки и генерации информации.

Степень динамичности системы обусловливается сосредоточенностью и перемещаемостью частей и элементов системы. Деление систем по непрерывности (гладкости, дифференцируемости) относится к функциям, описывающих их поведение.

Динамические системы характеризуются тем, что их выходные сигналы в данный момент времени определяются характером входных воздействий в прошлом и настоящем (зависит от предыстории). В противном случае системы называют статическими.

Примерами динамических систем являются биологические, экономические, социальные системы; такие искусственные системы, как завод, предприятие, поточная линия и т.д.

Детерминированной называют систему, если ее поведение можно абсолютно точно предвидеть. Система, состояние которой зависит не только от контролируемых, но и от неконтролируемых воздействий или если в ней самой находится источник случайности, носит название стохастической. Приведем примеры стохастических систем, это – заводы, аэропорты, сети и системы ЭВМ, магазины, предприятия бытового обслуживания и т.д.

Различают системы линейные и нелинейные. Для линейных систем реакция на сумму двух или более различных воздействий эквивалентна сумме реакций на каждое возмущение в отдельности, для нелинейных – это не выполняется.

Если параметры систем изменяются во времени, то она называется нестационарной, противоположным понятием является понятие стационарной системы.

Примеры нестационарных систем – это системы, где процессы, например, старения являются на данном интервале времени существенными.

Если вход и выход системы измеряется или изменяется во времени дискретно, через шаг ê t, то система называется дискретной. Противоположным понятием является понятие непрерывной системы. Например: ЭВМ, электронные часы, электросчетчик – дискретные системы; песочные часы, солнечные часы, нагревательные приборы и т.д. – непрерывные системы.