Презентация на тему Лекция 1. Введение. Системный подход к изучению объектов живой и неживой природы

живой и неживой природы
Введение.

Системный подход к изучению объектов

живой и неживой природы: основные задачи теории систем; основные определения и понятия системного анализа; понятие системы, способы описания систем, определение системы, классификация и свойства систем, системный анализ и системный синтез.

Основные функциональные характеристики сложных систем.

проектирования БТС:
Биологический организм является сложным объектом, отдельные элементы которого

сложным образом взаимосвязаны между собой.

Характер данных взаимосвязей не поддается точному математическому описанию.

Когда мы имеем дело с любым сложноорганизованным объектом, то для его исследования обычно применяется системный подход.

анализ проблем с позиции системного подхода, помогающий связать между

собой все известные факты и взаимосвязи, которые составляют существо анализируемой проблемы, и создать обобщенную модель. отображающую эту проблему с максимально возможной степенью полноты.

Системный синтез:
синтез систем с позиций системного подхода, позволяющий на основе исходных данных (которые включают сведения о назначении системы, ее характеристиках и функциях), знаний элементной базы и опыта проектирования подобных систем предложить обобщенную модель системы, отвечающую поставленным задачам с максимально возможной степенью соответствия при вводимых ограничениях на выбор характеристик ее компонентов.

образом связанных и взаимодействующих между собой для выполнения заданных

целевых функций.
 
 
Определение 2. Система - некоторый, класс множеств
S = {Mis Ljs Khs )
где S – система;
Mis -подкласс множеств которые состоят из элементов системы S ;
L js подкласс множеств, образующихся в результате деления элементов системы S на подэлементы;
Khs - подкласс множеств, в которые рассматриваемая система сама входит в качестве элемента.

в процессе передачи информации;
по типу связей между элементами;
по характеристикам

элементов.

системы, состоящие из небольшого числа элементов и характеризующиеся простым

динамическим поведением,
2) сложные системы, структура которых отличается разветвленностью и разнообразием связей, но поддается точному описанию,
3) очень сложные системы, точно и подробно описать которые нельзя.

Классификация систем по характеру поведения
1) детерминированные, для которых точно известен закон поведения,
2) стохастические, для которых можно определить вероятность того или иного ее состояния.

системы, имеющие хотя бы один информационный вход;
2) информирующие системы,

имеющие хотя бы один информационный выход;
3) информационные системы, имеющие некоторое количество информационных входов и выходов .
Классификация систем по характеристикам элементов: линейные, нелинейные и гистерезисные системы
Классификация систем по типу связей между элементами: замкнутые, разомкнутые,
с непосредственными и опосредованными связями, прямыми и обратными связями.

Система как объект исследования

или нескольких) системы:
Пассивное сосуществование в качестве материала для других

систем;
Обслуживание систем более высокого порядка;
Выживание т.е. противостояние другим системам и среде обитания;
Поглощение и подавление других систем и среды;
Преобразование других систем и среды и т. д.

может быть гомогенным (содержать однотипные элементы), гетерогенным (содержать разнотипные

элементы), смешанным.
Затем исследуются свойства элементов:
по содержанию (информационные, энергетические, вещественные смешанные);
по степени специализации (для однотипных функций, для близких (смежных) функций, для разнотипных функций);
по степени свободы (программные, адаптированные и инициативные);
по времени действия (регулярные, непрерывные, нерегулярные).
Характеристика связей между элементами внутри системы и между системой и средой: информационные, энергетические, вещественные, смешанные

Морфологическое описание системы

составу могут быть:

информационными,
энергетическими,
вещественными,
смешанными.

элементами внутри данной системы.

Выделяют:
многосвязные,
иерархические,
смешанные структуры.

Наличие иерархии,

как правило является признаком высокого уровня организации, каковыми являются биологические системы.

Для иерархических структур характерно наличие управляющих элементов.

В неиерархических структурах управляющие функции распределены между всеми элементами и группами элементов.

Морфологическое описание системы

системы:

иерархические


многосвязные


смешанные

Пример:

При количестве элементов h =20 полное число

связей между элементами системы h (h-1) = 380, число вариантов системы 2.

Если эта система разделена на К=4 подсистемы h=5 элементов в каждый, а для всех к подсистем h (h –1)К=80.
Число связей между подсистемой К (К-1)=12.

Т. о. общее число связей 80+12=92 вместо 380.

воздействия и воздействовать веществом, энергией или информацией на другие

подсистемы, соседние системы и среду;

рецепторные, способные преобразовывать внешние воздействия в информационные сигналы;

рефлексивные, способные воспроизводить внутри себя процессы воздействия на информационном уровне;

неопределенные, которые не могут быть точно отнесены ни к одному из перечисленных типов.

Морфологическое описание системы

выражает способность системы предсказывать свое будущее поведение.

Чтобы система

существовала, взаимодействовала со средой, она должна обмениваться с ней информацией.

Этот процесс называется информационным метаболизмом.
Вместе с вещественным и энергетическим он определяет полный метаболизм.

системы:

выявляет происхождение системы (объекта)
отражает главные этапы в его

развитии
позволяет оценить перспективы дальнейшего существования
позволяет разобраться в особенностях их структуры и функционирования
понять роль и назначение ряда подсистем
оценить роль внешних и внутренних факторов в эволюционном развитии.

Особую роль данное описание играет при исследовании биологических систем.

управления,
помехозащищенность,
устойчивость,
степень сложности.

1. Существование организма как целостной системы в условиях частых

изменений физико-химических свойств внешней среды связано со значительными энергозатратами. На первом месте на всех уровнях биологической организации выступает экономичность обмена веществ. При этом высшие организмы переходят к более энергоемким продуктам питания (от растительной пищи к животной).
2. Сравнения низших и высших форм показывает, что простейшие одноклеточные организмы находятся в негативных условиях, с одной стороны вследствие несовершенства форм преобразования энергии питательных веществ (основной процесс преобразования - брожение), а с другой, в результате большей площади контакта с внешней средой по отношению к объему организма, что приводит к значительным удельным энергозатратам. У высших форм более совершенны клеточные преобразования энергии (окислительное фосфорилирование).
3. На более высоких уровнях развития клетки, объединенные в одном организме, изолируют себя от управляющей внешней среды, создавая промежуточную, более регулируемую внутреннюю среду.

Появление внутренней среды, необходимость поддержания параметров этой среды на

условиях нормального функционирования организма приводит к появлению специализированных систем регулирования параметров внутренней среды (температуры, кислотности, давления и т.д.). На уровне отдельных слоев организма принцип экономичности принимает формы минимизации расхода энергии.
5. У высших форм организмов постоянный контроль за работой отдельных органов и систем обеспечивается разветвлением рецепторной подсистемой.
6. Происходит обособление восприятия и обработки информации от двигательной деятельности, формируется нервная система, функции которой не производительной, а целиком управленческие, организующие.
7. Выполнение функций может происходить под влиянием сразу нескольких подсистем, а само влияние выражается в различных физико-химических способах передач управляющих сигналов: гидродинамическом, гуморальном, нервном и т.д.

системах.
1. Анализ результатов физиологических исследований позволяет легко обнаружить

иерархическую организацию этих подсистем.
2. Органы и подсистемы организма, управляемые нервными центрами, решают отдельные частные задачи регулирования в соответствии со своей сложно организованной внутренней структурой.
3. Иерархичность структуры организма приводит к тому, что взаимодействие нервной системы с органами и подсистемами строится на принципе последовательности уровней.
4. Для нормального функционирования всего организма необходим обмен информацией между уровнями как с верху вниз, так и снизу вверх.

Совокупность существенных переменных, описывающих физико-химические свойства внутренней среды организма

и физические характеристики определяет функциональный уровень организма.
2. В состоянии режима покоя, или слабых воздействий каждая подсистема организма работает по принципу наименьшего взаимодействия.
3. При сильных внешних воздействиях на организм принцип наименьшего взаимодействия нарушается, возникают эффекты непосредственного возмущающего воздействия одних подсистем на другие - эффекты иерархических влияний, доминирования, конкурентных отношений.
4. Попадая в экстремальные условия организм стремиться поддержать постоянство наиболее важных показателей в ущерб менее ответственным, т.е. действует принцип поддержания постоянства внутренней среды.