Классификация методов системного анализа

Метод — способ или прием, используемый для достижения цели познания или создания нового знания. Метод является научным средством исследования любого объекта. В системном анализе для решения поставленных задач, а именно перевода их из словесных, умозрительных описаний в формальные, удобные для анализа модели, используются различные методы.

Важно запомнить!

На начальном этапе формирования системного анализа большое внимание уделялось применению различных математических методов, в рамках которых создавались математические модели для представления сложных объектов. Однако спустя некоторое время ученые поняли, что не все большие и сложные проблемы социально-экономического характера могут решаться с помощью только математических методов, т. е. содержательная (атрибутная) сторона не может быть отражена в таких моделях. И часто математические модели экономических или социальных систем теряют свой основной смысл. Кроме того, процессы в социально-экономических системах имеют вероятностный характер, который связан с определенным уровнем неопределенности факторов внешней среды. Поэтому для системного анализа многих социально-экономических проблем необходимо пользоваться не столько количественными методами моделирования, сколько качественными. Так, в настоящее время количество методов системного анализа достаточно велико и их классификация имеет субъективный характер. Многообразие методов, которые применяются в системном анализе, объясняется тем, что каждый исследователь ставит для себя конкретные цели системного исследования и может выбирать те методы, которые наиболее эффективно могут реализовать эти цели.

В процессе развития системного анализа постоянно расширяется номенклатура средств формального представления и описания объектов — систем в разных предметных областях наук. Если на начальном этапе методология системного анализа опиралась в большей мере на количественные методы исследования, то по мере расширения области его применения для решения сложных социально-экономических проблем появилась необходимость в качественных методах.

Например, в работе Ю. И. Черняка все методы классифицируются по четырем основным группам по принципу их применения в системных исследованиях^[1]:

• • логические (концептуальные);
• • графические;
• • количественные;
• • моделирования.

Такая классификация логична для системного исследования. Тем не менее для решения социально-экономических проблем этого недостаточно, так как в таких моделях теряется предметное содержание или не всегда пользователи могут интерпретировать такую модель для принятия решения в конкретных условиях. К. Боулдинг отмечал, что для теории систем «…математика — язык теории, но она не дает нам содержания». Это объясняется тем, что не все свойства социально-экономических систем могут быть описаны только параметрическими зависимостями, т. е. математическими средствами. Математические средства можно применять лишь в том случае, когда возможно представить параметрическое описание системы в дискретном виде, т. е. функциональную зависимость ее параметров. Развитие методов формализации в системном анализе, описание сложных и саморазвивающихся систем потребовали создания адекватных методов моделирования не только статических, но и динамичных систем с различным уровнем сложности. Для этих целей были разработаны специальные средства моделирования, такие как имитационное моделирование, ситуационное моделирование и т. п.

В настоящее время большая часть специалистов по системному анализу склонна классифицировать все методы системного анализа:

• 1) на количественные, использующие метод представления систем формальными средствами (математическими). В. Н. Волкова и А. А. Денисов в своих работах используют термин «методы формализованного представления систем» (МФПС), который позволяет представить единую систему методов системного анализа на основе средств формализации^[2];
• 2) качественные, использующие неформальные, логические методы исследования систем, которые названы «методами активизации интуиции специалистов» (МЛИС);
• 3) специальные методы моделирования, в рамках которых сочетаются разные вышеупомянутые методы, реализуемые программно-компьютерными средствами. Эти методы основаны на математических и информационных методах моделирования. К ним относятся методы: имитационного динамического моделирования, ситуационного моделирования, структурно-лингвистического моделирования, информационного моделирования, моделирования знаний (когнитивный подход) и др.

Все количественные и качественные методы исследования систем основаны на принципе формализации. Принцип формализации — способ описания систем научными средствами.

К качественным методам описания систем можно отнести такие методы как мозговой атаки, описания сценария, экспертных оценок, «дерева целей», методы морфологического моделирования и др. Качественные методы позволяют использовать неформальные подходы к решению проблем на основе активизации творческой деятельности человека.

К количественным методам относится все существующее многообразие математических методов, в том числе и методы экономико-математического анализа.

Аппарат и язык математики не способен исчерпывающе описать все многообразие свойств, связей и отношений, возникающих в социальноэкономических системах. Большие системы как раз этим и сложны для исследования. Приходится применять различные методы моделирования организации и проектирования систем, а также варианты принятия решений в системах управления.

Основные методы системного анализа представляют совокупность количественных и качественных методов, которые представлены в табл. 6.4. Методы сгруппированы на основе классификации, разработанной профессором Ф. Е. Темниковым. Вместо разделения на количественные и качественные методы используется разделение на три группы. Это более целесообразно, поскольку не все методы можно однозначно отнести к качественным или количественным — они могут иметь смешанный характер.

Таблица 6.4

Методы системного анализа (методы моделирования систем)

Методы формализованного представления систем

Методы формализованного представления систем опираются на математические средства формализации. Нами взята за основу классификация методов, описанная профессором Ф. Е. Темниковым а также В. Н. Волковой и А. А. Денисовым^[3][4]. В учебнике этих авторов дается лишь краткое представление о выделяемых методах для студентов, не имеющих специальной подготовки в области математического моделирования.

1. Аналитические методы исследования систем основаны на методах классической математики, которые используют такие понятия, как величина, формула, функция, уравнение, система уравнений, интеграл, дифференциал и др. С помощью этих методов можно описывать описать ряд свойств многомерной и многосвязной системы, отображаемой в виде одной единственной точки, совершающей движение в^{-мерном} пространстве. Это отображение осуществляется с помощью функции f (s) или посредством функционала F (S). Аналитические методы используются в системном анализе только в том случае, когда свойства системы могут быть представлены в виде детерминированных (определенных) параметров и зависимостей между ними. В этом случае систему можно описать с помощью средств классического математического анализа (методов исследования функций, различных их видов и способов представления и т. п.), специальными средствами математического программирования (линейного, нелинейного, динамического и т. п.), а также методами теории игр.

Теория игр разработана для поиска решений в условиях неопределенности, включающих конфликтные ситуации между партнерами. Понятие «игра» подразумевает математическую модель конфликтной ситуации. Конфликтной ситуацией называют такую, при которой эффективность принимаемого решения одного участника «игры» зависит от другого. Конфликт всегда связан с определенного рода разногласиями, которые могут иметь определенный уровень неопределенности. Разрешение конфликта — поиск оптимальных стратегических решений, учитывающих интересы разных партнеров. Например, в экономике это взаимоотношения между поставщиком и потребителем, покупателем и продавцом, инвестором и компанией и т. п. Развитие аналитических методов исследования осуществляется в таких прикладных теориях, как теория автоматического управления, теория оптимальных решений.

Однако для сложных многокомпонентных систем получение аналитических зависимостей между всеми параметрами не всегда возможно четко определить. Поэтому требуется предварительное установление степени адекватности описания такой системы аналитическими методами. В таком случае необходимо создавать промежуточные, абстрактные модели, которые в дальнейшем могут быть исследованы аналитическими методами с определенной степенью адекватности. Кроме того, следует отметить, что при исследовании социально-экономических систем аналитические методы нс дают содержательной трактовки и это создает определенные трудности для пользователей (руководителей).

• 2. Статистические методы намного расширяют использование аналитических методов, так как позволяют отобразить систему с помощью случайных (стохастических) событий, процессов, которые описываются соответствующими вероятностными (статистическими) характеристиками и статистическими закономерностями. Эта группа методов разработана на основе математических теорий: вероятности, математической статистики, статистических испытаний (метод Монте-Карло), исследования операций, стохастического программирования, массового обслуживания, статистического имитационного моделирования, экономической статистики и др. Статистические методы применяются для исследования сложных недетерминированных, саморазвивающихся, самоуправляемых систем с определенной степенью вероятности. Применение статистических методов требует исследования репрезентативности выборки данных для обоснования доказательства возможности переноса выявленной статистической закономерности на реальный исследуемый объект. Если это становится невозможным, то следует использовать методы дискретной математики, которые позволяют создавать модели и методики поэтапной формализации процесса принятия решения.
• 3. Теоретике)-множественные методы, согласно М. Месаровичу, служат основой для создания общей теории систем. С помощью таких методов система может быть описана в универсальных понятиях (множество, элемент множества и т. д.). При описании можно вводить любые отношения между элементами, руководствуясь математической логикой, которая используется как формальный описательный язык взаимосвязей между элементами разных множеств. Теоретико-множественные методы дают возможность описать сложные системы формальным языком моделирования.

Такие методы целесообразно использовать в случаях, если сложные системы не могут быть описаны методами одной предметной области. Теоретико-множественные методы системного анализа являются основой создания и развития новых языков программирования и создания систем автоматизированного проектирования.

• 4. Логические методы являются языком описания систем в понятиях алгебры логики. Наибольшее распространение логические методы получили под названием булевой алгебры как бинарного представления о состоянии элементных схем компьютера. Логические методы позволяют описывать систему в виде более упрощенных структур на основе законов математической логики. На базе таких методов развиваются новые теории формального описания систем в теориях логического анализа и автоматов. Все эти методы расширяют возможность применения системного анализа и синтеза в прикладной информатике. Эти методы используются для создания моделей сложных систем, адекватных законом математической логики для построения устойчивых структур¹.
• 5. Лингвистические методы. С их помощью создаются особые языки, описывающие системы в виде понятий тезауруса. Тезаурус представляет собой множество смысловых выражений в качестве единиц некоторого языка, в которых указаны семантические отношения (синонимы, антонимы, паронимы, гипонимы, гиперонимы и т. п.) между лексическими единицами. Каждая предметная область знаний имеет свой тезаурус. Например, в экономике — экономические понятия и категории.
• 6. Семиотические методы базируются на понятиях: символ (знак), знаковая система, знаковая ситуация, т. е. применяются для символического описания содержания в информационных системах.

Лингвистические и семиотические методы стали широко применяться в том случае, когда для первого этапа исследования невозможно формализовать принятие решений в плохо формализуемых ситуациях и нельзя использовать аналитические и статистические методы. Эти методы являются основой развития языков программирования, моделирования, автоматизации проектирования систем разной сложности^[5][6].

7. Графические методы. Используются для отображения объектов в виде образа системы, а также позволяют отобразить в обобщенном виде системные структуры и связи. Графики бывают объемными и линейноплоскостными. В основном используются в виде графика Ганта, гистограмм, диаграмм, схем и рисунков. Такие методы и получаемое с их помощью представление дают возможность наглядно отобразить ситуацию или процесс принятия решений в изменяющихся условиях.

Методы активизации интуиции специалистов (МАИС).

МАИС активизируют выявление и обобщение мнений экспертов, которые вырабатывают экспертные оценки. Эти методы объединяет опора на профессиональный опыт и интуицию специалистов, которые используют не столько количественные (математические) методы, сколько качественные, неформальные методы исследования сложных проблем.

Эксперт является квалифицированным специалистом в исследуемой области. Экспертные оценки представляют собой количественные и качественные оценки процессов и явлений, выполняемые экспертами на основе суждений.

В теории систем был период, когда все неформальные методы называли эвристическими, отождествляя этот термин с термином «экспертные методы» в широком смысле. Однако эвристические методы связаны с процессом творческого мышления человека и развитием интуиции. Затем в системном анализе стали появляться методы, которые стали широко использовать философские методы поиска новых решений в нестандартных ситуациях. Подробное описание МАИС и вопросы их применения будут изложены в гл. 7.

Философские методы (диалектика и формальная логика) относятся к разряду методов теории познания (раздел философии, в котором анализируются природа и возможности знания, его границы и условия достоверности), позволяют создавать новые знания об объекте исследования в виде идей, гипотез, концепций.

Диалектика (от греч. dialegomai — веду беседу, рассуждаю) — методологический принцип, используемый в исследовательской деятельности и связанный с логическими формами выражения мысли с целью анализа, развития и синтеза знаний.

Формальная логика — наука, изучающая формы мысли — понятия, суждения, умозаключения, доказательства с целью достижения достоверности заключений и выводов в процессе исследования. Роль диалектической логики сводится к обеспечению соответствия методов познания (эмпирических и теоретических) предмету исследования.

К эмпирическим методам исследования относятся: наблюдение, эксперимент, измерение, сравнение. К теоретическим методам исследования относятся: анализ, синтез, классификация, абстрагирование, формализация, аналогия, моделирование, дедукция и индукция.

Диалектическая логика основана на законах диалектики, которые позволяют обосновывать важную проблему о единстве и многообразии мира.

Перечислим основные законы диалектической логики.

• 1. Закон единства и борьбы противоположностей. Согласно этому закону любой объект исследования в качестве целого (единого) обладает внутренним потенциалом (источником) для развития или саморазвития. Единство подразумевает взаимосвязь между частями целого и взаимозависимость друг от друга. Борьба противоположностей означает, что в частях целого возникают противоречия, которые могут быть разрешены в процессе исчезновения одного состояния (свойства) объекта и возникновением другого состояния.
• 2. Закон перехода количественных изменений в качественные. Согласно этому закону в любом объекте исследования количественные характеристики определяют его качественные свойства и любое их изменение приводит к появлению новых качеств.
• 3. Закон отрицания отрицания. Согласно этому закону всякое развитие в живой и неживой природе осуществляется по спирали.

Для отображения объективной реальности (объекта-системы) основными категориями в диалектической логике являются: возможность, действительность, следствие, причина, субстанция, отношение, становление и развитие.

Для разработки стратегии исследования на основе диалектических законов используются универсальные категории: абстрактное, конкретное, историчное, логическое, анализ, синтез, индукция и дедукция. В системном анализе применяются все методы диалектической логики, которые являются его методологической основой.

Морфологические методы. Метод морфологического анализа и синтеза был разработан в 1930;е гг. швейцарским астрономом Ф. Цвикки для поиска новых решений в конструировании астрономических приборов. Морфологический подход основан на комбинаторике вариантов решения задач. Подробное описание морфологических методов и вопросы их применения будут описаны в гл. 8.

Подробное описание таких методов, как Дельфи, «дерева целей», выбора коллективных решений, сценариев и экспертные методы, а также вопросы их применения вы найдете в гл. 8 учебника.

Специальные методы

К специальным методам моделирования систем относятся следующие.

• 1. Имитационное (динамическое) моделирование. Экспериментальный метод, позволяющий исследовать реальную систему на основе ее имитационной модели и сочетающий в себе экспериментальный подход и особые условия использования компьютерной техники (параграф 8.2).
• 2. Ситуационное моделирование. Метод моделирования, в котором основными элементами модели, описанной на некотором языке, являются ситуации (параграф 8.2).
• 3. Структурно-лингвистическое моделирование. Метод основан на использовании структурных представлений разного рода и средств математической лингвистики (языки, основанные на теоретико-множественных представлениях, на использовании средств математической логики, семиотики).
• 4. Информационный подход, также называемый теорией информационного поля и информационных цепей. Основан на применении законов диалектики для активизации интуиции лица, аппарата математической теории поля и теории цепей.
• 5. Метод анализа иерархий разработан Томасом Саати, используется для решения управленческих, плановых, финансовых и инвестиционных задач. МАИ является систематической процедурой для иерархического представления различных задач, определяющих суть любой проблемы (особенности его применения см. в параграфе 8.2).

• [1] Черняк 10. И. Системный анализ в управлении экономикой. М.: Экономика, 1975.
• [2] Волкова В. //., Денисов А. А. Теория систем и системный анализ: учебник для вузов.2-е изд., 2010.
• [3] Волкова В. Я., Денисов А. А., Темников Ф. Е. Методы формализованного представлениясистем: учеб, пособие. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1993.
• [4] Волкова В. Н., Денисов А. А. Теория систем и системный анализ: учебник для вузов.
• [5] Алексеева М. Б. Системный подход и системный анализ в экономике: учеб.-метод, пособие. С. 183.
• [6] Там же. С. 184.