Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРИБОРОСТРЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ»

Кафедра ИТ-7 «Автоматизированные системы обработки информации и управления»

УТВЕРЖДАЮ

Ректор МГУПИ

_____________Голубятников И.В.

«___» ______________ 200__г.

Для студентов 2 курса факультета ИТ

специальности 230102

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

по дисциплине 1701 «Информационные технологии»

по специальности 230102 Автоматизированные системы обработки информации и управления

Факультет ИТ

Обсуждена на заседании кафедры

(предметно-методической секции)

«___» _______________ 2007 г.

Протокол № _____

МГУПИ — 2007 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Раздел № 1 «Сложные системы»……………………………………………….3

Раздел № 2 «Синтез баз данных средствами реляционной алгебры»…..14

Литература

Раздел № 1 «Сложные системы»

СИСТЕМЫ. ХАРАКТЕРИСТИКИ. СВОЙСТВА.

ПОНЯТИЕ СИСТЕМЫ

Будем использовать понятие системы, которое учитывает такие важные составляющие любого материального объекта, как элемент, связи, взаимодействия, целеполагание.

Рис. 1. Понятие системы

Система - множество составляющих единство элементов, связей и взаимодействий между ними и внешней средой, образующие присущую данной системе целостность, качественную определенность и целенаправленность.

По определению элемент - это составная часть сложного целого. Сложное целое - это система, которая представляет собой целостный комплекс взаимосвязанных элементов.

Элемент - неделимая часть системы.

Элемент - часть системы, обладающая самостоятельностью по отношению ко всей системе и неделимая при данном способе выделения частей. Неделимость элемента рассматривается как нецелесообразность учета в пределах модели данной системы его внутреннего строения.

Сам элемент характеризуется только его внешними проявлениями в виде связей и взаимосвязей с остальными элементами и внешней средой.

Множество А элементов системы можно описать в виде:

А = {ai}, i = 1, ..., n,

где ai - i-й элемент системы;

n - число элементов в системе.

Каждый ai элемент характеризуется m конкретными свойствами Zi1, ..., Zim (вес, температура и т.д.), которые определяют его в данной системе однозначно.

Совокупность всех m свойств элемента ai будем называть состоянием элемента Zi:

Zi = (Zi1, Zi2, Zi3, ..., Zik, .." Zim)

Состояние элемента, в зависимости от различных факторов (времени, пространства, внешней среды и т.д.), может изменяться.

Последовательные изменения состояния элемента будем называть движением элемента.

Связь - совокупность зависимостей свойств одного элемента от свойств других элементов системы. Установить связь между двумя элементами - это значит выявить наличие зависимостей их свойств.

Множество Q связей между элементами ai и aj можно представить в виде:

Q = {qij} , i,j = 1 ... n.

Зависимость свойств элементов может иметь односторонний и двусторонний характер.

Взаимосвязи - совокупность двухсторонних зависимостей свойств одного элемента от свойств других элементов системы.

Взаимодействие - совокупность взаимосвязей и взаимоотношений между свойствами элементов, когда они приобретают характер взаимосодействия друг другу.

Структура системы - совокупность элементов системы и связей между ними в виде множества.

D = {А, Q}.

Структура является статической моделью системы и характеризует только строение системы и не учитывает множества свойств (состояний) ее элементов.

Система существует среди других материальных объектов, которые не вошли в систему и которые объединяются понятием «внешняя среда» - объекты внешней среды.

Вход характеризует воздействие внешней среды на систему, выход - воздействие системы на внешнюю среду.

По сути дела, очерчивание или выявление системы есть разделение некоторой области материального мира на две части, одна из которых рассматривается как система - объект анализа (синтеза), а другая - как внешняя среда.

Внешняя среда - набор существующих в пространстве и во времени объектов (систем), которые, как предполагается, оказывают действие на систему.

Внешняя среда - это совокупность естественных и искусственных систем, для которых данная система не является функциональной подсистемой.

Для данной системы внешняя среда (окружение) есть множество предметов вне системы: 1) изменение признаков которых влияет на систему; 2) признаки которых изменяются вследствие поведения системы.

Решение задачи отнесения предметов к самой системе или к ее окружению является в значительной мере произвольной и зависит от целей изучения системы. Общая проблема выделения окружения весьма сложна. Для того, чтобы указать окружение полностью, необходимо знать все факторы, воздействующие на систему или испытывающие воздействие с ее стороны. Это задача также сложна, как и указание самой системы.

При определении границ системы и ее окружения часто используют метод абстрагирования или идеализации. При использовании этого метода в систему и ее окружение включают те предметы, которые кажутся наиболее важными, описывают связи между ними возможно точнее и исследуют наиболее интересные признаки, пренебрегая теми, которые не играют существенной роли.

Этот метод широко используется в физических и химических исследованиях. Например, пружины без массы, воздух без трения, идеальные газы и т.п.

При создании технических систем в окружение системы включаются следующие универсальные факторы: - состояние технологии; - естественное окружение; - политика организации; - экономические условия для новых технологий; - человеческий фактор.

Примечание: Можно рассмотреть примеры взаимного влияния системы и окружения. Возникновение информационных технологий и изменение общества, как заказчика и потребителя информационных услуг.

ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ

Структура системы есть устойчивая упорядоченность в пространстве и во времени ее элементов и связей.

Структура системы отражает порядок вхождения элементов в подсистемы, а затем последовательное объединение подсистем в целостную систему. Эта структура всегда парно-иерархического типа и имеет не менее двух уровней: старший уровень - система; младший уровень - элемент.

Структура является наиболее консервативной характеристикой системы.

Функция есть действие, поведение, деятельность системы

Функция элемента возникает как реализация его системоопределенных свойств и при формировании элемента и его связей в системе.

Функция системы или набор функций возникает как специфическое для каждой системы порождение всего комплекса функций и дисфункций элементов ее составляющих.

Любой элемент обладает огромным количеством свойств. Одни из этих свойств при формировании связей подавляются, другие приобретают ярко выраженных характер. Однако степень подавления системонезначащих свойств элементов, как правило, не бывает полной. В связи с этим при формировании системы возникают не только «полезные функции», обеспечивающие сохранение системой ее качественной особенности, но и дисфункции, негативно влияющие на функционирование системы.

Основными системными характеристиками функций являются:

• совместимость на элементном уровне;

• изменчивость (лабильность);

• возможность активизации на свойствах элементов;

• интенсивность ( выраженность);

• степень детерминированности.

МЕТОДОЛОГИЯ ИЗУЧЕНИЯ СИСТЕМ

СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД.

Основные черты системного подхода.

Специфические принципы системного подхода.

1. принцип системности;

2. принцип иерархичности познания. Требует трехуровневого изучения предмета:

• изучение самого предмета - «собственный уровень»;

• изучение этого же предмета как элемента более широкой системы - вышестоящий уровень;

• изучение этого предмета в соответствии с составляющими данный предмет компонентами - нижестоящий уровень.

1. принцип интеграции - изучение интегративных свойств и закономерностей систем и комплексов систем, раскрытие основных механизмов интеграции целого;

2. принцип формализации - получение количественных характеристик, создание методов сужающих неоднородность понятий, определений, оценок.

Рассмотри более подробно некоторые принципы системного подхода.

Уровни изучения систем (общая стратификация).

Сложную систему чаще всего невозможно охватить полностью и детально представить. На практике это не всегда и требуется. Тогда возникает проблема компромисса между простотой описания, понимания системы и необходимостью учета многочисленных и разноплановых характеристик системы.

Одним из путей решения этой проблемы является послойное - стратифицированное описание (от лат. stratum - настил, facere - делать).

Основными уровнями изучения системы являются:

• микроскопический;

• макроскопический.

Макроскопическое изучение заключается в игнорировании детальной структуры системы и наблюдении только общего поведения системы как целого, в оценке ее интегративных характеристик.

К числу макроскопических характеристик относятся:

• тип структуры и границы системы;

• характер взаимосвязи «вход - выход»;

• особенности функционирования (дискретное или непрерывное);

• степень организованности и высоты организации;

• особенности жизненного цикла системы;

• эффективность системы.

Микроскопическое изучение системы связано с детальным описанием каждой из компонент системы, всех внутренних процессов. Центральным для микроскопического представления является понятие элемента.

В рамках микроскопического уровня изучаются:

• структура системы;

• связи и функции элементов;

• эффективность элементов.

Сведения о системе могут быть оформлены в виде следующих описаний:

• морфологического;

• функционального;

• информационного;

• процессуального;

• прагматического.

Морфологическое описание должно дать представление о строении системы. Морфологическое изучение проводится в следующей последовательности:

1. определение границ системы ;

2. изучаются подсистема первого уровня, далее компоненты последующих уровней вплоть до уровня элементов;

3. характер межкомпонентных связей и связей с внешней средой;

4. характер пространственно-временной организации компонентного состава и связей;

5. изучается изменчивость и особенности морфологии на различных стадиях существования системы.

Глубина морфологического анализа определяется тремя факторами: - стоящими задачами исследования; - значимостью влияния нижестоящих слоев структуры на интегративные характеристики системы; - достижимой степенью снятия неопределенности.

Основной задачей функционального описания является определение поведения системы, ее возможностей и отношения к другим системам.

Функциональное описание имеет иерархическую схему и должно отражать иерархию функций, процессы, параметры системы. Наиболее рациональным методом функционального описания является описание более высокого уровня на основе обобщенных и факторизованных переменных низшего уровня.

Задачи информационного описания заключаются в определении характеристик организации системы и оценке ее сложности.

Целью процессуального изучения является определение особенностей жизненного цикла системы, характеристик протекающих в системе процессов.

Задачей прагматического описания является получение прагматических характеристик : назначение, цель, эффективность, критерии оптимальности и т.п. Прагматическое описание выполняется только для целенаправленных систем.

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ.

Понятие системного анализа.

Системный анализ является научным направлением, обеспечивающим на базе системного подхода разработку методов и процедур решения слабострукторизованных систем при наличии существенной неопределенности.

Объектом системного анализа являются различные системы.

Предметом системного анализа являются общесистемные характеристики и взаимосвязи системы с окружением.