Истоки системного анализа (стр. 1 )

1  ИСТОКИ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА

Для того, чтобы освоить системный анализ, следует подробно изучить историю его возникновения. Это необходимо потому, что системный анализ - молодая наука, развитие которой началось не далее как полвека назад, хотя ее корни и истоки, как и в любой другой науке, можно отыскать в глубокой древности. Содержание этой науки еще не установилось. В зависимости от позиции того или иного автора, она трактуется то как сугубо математизированное изучение взаимосвязанных объектов, то как философское осмысление окружающей действительности, то как прикладной инструмент управления сложными системами и т. п. К ней относят (или не относят) гносеологию (философскую науку о познании), кибернетику, математическую теорию систем, методы формирования крупных междисциплинарных проектов, исследование операций, методы принятия решений, глобальное моделирование, системный подход и другие научные направления.

В понимании автора данного пособия, системный анализ, в отличие от теории систем, – это прикладная наука, направленная на выявление качественных особенностей объектов анализа. В данном учебном пособии мы будем рассматривать системный анализ с позиций его использования в сравнительно узкой области – при проектировании и эксплуатации информационных систем и технологий. Тем не менее, начать его изучение необходимо с достаточно широкой исторической перспективы. Этому есть две причины. Во-первых, вселенские масштабы объектов, с осмысления которых началось становление системного анализа, наилучшим образом демонстрируют ту широту мышления, к которой должны стремиться все системные аналитики. Во-вторых, стремительное развитие и объединение информационных систем в глобальные информационные сети делает широкий взгляд на мир необходимым качеством настоящего профессионала в сфере ИТ, даже если разрабатываемые им информационные системы носят, казалось бы, локальный характер.

Истоки системного анализа можно разделить на три взаимно пересекающихся направления: ноосферное, кибернетическое и организмическое. Рассмотрим каждое из них.

1.1 Ноосферное направление

Ноофернерное направление объединяет подходы, в которых предмет рассмотрения носит наиболее общий характер: вся Вселенная, человечество в целом и тому подобное. К ним относятся:

·  русский космизм ;

·  учение о биогеосфере и ноосфере ;

·  глобалистика;

·  теория развития материи ;

·  теория этногенеза .

Русский космизм

Николай Федорович Федоров (1829 – 1903) родился 26 мая 1829 г. (по старому стилю) в селе Ключи Тамбовской губернии. Незаконнорожденный сын князя , фамилию и отчество он получил от своего крестного отца - Федора Карловича Белявского. В 1849 г. Федоров окончил Тамбовскую гимназию, до 1852г. учился к Ришельевском лицее в Одессе, однако лицей не закончил. С 1854 по 1868 г. преподавал историю и географию в уездных училищах, поменяв при этом семь городов. С 1868 г. работал в Москве библиотекарем в Чертковской библиотеке, Румянцевском музее, а в последние годы жизни - в читальном зале Московского архива Министерства иностранных дел. Федоров был первым, кто составил систематический каталог книг Румянцевского музея и выдвинул предложение о международном книгообмене.

Личность Федорова производила на окружающих неизгладимое впечатление. , например, говорил: "Я горжусь, что живу в одно время с подобным человеком". Он в совершенстве знал не только основные европейские, но и несколько восточных языков, одно время сильно увлекаясь китайским. Отличительной чертой его характера были исключительная принципиальность и отзывчивость, он постоянно защищал учеников, помогал самым бедным из них (в частности, был стипендиатом Федорова).

Основные принципы учения содержатся в книге «Философия общего дела», вышедшей в свет уже после его смерти. Особенность этого учения заключается в том, что человеческая жизнь рассматривается во всем многообразии форм и связей с бесконечным Космосом. Связующим ядром космического многообразия является нравственное начало (благо, добро, гармония, красота), а именно - всеединство человека и Космоса. Вот некоторые из идей .

Идея множественности форм жизни и разума. Жизнь (а значит, и Разум) может существовать в самых необычных формах, не только биологических. Эту идею разрабатывал , который высказал предположение, что наивысшее развитие Разум достигнет на небиологической основе, приобретая "полевой", электромагнитный характер. В связи с этим Циолковский писал о "лучистом" человеке и "лучистом" человечестве. «Сверхновый человек» будет разумом настолько превосходить нас, насколько мы выше одноклеточного организма. Именно в этом состоянии человечество обретет "вечное блаженство и жизнь бесконечную".

Идея автотрофности. Человечество абсолютно гетеротрофно, уничтожая все, что его окружает. Но, уничтожая биосферу, человек самоуничтожается, поскольку является частью биосферы. считал, что человек будущего - существо автотрофное, т. е. питающееся неорганическими веществами. При помощи Солнечного луча он научится выстраивать свой организм. Этот принципиально иной энергоинформационный способ обмена человека с окружающей средой, по замыслу , радикально изменит "технологическое и нравственное" лицо человечества. Идея автотрофности получила свое дальнейшее развитие в трудах , и особенно - . Последний отмечал, что "из существа социально гетеротрофного человек сделается существом социально автотрофным". Ясно, что это произойдет не скоро. Но, как считал В. Вернадский, "нужно уже сейчас готовиться к пониманию последствий этого открытия, неизбежность которого очевидна". Овладев автотрофными механизмами, человек сможет осуществлять радикальную перестройку собственного тела, главной целью которой будет нравственное и духовное совершенство личности.

Идея воскрешения или бессмертия. По мысли Федорова, реальное, естественное дело всего человечества, - восстановление погибшего, возвращение к жизни и преображение всех умерших поколений. Вначале ученый ставит реально осуществимую задачу воскрешения поколений сначала в изучающей памяти. Он призывает к тотальной консервации памяти, созданию всеобъемлющих библиотек и музеев по всем отраслям науки, искусства, техники, производства. Двигаясь в данном направлении, человечество со временем овладеет методами "патрофикации", т. е. рукотворного реконструирования предшествующих поколений. Федоров предлагает создать для этого специальные центры, которые изучали бы научно-технические приемы управления всеми молекулами и атомами внешнего мира так, чтобы "рассеянное собрать, разложенное соединить, т. е. сложить в тела отцов". Возвращение к жизни всех ушедших поколений начнет осуществляться на новой, более совершенной, лучистой (электромагнитной) основе. Если это свершится, человек будет жить сверхдолго, сколько необходимо. Сегодня делает первые успешные шаги нанотехнология, которая ставит задачу проектирования и конструирования из атомов и молекул сложных биологических и технических систем. Нанотехнологию можно рассматривать как важнейший шаг к созданию автотрофного человека.

Идея регуляции природы и общества. предупреждал, что фундаментальная ("чистая") наука и наука технологическая ("проективная"), не связанная с нравственными запросами человека, неминуемо приведет к уничтожению как самого человека, так и его колыбели - Земли. По Федорову, "Всеобщее дело" человечества состоит в объединении усилий на решение научных, технических и нравственных проблем. О том же говорил и Вернадский, он писал, что человечество должно овладеть мощью единой науки, но лишь при условии кардинальной перестройки всего наработанного до сих пор научного аппарата. Необходимы новые, всеобъемлющие парадигмы мышления (панпарадигмы), которые органически включили бы в себя теорию информации, теорию относительности и квантовую механику, существующие до сих пор раздельно. Нужна общая теория и на этой основе - общая технология, оберегающая и умножающая общечеловеческие ценности. Попытку построения единого языка науки предпринял .

Учение о биогеосфере и ноосфере

Владимир Иванович Вернадский () родился в Петербурге 28 февраля (12 марта) 1863 г. Его отец был профессором политической экономии и статистики. учился в классических гимназиях Харькова и Петербурга, затем на естественном отделении физико-математического факультета Петербургского университета. Его учителями были крупнейшие русские ученые , , и др. В университете Вернадский начал работать в области естественных наук, проблем философии и научного мировоззрения. По окончании университета работал хранителем Минералогического кабинета столичного университета, три года был в научной командировке в Италии, Германии и Франции для подготовки к профессорскому званию. С 1890 по 1911 гг. Вернадский в качестве приват-доцента, а затем профессора преподавал минералогию и кристаллографию в Московском университете, затем защитил в Петербургском университете магистерскую (1891 г.) и докторскую (1897 г.) диссертации. В 1906 г. был избран действительным членом-адъюнктом по минералогии Петербургской Академии наук и назначен заведующим минералогическим отделением Геологического музея академии. В 1911 г. он переехал в Петербург, работал в Академии наук.

С 1916 г. в научном творчестве Вернадского начался принципиально новый качественный этап, продолжавшийся до конца жизни. Он приступил к систематическому исследованию живой природы в атомном и планетарно-космическом аспектах, перейдя одновременно к естественно-историческому изучению человека и человечества, их настоящего и будущего. С конца 1917 г. Вернадский жил и работал на Украине и юге России, в 1921 г. возвратился в Петроград. С 1922 г. он продолжал свою научную и педагогическую деятельность во Франции и Чехословакии, в 1926 г. вернулся в Ленинград. В 1935 г. переехал в Москву, с 1941 г. был в эвакуации в Боровом Казахской ССР, в Москву возвратился в 1943 г. В последние годы жизни Вернадский работал над итоговой книгой - “научным завещанием потомкам”, “книгой жизни”, как он ее называл, - “Химическое строение биосферы Земли и ее окружения”, подбирал материал к книге воспоминаний “Пережитое и передуманное”.

Заслуга Вернадского в том, что он одним из первых осознал и теоретически осмыслил, что в истории человечества и Земли наступает качественный перелом. Развиваясь, жизнь на Земле переходит в стадию ноосферы, когда ее судьба определяется разумом человека. Термин ноосфера использовал в 20-х г. ХХ в. Э. Леруа, объясняя на семинаре А. Бергсона смысл учения . Затем этим термином стали пользоваться П. Тейяр де Шарден и, в конце жизни, сам Вернадский.

В системе воззрений ключевое положение занимает понятие живого вещества - совокупности всех растительных и животных организмов планеты. Новизна его понимания состояла в том, что живые организмы стали признаваться компонентами земной коры, столь же естественными и “равноправными”, как минералы и горные породы, но намного превосходящими их по своей геологической активности, что особенно ярко проявляется в деятельности человечества - составной части живого вещества планеты. Отсюда возникла концепция биосферы. Идея биосферы в общем виде была высказана им еще в середине 80-х гг. 19 в. в докладе на заседании студенческого научно-литературного общества Петербургского университета. Заключая доклад, Вернадский говорил: “Живая материя скопилась в виде тонкой пленки на поверхности земного сфероида: вверх, в атмосферу, она едва достигает верст 8-10; вниз, в глубь земного шара, - еще меньше. Везде, всюду царит мертвая материя - материя, в которой не происходит никакой жизни. Но что такое жизнь? И мертва ли та материя, которая находится в вечном непрерывном законном движении, где происходит бесконечное разрушение и созидание, где нет покоя? Неужели только едва заметная пленка на бесконечно малой точке в мироздании - Земле - обладает коренными, особенными свойствами, а всюду и везде царит смерть? Разве жизнь не подчинена таким же строгим законам, как и движение планет, разве есть что-нибудь в организмах сверхъестественное, что бы отделяло их резко от остальной природы? Покуда можно только предлагать эти вопросы. Их решение дастся рано или поздно наукой”.

считал, что живое вещество, выступая в роли геологически самого мощного химического агента, не только и не столько приспосабливается к внешней среде, но и само созидает и формирует эту среду, действенно ее преобразует, приспосабливая ее к себе, создавая благоприятные условия для максимального проявления своих геохимических возможностей. Для достижения этого эффекта необходимо, чтобы отношения между организмами и их сообществами характеризовались не только взаимной конкуренцией и борьбой, но также и сотрудничеством и взаимопомощью. Так и происходит на деле, отмечал Вернадский. Наиболее яркий тому пример - атмосфера, органичная составная (наряду с литосферой и гидросферой) часть биосферы, является всецело следствием геохимической деятельности растительного мира, играющего также роль связующего звена живого вещества Земли с Космосом.

Жизнь рассматривалась Вернадским в нескольких планах.

1.  Жизнь в условиях земного Космоса (от атомного уровня и выше).

2.  Субмикрокосмос и жизнь. (Оказывает ли какое-либо влияние на свойства и проявления жизни лежащий за атомами уровень материи – электроны, другие “элементарные” частицы, иные “субмикрообъекты”, их свойства, структуры, присущие им типы симметрии и т. п.? Вернадский склонялся к положительному ответу на этот вопрос).

3.  Жизнь в астрономической Вселенной. (Представляет ли собою жизнь столь же неотъемлемо присущую Космосу форму бытия, его атрибут, т. е. вечное и неуничтожимое свойство, каковыми являются вещество (материя) и энергия (движение)? Существовал ли когда-либо Космос, полностью лишенный жизни? Если Космос немыслим без материи и энергии, то мыслим ли он вне всяких проявлений живого? Не является ли жизнь во Вселенной столь же вечной, как вечен и сам Космос? Не представляет ли в таком случае жизнь самостоятельную космическую силу, которую мы должны принимать во внимание при построении научной картины мира и в наших возможных в будущем практических расчетах?

4.  Абиогенез и геологическая вечность жизни. Абиогенез – это возникновения живого из неживого на нашей планете в отдаленные геологические эпохи ее существования. Если он возможен, то это довод в пользу того, что жизнь не является столь же неотъемлемым свойством Вселенной, как вещество и энергия. одним из первых обратил внимание на некоторые важнейшие условия его осуществимости (возникновение молекулярной дисимметрии исходных химических веществ, изменение их изотопного состава и др.), однако строго доказанным научным фактом абиогенез Вернадский никогда не считал (что соответствует положению вещей и на сегодняшний день). Накапливавшиеся новые геологические данные относительно отдаленных периодов истории Земли не позволяли допустить существования в прошлом таких эпох, когда жизни на нашей планете не было, напротив, следы жизнедеятельности простейших организмов, к удивлению, обнаруживались в самых что ни на есть древнейших геологических отложениях, т. е жизнь геологически вечна.

5.  Возникновение разума, сознания. Вернадский считал, что разум - это не только земное, но и космическое явление. Можно предположить “существование в Космосе человеческого разума и сознания”. Значит, известная нам в земных условиях форма разума есть лишь одна из возможных бесчисленных его проявлений в Космосе. “Надо думать, что здесь, на Земле, в данное геологическое время перед нами развернулось только промежуточное выявление духовных возможностей жизни и что в Космосе где-нибудь существуют ее более высокие в этой области проявления”. История человеческого общества, подчеркивал Вернадский, - это не только и даже не столько история войн, смен династий, дворцовых переворотов и т. п.; это прежде всего история освоения человеком планеты. В конечном итоге Вернадский приходит к выводу, что в настоящее время на нашей планете протекает процесс перехода верхней, занятой живым веществом оболочки планеты - биосферы - в новое геологическое состояние - ноосферу, то есть область, преобразованную разумом и трудом человека сообразно своим целям и потребностям, возвышающим его как активно действующую, творческую личность. Главные движущие силы этого перехода – широкие народные массы, в своих действиях опирающиеся на достижения научного знания и всей общечеловеческой культуры.

Глобалистика

Глобалистика – это формирующееся в последние годы научное направление, стремящееся целостно изучать наиболее общие закономерности развития человечества и исходящее из того, что в настоящий период человечество переживает системный кризис, вызванный антропологической перегруженностью нашей планеты.

«Сжатие» времени

Действительно, современный период развития человечества характеризуется стремительным нарастанием сложности. предложена весьма красноречивая иллюстрация этого (рисунок 1).

 

Рисунок 1 - Длительность различных эпох развития человечества

В соответствии с ней, как пишет автор, «так как каждый социальный этап эволюции (взросления) высокоорганизованной материи сокращается примерно в 10 раз, то понятно, что сумма этого временного ряда конечна, а следовательно, конечна и вся история социальной эволюции на земле. И если принять, что в информационное общество мы (человечество) вступаем или уже вступили (США в 1974 г.), то уже Вы, читатель, будете прямым участником не только информационной фазы социальный эволюции, но также и непосредственным участником перехода в ноосферу. Всего несколько десятков лет и закончится социальная эволюция человека и человечества». Даже если учесть чрезмерную увлеченность автора собственной концепцией, нельзя не признать, что последние десятилетия внесли качественно новое содержание в развитие человеческого общества.

Еще одно оригинальное соображение на эту тему приводит А. Панов: «Время на нашей планете как будто убыстряется, эволюционные витки уплотняются, словно сжимается какая-то пружина. Вот известный пример, демонстрирующий это сжатие. Допустим, вся история Земли — это один год и формирование планеты завершилось 1 января. Тогда первые клетки появились в конце марта — начале апреля. Черви возникли в начале ноября. Первые позвоночные — в начале декабря. Динозавры появились 20 декабря. Первые приматы — 28 декабря. Обезьяны появились к 31 декабря. Неандертальцы появились к вечеру 31 декабря. Гомо сапиенс возник на исторической арене 31 декабря в 23 часа 57 минут. Древний Египет, Древний Шумер появились в 23 часа 59 минут 10 секунд. Иисус Христос родился в 23 часа 59 минут 50 секунд. Промышленная революция началась в 23 часа 59 минут 59 секунд. Этот феномен так и назвали — «Эффект ускорения исторического времени». ... Экстраполяция всей человеческой истории показывает предельную точку в 2027 г. А если взять ту часть кривой, которая относится к новой эре, что, как мне кажется, дает наиболее достоверный прогноз, получается 2011 г. Но в любом случае эта сингулярность находится у нас под носом.
Другими словами, реакция, которая была запущена 4 миллиарда лет назад, завершила свой цикл. И дальше она продолжаться не может: нельзя дальше заводить до предела заведенную пружину часов».
Продолжая эти рассуждения, можно сделать вывод о переходе человечества в некоторое новое качество – ту самую ноосферу, о которой говорил .

Действительно, в настоящее время, по признанию большинства специалистов, критическими для существования человечества становятся следующие проблемы:

·  преодоление экологического кризиса; переход к устойчивому развитию;

·  ликвидация отсталости, растущего разрыва в уровне развития развитых и развивающихся стран;

·  перенаселение планеты, реализация разумной демографической политики;

·  борьба с голодом, нищетой и болезнями;

·  рациональное использование минерально-сырьевых ресурсов;

·  использование Мирового океана и космического пространства в интересах всего мирового сообщества;

·  сохранение мира; укрепление всеобъемлющей безопасности и разоружение, предотвращение распространения наркотиков;

·  международный терроризм;

·  кризис современной проблемы образования.

Они могут быть решены лишь в том случае, если человечество в целом сможет действовать как единое разумное существо, умеющее прогнозировать результаты своего функционирования и разумным образом им управлять. Глобалистика считает своей целью научное обеспечение этого процесса.

Оценки предельной численности населения Земли

Прежде всего, она прогнозирует динамику численности человечества. По самой грубой модели, скорость возрастания численности популяции пропорциональна ее численности:

,

где – период времени (годы), а - темп роста. Обратная ему величина называется периодом удвоения:

. (1)

Отсюда можно полагать, что население Земли растет по кусочно-экспоненциальному закону:

, (2)

однако изменение условий существования приводит к тому, что в различные периоды темп роста имеет различные значения, а именно, возрастает в связи с прогрессом человечества, приводящим к улучшению условий существования, уменьшению смертности и увеличению продолжительности жизни. Как показали исследования, период удвоения численности человечества убывал с 3850 лет в начале нашей эры до 50 лет в 2000 г., а само население возросло за этот период с 230 миллионов до 6 миллиардов человек.

Сможет ли Земля прокормить столь быстро возрастающее население? Расчеты показывают, что ее традиционно понимаемые возможности в этом отношении не безграничны. Каждый человек в процессе жизнедеятельности потребляет продукцию окружающей его среды (природы) – прежде всего, продукты питания. Они (растительные и животные) возникают, в конечном счете, благодаря фотосинтезу, т. е. преобразованию солнечной энергии и неорганического углерода в органический. Годовая продукция органического углерода на Земле составляет в настоящее время 100-170 гигатонн (гига – это 109) и достигается при потребляемой от Солнца мощности 100 тераватт (тера – это 1012) и производится наземными растениями и водорослями. Таким образом, на получение в течение года 1 килограмма органического углерода затрачивается 0,6 - 1 ватт мощности от Солнца. Прямое же потребление (пища и иное использование древесины) составляет в настоящее время, по данным , в среднем 1,1 квт на человека в год. Отсюда следует, что при сохранении нынешнего уровня потребления и состояния биосферы Земля может прокормить 100*1012/1100=9,1*1010=91 миллиард человек. Из уравнений (1), (2) следует, что такая численность при неизменном темпе роста была бы достигнута через 197 лет, т. е. по историческим меркам совсем скоро. Кроме того, учитывая уничтожение лесов пожарами и варварскими вырубками, загрязненность поверхности океана нефтяной пленкой, приводящими к уменьшению производства органического углерода, критическая точка была бы достигнута значительно раньше.

Осознав угрожающую опасность, человечество принимает меры по ее предотвращению. Как показывает статистика, в последние полвека темп роста численности населения начал снижаться. Его прогнозные значения показаны в таблице 1.

Полагают, что, в конечном счете, численность населения Земли стабилизируется на величине порядка 15 млрд человек. Таким образом, с энергетической точки зрения, Земля в состоянии прокормить человечество.

Однако взаимодействие человека и биосферы не ограничивается только потреблением продуктов питания. Человек в процессе промышленного производства и бытовой деятельности потребляет невозобновимые ресурсы, загрязняет среду, сводит леса, уменьшает плодородие почвы, выводит земли из хозяйственного оборота и т. д. и т. п. Так, с 1945 по 1990 г. в мире произошла деградация почвы на 17% от площади растительного покрова Земли, причем сильная деградация, при которой плодородие почвы снижается на от 10 до 50 % - на площади, равной 10,5% от площади покрова Земли. За все время цивилизации (последние 10000 лет) площадь лесов на Земле сократилась на треть, причем половина потерянных лестных массивов приходится на промежуток с 1950 по 1990 гг. Годовой темп истребления лесов тропического и умеренного поясов сейчас близок к 1%, это значит, что через 70 лет останется лишь половина нынешних лесов, а через 100 лет леса практически исчезнут.

Таблица 1 - Прогнозируемый прирост населения Земли

Год	Численность населения
	млн. чел.	Годовой прирост, %
2005	6460	1.14
2010	6823	1.03
2015	7175	0.97
2020	7518	0.88
2025	7840	0.78
2030	8140	0.70
2035	8416	0.62
2040	8668	0.55
2045	8897	0.48
2050	9104	0.43

Такие примеры можно приводить долго. предложил привязать все эти воздействия к единому измерителю – величине энергопотребления и рассчитал, во сколько раз это энергопотребление превосходит энергию, затрачиваемую на биопотребление. Оказалось, что в настоящее время для мира в целом эта величина близка к значению 2, т. е. вдвое превышает биопотребление. Однако для развитых стран она значительно больше (смотри, в частности, таблицу 2).

Если полагать, как это делает , что 1 квт мощности био - и энергопотребления вызывает одинаковое возмущение биосферы, то количество населения, которое может прокормить Земля, будет определяться формулой 99 млрд/(К+1), где К – коэффициент превышения энергопотребления над энергией биопотребления. Если принять, что в среднем через несколько десятилетий мир достигнет в социально-техническом плане уровня современной ОАЕ, то допустимая численность населения составит лишь 91 млрд./17,3=5,7 млрд. человек, т. е. опустится ниже сегодняшней величины.

Этот сугубо приближенный расчет, как и многие другие, показывает, что сегодня мир находится на границе устойчивости и причина этого – деятельность человека, т. е. переход в стадию ноосферы. Возникла необходимость научного прогнозирования последствий и формирования рекомендаций по выживанию человечества. Впервые глобальными проблемами этого рода стал заниматься Институт жизни, возникший по инициативе профессора Маруа в 1960-х г. Затем началась деятельность «Римского клуба».

Таблица 2 - Энергопотребление различных стран в конце 20-го в.

Страна	Превышение энергопотребления над энергией биопотребления, разы
ОАЕ	16,3
Канада	12,1
Норвегия	11,2
США	9,3
Швеция	8,1
Австралия	6,4
СССР	5,9
Бельгия	5,7
Германия	5,1

Модели развития человечества