Классификация моделей и методов системного анализа

Оглавление

	Введение.	2

	2.Основные понятия и определение	3

	2.1.Понятие цели системы	3

	2.2.Понятие функций системы	3

	2.3.Понятие структуры системы.	4

	2.4.Основные этапы системной деятельности	4

	3.Модели и методы системного анализа	5

	3.1.Классификация моделей и методов системного анализа	5

	3.2.Основные модели	7

	4.Модели и методы исследования операций	8

	4.1.Структура принятия решений	8

	4.2.Метод последовательного анализа	10

	4.3.Методы экспертных оценок	12

	4.4.Методология IDEF0	13

	Заключение.	15






Введение.



Определение “системного анализа” можно рассмотреть с двух аспектов:

методологический: является прикладной диалектикой

.практический: система методов исследования и проектирования сложных систем для устранения необходимых проблем;

 Характер рассматриваемых объектов в системном анализе напрямую зависит от особенностей содержания методов, используемых в системном анализе. Наиболее важны те методы, которые имеют прикладное значение при решении определенных задач.

Главные направления системного анализа связаны с методами, которые определяют эффективность и показатели качества систем. Также они связаны с методами исследования операций.

Исследование операций- это наука, занимающаяся разработкой и применением методов для эффективного решения задач. Является прикладным направлением кибернетики, используемых для решения практических задач.
Таким образом, целью данного исследования является изучение основ системного анализа и исследования операций.

Задачи:

изучить основные определения и понятия

изучение методов принятия решений

разобрать этапы системной деятельности

сделать выводы о системном анализе и исследовании операций

Теоретической основой стали работы современных ученых о системном анализе и исследовании операций.




2.Основные понятия и определение

2.1.Понятие цели системы

Понятие системы достаточно трудно однозначно сформировать, так как существует множество различных толкований.
Вот некоторые их них:

заранее мыслимый результат созидательной деятельности человека

желаемое состояние выходов системы

идеальный образ того, чего тот или иной субъект деятельности хочет достичь

требуемые результаты деятельности системы

Определение цели в системном анализе основывается на различных предпосылках. Во-первых, цели должны быть выражены через идеальный образ взаимоотношений системы с внешней средой. Во-вторых, предпосылкой является то, что цели являются определенной противоположностью проблем. В третьих, цель не нужно подменять средствами при определении ее формулировки.

Классифицировать цели можно по различным основаниям. Например, цели можно разделить на бесконечные, т.е. те, которые определяют общее направление деятельности и конечные, те цели, которые определяют конкретный результат.
Также цели могу классифицироваться на качественные и количественные, простые или сложные.
Сама система по отношению к целям может находится в двух состояниях: функционирования и развития. Сам выбор цели системы зависит от характера поставленной перед системой задачи.

2.2.Понятие функций системы

Функции системы-это способ достижения целей, через определенные действия. Системный анализ должен выявить соответствия между целями и задачами. Для объяснения функций применяются некоторые формальные методы системного анализа, такие как метод декомпозиции, использование стандартных моделей сложных систем и т.д.

2.3.Понятие структуры системы.

Следующий логический этап заключается в том, чтобы выявить элементы и отношения между ними для реализации функционирования всей системы. Рассмотрим структуру системы.

Элементы, обеспечивающие реализацию функций-части или компоненты системы. Их совокупность образует элементарный(компонентный) состав. Неделимые элементы системы-элементарные. Та часть системы, состоящая более чем из одного элемента называется подсистемой. Так как каждая подсистема реализует определенную, конкретную функцию, их можно рассматривать в качестве новых систем. В целом, структура является материальным носителем деятельности по устранении проблемной ситуации и от ее эффективности во многом зависит результат этой деятельности.

2.4.Основные этапы системной деятельности

Основные понятие и определения системного анализа способны выявить проблему или ее отсутствие, поставить и сформулировать цель, определить задачи и функции с помощью которых будет решена данная проблема.

Модель этапов системного анализа наглядно показана на данном изображении.

Рис.1.Модель этапов системной деятельности.



Сплошная линия обозначает последовательность функционирования системы, а пунктирная-последовательность анализа системы. 

3.Модели и методы системного анализа

3.1.Классификация моделей и методов системного анализа





Рис.2




На рисунке 2 представлена сложная структура, блоки которой расположены в зависимости от характера методов и моделей, чем уже их направленность, тем в схеме они расположены выше.

Базовый уровень составляют понятия и определения, являющиеся основной частью классификации моделей и методов.

 На следующем уровне находятся базовые модели системного анализа. Каждая методика не может обойтись хотя бы без одной из базовых моделей. Данные модели достаточно широки и абстрактны, что позволяет использовать их для различных типов систем.

Следующий уровень представлен в виде моделей и методов принятия решений. Основные этапы принятия решений: выявление проблемы, формирование конкретной цели, определение критериев выбора, выработка решений, реализация решений и оценка результатов. Такая последовательность является относительно общей и может широко применятся в различных системах.

К этому же уровню относятся методы решения поставленных задач. В этих методах в основном определяется групповой или индивидуальный поиск, а не объект проектирования. Рассматриваются методы: активизации мышления, генерации решений, выбора, модели исследования операций и т.д.

Уровень выше-прикладные методы и модели решения задач. Различные методологии включают в себя некоторые компоненты из базовых методов и моделей, т.е основой любой методологии являются базовые методы и модели. Однако, рассматриваемые на этом уровне методы и модели намного конкретнее базовых. К таким методам можно отнести метод дерева целей, применимый для более сложных систем.

На самом высоком уровне находятся технологии применения, которые в своей деятельности используют системный анализ. Это все технологии, которые имеют уже не абстрактный, а конкретный вид систем, например, технологии автоматизированного проектирования. Отличием данного уровня является наличие конкретной процедуры проектирования, выполнение последующих этапов, для каждого из которых четко определены используемые методы и документарная база.

3.2.Основные модели

Рассмотрим основные модели, представленные на рисунке 3.Это базовые модели к которым относится :модель черного ящика, модель состава системы и модель структуры. Данные модели являются основой в составлении моделей организации. Модель черного ящика-описание взаимодействия системы с окружающей средой через входы и выходы. Эта модель является наиболее простой и общей. Модель состава-отображение составных частей системы(функций, целей и т.д).Модель структуры-отражает структуры взаимодействия внутри системы. Она нужна для более глубокого и детального изучения 





Модели на уровне





входов-выхострдов

состава

структуры

Элементы 

системы



и 



система 



в целом 



Выходы

















Входы

















Процесс

















Сис-тема



















Описание на уровне черного ящика

Описание на уровне состава системы

Описание на уровне структуры

системы. Для построения этих систем применяется метод декомпозиции.




































4.Модели и методы исследования операций

4.1.Структура принятия решений

Структура принятия решений-это основные этапы, проходимые при принятии решений. Рассмотрим все этапы более конкретно.

1 Этап: выявление проблемы.

Данный этап является основополагающим для всех последующих. Его успешное прохождение определяет эффективность всей последующей работы. Если допустить ошибку в правильном выявлении проблемы, то дальнейшие этапы решения проблемы становятся бессмысленными, что еще больше может усугубить проблему системы. Сам процесс формулировки проблем является достаточно сложным, т.к. проблемы организации являются взаимосвязанными, многомерными, несистематизированными. Проблемы определяются как несоответствия между желаемым и действительным. Для их описания используются методы системного анализа, прогнозирования, экспертные.

Задача первого этапа заключается в ответе на основные вопросы:

Какая возникла проблема?

В каких условиях ее нужно решать?

Когда нужно решить проблему?

Какие средства и методы задействовать?

2 этап: формирование целей.

На данном этапе необходимо определить цели системы. Правильное и точное определение целей способствует более рациональному выбору средств и методов их достижения, а соответственно и получению нужного результата.

Методологической базой постановки цели является системный анализ.

3 этап: формирование критериев выбора решений.

Критерии выбора решений позволяют более точно определить верное решение среди всех их множеств. Данный этап заключается в составлении системы критериев решений, которые характеризуют конкретную цель. Правильно сформированные критерии на последующих этапах фактически заменят цели.
Цель должна быть описана множеством критериями. Критерии должны быть независимые и их количества должно быть достаточно, чтобы полностью, во всем объеме, конкретно характеризовать цели.

4 этап: генерация решений.

Четвертый этап заключается в поиске альтернативных путей решения проблемы. Если не использовать поиск альтернативных решений, есть вероятность того, что принятое решение будет неверным и не самым лучшим для решения проблем. Выбор альтернативных вариантов позволяет увидеть и проблему, и способы ее решения с совершенно разных сторон. Рассмотрение альтернативных вариантов путей решения проблемы способствует выбору наиболее эффективного решения. Альтернативы должны предлагаться в достаточно полном количестве, чтобы найти оптимальную в данной ситуации. Альтернативных решений должно предлагаться столько, сколько позволяют ресурсы.

Опыт по генерированию альтернатив достаточно большой и наиболее популярными методами генерирования выделяют: мозговой штурм, синектика, морфологический анализ.

5 этап: согласование и выбор решения.

На данном этапе необходимо определить оптимальное решение проблемы, которое соответствует главным критериям выбора.

В условиях определенности поиск решений достаточно формализован. Методы, применяемые при выборе решения получили широкое распространение.

Математическое программирование-метод решения многомерных задач с ограничениями.

Вариационное исчисление-метод математического анализа, основанный на применении аппаратов исчислений.

Эвристический метод- метод, использующий различные правила, приемы и упрощения для обобщения поиска решений с помощью переработки вариантов.

При выборе решения появляется множество сложностей, связанных с выбором наилучшего. Основными трудностями является нормализация критериев, определение принципа выбора, поиск компромиссного решения.

6 этап: реализация и оценка результатов.

На этом этапе должен быть составлен план реализации с распределением функций между субъектами деятельности, сроками выполнения и выбранными средствами. Должно быть сформировано ресурсное обеспечение через решение задачи распределения ресурсов.
Необходимо осуществлять контроль за проведением реализации решения проблемы, потому что есть определенные риски срыва всего плана решения задач.

Оценка эффективности решения складывается из общего качества решения и его исполнения. Для всесторонней оценки нужно производить комплексный анализ результатов решения проблемы.

Рассмотренные этапы решения проблем представляют собой рациональный путь. В действительности решение проблем можно достичь использовав не такую четкую структуру решения. Допускается параллельность осуществления данных этапов, последующее возвращение к определенным этапам и их поправление. Все этапы принятия сложных решений включают использование конкретных математических методов. Поэтому вопрос автоматизации разработки решения проблем становится еще более актуальным, требующим широкое применение компьютерных систем, системного анализа.

4.2.Метод последовательного анализа

Последовательный анализ-это раздел математической статистики, для которого характерно выбирать число производимых наблюдений в ходе самого наблюдения, а не фиксировать заранее.

Метод последовательного анализа применяется как при проверке партии продукции, так и при сравнении двух систем.

На конкретном примере рассмотрим сравнение эффективности двух систем.

Для реализации данного метода производят две серии испытаний.

ai и bi- результаты испытаний

Для системы А:a1,a2,a3…

Для системы B:b1,b2,b3…

Вероятность успеха системы нам неизвестны, поэтому вероятность успеха системы А – P1; вероятность успеха системы В – P2. 

Имеем две гипотезы P1 ? P2 и P1 < P2. 

Успех испытания означает аi = 1 (или bi = 1), неуспех ai = 0 (или bi = 0).

 Рассмотрим пары (ai , bi), такие, что (ai , bi) = (1,0) V (0,1).

Число пар (1,0) – t1, число пар (0,1) – t2.

Общее число наблюдений t = t1 + t2.

Относительное превосходство системы В над системой А измеряется отношением их показателей эффективности К1 и K2



После вычислений можно сделать следующие выводы:

Если P1 = P2, то U = 1, т.е. системы равноценны.

Если U > 1, то система В лучше.

Если U < 1, то лучше система А.

Чтобы принять верное решение о сравнительной оценке эффективности двух систем нужно выбрать два значения U0 и U1 (U0 < U1), таких, что отказ от системы А в пользу системы В рассматривается как ошибка.

Выбор системы А рассматривается как ошибка, когда U ? U1.

 Если U0 < U < U1, то в данном случае не важно, какое решение принято.

 Величина допустимого риска определяется так:

Вероятность отказа от системы А не должна превышать величины ?, когда U ? U0, а вероятность принять систему А не должна превышать величины ?, когда U ? U1.

Последовательность анализа сравнения двух систем:

Необходимо задать все величины:U0, U1, ?, ?

Рассчитать значения 

Определить значения приемочного чисел

Условия принятия решений

4.3.Методы экспертных оценок

При исследовании сложных систем иногда необходимо отойти от формализованных методов решения проблем, поэтому зачастую используют метод экспертных оценок. Эксперты помогают с другой стороны подойти к решению проблемы, тем самым облегчить ее решение. Привлечение экспертов подразумевает использование интеллектуальных ресурсов(в данном случае интеллект эксперта),способности и знания в области нахождения решений проблем. Однако, на эффективность деятельности эксперта может повлиять множество как внешних, так и внутренних факторов. В таких случаях задача состоит в том, чтобы обеспечить эксперту максимально комфортные условия работы, для этого нужно исключить все факторы, которые могут в той или иной степени оказывать неблагоприятное влияние.

Еще одной проблемой становятся разные мнения экспертов по одному и тому же вопросу. Например, эксперты предлагают различное упорядочение альтернатив и нужно использовать, обобщить мнения всех экспертов.

Допустим, эксперты оценивают альтернативы в числах.

Тогда пусть qj(xi) – оценка i-й альтернативы j-м экспертом ().

Оценки q1(xi), ..., qn(xi) можно рассматривать как “измерения” искомой “истинной характеристики” q(xi), считая отклонения qj(xi) – q(xi) случайными величинами.

 В качестве приближения можно использовать статистику =; обычно это выборочное среднее 

.

Бывает такое, когда альтернативы оценить одним числом невозможно, тогда эксперты вынуждены давать оценки по каждому показателю, что значительно усложняет работу.

Тогда мы  имеем:

qjk(xi)- набор чисел 

k – номер признака

?jk - оценка степени важности каждого показателя 

.

4.4.Методология IDEF0

Данная методология является методологией проектирования.IDEF0 достаточно популярная методология и широко применяется системными аналитиками во всем мире. Она подходит для решения любых типов проблем во всех сферах.

Методология IDEF0 базируется на методе Росса, который направлен на структурирование функций и анализа системы.IDEF0 может применятся как для определения функций и требований так и для разработки самой системы, которая будет соответствовать изначально определенным функциям и требованиям. А для уже существующих систем эта методология может проводить анализ функций и процесс их выполнения.

Модель SADT включает в себя диаграммы и текст. На диаграммах все данные представлены в виде блоков и дуг. Основой является функциональный блок(активность).Объекты могут быть связаны с активностью четырьмя отношениями: ”вход”, ”выход”, ”управление”, ”механизм”. Эти отношения изображаются дугой.

	

Функциональный блок

Функциональный блокУправление

	

	

	Входы

	Выходы

	

На рисунке представлена диаграмма функционального блока с входами и выходами. Такой блок может быть представлен в виде совокупности других функциональных блоков, которые в свою очередь детализируют исходный блок.

Стадии построения модели SADT:

Простейшее представление всей системы

Детализация блока на другой диаграмме

Дуги связывают все блоки вместе: дуги-это своеобразные ограничители, если не станет доступным объект или данные, указанные в этих дугах)

Заключение.

2.......................