Парадигма эксформатики. Моделирование самопрограммирующихся и интеллектуальных систем

1. Система как структура и как субстанция

Мы живём в мире систем, и каждый из нас сам является системой и частью различных структур. Любое событие, эволюция или история – тоже определённая система.

Примеры. Галактика – система, состоящая из звёзд; молекула – система, состоящая из атомов; автомобиль или компьютер – технические системы; организм млекопитающего – биологическая система; предприятие – организационная система; бухгалтерский учёт – система учёта и контроля на предприятии. Научное познание начинается с систематизации, даже если природа наблюдаемых явлений ещё не выяснена (см. Томас Кун «Структура научных революций»).

Систематизация имеет немаловажное значение не только в науке, но и в любой организованной деятельности. Все творческие люди, бизнесмены, политики, деятели культуры добились своих успехов благодаря образу своего мышления. Возможно даже не задумываясь над этим, каждый из нас имеет свои собственные, личные системы, принципы, правила, методики, воззрения, убеждения, навыки, приёмы и привычки для выполнения всех бытовых, общественных и производственных дел.

Общее понятие система включает в себя множество более частных понятий: комплекс, субсистема, структура, модуль, блок, образ, модель, субстанция, история, событие, процесс, алгоритм, закономерность, феномен, параметр, функция, свойство, понятие и другие.

Ещё более узкое значение имеют специальные термины, например, «технический узел» в машиностроении или «клетка» в биологии.

Когда произносится слово «система» – первое, о чём можно подумать, это – материальная, физическая система и структура, как некоторая совокупность физических, реальных или компактных элементов.

Например, карбюратор – это система подготовки топливно-воздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания, который тоже является системой. В этом примере система воплощена в «железо».

Но в более широком смысле системой являются те связи, функции, свойства, закономерности, параметры и отношения, которые характеризуют систему, а с точки зрения наблюдателя – могут быть им описаны. При этом те из ни них, которые характеризуют систему в целом, по отношению к иным структурам, определяют её как субстанцию (субстрат, «сущность»), прочие определяют её как структуру.

Эти характеристики и закономерности относительны и свидетельствуют о соответствии составляющих частей (компонентов, модулей, элементов) структуре и друг другу. Собственно говоря, о закономерностях, мы говорим о создаваемых человеком интеллектуальных моделях, которые имеют сходство с исследуемой системой.

Система может быть нематериальной, – например, система физических упражнений или компьютерная программа.

Структурный элемент системы может не иметь никакого физического или компактного воплощения, а существовать только как параметр, свойство, качество, функция, роль, отношение, схема, процесс, алгоритм и т. д.

В качестве примера существования отдельного свойства, обеспечивающего требуемые характеристики механического устройства при отсутствии физического воплощения в какой-либо детали, можно привести один из типов стабилизатора скорости движения ленты. Стабилизатор скорости – это механическое устройство, применяемое в звукозаписывающей и кинопроекционной аппаратуре для точного поддержания постоянной скорости вращения тон-вала. Наиболее совершенная конструктивная схема названа её автором (профессор А. М. Мелик-Степанян, Ленинградский институт киноинженеров) блок-стабилизатором скорости. Блок-стабилизатор имеет максимально высокие характеристики, возможные для механического устройства, стабилизирующего скорость ленточного материала, что было теоретически доказано им же. Это достигается благодаря свойству, названному квазиупругостью (quasi, лат. – как бы, якобы). Квазиупругость – это дополнительная упругость в динамической схеме механизма, обеспечиваемая не дополнительной пружиной или упругими свойствами какого-либо другого физического элемента, например самой ленты, а особым взаимным расположением деталей конструкции. Квазиупругость проявляется в динамических процессах при работе этого устройства.

Интересно сравнить такое понимание систем и функций с марксистко-диалектическими представлениями, согласно которому, не может быть функции, свойства вне их локализации в определённых структурах, субстрате и наоборот. Это положение требует объяснения: как понимать локализацию в структуре? Функции и свойства (!..) должны иметь «локализацию» (?) в системе как субстанции, но означает ли это, что они могут (или должны?) иметь «локализацию» в отдельном компоненте или их группе? А что такое «наоборот»? Прежде всего, отметим, что система может проявлять свойства и функции только относительно иных систем. Проблема локализации очень остро обозначила себя в генетике, притом, что сама дефиниция понятия гена (генома) и наследственности также представляет собой непростую задачу. В самом драматическом виде эти проблемы проявили себя в отношениях академика Т. Д. Лысенко с научным сообществом.

Характеристики системы, её связи, функции, свойства, закономерности, параметры и отношения рассматриваются здесь в очень широком смысле и поэтому применён более общий термин – «параструктура», определённый ниже. Этот термин необходим потому, что термин «функция» – интуитивно воспринимается, как нечто связанное с процессом, протекающем во времени, хотя в общем смысле система может существовать «вне» времени, пространства и материи, а термины «характеристики» и «свойства» обычно применяются как понятия узко технологические, специальные.

В современной науке рассматриваются системы, называемые информационными. В информатике под информацией понимается количественная мера, выражаемая в битах (байтах), но ценность информации в байтах выразить невозможно.

Например, слово «старт», имеющее определённое значение, имеет размер 5 байт, такой же, как и не имеющая никакого значения последовательность знаков «ааааа» (если, конечно, такое сочетание символов не является частью специального кода).

Система может быть неявной, распределённой, фоновой: не иметь границ, не иметь полного воплощения, не иметь конкретной и определённой компактной формы ни физической, ни нематериальной (информационной) и, тем не менее, реально существовать.

Пример. Рассмотрим такую систему, как русский язык. Представим книгу, написанную на русском языке. Книга, состоящая из обложки, листов бумаги и отпечатанных типографских знаков – объект физический и материальный. Текст, написанный на русском языке, сообщающий некоторые сведения читателю, – система нематериальная (информационная), но реальная, он имеет конкретный объём и определённую форму. При повторном издании, если автор не внесёт изменений и дополнений, он будет тем же самым. В книгах одного тиража он абсолютно идентичен, знак в знак. Но система, которую можно назвать «русский язык», не имеет определённого конкретного воплощения. В самом деле, что такое русский язык? Можно говорить по-русски, думать, писать, читать, издать словарь русского языка, который никогда не будет полным и исчерпывающим, или книги по грамматике и синтаксису русского языка, которые никогда не будут без исключений, исследовать, изучать язык, но сам язык существует как система везде и нигде: это – фоновая система, совокупность закономерностей, правил.

Структура может быть алгоритмом или последовательностью, в частности последовательностью во времени. События могут быть структурированы (причинно-следственный комплекс, последовательность, история и т.д.). Изменяющаяся во времени система или система, какой-либо параметр которой может быть выражен в единицах времени, – система динамическая. Структурные изменения системы при воспроизводстве называют эволюцией. Изменённую систему можно назвать дочерней системой.

Таким образом, в рамках этой концепции под системой понимается структура, имеющая соответствие составляющих её частей и имеющая соответствие относительно иных структур.

Сравните это определение с распространённым, но более ограниченным, определением системы: «Система – это совокупность элементов, связанных общей функцией» (Жерарден М. «Бионика», М, Мир, 1971), а также с понятием «открытая система».

Каждая система уникальна, она существует в мироздании в единственном числе. Каждая уникальная система имеет множественность воплощения в объектах (экземплярах системы).

Эта дефиниция понятия система неявно включает в себя постулат множественности разнообразных систем в мироздании и их относительность.

Пример 1. Если мы рассмотрим несколько объектов абсолютно идентичных, например, автомобилей, сходящих с конвейера, – мы наблюдаем не множество одинаковых систем. В данном случае существует единственная уникальная конструкция (система) автомобиля, представленная во множестве изделий (объектов, экземпляров) с различными серийными номерами. Эта система будет в чём-то отличаться от других систем, а в чём-то быть сходной с иными системами – конструкциями, разработанными другими производителями, и своими собственными конструктивными модификациями.

Пример 2. Любая подпрограмма (процедура или функция) алгоритмической компьютерной программы может вызываться многократно, уникальная подпрограмма имеет множественность исполнения (воплощения).

Каждый экземпляр системы имеет неструктурные параметры, элементы, феномены. Он может быть несовершенным и не идеальным, иметь пороки, стареть и деградировать. Неструктурные элементы могут привести к исчезновению, гибели объекта. Кроме того, неструктурные элементы определяют индивидуальные особенности объекта.

2. Структурные и системные иерархии

Каждый элемент структуры, в том числе свойство, функция или параметр, может быть структурой: субсистемой, модулем, фоновой структурой, сложным свойством, интегральной функцией, комплексным параметром и т.д.. Кроме общих понятий «субсистема» и «модуль» существуют множество специальных терминов, например: орган или система (система кровообращения, иммунная система и т.п.) в биологических организмах; агрегат или сборочный узел в техническом устройстве; модуль, процедура или функция в компьютерной программе; подразделение в организационной структуре; партия в опере; регистр в бухгалтерской документации; операционный день в банке; глава в книге и т. д.

Система может иметь многоуровневую структуру – иерархическую структуру, то есть каждый элемент, модуль или каждая часть (компонент) системы может включать в себя субсистемы (компоненты) ещё более низкого уровня.

Иерархические структуры могут быть самыми различными.

Например, любая техническая система (двигатель внутреннего сгорания, телевизор, холодильник и т.п.) состоит из блоков, узлов, модулей, каждый из которых в свою очередь состоит из модулей или деталей, которые в свою очередь тоже могут иметь внутренние структуры и т. д. Иерархические структуры могут быть нематериальными, например, компьютерные программные системы имеют модульную структуру.