Ogólna teoria
systemu
2
Spis treści
• Podstawowe pojęcia i definicje
• O historii teorii systemów
• Kierunki w teorii systemów
• Znaczenie ogólnej teorii
systemów
• Cele ogólnej teorii systemów
• Systemy zamknięte i otwarte
3
Podstawowe pojęcia i definicje
• System – słowo to znajduje się na czele listy
najbardziej modnych i aktualnie stosowanych
haseł. Pojęcie to zadomowiło się we wszystkich
dziedzinach nauki i przeniknęło do potocznego
myślenia, do żargonu i środków masowego
przekazu.
• Myślenie w kategoriach systemu odgrywa
dominującą rolę w wielu dziedzinach – od
przedsiębiorstwa przemysłowego, zbrojeniowego
– po różne dziedziny nauki.
4
Wiele
jest
źródeł
rozwoju
systemu.
Jedno z nich to rozwój od energetyki do techniki
sterowania, dzięki której kieruje się procesami za
pośrednictwem urządzeń i która doprowadziła do
powstania
maszyn
liczących
i
automatyki.
Technika sprowadza się dziś do myślenia nie w
kategoriach
pojedynczych
maszyn,
lecz
w
kategoriach „systemów”. Kiedyś do wytworzenia
określonego urządzenia potrzebny był jeden
człowiek o danej specjalności – dziś urządzenia
montowane są przy użyciu różnych technik.
5
Konieczne stało się więc „podejście systemowe”.
Obiera się pewien cel; do znalezienia sposobów i
środków jego realizacji potrzebni są specjaliści (lub
zespoły), by rozpatrzyć alternatywne rozwiązania i
wybrać takie, które rokują optymalizację przy
maksymalnej wydajności i minimalnym koszcie w
niezwykle
skomplikowanej
sieci
wzajemnych
interakcji.
6
Tak czy inaczej, we wszystkich dziedzinach
życia i wiedzy jesteśmy zmuszeni zajmować się
złożonymi
układami
„całościami”
czy
„systemami”. Pociąga to za sobą zasadniczą
zmianę nastawienia w myśleniu naukowym.
W najprostszym ujęciu definicja systemów
rozumiana
jest
jako
„zbiór
elementów
pozostających we wzajemnych relacjach”.
7
Przedmiotem badań dyscypliny naukowej,
jako ogólnej teorii systemów, jest formułowanie
zasad
obowiązujących
w
odniesieniu
do
„systemów” w ogóle, oraz zachodzących między
nimi relacji, czyli działających w nich sił.
Ogólna teoria systemów jest zatem nauką
ogólną o „całościowości”. W rozwiniętej formie
byłaby to dyscyplina logiczno – matematyczna –
sama w sobie często formalna, ale nadająca się
do stosowania w różnych naukach empirycznych.
8
O historii teorii systemów
Prekursorami koncepcji systemów godnymi
odnotowania są:
- Leibnitz – ze swoją „filozofią przyrody”
- Vico z wizją historii jako ciągu zjawisk kulturowych
czy „systemów”
- oraz dialektyka Marksa i Hegla.
9
Tematowi ogólnej teorii systemów najbliższy
był Lotka (1925), który pojmował społeczność
jako system, natomiast pojedynczy organizm
uważał za sumę komórek.
Na uwagę zasługuje fakt, że pierwsze
propozycje teorii systemów przyjmowano z
niedowierzaniem jako fantastyczne lub zbyt
odważne. Argumentowano, że albo jest to teoria
zbyt uproszczona, ponieważ tzw. izomorfizmy to
tylko przykłady truizmu – przekonania, że
matematyka ma zastosowanie do wszystkiego, a
więc nie ma większego znaczenia niż „odkrycie”,
iż reguła 2+2=4 – obowiązuje w odniesieniu do
jabłek, do dolarów i do galaktyk.
10
Stopniowo zaczęto zdawać sobie sprawę z
tego, że zastrzeżenia dotyczące teorii systemów
były nietrafne i przyjmować stwierdzenie, iż
celem jej jest próba naukowej interpretacji i
sformułowania teorii tam, gdzie dotychczas
jej brakowało, oraz dojście do uogólnień
wyższego rzędu, niż te, jakie istnieją w
naukach szczegółowych.
11
Kierunki w teorii systemów
Różne „podejścia” do teorii systemów
Klasyczna
teoria
systemów
posługuje
się
klasyczną
matematyką,
czyli
rachunkiem
różniczkowym i całkowym. Jej celem jest ustalenie
zasad odnoszących się do systemów w ogóle, lub do
ich określonych podklas, opracowanie metod badań i
opisu
oraz
stosowanie
ich
w
konkretnych
przypadkach.
Dzięki ogólności takiego opisu można powiedzieć, że
pewne formalne właściwości będą odnosić się do
każdej całości jako systemu, nawet jeśli jego części
nie są znane, lub są niezbadane – np. ogólne zasady
kinetyki, mające zastosowanie do istot biologicznych,
równanie dyfuzji w chemii fizycznej i w rozchodzeniu
się plotki, itd.
12
Komputeryzacja
i
symulacja
–
układy
jednoczesnych
równań
różniczkowych
jako
sposób „modelowania” lub definiowania systemu.
Np. B. Hess wyliczył
czternastostopniową reakcję
łańcuchową glikolizy w
komórce na modelu
złożonym
z
równań
różniczkowych.
Teoria przedziałów – głosi ona, że system składa
się z podjednostek, podlegających określonym
warunkom brzegowym. Między tymi jednostkami
zachodzą procesy wzajemnych przekazów.
13
Teoria mnogości – ogólne, formalne właściwości
systemów
zamkniętych
i
otwartych.
Teoria grafów – ta teoria, a zwłaszcza grafów
skierowanych, wypracowuje struktury relacyjne
przez ich przedstawianie w przestrzeni
topologicznej.
Znalazła
zastosowanie
w
relacyjnych
aspektach
biologii.
Teoria sieci – wiąże się z teoriami mnogości,
grafów i
przedziałów. Stosuje się do takich
systemów, jak
sieć nerwów.
14
Cybernetyka – to teoria systemów sterowania,
oparta na
komunikacji (przekazie informacji)
między systemem
a otoczeniem oraz wewnątrz
systemu, a także na
sterowaniu (sprzężeniu
zwrotnym) funkcji systemu
względem otoczenia.
Np. ten sam schemat
cybernetyczny można
zastosować do systemów
hydraulicznych i
fizjologicznych.
Teoria automatów – jest to teoria automatów
abstrakcyjnych,
z
wyjściami
i
wejściami,
możliwością
stosowania metody prób i błędów
oraz uczenia się. Modelem ogólnym jest tzw.
maszyna Turinga (1936). Za pomocą tej maszyny
można symulować
każdy proces o dowolnej
złożoności, jeżeli tylko
proces ten da się
przedstawić za pomocą
skończonej liczby
operacji logicznych.
15
Teoria gier – zajmuje się zachowaniem
graczy
postępujących z założenia „racjonalnie”,
zainteresowanych w uzyskaniu maksymalnych
zysków i minimalnych strat, za pomocą właściwych
strategii.
Teoria podejmowania decyzji – to teoria
matematyczna
zajmująca się wyborami spośród
wielu
możliwości.
Model werbalny – model formułowany w zwykłym
języku
jest raczej „ideą przewodnią” niż konstrukcją
matematyczną (przykłady: psychoanaliza).
16
Porządek
hierarchiczny
–
jest
teorią
przedstawiającą m.in. wszechświat jako ogromną
hierarchię, od
cząsteczek elementarnych, jąder
atomów,
atomów,
cząsteczek,
związków
wielocząstkowych do
komórek, organizmów.
Zasady porządku hierarchicznego można wyrazić w
języku
werbalnym, oraz formułowania w języku
logiki matematycznej.
17
Znaczenie ogólnej
teorii
systemów
Współczesną naukę charakteryzuje stale rosnąca
specjalizacja. Nauka jest więc rozbita na niezliczone
dyscypliny, z których wyłaniają się subdyscypliny, co
z kolei utrudnia wymianę słów między tymi
dziedzinami. W związku z tym pojawiła się w wielu
naukach tendencja do tworzenia uogólnionych teorii,
np. skomplikowana teoria dynamiki w biologicznych
populacjach
Istnieją zatem modele, zasady i prawa, które stosuje
się do systemów uogólnionych, niezależnie od ich
rodzaju, charakteru elementów, oraz od relacji między
nimi. Taką możliwość stwarza właśnie „ogólna teoria
systemów”.
18
Jedną z właściwości systemu ogólnego jest
występowanie w różnych dziedzinach podobieństw
strukturalnych,
czyli
izomorfizmów.
Między
zasadami , które rządzą bytami z natury bardzo
różnymi istnieją podobieństwa. Np. pewne układy
równań opisują rywalizację między osobnikami
zwierzęcymi i roślinnymi w przyrodzie – te same
równania można stosować do pewnych dziedzin
chemii fizycznej, jak również w ekonomii.
Ta zbieżność wynika z faktu, że brane pod uwagę
byty pod pewnymi względami możemy traktować
jak
„systemy”,
czyli
kompleksy
elementów
pozostających
w
interakcji.
19
Wydaje się zatem, że ogólna teoria systemów
stała się pożytecznym narzędziem dostarczającym
modeli, którymi można posługiwać się w różnych
dziedzinach i przenosić je z dziedziny do dziedziny.
20
Cele ogólnej teorii systemów
1.
Występowanie ogólnej tendencji do integracji różnych
nauk: przyrodniczych i społecznych.
2.
Integracja ta skupia się w ogólnej teorii systemów.
3.
Teoria taka może stać się ważnym narzędziem, służącym
do wypracowania dokładnej teorii w niefizycznych
dziedzinach nauki.
4.
Odkrywając jednoczące zasady, przenikające w „pionie”
świat poszczególnych nauk, teoria ta przybliży nas do
celu, jakim jest jedność nauki.
5.
Doprowadzenie do pożądanej integracji w edukacji
naukowej
.
21
Systemy zamknięte i otwarte
Systemami zamkniętymi nazywa się systemy, o
których sądzi się, że są odizolowane od swojego
środowiska. Przykład: chemia fizyczna mówi o
reakcjach, o ich tempie i wadze chemicznej, jaka
ustala się w naczyniu zamkniętym, gdzie znajduje
się kilka substancji reagujących. W tym systemie
występuje tendencja do maksymalnego nieładu.
System otwarty – jest to system, który
utrzymuje się w stanie ciągłego dopływu i
odpływu, budując i niszcząc swoje składniki – póki
żyje, nigdy nie znajduje się w stanie równowagi
chemicznej i termodynamicznej, ale zachowuje
tzw. stan stabilności. Przykładem systemu
otwartego jest każdy żywy organizm
.
22
Wnioski
wypływające
z
teorii
systemów
otwartych:
-
zasada ekwifinalności; w każdym systemie
zamkniętym stan końcowy jest jednoznacznie
zdeterminowany przez warunki końcowe; np. w
czasie równowagi chemicznej końcowe stężenie
zależy od stężeń początkowych. Jeżeli zmianie ulegną
warunki wyjściowe, to stan końcowy również będzie
inny.
W systemach otwartych jest zupełnie inaczej, a
mianowicie do tego samego stanu końcowego można
dotrzeć wychodząc od innych warunków wyjściowych
i
różnymi
drogami.
23
O ważności teorii systemów otwartych, na
zakończenie, można powiedzieć, iż w uogólnionej
wersji może mieć zastosowanie do poziomów
niefizycznych, np. w psychologii, gdzie „systemy
neurologiczne” uważano za „otwarte systemy
dynamiczne”.
Dziękuję