ПОНЯТИЕ О СИСТЕМАХ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ.

Важным понятием современной науки, в частности информатики, является понятие системы. Существует много определений понятия система, но ни одно из них не является общепринятым. Во всех определениях подчеркивается, что система – это целостный комплекс взаимосвязанных элементов, который имеет определенную структуру и взаимодействует с некоторой «средой». С развитием науки постепенно появились разные уровни абстрактного описания систем: символический (лингвистический), теоретико-множественный, логико-математический, теоретико-информационный и другие. Наивысший уровень этого абстрагирования – лингвистический. Из него, как отдельные случаи, можно получить другие уровни описания систем более низкого ранга. В эти вопросы рассматриваются в общей теории систем. Общая теория систем – это наука, которая изучает и решает философские, методологические, конкретно-научные и прикладные проблемы, проблемы анализа и синтеза систем произвольной природы.

Под системой будем понимать множество элементов, которые находятся в определенных отношениях и связях, которое создает определенную целостность, единство. Главная особенность любой системы – это возникновение «системного эффекта», суть которого состоит в том, что при объединении элементов в систему в ней возникают новые особенности, не присущие ни одному из ее элементов отдельно (целое – больше суммы своих частей). Например, компьютер, мозаика, троллейбус имеют особенности, которых не имеет ни один элемент (деталь), из которых они состоят. Системы разделяются на материальные, нематериальные (абстрактные) и смешанные.

Материальные системы – это системы неорганической природы (физические, геологические, химические и др.), живой природы (простейшие биологические популяции, виды, экологические системы). Особый класс материальных живых систем составляют социальные системы (от простейших социальных объединениях до социально-экономической структуры общества).

Абстрактные системы – это понятия, гипотезы, теории, научные знания о лингвистических системах и др.

Смешанные системы – это объединение элементов и отношений материальных и абстрактных систем. Примерами смешанных систем являются система школьного образования, высшего образования, система обороны страны и т.д.

Для наглядности представления состава и структуры системы широко используют таблицы и графы. На графе компоненты системы изображают его вершинами – точками, связи между ними – линиями (дугами или ребрами). Дуга – это направленная линия, а ребро – не направленная линия. Часто структуры представляют в виде размеченных графов. Размеченный – это граф, с вершинами или линиями которого связана некоторая дополнительная информация, называемая весом вершины или линии.

Понятие системы лежит в основе системного анализа. Системный анализ – это процесс исследования объекта и описание его в виде системы; это – описание его элементного состава и структуры. Процесс преобразования множества объектов в систему называется систематизацией. Систематизация знаний есть основой всех наук. С систематизацией тесно связано понятие классификации. Классификация – это раздел большого множества на подмножества (части) так, что объекты, которые входят в состав подмножества, имели хотя бы один общий признак. Подмножество объектов, которым присущи общие признаки, называется классом, а признаки, по которым один класс отличается от другого класса, – основой классификации. С точки зрения теории систем, классификация является структурированием данного неупорядоченного множества, преобразованием его в систему. Системный подход для изучения объектов и явлений – доминирующий в современной науке.

Одним из наиважнейших понятий информатики, которое широко используется в теории и практике, есть понятие «знаковая система». Знаковая система – это совокупность знаков, построенная таким образом, что знаки находятся в определенных связях и отношениях один с другим. Знак – это элемент некоторого конечного множества попарно разных элементов. Знаки разделяются на языковые и неязыковые. Языковые знаки используются в сообщениях, которые сформированы согласно с правилами определенного языка и используются в процессе общения между людьми, передачи информации между техническими устройствами. Примерами неязыковых знаков являются знаки планет, зодиака, военных, дорожные знаки и др. С помощью знаков подается дискретная информация.

Языковые знаки – это знаки для построения определенного языка. Язык – это способ для подачи дискретной информации и обмена ею. Языки разделяются на разговорные (природные) и формальные (искусственные). Природные языки предназначены для общения между людьми и имеют национальный характер. В привычном языке языковые знаки разделяются на звуковые, рукописные и топографические. Языковыми сообщениями в письменной форме является запись знаков письма (графем) в некоторой последовательности. Это можно сделать и для устных сообщений, если разложить устный текст на элементарные составные части – фонемы, а под знаками иметь в виду фонемы. Конечный набор знаков, в котором определен порядок, называется алфавитом. Каждый природный язык имеет три основные составляющие: алфавит, синтаксис и семантику. Обычный язык служит способом общения между людьми. Одной из особенностей обычного языка является ее неоднозначность. Эту особенность не стоит считать ее недостатком, так как именно неоднозначности мы обязаны богатству языка, его оборотам, которые выражают множество оттенков и тонкостей словоупотребления. Но обычный язык не приспособлен как способ общения между людьми и машинами. Для общения с машиной необходимо разработать языки, которым соответствует однозначно определенная лексика и четкая грамматическая структура. Это – формальные языки.

Формальный язык – это язык, словарь которого или все правильные слова можно построить на основе формальных правил из конечного множества знаков. Примерами формальных языков являются язык математики, химии, языки для описания алгоритмов и программ. Каждый формальный язык задается алфавитом и грамматикой – системой формальный правил, с помощью которых из знаков (букв) заданного формального алфавита строятся правильные слова (конструкции) данного языка.

Пусть задан абстрактный алфавит – конечное множество попарно разных знаков:

.

Количество букв алфавита называют его мощностью. Любая конечная последовательность А, состоящая из букв алфавита, называется словом. Количество букв в слове определяет длину слова. Для того чтобы из слов, построенных из формального алфавита А, выделить правильные в каком-нибудь понимании слова, задают формальную грамматику. Таким образом, формальный язык целиком однозначно задается определенным абстрактным алфавитом и формальной грамматикой. Для понимания правильных слов (конструкций) данного языка строят соответствующую семантику. Таким образом, каждый формальный язык, как и обычный, имеет три составляющие: алфавит, грамматику (синтаксис) и семантику. К формальным языкам принадлежат алгоритмические языки и языки программирования. Алгоритмические языки предназначены для четкой и однозначной записи алгоритмов в виде некоторой последовательности указаний. Язык программирования – это язык, предназначенный для записи алгоритмов, которые будут выполнены с помощью алгоритмов.