Процедура системного анализа и декомпозиция

Размещено на http://www.allbest.ru/

Процедура системного анализа. Декомпозиция

1. Единство и обособленность анализа и синтеза в системных исследованиях

Аналитический подход, изначально органически присущий человеческому мышлению, сформировался как самостоятельный способ познания в XVII в. Его сущность очень точно сформулирован Декарт: «Расчлените каждую задачу на столько частей, сколько потребуется, чтобы их было легко решить». Значение аналитического подхода состоит не только (и не столько) в том, что сложное целое расчленяется на все менее сложные и простые части, а в том, что, будучи соединены надлежащим образом, эти части снова образуют единое целое. Таким образом, агрегирование частей в целое является конечным этапом анализа, поскольку лишь только после этого мы сможем объяснить целое через его части. Это означает, что уже в самом аналитическом подходе заложено сочетание анализа и синтеза.

Однако необходимо помнить, что при анализе нарушается целостность системы. При расчленении утрачиваются не только существенные свойства системы (разобранный автомобиль не поедет, расчлененный организм не может жить, лишенное управленческих связей предприятие ожидает банкротство), но и исчезают существенные свойства ее частей (оторванный руль - не рулит, сорванный плод не растет, выделенный из предприятия отдел сбыта не имеет перспектив самостоятельного развития). Поэтому результатом анализа является лишь вскрытие структуры, знание о том, как система работает, но непонимание того, почему и зачем она это делает.

В отличие от аналитического подхода синтетический преследует цель объяснить поведение системы. На первом шаге его реализации подлежащая объяснению система (явление, процесс) рассматривается как часть некоторого большого целого. На втором шаге объясняется содержащее систему целое. На третьем шаге понимание содержащего исследуемую вещь целого дезагрегируется для объяснения частей. Это достигается путем вскрытия ролей или функций частей в целом.

Таким образом, в рамках синтетического подхода исследуется не структура, а функция системы; его результаты должны ответить на вопрос, почему система работает так, а не иначе, без акцента на то, как она делает это.

Таким образом, не только аналитический подход невозможен без синтеза - на последнем этапе части агрегируются в структуру, но и синтетический подход невозможен без анализа - необходима дезагрегация целого для объяснения функций частей. Нетрудно догадаться, что для реализации анализ и синтез представляют собой непростые совокупности взаимосвязанных процедур, основные среди них - декомпозиции и агрегирования.

2. Техника декомпозиции

Декомпозиция - это разделение целого на части. Задача распадается на подзадачи, система на подсистемы, цели на подцели и т.д. При необходимости этот процесс продолжается, что приводит к иерархическим древовидным структурам.

Операцию декомпозиции обычно выполняет системный аналитик. Разные аналитики построят разные древовидные структуры при анализе одного и того же объекта. Качество декомпозиции зависит от компетентности аналитика в данной предметной области и от совершенства применяемой методики.

Обычно аналитик легко разделяет целое на части, но испытывает затруднение, если требуется доказать полноту и безызбыточность предполагаемого набора частей. Для решения этих и других задач ученые стремятся придать процессу декомпозиции алгоритмический характер. Для этого требуется объяснить, почему разделение целого на части надо проводить так, а не иначе, и почему надо делить именно на столько, а не на большее или меньшее число частей.

Объяснение состоит в том, что основанием всякой декомпозиции является модель рассматриваемой системы. Тогда операция декомпозиции может быть представлена как сопоставление объекта анализа с некоторой моделью и выделение в нем того, что соответствует элементам взятой модели. Поэтому на вопрос, сколько частей должно получиться в результате декомпозиции, можно дать следующий ответ: столько, сколько элементов содержит модель, взятая в качестве основания декомпозиции.

Далее возникает вопрос: какую именно модель рассматриваемой системы следует брать в качестве основания декомпозиции? Ответ на этот вопрос следует искать в целенаправленности проводимого анализа. Поскольку всякий анализ преследует какую-то цель, эта цель должна определять то, какую модель следует использовать для качественной декомпозиции системы. Иногда в качестве оснований декомпозиции полезно перебирать разные модели исследуемой системы.

Как известно, при всем практически необозримом многообразии моделей исследуемых систем мы выделили по три типа формализованных моделей в статическом и динамическом вариантах: «черного ящика», состава и структурную. Это позволяет довольно просто решить первую половину задачи выбора модели-основания для декомпозиции системы, заключающуюся в определении ее типа и формировании так называемой формальной модели.

Далее, для решения второй половины задачи, формальную модель следует наполнить содержанием, чтобы она стала основанием для декомпозиции. Не трудно догадаться, что полнота декомпозиции обеспечивается полнотой модели-основания, а это означает, что прежде всего следует позаботиться о полноте формальной модели. Поэтому одна из задач информационного обеспечения системного анализа состоит в накоплении наборов полных формальных моделей, которые в системах с искусственным, а теперь и с «естественным» интеллектом носят названия фреймов. Например, фрейм любой организационной системы включает четыре элемента и столько же входов - входы от вышестоящих систем, входы от нижестоящих систем, входы от непосредственного окружения системы и входы, связанные с собственными интересами исследуемой системы (рис. 1).

Рис 1. Формальная модель организационной системы

Формальная модель любой деятельности человека (по Марксу) включает субъект труда, объект труда, средства труда и всевозможные связи между ними и окружающей средой (рис. 2).

Приведенные формальные модели является полными. В любую из них нечего добавить (перечислено все, что воздействует на систему) и нечего убавить - изъятие любого элемента лишит систему полноты.

Рис. 2. Формальная модель целенаправленной человеческой деятельности

Полнота формальной модели является необходимым, но не достаточным условием для полноты декомпозиции системы. В конечном итоге все зависит от полноты содержательной модели, которая строится по образу формальной модели, но не тождественна ей. Формальная модель лишь привлекает внимание аналитика к необходимости рассмотреть, что именно в реальной системе соответствует каждому из составляющих формальную модель элементов, а также решить, какие из этих элементов должны быть включены в содержательную модель. Это очень ответственный момент. Ведь то, что не попадает в содержательную модель, не появится в дальнейшем анализе.

Существует несколько приемов, помогающих повысить полноту содержательных моделей. Наиболее распространенный из них заключается в логическом замыкании перечня элементов содержательной модели компонентом «все остальное». Этот компонент, как правило, является «молчащим», поскольку к нему отнесено все, что кажется несущественным. Его наличие постоянно напоминает аналитику, что возможно он не учел что-то важное. системный декомпозиция аналитик алгоритмизация

Другой прием заключается в проведении встречного синтеза другим аналитиком, не участвовавшем в декомпозиции. Если его результат совпадает с исходной системой, то декомпозиция признается полной. В противном случае результаты последней итерации декомпозиции уточняются, дополняются и подвергаются новому встречному синтезу.

В процессе декомпозиции система, подверженная этой процедуре, сопоставляется с каждым элементом модели-основания и на этой основе выделяются части реальной системы. Поэтому на вопрос, сколько частей получится в результате декомпозиции, имеется готовый ответ: столько, сколько элементов содержит модель, взятая в качестве основания. Следовательно, вопрос детальности декомпозиции системы - это вопрос детальности модели-основания.

Например, модель жизненного цикла любой системы включает три обязательных элемента (этапа): начало, развитие и конец. С помощью такой модели-основания шахматную партию разбивают на дебют, миттельшпиль и эндшпиль, жизнь системы - на зарождение, развитие и гибель, а жизнь человека - на молодость, зрелость и старость. Однако в качестве основания может быть взята и более детальная модель, позволяющая, например, в жизни человека различать периоды детства, отрочества, юности, ранней зрелости, поздней старости. Аналогичное разбиение на этапы может быть результатом декомпозиции жизненного цикла любой другой системы.

3. Алгоритмизация процесса декомпозиции

Как мы уже подчеркивали, результат декомпозиции исследуемого объекта, процесса или явления -- некая древовидная структура. К этой структуре предъявляются два противоречивых требования -- полноты и простоты.

Простота требует сокращать размеры дерева. Поскольку размеры «вширь» определяются числом элементов модели, служащей основанием декомпозиции, то требование простоты вынуждает брать как можно более компактные модели-основания. Напротив, требование полноты подталкивает системного аналитика к выбору как можно более детальной модели основания, которая позволяла бы выявлять и фиксировать малейшие нюансы исследуемой системы в ее содержательной модели. Таким образом, требование полноты заставляет брать как можно более детальные модели.

Компромисс между простотой и полнотой формальной модели следует искать исходя из главной цели анализа системы: свести сложный объект к конечной совокупности простых подобъектов, обозримых для эксперта, обнажающих существующую проблему и указывающих возможные пути ее решения. Он достигается с помощью понятия «существенность». Последнее заключается в том, что в модель-основание включаются только компоненты, существенные по отношению к цели анализа (релевантные целям). Поскольку это понятие не формальное, то решение вопроса о том, что же является в данной модели существенным, а что - нет, возлагается на системного аналитика.

При декомпозиции, руководствуясь тем же требованием простоты, рекомендуется строить «невысокие» деревья, т.е. необходимо стремиться, чтобы число уровней декомпозиции было небольшим. Но, с другой стороны, требование полноты призывает продолжать декомпозицию до тех пор, пока не будет принято специальное решение о ее прекращении по данной ветви. Такое решение принимается в следующих случаях:

1) декомпозиция привела к получению результата, не требующего дальнейшего разложения, т.е. результата простого, понятного и реализуемого (его называют элементарным);

2) декомпозиция не устраняет сложности некоторого фрагмента исследуемого объекта и причиной этой сложности является некомпетентность аналитика в данной предметной области.

Случай, когда декомпозиция заканчивается элементарными фрагментами на всех ветвях дерева, является простейшим. В действительно сложных случаях получение вполне завершенной декомпозиции должно не только радовать, но и настораживать: не связана ли кажущаяся простота с пропуском ветви дерева.

Невозможность доведения декомпозиции до элементарного фрагмента не следует расценивать как отрицательный результат. Хотя при этом сложность не ликвидируется полностью, ее сфера сужается и локализуется. Знать, чего именно мы не знаем, не менее важно, чем само позитивное знание.

Таким образом, декомпозиция не дает новых знаний. Она лишь «вытягивает» знания из экспертов и структурирует их, обнажая имеющиеся незнания в этой структуре.

Алгоритм декомпозиции приведен на рис 3. Коротко остановимся на смысловом содержании его ключевых блоков.

В блоке 2 определяется объект анализа. Им может быть все что угодно -- система, явление, процесс, взаимодействие и т.д., раскрытие смысла которого требует структурирования. От правильности выбора объекта анализа зависит, действительно ли мы будем делать то, что нужно. Как правило, объектом анализа служит содержащая проблему система.

Далее (блок 3) определяется цель анализа и обосновывается необходимость того, что предполагается делать. Цель анализа, как правило, формирует заказчик. Часто она автоматически следует из логики функционирования системы, в интересах которой осуществляется анализ.

Рис 3. Алгоритм декомпозиции

Блок 4 заключается в выборе из базы фреймовых моделей той, которая станет основанием для осуществления процедуры декомпозиции на последующем этапе. Он реализуется в соответствии с известными правилами перебора фреймов либо посредством компьютерного запроса к аналитику самому определить формальную модель, которая станет прообразом для формирования модели- основания на очередной итерации алгоритма декомпозиции.

Содержательная модель, по которой будет проведена декомпозиция. строится (блок 5) на основании изучения целевой системы. Хорошую помощь в этом оказывают различные справочники и классификаторы.

Блоки 6-11 описывают итерационный процесс декомпозиции. Неэлементарный фрагмент подлежит дальнейшей декомпозиции по другой. не использованной ранее модели - основанию (блоки 7, 9 и 5).

Если аналитик перебрал все фреймы и не достиг элементарности на какой-то ветке дерева («Да» в блоке 9). то модель-основание детализируется введением новых элементов (блоки 10, 11, 5) и процесс декомпозиции продолжается до получения элементарных фрагментов. Поскольку новые существенные элементы могут быть получены расщеплением уже имеющихся, в алгоритме декомпозиции должна быть заложена возможность возврата к использованным ранее моделям-основаниям. При этом нет необходимости рассматривать заново все элементы модели, так как обрабатываемый фрагмент находится на ветви, соответствующей только одному элементу каждого состояния. Тогда следует рассмотреть возможность расщепления именно данного элемента. На этой же стадии можно рекомендовать эксперту выделить из всего остального и включить в число существенных еще один элемент. Пройдя, таким образом, всю предысторию не элементарности фрагмента, подумаем новые модели-основания для его декомпозиции.

Если и этот прием не приведет к элементарности анализируемого фрагмента, то эксперт должен признать, что его компетентности недостаточно для анализа данного фрагмента, и оставить этот фрагмент не детализированным. Позже он сможет обратиться к эксперту более высокой квалификации и совместными усилиями решить возникшую задачу. По существу, такая сложность связана с не информированностью аналитика и может быть разрешена с помощью информации и знаний, рассредоточенных по другим специалистам.

Как только будет закончена декомпозиция по одной ветви дерева. выделен элементарный фрагмент или признана собственная несостоятельность в данном вопросе, а также сформирована запись результатного файла (блок 8), можно перейти к декомпозиции по другим ветвями (основаниям) дерева (блоки 12, 13, 4). Алгоритм заканчивается, когда по всем моделям-основаниям будут получены окончательные результаты в виде элементарных либо неэлементарных фрагментов.

В данном алгоритме не просматривается порядок перебора моделей-оснований детализации и, следовательно, остается неизвестной очередность детализации исходной проблемы по ветвям дерева. В принципе эта задача может быть решена методом простого перебора ветвей «слева направо», «справа налево» или некоторым комбинированным способом. Не вдаваясь в детали, оставим ее для самостоятельного решения.

Окончательный результат (блок 14) оформляется в виде дерева. Конечными фрагментами ветвей дерева будут либо элементарные задачи, либо сложные, не поддающиеся дальнейшему разложению. Причины сложности могут заключаться либо в ограниченности знаний аналитиков, либо в том, что нужные знания не объединены в объясняющие модели (в непонимании), либо в принципиальном отсутствии нужных знаний.

Резюме

В этой лекции была предпринята попытка перенести общепонятные идеи анализа в практическую область н предоставить в распоряжение системного аналитика некие инструменты и рекомендации, поддерживающие их реализацию. В первую очередь это относится к методикам и алгоритмам процедуры декомпозиции, предшествующей всякому анализу. К сожалению, строго формализованные алгоритмы выполнения этой процедуры отсутствуют, но успехи в алгоритмизации декомпозиции позволяют надеяться на успешное завершение исследований в данном направлении.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается основная задача аналитического исследования системы?

2. Как связаны между собой понятия «анализ» и «декомпозиция», «синтез» и «агрегирование»?

3. Or чего зависит качество декомпозиции системы? Какие основные задачи необходимо решить для придания процессу декомпозиции алгоритмического характера?

4. Как выбирают модель-основание для проведения декомпозиции исследуемой системы?

5. Что представляет собой формальная модель декомпозиции системы? Приведите примеры моделей, используемых в системных исследованиях экономики.

6. Что является необходимым условием полноты декомпозиции системы? достаточным условием? Приведите наиболее распространённые приемы обеспечения полноты содержательных моделей декомпозиции.

7. Что является результатом декомпозиции и какие требования к нему предъявляются?

8. Как найти компромисс между полнотой и простотой формальной модели, служащей основанием декомпозиции?

9. Как связаны между собой понятия «существенность» и «релевантность»?

10. Когда завершается процесс декомпозиции? Кто принимает решение о завершении?

11. Что является объектом анализа? Как определяется ею цель? Приведите примеры.

12. Для чего предусмотрено обращение к системному аналитику в алгоритме декомпозиции?

13. Перечислите и проинтерпретируйте основные причины не элементарности отдельных фрагментов результата декомпозиции.

Темы рефератов и эссе:

· Теория фреймов.

· Система сбалансированных показателей: концепция и принципы построения.

· Методы и средства формирования дерева целей.

Размещено на Allbest.ru