Жүйелер теориясы: Пәнаралық зерттеулер

Кіріспе

Жүйелердің пәнаралық зерттеуі

Жүйелер теориясы – жүйелердің пәнаралық зерттеуі, яғни табиғи немесе жасалған болуы мүмкін, өзара байланысты, өзара тәуелді компоненттердің біртұтас тобы. Кез келген жүйенің себеп-салдарлық шекаралары болады, ол өзінің контекстіне ықпал етеді, құрылымы, функциясы және рөлімен анықталады және басқа жүйелермен қарым-қатынасы арқылы көрінеді. Жүйе, синергияны немесе пайда болатын мінез-құлықты көрсететін кезде, "өз бөліктерінің қосындысынан артық" болып табылады. Жүйенің бір компонентін өзгерткенде, басқа компоненттерге немесе жүйенің өзіне әсер етуі мүмкін. Бұл өзгерістерді мінез-құлық үлгілерінде болжауға болады. Оқуға және бейімделуге қабілетті жүйелер үшін өсу және бейімделу деңгейі, жүйенің өзінің ортасымен және оның ұйымын ықпалдайтын басқа да контексттермен қаншалықты байланысқа түскеніне байланысты. Кейбір жүйелер басқа жүйелерді қолдап, олардың істен шығуын болдырмау үшін оларды күшінде ұстайды. Жүйелер теориясының мақсаты – жүйенің динамикасын, шектеулерін, шарттарын және қарым-қатынастарын модельдеу; сондай-ақ, басқа жүйелерге әр деңгейде ұялау кезінде және оңтайландырылған теңдестікке жету үшін кең ауқымды салаларда қолданылатын принциптерді (мақсат, өлшем, әдістер, құралдар сияқты) анықтау және қолдану. Жалпы жүйелер теориясы – бір білім саласына тән ұғымдар мен принциптерге қарағанда, кеңінен қолданылатын ұғымдар мен принциптерді әзірлеу туралы. Ол динамикалық немесе белсенді жүйелерді статикалық немесе пассивті жүйелерден ажыратады. Белсенді жүйелер – мінез-құлық пен процестерде өзара әрекеттесетін немесе формалды контексттік шекаралық шарттар (аттракторлар) арқылы өзара байланыстыратын белсенді құрылымдар немесе компоненттер. Пассивті жүйелер – өңделіп жатқан құрылымдар мен компоненттер. Мысалы, компьютерлік бағдарлама қатты дискіде сақталған файл түрінде пассивті, ал жадта іске қосылғанда белсенді болады. Бұл сала жүйелік ойлау, машина логикасы және жүйелік инженериямен байланысты.

Шолу

Жүйелік теория көптеген пәндердегі тәжірибешілердің жұмысында көрінеді, мысалы, дәрігер Александр Богдановтың, биолог Людвиг фон Берталанффидің, тіл білімі маманы Бела Х. Банатидің және социолог Талкотт Парсонстың еңбектерінде; Говард Т. Одум мен Юджин Одумның экологиялық жүйелерді зерттеуінде; Фриттжоф Капраның ұйымдық теорияны зерттеуінде; Питер Сенгтің басқаруды зерттеуінде; Ричард А. Свонсонның еңбектеріндегі адам ресурстарын дамыту сияқты пәнаралық салаларда; және педагогтар Дебора Хаммонд пен Альфонсо Монтуоридің еңбектерінде. Трансдисциплинарлық, интердисциплинарлық және көп көзқараспен қарастырылатын жүйелік теория онтология, ғылым философиясы, физика, компьютерлік ғылым, биология және инженерия, сондай-ақ география, социология, саясаттану, психотерапия (әсіресе отбасылық жүйелер терапиясы) және экономика принциптері мен ұғымдарын біріктіреді. Жүйелік теория зерттеудің автономды салалары арасындағы және жүйелік ғылымның өзіндегі диалогты ынталандырады. Осыған байланысты, қате түсіндіру мүмкіндігін ескере отырып, фон Берталанффи жүйелердің жалпы теориясы "ғылымда маңызды реттеуші құрал болуы керек" деп сенді, бұл "ғылымда пайдасыз және практикалық салдарынан зиянды" болатын беткей ұқсастықтардан сақтану үшін қажет. Басқалары бастапқы жүйелік теоретиктер ұсынған жүйелік ұғымдарға жақын қалады. Мысалы, Техас университетінің Күрделі кванттық жүйелер орталығының Илья Пригожин пайда болатын қасиеттерді зерттеді, олар тірі жүйелерге аналог болатынын көрсетті. Хумберто Матурана мен Франсиско Вареланың автопоэз ұғымын енгізуі осы саладағы одан әрі дамуды білдіреді. Қазіргі жүйелік ғылымдағы маңызды тұлғалар: Рассел Акофф, Рузена Байкси, Бела Х. Банати, Грегори Бейтсон, Энтони Стаффорд Бир, Питер Чекленд, Барбара Гросс, Брайан Уилсон, Роберт Л. Флуд, Аллена Леонард, Радхика Нагпал, Фриттжоф Капра, Уоррен МакКаллох, Кэтлин Карли, Майкл К. Джексон, Катя Сикара және Эдгар Морин. Бірінші дүниежүзілік соғыстан кейін жүйелердің жалпы теориясының қазіргі заманғы негіздері қаланғанда, Эрвин Ласло Берталанффидің "Жалпы жүйе теориясына қатысты перспективалар" кітабының алғы сөзінде "жалпы жүйе теориясының" неміс тілінен ағылшын тіліне аударылуы "кейбір қиындықтар тудырды" деп атап көрсетті. Бұл айырмашылық, дәстүрлі модельдер жеке тұлғаларға, құрылымдарға, бөлімдерге және бөлімшелерге бағытталған, тұтастың бір бөлігін бөліп қарастырады, ал ұйымның жұмыс істеуіне мүмкіндік беретін жеке тұлғалардың, құрылымдардың және процестердің өзара байланыстылығын мойындамайды. Ласло жаңа жүйелік көзқарас ұйымдасқан күрделілік "Ньютонның ұйымдасқан қарапайымдыққа деген көзқарасынан бір қадам асып түсті" дейді, ол тұтастың бөліктерін азайтады немесе бөліктерге қатысы жоқ тұтасты түсіндіреді. Ұйымдар мен олардың ортасы арасындағы қарым-қатынас күрделілік пен өзара тәуелділіктің басты көзі болып табылады. Көп жағдайда, тұтастың қасиеттері құрамына кіретін элементтерді жеке-жеке талдау арқылы анықтау мүмкін емес. Бела Х. Банати, жүйелік қоғамның негізін қалаушылармен бірге "ғылымның мақсаты – адамзаттың игілігі" деген пікірді білдірді және жүйелік теория саласына маңызды үлес қосты. Халықаралық жүйелік ғылымдар қоғамының Primer тобы үшін Банати осы көзқарасты бейнелейтін тұжырымды ұсынады: Жүйелік көзқарас – жүйелік зерттеулер пәніне негізделген дүниетанымы. Жүйелік зерттеудің орталық ұғымы – жүйе. Ең жалпы мағынасында, жүйе дегеніміз – өзара байланыстың желісі арқылы байланысқан және біріктірілген бөліктердің жиынтығы. Primer тобы жүйені мүшелерінің арасындағы қарым-қатынастардың жиынтығы ретінде, тұтастай әрекет ететін ретінде анықтайды. Фон Берталанффи жүйені "бір-бірімен тұрақты қатынастағы элементтер" деп анықтады.

Systems theory is manifest in the work of practitioners in many disciplines, for example the works of physician Alexander Bogdanov, biologist Ludwig von Bertalanffy, linguist Béla H. Bánáthy, and sociologist Talcott Parsons; in the study of ecological systems by Howard T. Odum, Eugene Odum; in Fritjof Capra's study of organizational theory; in the study of management by Peter Senge; in interdisciplinary areas such as human resource development in the works of Richard A. Swanson; and in the works of educators Debora Hammond and Alfonso Montuori. As a transdisciplinary, interdisciplinary, and multiperspectival endeavor, systems theory brings together principles and concepts from ontology, the philosophy of science, physics, computer science, biology, and engineering, as well as geography, sociology, political science, psychotherapy (especially family systems therapy), and economics. Systems theory promotes dialogue between autonomous areas of study as well as within systems science itself. In this respect, with the possibility of misinterpretations, von Bertalanffy believed a general theory of systems "should be an important regulative device in science," to guard against superficial analogies that "are useless in science and harmful in their practical consequences." Others remain closer to the direct systems concepts developed by the original systems theorists. For example, Ilya Prigogine, of the Center for Complex Quantum Systems at the University of Texas, has studied emergent properties, suggesting that they offer analogues for living systems. The distinction of autopoiesis as made by Humberto Maturana and Francisco Varela represent further developments in this field. Important names in contemporary systems science include Russell Ackoff, Ruzena Bajcsy, Béla H. Bánáthy, Gregory Bateson, Anthony Stafford Beer, Peter Checkland, Barbara Grosz, Brian Wilson, Robert L. Flood, Allenna Leonard, Radhika Nagpal, Fritjof Capra, Warren McCulloch, Kathleen Carley, Michael C. Jackson, Katia Sycara, and Edgar Morin among others. With the modern foundations for a general theory of systems following World War I, Ervin László, in the preface for Bertalanffy's book, Perspectives on General System Theory, points out that the translation of "general system theory" from German into English has "wrought a certain amount of havoc": This difference, from conventional models that center on individuals, structures, departments and units, separates in part from the whole, instead of recognizing the interdependence between groups of individuals, structures and processes that enable an organization to function. László explains that the new systems view of organized complexity went "one step beyond the Newtonian view of organized simplicity" which reduced the parts from the whole, or understood the whole without relation to the parts. The relationship between organisations and their environments can be seen as the foremost source of complexity and interdependence. In most cases, the whole has properties that cannot be known from analysis of the constituent elements in isolation. Béla H. Bánáthy, who argued—along with the founders of the systems society—that "the benefit of humankind" is the purpose of science, has made significant and far reaching contributions to the area of systems theory. For the Primer Group at the International Society for the System Sciences, Bánáthy defines a perspective that iterates this view:

The systems view is a world view that is based on the discipline of SYSTEM INQUIRY. Central to systems inquiry is the concept of SYSTEM. In the most general sense, system means a configuration of parts connected and joined together by a web of relationships. The Primer Group defines system as a family of relationships among the members acting as a whole. Von Bertalanffy defined system as "elements in standing relationship."

Экология

Жүйелік экология – экологиялық жүйелерді, әсіресе экожүйелерді зерттеуге холистикалық (тұтас) көзқараспен қарауды қамтитын, салааралық ғылым саласы; оны жалпы жүйелер теориясының экологияға қолданылуы деп қарастыруға болады. Жүйелік экологияның негізгі қағидасы – экожүйенің күрделі жүйе болып табылатыны және жаңа қасиеттерді (эмердженттік қасиеттерді) көрсететіні туралы идея. Жүйелік экология биологиялық және экологиялық жүйелер ішіндегі және олардың арасындағы өзара әрекеттесулер мен байланыстарға назар аударады, сондай-ақ экожүйелердің жұмыс істеуіне адамның әрекеттері қалай әсер ететінін зерттейді. Ол термодинамикадан алынған түсініктерді пайдаланады және дамытады, сондай-ақ күрделі жүйелердің басқа да макроскопиялық сипаттамаларын жасайды.

Химия

Жүйелік химия – әр түрлі иерархиялық деңгейлері мен пайда болатын қасиеттері бар молекулалар жиынтығынан (немесе қорынан) жаңа функцияларды жасау үшін өзара әрекеттесетін молекулалардың желілерін зерттейтін ғылым. Жүйелік химия сондай-ақ тіршіліктің пайда болуымен (абиогенез) байланысты.

Инженерлік

Жүйелік инженерия – пәнаралық тәсіл және табысты жүйелерді іске асыру мен пайдалануға мүмкіндік беретін құрал. Оны жүйелерді инженерлеуге инженерлік техникаларды қолдану, сондай-ақ инженерлік жұмыстарға жүйелік көзқарас қолдану ретінде қарастыруға болады. Жүйелік инженерия басқа ғылым салаларын және мамандар топтарын бірлескен жұмысқа біріктіреді, нәтижесінде идеядан өндіріске, пайдалануға және жоюға дейінгі құрылымдалған даму процесі қалыптасады. Жүйелік инженерия барлық клиенттердің бизнес және техникалық қажеттіліктерін ескереді, мақсаты – пайдаланушының талаптарына жауап беретін сапалы өнімді ұсыну.

Пайдаланушыны ортаға алған жобалау процесі

Жүйелік ойлау – пайдаланушыға бағытталған жобалау процестерінің маңызды бөлігі болып табылады және жаңа адам-компьютер өзара әрекеттесуі (ХКК) ақпараттық жүйесінің толық әсерін түсіну үшін қажет. Осыны ескермей, болашақ пайдаланушылардың (пайдаланушы тәжірибесін жобалайтын мамандардың) көзқарасын ескермей бағдарламалық жасақтаманы әзірлеу – ақпараттық жүйелердің толық сәтсіздікке ұшырауына, ақпараттық жүйелерді пайдаланушылардың стрессінің және психикалық денсаулық мәселелерінің күшеюіне, сондай-ақ шығындардың артуына және ресурстардың зор ысырабына әкелетін ауыр дизайн кемшілігі. Қазіргі уақытта ұйымдар мен үкіметтердің жобаны басқару бойынша қабылданған шешімдерді, осы кемшіліктерге және пайдалануға қолайсыздыққа әкелетін факторларды зерттеуі көбінесе кездеспейді. Электр және электроника инженерлері институтының бағалауынша, ақпараттық жүйелерді әзірлеуге жұмсалатын 1 триллион доллардың шамамен 15%-ы әр жыл сайын толығымен ысырап болады, ал дайын жүйелер алдын ала болжауға болатын қателіктердің салдарынан іске асырылғанға дейін толығымен жойылады. Standish Group компаниясы 2018 жылы жариялаған CHAOS есебіндегі мәліметтерге сәйкес, ақпараттық жүйелердің көп бөлігі сәтсіздікке ұшырайды немесе толыққанды нәтиже бермейді. 2017 жылғы көрсеткіштер: толық сәттілік – 14%, қиындықтармен жүзеге асырылған – 67%, сәтсіздікке ұшыраған – 19%.

Математика

Жүйелік динамика – уақыт өте келе күрделі жүйелердің сызықты емес мінез-құлқын түсінуге арналған тәсіл. Ол қорлар, ағындар, ішкі кері байланыс тізбектері және уақыт кешігулерін пайдаланады.

Психология

Жүйелік психология – күрделі жүйелердегі адамның мінез-құлқы мен тәжірибесін зерттейтін психологияның бір саласы. Ол жүйелер теориясы мен жүйелік ойлаудан, сондай-ақ Роджер Баркер, Грегори Бейтсон, Умберто Матурана және басқалардың теориялық еңбектерінен шабыттанды. Бұл психологияда топтар мен жеке тұлғалар гомеостаз күйіндегі жүйелер ретінде қарастырылады. Жүйелік психология "инженерлік психология саласын қамтиды, бірақ одан өзге, қоғамдық жүйелерді және мотивациялық, эмоционалдық, когнитивтік және топтық мінез-құлықты зерттеуге көбірек назар аударады, осылар инженерлік психология деп аталады". Жүйелік психологияда ұйымдық мінез-құлықтың ерекшеліктері (мысалы, жеке қажеттіліктер, ынталандырулар, күтулер және жүйелермен өзара әрекеттесетін адамдардың қасиеттері) "тиімді жүйе құру мақсатында осы процесті ескереді".

Ақпараттық техника

Жүйелік теория нейроинформатика және коннективистік таным ғылымдары саласында қолданылған. Нейрокогницияда коннективистік когнитивтік нейроархитектураларды жүйелік теория мен динамикалық жүйелер теориясының көзқарастарымен біріктіруге әрекеттер жасалып жатыр.

Кибернетика

Кибернетика – тірі және тірі емес жүйелерде (организмдер, ұйымдар, машиналар) және олардың комбинацияларында реттегіш кері байланыс пен басқаруды зерттейтін ғылым. Оның негізгі мәселесі – кез келген нәрсенің (цифрлық, механикалық немесе биологиялық) қалай өзін-өзі басқаратыны, ақпаратты қалай өңдейтіні, ақпаратқа қалай ден қоятыны және осы үш негізгі міндетті жақсырақ орындау үшін қалай өзгеретіні немесе өзгерттірілуі. Жүйелер теориясы мен кибернетика терминдері жиі синоним ретінде қолданылады. Кейбір авторлар кибернетикалық жүйелер терминін жалпы жүйелер класының нақты кіші тобын белгілеу үшін пайдаланады, атап айтқанда кері байланыс циклдарын қамтитын жүйелерді. Дегенмен, Гордон Пасктің мәңгілік өзара әрекеттесетін актерлік циклдардың (соның нәтижесінде шекті өнімдер туындайды) айырмашылығы жалпы жүйелерді кибернетиканың кіші тобына жатқызады. Кибернетикада күрделі жүйелерді математикалық тұрғыдан В. Росс Эшби, Норберт Винер, Джон фон Нейман және Хайнц фон Фёрстер сияқты ғалымдар зерттеді. Кибернетиканың бастаулары 1800 жылдардың соңына дейін барып жетеді, бұл маңызды еңбектердің жарық көруіне (мысалы, 1948 жылы Винердің «Кибернетикасы» және 1968 жылы Берталанфидің «Жалпы жүйелік теориясы») әкелді. Кибернетика инженерлік салалардан көбірек пайда болды, ал ЖЖТ – биологиядан. Егер бір нәрсе болса, екеуі де бір-біріне әсер еткенмен, кибернетиканың ықпалы зор болған сияқты. Берталанфи кибернетиканың ықпалын атап көрсету арқылы салаларды ажыратуға ерекше мән берді: Жүйелік теория жиі кибернетика және басқару теориясымен теңестіріледі. Бұл да дұрыс емес. Кибернетика технология мен табиғаттағы басқару механизмдерінің теориясы ретінде ақпарат және кері байланыс тұжырымдарына негізделген, бірақ жүйелердің жалпы теориясының бір бөлігі ретінде модель кеңінен қолданылады, бірақ оны жалпы «жүйелер теориясымен» шатастыруға болмайды және оның тұжырымдарына сәйкес келмейтін салаларға сақтықсыз кеңейтуден сақтану керек. Кибернетика, катастрофа теориясы, хаос теориясы және күрделілік теориясы өзара әрекеттесетін және байланысты бөліктерден тұратын күрделі жүйелерді осы өзара әрекеттесулер тұрғысынан түсіндіруді мақсат етеді. Ұялы автоматтар, нейрондық желілер, жасанды интеллект және жасанды өмірмен байланысты салалар, бірақ жалпы (әмбебап) күрделі (біртекті) жүйелерді сипаттауға тырыспайды. Күрделі жүйелер туралы әртүрлі «С» теорияларын салыстыру үшін ең қолайлы жағдай – тарихи, ол бастапқыда таза математикадан бүгінгі таңда таза компьютерлік ғылымға дейінгі әртүрлі құралдар мен әдістемелерге назар аударады. Хаос теориясының басынан бастап, Эдвард Лоренц компьютерлік моделі арқылы кездейсоқ тартымдылықты жасай бастағаннан бері компьютерлер ақпараттың маңызды көзіне айналды. Бүгінгі күні компьютерлерді пайдаланбастан күрделі жүйелерді зерттеуді көзге елестету мүмкін емес.

Cybernetics is the study of the communication and control of regulatory feedback both in living and lifeless systems (organisms, organizations, machines), and in combinations of those. Its focus is how anything (digital, mechanical or biological) controls its behavior, processes information, reacts to information, and changes or can be changed to better accomplish those three primary tasks. The terms systems theory and cybernetics have been widely used as synonyms. Some authors use the term cybernetic systems to denote a proper subset of the class of general systems, namely those systems that include feedback loops. However, Gordon Pask's differences of eternal interacting actor loops (that produce finite products) makes general systems a proper subset of cybernetics. In cybernetics, complex systems have been examined mathematically by such researchers as W. Ross Ashby, Norbert Wiener, John von Neumann, and Heinz von Foerster. Threads of cybernetics began in the late 1800s that led toward the publishing of seminal works (such as Wiener's Cybernetics in 1948 and Bertalanffy's General System Theory in 1968). Cybernetics arose more from engineering fields and GST from biology. If anything, it appears that although the two probably mutually influenced each other, cybernetics had the greater influence. Bertalanffy specifically made the point of distinguishing between the areas in noting the influence of cybernetics:Systems theory is frequently identified with cybernetics and control theory. This again is incorrect. Cybernetics as the theory of control mechanisms in technology and nature is founded on the concepts of information and feedback, but as part of a general theory of systems [T]he model is of wide application but should not be identified with 'systems theory' in general [and] warning is necessary against its incautious expansion to fields for which its concepts are not made. Cybernetics, catastrophe theory, chaos theory and complexity theory have the common goal to explain complex systems that consist of a large number of mutually interacting and interrelated parts in terms of those interactions. Cellular automata, neural networks, artificial intelligence, and artificial life are related fields, but do not try to describe general (universal) complex (singular) systems. The best context to compare the different "C" Theories about complex systems is historical, which emphasizes different tools and methodologies, from pure mathematics in the beginning to pure computer science today. Since the beginning of chaos theory, when Edward Lorenz accidentally discovered a strange attractor with his computer, computers have become an indispensable source of information. One could not imagine the study of complex systems without the use of computers today.

Күрделі бейімделу жүйелері

Күрделі бейімделу жүйелері (CAS), Джон Х. Холланд, Мюррей Гелл-Манн және басқалар Санта-Фе институтының салааралық зерттеулерінде ұсынған, күрделі жүйелердің ерекше жағдайлары болып табылады: олар әртүрлі және көптеген өзара байланысты элементтерден құралған; олар тәжірибеден үйрену және өзгеріске бейімделу қабілетіне ие. Бақылау жүйелерінен өзгеше, онда теріс кері байланыс тепе-теңсіздікті басып, кері қайтарады, CAS көбінесе оң кері байланысқа ұшырайды, ол өзгерістерді күшейтеді және жалғастырады, жергілікті ерекшеліктерді жаһандық сипаттамаларға айналдырады.