Г. Н. Камышова, Н. Н. Терехова системный анализ и математическое моделирование в агроэкологии
жүктеу/скачать 5.15 Mb.
|
УСТОЙЧИВОСТЬ? 
УСТОЙЧИВОСТЬ – ЭТО ПОСТОЯНСТВО СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ ИЛИ ПОСТОЯНСТВО ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ НЕКОТОРЫХ ЕЁ СОСТОЯНИЙ ВО ВРЕМЕНИ В ПРОЦЕССЕ ЕЁ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ. Понятие устойчивости – одна из важнейших характеристик поведения динамической системой. Под устойчивостью понимается постоянство состояния системы или постоянство последовательностей некоторых её состояний во времени в процессе её преобразований. Понятие устойчивости в живых организмах, как динамических системах, связывают с явлением гомеостазиса. Гомеостазисом называется способность живых организмов обеспечивать оптимальный режим внутренней среды путём поддерживания постоянства существенных параметров системы (температуры, состава клеточной жидкости и т. п.). Обеспечение постоянства существенных параметров системы достигается за счёт информационных процессов управления с обратными связями, благодаря чему устраняются последствия возмущающих случайных влияний среды на отдельные подсистемы и элементы живого организма. Принцип гомеостазиса часто используется при конструировании различных технических систем, которые называют гомеостатическими. Первое такое техническое устройство было спроектировано английским нейрофизиологом и автором ряда работ по кибернетике У. Р. Эшби и названа гомеостатом Эшби. Такие системы в известной степени могут обучаться, приспосабливая своё поведение к изменяющей среде. Понятие устойчивости в строгом смысле относится не к самой системе, а к какому-нибудь свойству её поведения, причём поведения системы в целом, а не какой-либо её части. При объединении ряда систем с неустойчивым поведением новая система новая система может оказаться устойчивой. На устойчивость системы может оказать влияние также сам способ агрегирования. В то же время, при агрегировании нескольких устойчивых систем не обязательно получится система с устойчивым поведением. Понятие устойчивости динамических систем обычно связывается с тем, что отклонение некоторых параметров системы от заданных их значений не превышают допустимых предельно величин. Например, при рациональном ведении хозяйства отклонения урожайности от основной линии тренда, как правило, находится в определённых границах вариации, вызываемых случайными погодными факторами, что свидетельствует об устойчивости основной тенденции роста урожайности, обусловленной факторами интенсификации земледелия. Устойчивость основной тенденции является важным условием для надёжного прогназирования поведения динамической системы. Следует заметить, что система, устойчивая по некоторому свойству поведения, по другому признаку может быть неустойчивой. Так, например устойчивость основной динамики урожайности вовсе не означает, что окажется устойчивым также изменение себестоимости продукции. В конкретных исследованиях несомненный интерес представляет изменение устойчивости поведения хозяйственных систем по отношению к возмущениям различного характера.
ЧТО ЯВЛЯЕТСЯ ЦЕЛЬЮ СИСТЕМЫ?
ЦЕЛЬ– ЭТО ЖЕЛАЕМОЕ СОСТОЯНИЕ СИСТЕМЫ ИЛИ РЕЗУЛЬТАТ ЕЁ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ДОСТИЖИМЫЕ В ПРЕДЕЛАХ НЕКОТОРОГО ИНТЕРВАЛА ВРЕМЕНИ.
Для перехода к цели в системном анализе необходимо сформулировать проблему, которую нужно преодолеть. Определить цель– значит ответить на вопрос, что надо сделать для снятия проблемы. Сформулировать цель – значит указать направление, в котором следует двигаться, чтобы разрешить существующую проблему. Цели должны быть реалистичны. Задать реалистические цели, значит направить всю деятельность по выполнению на получение определённого результата. Представление о цели зависит от стадии познания объекта, и по мере развития представлений о нём цель может быть переформулирована. Изменение целей во времени может происходить не только по форме, но и по содержанию, вследствие изменения объективных условий и субъективных установок, влияющих на выбор целей. Сроки изменения представлений о целях, старения целей различны и зависят от уровня иерархии рассмотрения объекта. Цели более высоких уровней долговечнее. Динамичность целей должна учитываться в системном анализе. При формулировании цели нужно учитывать, что на цель оказывают влияние как внешние по отношению к системе факторы, так и внутренние. При этом внутренние факторы являются такими же объективно влияющими на процесс формирования цели факторами, как и внешние. Следует отметить, что даже на самом верхнем уровне иерархии системы имеет место множественность целей. Анализируя проблему, необходимо учитывать цели всех заинтересованных сторон. Среди множества целей желательно попытаться найти или сформировать глобальную цель. Исследование целей заинтересованных в проблеме лиц должно предусматривать возможность их уточнения, расширения или замены. На выбор целей решающее влияние оказывает та система ценностей, которой эта цель придерживается, поэтому при формировании целей необходимым этапом работ является выявление системы ценностей, которой придерживается лицо, принимающее решение. Пример. Различают технократическую и гуманистическую системы ценностей. Согласно первой системе, природа провозглашается как источник неисчерпаемых ресурсов, человек-царь природы. Всем известен тезис:  «Мы не можем ждать милостей от природы. Взять их у неё наша задача».
Гуманистическая система ценностей говорит о том, что природные ресурсы ограничены, что человек должен жить в гармонии с природой и т.д. Практика развития человеческого общества показывает, что следование технократической системе ценностей приводит к пагубным последствиям. С другой стороны, полный отказ от технократических ценностей тоже не имеет оправдания. Необходимо не противопоставлять эти системы, а разумно дополнять их и формулировать цели развития системы с учётом обеих систем ценностей.
Сложность понимается как объективное, так и субъективное явление. Эти два типа сложности тесно взаимодействуют друг с другом, особенно тогда, когда та или иная система только включается в познавательный процесс. В науке выделяются четыре подхода к пониманию сложных систем. Согласно первому подходу сложные системы представляет собой системы с плохой организацией. К ним относят окружающую среду. При втором подходе под сложными понимаются такие системы, которые не могут быть точно математически описаны. Для математического моделирования значительного числа этих систем нет инструментария. При третьем подходе сложными считаются системы целенаправленного поведения, т.е. социальные. В этом случае сложные системы совпадают с человеком, его социальной организацией. При четвертом подходе сложность трактуется с позиции теории множеств как элемент того множества, где он выступает как множество. Здесь сложность отождествляется с понятием “много”, которое применяется к элементам, структурам, свойствам, функциям и т.д. К сложным системам относят органические системы, под которыми понимают не только биологические системы, но и социальные. Сложность — существенная характеристика эволюции. Ее обычно связывают с уровнем и формой движения материи. Каждый последующий уровень сложнее предыдущего, поэтому химические системы сложнее физических, а социальные — биологических. Сложные системы характеризуются многомерностью (большим числом составляющих элементов), многообразием природы элементов, связей, разнородностью структуры. Сложные системы обладают свойствами, которыми не обладает ни один из составляющих элементов. Сложными системами являются живые организмы, в частности человек, и т.д.
В Живые системы, обладают биологическими функциями, такими, как рождение, смерть и воспроизводство
Классификацию систем можно осуществить по разным критериям. Приведем основные способы классификации.
А ГРОЭКОЛОГИЯ, ВИДЫ АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ?
АГРОЭКОЛОГИЯ—наука о структуре, функционировании, оценке и оптимизации агроэкосистем, их взаимодействие и взаимовлиянии с природными и антропогенными системами более высокого и низкого уровня.
Агроэкология относится к более молодым самостоятельным научным дисциплинам, в которых продолжается развитие терминологии, систематизации объектов, исследований различных методов и практическое освоение результатов. В качестве базового определения агроэкологии предлагается: Агроэкология - комплекс наук, исследующих возможности сельскохозяйственного использования земель для получения растениеводческой и животноводческой продукции при одновременном сохранении сельскохозяйственных ресурсов (почв, естественных кормовых угодий, гидрологических характеристик агроландшафтов), биологического разнообразия и защите экологической среды обитания человека и производимой продукции от сельскохозяйственного загрязнения. Агроэкосистема – это экологическая система, объединяющая участок территории (географический ландшафт), занятый хозяйством, производящим сельскохозяйственную продукцию. В состав агроэкосистемы входят: почвы с их населением (животные, водоросли, грибы, бактерии); поля-агроценозы; скот; фрагменты естественных и полуестественных экосистем (леса, естественные кормовые угодья, болота, водоемы); человек. Агроэкосистема - автотрофная экосистема, основным источником энергии для которой является Солнце. Как и естественная экосистема, агроэкосистема состоит из организмов трех основных трофических групп: продуцентов, консументов и редуцентов. Продуценты в агроэкосистеме - культурные растения, травы сенокосов и пастбищ, деревья садов, лесопосадок и естественных лесов, входящих в ее состав. Продуценты и спутники культурных растений - сорняки. Консументами в агроэкосистеме выступают человек и сельско-хозяйственные животные. К консументам относятся также вредители полевых культур (от насекомых до сусликов и хомяков), паразиты (часто опасные для сельскохозяйственных животных), полезные насекомые - хищные и опылители, птицы, организмы – симбиотрофы (микоризные грибы и бактерии - азотфиксаторы). Редуценты в агроэкосистеме - в основном бактерии. Они поддерживают плодородие почв, превращая остатки в гумус, а гумус и вносимый на поля навоз - в более простые органические и минеральные вещества, доступные растениям. Человек в агроэкосистеме - консумент-фитофаг (питается растениями) и зоофаг (ест мясо и пьет молоко). Однако его роль в агроэкосистеме гораздо больше, так как исходя из своих интересов, он формирует структуру и состав агроэкосистемы и влияет на ее трофические элементы с целью получить наибольшую первичную и вторичную продукции. Все компоненты агроэкосистемы тесно связаны, хотя в ней не возникает полного экологического равновесия, как в естественных экосистемах. Поддерживать равновесие в агроэкосистеме должен сам человек. Если этого не делать, происходит разрушение ее ресурсов. Агроэкосистемы весьма разнообразны и могут различаться по специализации (растениеводческие, животноводческие, комплексные) и по величине вложений антропогенной энергии (экстенсивные, компромиссные, интенсивные). Рассмотрим основные специализации агроэкосистем. Растениеводческие агроэкосистемы используют определенные системы земледелия, в которых либо происходит постоянная ротация (заменяемость) участков пашни и естественной растительности, в результате чего восстанавливается плодородие почв, либо почвовосстанавливающую роль играют посевы многолетних трав и однолетних бобовых культур в севооборотах, а также сидераты (зеленые удобрения). Животноводческие агроэкосистемы используют определенные системы животноводства такие как, выпас скота на естественных кормовых угодьях, производство кормов на естественных кормовых угодьях и на пашне или животноводческая продукция производится на скотооткормочных комплексах, а корма получают либо с пашни либо завозят из других районов Комплексные агроэкосистемы используют определенные системы земледелия, так и определенные системы животноводства. То есть происходит ротация полей и естественных кормовых угодий (часть пашни через определенное время забрасывается для естественного восстановления плодородия, хотя частично оно поддерживается за счет навоза). Такой вариант хозяйства характерен для альтернативных систем земледелия. Рассмотрим основные типы агроэкосистем по величине вложений антропогенной энергии. Интенсивная агроэкосистема – это высокие вложения энергии: монокультура при внесении высоких доз удобрений и поливе, крупные скотооткормочные комплексы, с использованием кормов, производимых на пашне. Такие агроэкосистемы в наибольшей мере оказывают негативное влияние на окружающую среду: происходит разрушение почв, уничтожается ресурсное биоразнообразие, на скотооткормочных комплексах концентрируется большая масса навоза, который не вносится на поля. Экстенсивная агроэкосистема – это низкие вложения энергии: биологическое земледелие без использования минеральных удобрений и пестицидов, круглогодичное пастбищное хозяйство (в условиях сухих степей, пустынь или тундр). Компромиссная агроэкосистема – это умеренные вложения энергии: экологически обоснованное использование минеральных удобрений и гербицидов, сухое земледелие, откорм скота с использованием естественных кормовых угодий и кормов с пашни. Компромиссная стратегия управления агроэкосистемой наиболее целесообразна, так как позволяет сочетать достаточно высокий выход сельскохозяйственной продукции с сохранением условий среды и экономией энергии. К  ОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ
М  ОДУЛЬ 1.2. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ В АГРОЭКОЛОГИИ
ВЫ БУДЕТЕ ИЗУЧАТЬ
ЦЕЛИ МОДУЛЯ
ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ ВЫ СМОЖЕТЕ
ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА Проблема, Ситуация, Объект, Предмет, Типология, Системный анализ 
В научной среде распространены близкие термины системный анализ и системный подход. Оба термина могут быть результативными в любой предметной области. Таким образом, системный анализ изучает конкретные приложения в практике, а именно различный комплекс методов и приёмов проектирования, прогнозирования, принятия решений. Исходя из выше сказанного, курс будет посвящён принятию решений при возникновении проблемных ситуаций. Например, экология, как наука вообще и агроэкология, в частности, являются науками, исследующими сложные взаимодействия. Большинство этих взаимодействий является динамическим, т.е. они зависят от времени и постоянно изменяются. Помимо этого, взаимодействия характеризуются тем, что некоторые эффекты процесса возвращаются к своему источнику или к предыдущей стадии, в результате чего эти эффекты усиливаются или видоизменяются, т.е. имеют обратную связь. Сложность агроэкосистем, не ограничивается наличием разнообразных взаимодействий между элементами. Одним из компонентов агроэкосистем являются живые организмы, которые в свою очередь являются изменчивыми. Вместе с тем, на агроэкосистемы большое влияние оказывает внешняя среда (как природные, так и социально-экономические факторы). Таким образом, анализ даже относительно простой агроэкологической системы является весьма сложным. Зачастую, задача исследования поведения сложных систем состоит в выделении и исследовании поведения более простых подсистем. Например, в вопросах лесоводства и земледелия или рыболовства для некоторого упрощения обычно рассматривают поведение лишь одной культуры, вида, однако подобные исследования почти ничего не говорят нам о том, как будет вести себя система как целое в ответ на изменения, вызванные хозяйственной деятельностью человека. В частности, влияние данной культуры на почву и на другие виды, входящие в состав той экосистемы, в пределах которой произрастает данная культура, изучается довольно редко в основном из-за трудностей проведения экспериментов, которые нужно поставить, чтобы проверить правильность гипотез необходимой степени сложности. Еще труднее распространить идеи комплексного подхода на экологические эффекты, возникающие, например, при землепользовании или эксплуатации водных экосистем, где рассматривается несколько альтернативных стратегий развития и управления биосистемой и средой. С другой стороны, агроэкологическое исследование часто требует больших масштабов времени. Например, исследования в области земледелия, садоводства или рыболовства связаны с определением урожайности, а урожай собирается раз в год, так что один цикл эксперимента занимает один год и более. В лесоводстве из-за длительного круговорота урожаев древесины самый непродолжительный эксперимент занимает 15 - 20 лет, а долговременные эксперименты могут длиться от 30 до 100 лет. Все это требует извлекать максимальную пользу из каждой стадии экспериментирования, и именно системный анализ позволяет построить нужную схему эксперимента. Наконец нам нужно внимательно рассмотреть природу тех моделей, которые мы строим для описания агроэкологических отношений. Обычно мы не осознаем, как велика роль функциональных моделей физики и техники в формировании наших представлений о взаимосвязях различных физических явлений. На самом деле многие семейства моделей, которые применяются в системном анализе экологических систем, являются моделями функционального и детерминистского типа, полученными из причинно-следственных отношений физики, а математический аппарат, используемый для описания этих моделей, есть не что иное, как традиционная прикладная математика, которая, строго говоря, является математикой, примененной к физике. Однако не все экологические отношения являются отношениями такого типа. Из-за изменчивости организмов и местообитаний, взаимоотношений животных трудно применять методы прямого исследования и экспериментирования, и необходим более сложный математический аппарат стохастических и вероятностных связей, чтобы моделировать изменчивость биологических процессов и связи между переменными, которые зависят от ряда независимых факторов (температуры, кислорода, солености, влаги для почвы и т.д.). Таким образом, возникает необходимость применения именно системного анализа в агроэкологии. Начнём курс с изложения понятия исследований.
ЧТО НАЗЫВАЕТСЯ ИССЛЕДОВАНИЕМ?
ИССЛЕДОВАНИЕ – это научный труд или научное изучение рассматриваемого предмета, какого-либо объекта с целью определения закономерностей его возникновения, совершенствования, развития и получения новых знаний. Системное исследование в агроэкологии проходит все основные этапы, характерные для общего системного подхода. Рассмотрим его основные этапы: 1. Формулировка проблемы Осознание того, что существует некая проблема, которую можно исследовать с помощью системного анализа, достаточно важная для детального изучения, не всегда оказывается тривиальным шагом. Само понимание того, что необходим действительно системный анализ проблемы, столь же важно, как и выбор правильного метода исследования. С одной стороны, можно взяться за решение проблемы, не поддающейся системному анализу, а с другой – выбрать проблему, которая не требует для своего решения всей мощи системного анализа и изучать которую данным методом было бы неэкономично. Такая двойственность первого этапа делает его критическим для успеха или неудачи всего исследования. Специалисты по системному анализу должны хорошо вникнуть в проблему и начать работать над ее решением. Вообще подход к решению реальных проблем действительно требует большой интуиции, практического опыта, воображения и того, что называется «чутьем». Эти качества особенно важны, когда сама проблема, как это часто случается, изучена довольно слабо. 2. Постановка задачи и ограничение ее сложности Коль существование проблемы осознано, требуется упростить задачу настолько, чтобы она скорее всего имела аналитическое решение, сохраняя в то же время все те элементы, которые делают проблему достаточно интересной для практического изучения. Здесь мы вновь имеем дело с критическим этапом любого системного исследования. Вывод о том, стоит ли рассматривать тот или иной аспект данной проблемы, а также результаты сопоставления значимости конкретного аспекта для аналитического отражения ситуации с его ролью в усложнении задачи, которое вполне может сделать ее неразрешимой, часто зависит от накопленного опыта в применении системного анализа. Именно на этом этапе опытный специалист по системному анализу может внести наиболее весомый вклад в решение проблемы. Успех или неудача всего исследования во многом зависят от тонкого равновесия между упрощением и усложнением – равновесия, при котором сохранены все связи с исходной проблемой, достаточные для того, чтобы аналитическое решение поддавалось интерпретации. Ни один заманчивый проект оказывался в конце концов неосуществленным из-за того, что принятый уровень сложности затруднял последующее моделирование, не позволяя получить решение. И напротив, в результате многих системных исследований, выполненных в самых разных областях экологии, были получены тривиальные решения задач, которые на самом деле составляли лишь подмножества исходных проблем. 3. Установление иерархии целей и задач После постановки задачи и ограничения степени ее сложности можно приступать к установлению целей и задач исследования. Обычно эти цели и задачи образуют некую иерархию, причем основные задачи последовательно подразделяются на ряд второстепенных. В такой иерархии необходимо определить приоритеты различных стадий и соотнести их с теми усилиями, которые необходимо приложить для достижения поставленных целей. Таким образом, в сложном исследовании специалист по системному анализу может присвоить сравнительно малый приоритет тем целям и задачам, которые хотя и важны с точки зрения получения научной информации, довольно слабо влияют на вид решений, принимаемых относительно воздействий на экосистему и управления ею. В иной ситуации, когда данная задача составляет часть программы какого-то фундаментального исследования, исследователь заведомо ограничен определенными формами управления и концентрирует максимум усилий на задачах, которые непосредственно связаны с самими экологическими процессами. Во всяком случае, для плодотворного применения системного анализа очень важно, чтобы приоритеты, присвоенные различным задачам, были четко определены. 4. Выбор путей решения задач На данном этапе исследователь может обычно выбрать несколько путей решения проблемы. Как правило, опытному специалисту по системному анализу сразу видны семейства возможных решений конкретных задач. В общем случае он будет искать наиболее общее аналитическое решение, поскольку это позволит максимально использовать результаты исследования аналогичных задач и соответствующий математический аппарат. Каждая конкретная задача обычно может быть решена более чем одним способом. И вновь выбор семейства, в рамках которого следует искать аналитическое решение, зависит от опыта специалиста по системному анализу. Неопытный исследователь может затратить много времени и средств в попытках применить решение из какого-либо семейства, не сознавая, что это решение получено при допущениях, несправедливых для того частного случая, с которым он имеет дело. Аналитик же часто разрабатывает несколько альтернативных решений и только позже останавливается на том из них, которое лучше подходит для его задачи 5. Моделирование После того, как проанализированы подходящие альтернативы, можно приступать к важному этапу – моделированию сложных динамических взаимосвязей между различными аспектами проблемы. При этом следует помнить, что моделируемым процессам, а также механизмам обратной связи присуща внутренняя неопределенность, а это может значительно усложнить как понимание системы, так и ее управляемость. Кроме того, в самом процессе моделирования нужно учитывать сложный ряд правил, которые необходимо будет соблюдать при выработке решения о подходящей стратегии. На этом этапе математику очень легко увлечься изяществом модели, и в результате будут утрачены все точки соприкосновения между реальными процессами принятия решений и математическим аппаратом. Кроме того, при разработке модели в нее часто включаются непроверенные гипотезы, а оптимальное число подсистем предопределить достаточно сложно. Можно предположить, что более сложная модель полнее учитывает сложности реальной системы, но хотя это предположение интуитивно вполне кажется корректным, необходимо принять во внимание дополнительные факторы. Рассмотрим, например, гипотезу о том, что более сложная модель дает и более высокую точность с точки зрения неопределенности, присущей модельным прогнозам. Вообще говоря, систематическое смещение, возникающее при разложении системы на несколько подсистем, связано со сложностью модели обратной зависимости, но налицо и соответствующее возрастание неопределенности из-за ошибок измерения отдельных параметров модели. Те новые параметры, которые вводятся в модель, должны определяться количественно в полевых и лабораторных экспериментах, и в их оценках всегда есть некоторые ошибки. Пройдя через имитацию, эти ошибки измерений вносят свой вклад в неопределенность полученных прогнозов. По всем этим причинам в любой модели выгодно уменьшать число включенных в рассмотрение подсистем. 6. Оценка возможных стратегий Как только моделирование доведено до стадии, на которой модель можно использовать, начинается этап оценки потенциальных стратегий, полученных из модели. Если окажется, что основные допущения некорректны, возможно, придется вернуться к этапу моделирования, но часто удается улучшить модель, незначительно модифицировав исходный вариант. Обычно необходимо также исследовать «чувствительность» модели к тем аспектам проблемы, которые были исключены из формального анализа на втором этапе, т.е. когда ставилась задача и ограничивалась степень ее сложности. 7. Внедрение результатов Заключительный этап системного анализа представляет собой применение на практике результатов, которые были получены на предыдущих этапах. Если исследование проводилось по вышеописанной схеме, то шаги, которые необходимо для этого предпринять, будут достаточно очевидны. Тем не менее, системный анализ нельзя считать завершенным, пока исследование не дойдет до стадии практического применения, и именно в этом отношении многие выполненные работы оказывались невыполненными. В то же время как раз на последнем этапе может выявиться неполнота тех или иных стадий или необходимость их пересмотра, в результате чего понадобится еще раз пройти какие-то из уже завершенных этапов.
КАКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НУЖНО УЧИТЫВАТЬ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ИССЛЕДОВАНИЙ? Л а) Методология исследования - совокупность целей, подходов, ориентиров, приоритетов, средств и методов исследования. б) Организация исследования - порядок проведения, основанный на распределении функций и ответственности, закрепленных в регламентах, нормативах и инструкциях. в) Ресурсы исследования - комплекс средств и возможностей ( например, информационных ), обеспечивающих успешное проведение исследования и достижение его результатов. г) Объект и предмет исследования. Объектом является система управления, вносящаяся к классу социально - экономических систем, предмет - конкретная проблема, разрешение которой требует проведения исследования. д) Тип исследования - принадлежность его к определенному типу, отражающему своеобразие всех характеристик. е) Потребность исследования - степень остроты проблемы, профессионализма в подходах к ее решению, стиль управления. ж) Результат исследования - рекомендации, модель, формула, методика, способствующие успешному разрешению проблемы, пониманию ее содержания, истоков и последствий. з) Эффективность исследования - соразмерность использованных ресурсов на проведение исследования и результатов, полученных от него. Основные характеристики исследования могут быть конкретизированы и дополнены в соответствии с правилами последовательной классификации и декомпозиции. Есть два вида классификации: деление общего и разделение целого. Первый вид предполагает деление некоторой совокупности явлений, имеющих некоторые общие черты и в то же время различия. Их общность можно отразить в критерии, их различие — в группах принадлежности. Так, например, воздействие - это есть сознательное влияние на человека, преследующее определенную цель. Все разнообразие воздействий можно разделить на воздействия сильные и слабые, постоянные (прессинг) и периодичные, прямые и косвенные и пр. И выделение каждой из этих групп имеет вполне определенный критерий. Второй вид классификации — разделение целого. Главный его признак заключается в том, что здесь критерием классификации является часть целого. Как бы детально не проводилась классификация, она всегда отражает содержание некоторого явления, предстающего перед нами в виде целого. Например, воздействие состоит из целеполагания, определения ситуации, поиска проблемы, разработки и реализации решения. И это содержание присуще любому воздействию, характеризующему управление. Здесь критерии классификации ограничены не просто некоторой общностью явлений, а целостностью самого явления, в рамках которого и проводится классификация. В представленном нами примере критерием выделения этапов процесса управления является качественная определенность действий, из которых складывается процесс управляющего воздействия. Эта качественная определенность включает в себя методы работы, переключение внимания (выделение главного), закономерная последовательность (исходные и заключительные действия), рамки целого (сущность явления). Особым вариантом классификации является типология.
ЧТО ТАКОЕ ТИПОЛОГИЯ? ТИПОЛОГИЯ - это группировка объектов на основе их подобия некоторому образцу, который именуется типом, эталоном, или идеальным образом. Здесь каждое явление в большей или меньшей степени приближается к одному из эталонов.
Отличие типологии от классификации в том, что типология допускает существование таких явлений, которые не соответствуют ни одному из выделенных типов. Типология превосходит классификацию своей универсальностью. Она является первоначальной операцией любых систематизаций.
Наибольший эффект в исследовании может быть достигнут в применение приемлемых для целей исследования методов. При этом одни могут быть эффективны на одном этапе исследования, а другие на другом. В исследовании различных аспектов взаимосвязи человека и биосферы можно выделить ряд стадий:
К описательному этапу относятся: примитивные знания, накопление фактического материала, продолжение накопления фактического материала, описание и систематизация колоссального фактического материала после средневекового застоя, начало в становлении экологии, становление эволюционной экологии. Объяснение - промежуточный, теоретический этап, отвечающий на вопрос “почему это происходит?” В современности экологи стремятся не только описать то или иное явление, но и дать ему определенное объяснение. Обычно объяснение это бывает редукционистским, т. е. причины поведения сложной экологической системы ищутся путем анализа поведения отдельных составляющих ее более элементарных объектов. Сложные процессы исследователь стремится разложить при этом на более простые. Так, при изучении механизмов динамики численности популяций в качестве основной характеристики используется не столько скорость изменения численности, сколько ее составляющие — рождаемость и смертность. К объяснению относятся следующие этапы: экологические, генетические, физиолого-генетические, физиолого-экологические.
Выделяют три типа предвидения: иррегулярный, регулярно повторяющийся, общее развитие социально-экологических тенденций.
СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД – ЭТО? В В современной науке системный подход рассматривается как методология исследования сложных явлений, объектов, процессов путём их представления в виде целостных систем для выявления их системных свойств, внутренней структуры и их регулярных механизмов. Концептуально системный подход есть совокупность методологических принципов, позволяющих:
Вопреки представлениям многих экологов, системный анализ не есть какой-то математический метод и даже группа математических методов. Это широкая стратегия научного поиска, которая, конечно, использует математический аппарат и математические концепции, но в рамках систематизированного научного подхода к решению сложных проблем. По существу системный анализ организует наши знания об объекте таким образом, чтобы помочь выбрать нужную стратегию или предсказать результаты одной или нескольких стратегий, которые представляются целесообразными тем, кто должен принимать решения. В наиболее благоприятных случаях стратегия, найденная с помощью системного анализа, оказывается «наилучшей» в некотором определенном смысле. Мы будем понимать под системным анализом упорядоченную и логическую организацию данных и информации в виде моделей, сопровождающуюся строгой проверкой и анализом самих моделей, необходимыми для их верификации и последующего улучшения. Подробно о моделях поговорим ниже, а пока мы можем рассматривать модели как формальные описания основных элементов естественнонаучной проблемы в физических или математических терминах. Ранее основной упор при объяснении тех или иных явлений делался на использовании физических аналогий биологических и экологических процессов. Системный анализ также иногда обращается к физическим аналогиям подобного рода, однако чаще применяемые здесь модели математические и в своей основе абстрактные. В рассматриваемом плане системный анализ как стратегию научного поиска разбивают на этапы, которые могут выполняться независимо, но как правило, они тесно взаимосвязаны и исследователь при решении проблемы может возвращаться к предыдущим этапам, их изменять, особенно при исследовании моделей и их верификации. К ОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ
М ОДУЛЬ 1.3. МЕТОДЫ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА
ВЫ БУДЕТЕ ИЗУЧАТЬ
ЦЕЛИ МОДУЛЯ
ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ ВЫ СМОЖЕТЕ
ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА
анализа. – СПб: Изд-во СПбГТУ, 1997.
Учебное пособие. – М.: Высшая школа, 1989. ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
СПб: Изд-во «Бизнес-пресса», 2000.
Изд-во МЭСИ, 1998. 
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА Анализ, Метод, Связь, Система, Прогноз
ЧТО ТАКОЕ КАЧЕСТВЕННЫЕ МЕТОДЫ?
В науках о Земле, экономике, биологии, медицине и т. п. сложились собственные методы прогнозирования, многие из которых не были количественными. Большинство ”классических описательных” наук использовали до недавнего прошлого в основном качественные методы. В данных науках применение качественных методов зависит от той концептуальной базы, на которой основываются взгляды конкретных исследователей. Поэтому, хотя в биологии, медицине, науках о Земле и т. п. есть некоторые общепринятые концепции, существует большая разница в представлениях различных научных школ по целому ряду важнейших вопросов. Отсюда неизбежны отличия в исходной концептуальной базе при применении качественных методов прогнозирования. Конкретные же исходные концепции выбираются исследователями на основе их собственного опыта, т. е. интуитивно. Поэтому вполне правомерно применительно к прогнозированию в биологии, медицине, науках о земле применять качественные методы. В каждой из научных дисциплин можно встретить различные названия методов качественного прогнозирования, их можно свести к трём группам:
Морфологический анализ включает в себя целый ряд приёмов, объединённых по одному принципу – систематизированному изучению объектов с целью выявить его структуру и основные закономерности развития. При этом структура восстанавливается на основе наблюдения и описания комплекса каналов, связывающих отдельные элементы и компоненты системы. Эти каналы обычно локализованы в пространстве. Они наблюдаемы, и их сочетание придаёт системе определённый облик, или морфологию. Морфология объекта позволяет исследователям отнести его к тому или иному типу, или состоянию. По существу морфологический анализ является основой целого ряда приложений в биологии и медицине. По внешнему виду (живых организмов, клеток, органов и тканей и т. д.) делаются выводы о состоянии организма, что в свою очередь содержит элемент прогноза дальнейшего развития того или иного процесса. Важную роль в морфологическом анализе играет выделение реакций каждого из структурных элементов объекта на то или иное воздействие. Это даёт возможность, учитывая взаимное влияние элементов друг на друга, построить цепочку реакций объекта в целом на внешнее воздействие. Морфологический анализ даёт возможность использовать всю сумму имеющейся информации об объекте. Однако этот метод имеет существенный недостаток, он не позволяет оценивать ”скорость реагирования” объекта на внешнее воздействие, т. е. сроки наступления реакции на воздействие.
Метод аналогий можно считать характерным приёмом применения на практике выводов классического для природоведения сравнительно-описательного метода. Достоинством его является хорошая методологическая разработанность, возможность привлечения традиционной качественной информации, накопленной в рамках соответствующих наук. Очевидны и недостатки метода. Далеко не во всех случаях можно найти объекты-аналоги, подвергшиеся данным типам воздействий (ситуации-аналогии) и при этом наблюдавшиеся исследователями.
Очевидный недостаток этого метода – субъективность оценки. Можно подвести итоги краткому обзору качественных методов прогноза. Общими чертами всех этих методов являются:
Данные выводы характеризуют существенную ограниченность возможностей традиционных качественных методов прогнозирования. Среди этих ограничений важнейшие: описательность, большой объём и сроки исследования. По мнению специалистов, преодоление указанных проблем возможно только путём применения количественных методов.
К ОЛИЧЕСТВЕННЫЕ МЕТОДЫ – ЭТО?
К оличественные методы прогнозирования, можно отожествить с моделированием. Функцией моделирования является “замещение” изучаемого оригинала. Поскольку прогнозируются всегда явления, в данный момент на данном объекте непосредственно не наблюдаемые, прогностика всегда имеет дело с некоторой моделью. Количественный прогноз – это результат работы с количественной (математической) моделью.
Эту модель в самом общем виде можно представить как набор правил для вычисления предсказуемых значений неких характеристик моделируемого объекта. Следовательно, данная модель должна имитировать динамику объекта во времени. Поэтому все прогностические модели можно назвать динамическими. Рассмотрим основные методы моделирования динамических сложных систем, исключив из рассмотрения имитационные модели. Отметим, что нами рассматриваются не математические модели вообще, а модели наиболее часто встречающиеся в экологии, агроэкологии и других близких отраслях. К ним относятся:
В каждом из перечисленных типов моделей используется хорошо разработанный формальный аппарат. Однако применение указанного аппарата к проблеме моделирования реальных сложных объектов в подавляющем большинстве случаев невозможно. Решить проблему моделирования сложных систем призваны были имитационные модели, которые должны были соответствовать методологии от объекта к модели в противовес принципу от математического аппарата к модели. Имитационная модель – формализованное описание изучаемого явления во всей его полноте на грани нашего понимания. В рамках имитационного моделирования, не удаётся пока решить проблемы моделирования сложных систем. К ОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ
ЧАСТЬ 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
МОДУЛЬ 2.1. МОДЕЛИ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЫ БУДЕТЕ ИЗУЧАТЬ
ЦЕЛИ МОДУЛЯ
ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ ВЫ СМОЖЕТЕ
ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА
|
