信息系统与数据科学
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1.1 系统

通常,系统被认为是一个整体。它由若干个具有独立功能的元素组成。这些元素之间互相联系、互相制约,共同完成系统的总目标。

其中的元素可泛指世间任何事物。一些元素为某一个目标而固定组合在一起构成一个系统。大到宇宙可以看成一个系统,小到原子也可以看成一个系统。一个人也以看成一个系统,人的消化器官、心血管器官、四肢等都是它的元素。当然,一个人的系统还可以细分为更小的子系统。关键还在于这些元素是紧密结合在一起,而且是互相影响的。因此,在研究一个系统的时候必须要考虑它的方方面面。

下面再定义两个有用的名词:一个叫实体,一个叫属性。

(1)实体:有意义的元素,一个系统由许多元素组成,在研究系统的时候不可能列举出所有的元素。但是,可以挑选具有主导作用的元素来展开研究,比如,一个化工焙烧炉是一个系统,它由很多部件组成。我们只需挑选进料传动带、风门和排气口等元素作为实体就能够准确地研究整个系统。

(2)属性:实体的特征。每个实体都应具有独自的特征。例如,前述的进料传动带是一个实体,它就具有长度、宽度和速度等属性。而风门则具有角度、风力及面积等属性。属性的改变可以影响实体,实体的变化可以影响整个系统。

系统具有什么样的特点呢?主要体现在以下几方面:

(1)整体性:组成系统的各个实体不是孤立存在的,它们相互影响形成一个整体,牵一发而动全身。某一个实体的单独优化未必会带来系统整体最优,追求整体最优,实际上是希望所有的实体总体达到一个最优的状态。

(2)层次性:系统中每个元素可看成一个子系统,也就是说可以进一步划分为子系统。例如,汽车可以看作一个系统,它又可以分为发动机、车体、前桥、后桥等若干个子系统。同样,发动机还可以再分为气缸、活塞、进排气等若干子系统。只要分析系统需要,就可一直细分下去。当进行任务的分解时,也可采用划分子系统的办法。

(3)相关性:系统内各元素是相互作用的。所谓相互作用是指元素间既相互依存又相互约束。比如,国民经济系统可划分为工业系统、农业系统和三产系统。农业为工业提供原料,工业为农业提供设备,这是一种依存关系。若农业落后,产生不了大量的过剩劳动力,就会影响工业的扩大经营。工业不生产足够的化肥,就会造成农业减产。这就反映了元素间的约束关系。

(4)目的性:任何系统都有一定的目标,没有目标研究的系统就成了无的之矢。我们建立系统的原因就是为达成某一目标,比如,教育系统的目的是培养出合格的人才;医疗系统的目的是治病救人,管理系统的目的是企业搞好生产。

(5)环境适应性:任何系统都处于环境中,都是另一个更大系统的子系统。相对系统本身来说更大的系统就是它的外部环境。环境会对系统产生影响,系统会对环境产生反应。系统既要达成目标,也要适应环境。环境与系统要不断进行调适。