Модель “черного ящика”

Определение системы как модель

Сходство модели и действительности.

Истинность модели (с точки зрения диалектического материализма приближение относительной истины к истине абсолютной, что обнаруживается в практике человеческого общества). Истинность модели выявляется в практическом соотношении ее с оригиналом, при этом важна роль условий, в которых ведется сравнение. Волновая и корпускулярная модели света. Некорректное применение модели связано с их использованием без проверки выполнения условий применимости.

Кроме определенно известного, правильного (т.е. объективной истины) модели могут содержать и предполагаемое (возможное, но не обязательно действительное). Последнее является обязательной компонентой познавательных моделей, которые включают гипотезы, которые предстоит проверить.

Кроме того, модели могут содержать и предположительно истинное (условно-истинные при неизвестных условиях), а, следовательно и ложное.

Жизненный цикл модели:

Возникновение, развитие, взаимодействие и конкуренция с другими моделями, замена более совершенной моделью.

Участники жизненного цикла модели:

Существует много определений модели (потому что определение - это тоже модель оригинала).

Модель есть отображение:

- целевое, абстрактное или реальное;

- статическое или динамическое;

- ингерентное;

- конечное, упрощенное, приближенное;

- адекватное;

- имеющее наряду с безусловно-истинным условно-истинное и логическое содержание;

- проявляющееся и развивающееся в процессе его создания и практического использования.

Определение - это языковая модель (в данном случае) системы. Это объясняет множественность существующих определений системы.

Опишем визуальный эквивалент первого определения системы, в котором ничего не говорится об устройстве системы, а только о ее назначении. Поэтому можно изобразить систему в виде “непрозрачного ящика”, выделенного из окружающей среды. Уже такое максимально простое изображение системы отображает два ее важных свойства:

- целостность;

- обособленность от среды.

Система связана со средой и воздействует на среду для того, чтобы стало возможно достижение цели, для которой предназначена система. Эти связи - выходы системы, выходы соответствуют слову цель.

Система - средство достижения цели, возможности ее использования как средства предполагают наличие связей от среды к системе, посредством которых на систему можно воздействовать - входы системы. Кроме того, существует влияние среды на систему, которое также должно учитываться (например, в виде некоторых ограничений). Пример: телевизор (бытовая модель) – входы: шнур электрический, антенна, ручки управления; выходы: экран кинескопа, динамики.

Построение модели “черного ящика” может быть сложной задачей из-за множественности входов и выходов системы (это обусловлено тем, что всякая реальная система взаимодействует с окружающей средой неограниченным числом способов). При построении модели из них надо отобрать конечное число. Критерием отбора является целевое назначение модели, существенность той ли иной связи по отношению к этой цели. Здесь, конечно, возможны ошибки, как раз не включенные в модель связи (которые все равно действуют) могут оказаться важными.

Особое значение это имеет при определении цели, т.е. выходов системы. Реальная система вступает во взаимодействие со всеми объектами окружающей Среды, поэтому важно учесть все наиболее существенное. В результате главная цель сопровождается заданием дополнительных целей.

Пример: автомобиль не только должен перевозить определенное количество пассажиров или иметь необходимую грузоподъемность, но и не создавать слишком сильного шума при движении, иметь не превышающую норму токсичность выхлопных газов, приемлемый расход топлива,... Выполнение только одной цели недостаточно, невыполнение дополнительных целей может сделать бесполезным или даже вредным достижение основной цели.

Модель черного ящика иногда оказывается единственно применимой при изучении систем.

Пример: при исследовании психики человека или влиянии лекарства на организм мы воздействуем только на входы и делаем выводы на основании наблюдений за выходами.

Модель структуры и структурная схема системы.

Модели черного ящика недостаточно во многих случаях. Необходимо знать элементы системы и связи между элементами и подсистемами, или отношения.

Система, описанная как набор образующих ее частей, элементов, представляет собой модель состава. Совокупность необходимых или достаточных для достижения цели элементов и отношений между элементами называется структурой системы. Между реальными объектами, включенными в систему, существует огромное (может быть бесконечное) число связей. При определении модели структуры рассматривается только конечное число элементов и связей, которые существенны по отношению к рассматриваемой цели.

Пример: при расчете механизма не учитывают силу взаимного притяжения деталей друг к другу, но вес деталей учитывается обязательно.

Когда речь идет о связи, отношении, то в нем участвует не менее двух объектов. Свойством называют некий атрибут одного объекта. Но свойство выявляется в процессе взаимодействия объекта с другими объектами, т.е. при установлении некоторого отношения.

Пример: мяч красного цвета, но это обнаруживается при наличии источника белого цвета и приемника-анализатора света. Свойство - свернутое отношение. Гипотеза: это утверждение справедливо для всех свойств.

Из предыдущего следует определение системы: “Система есть совокупность взаимосвязанных элементов, обособленная от среды и взаимодействующая с нею как целое”. Оно называется структурной схемой системы (белый ящик).

Такое определение системы можно интерпретировать как объединение двух ее моделей: черного ящика и модели структуры.

Абстрагирование от содержательной стороны структурных схем приводит к схеме, в которой обозначается только наличие элементов и связей между ними. В математике такой объект называется графом. (graph - диаграмма, график, граф). В графе различают вершины (им соответствуют элементы) и ребра (им соответствуют связи). Если связи не симметричные, то их обозначают ребрами со стрелками (дуга) и граф называется ориентированным, иначе - неориентированный. Можно отражать различия между элементами и связями, приписывая числовые характеристики ребрам (вес ребра - взвешенный граф) или размечая вершины и ребра (раскрашенный граф).