Читать книгу Информатика для медиков - Григорий Хай - Страница 6

Материальный мир имеет чрезвычайно сложную иерархическую структуру, хотя, по-видимому, существует и развивается по единым простым правилам. Его изучением занимаются различные, в том числе далекие друг от друга естественные науки.

Существует самостоятельная наука — общая теория систем. По сути, ее следует именовать метатеорией, поскольку в иерархии наук она занимает место между естественными (физическими, биологическими и т. д.) науками и такой общемировоззренческой наукой, которой является философия.

Автором общей теории систем принято считать Л. фон Берталанфи, однако на самом деле ее основоположником является наш соотечественник А. А. Богданов (Малиновский) (1873 – 1928) – врач, философ и общественный деятель. В 1989 г. выпущено двухтомное собрание его трудов за 1913 – 1928 гг. «Тектология (Всеобщая организационная наука)».

Общая теория систем изучает и описывает общие закономерности «устройства и изменения» (развития и распада), т. е. организации объектов нашего многообразного и сложнейшего мира.

Именно на базе общей теории систем возникли такие науки, как кибернетика – наука об общих законах управления в сложных системах, и синергетика – наука о путях их развития. Любые информационные технологии, в том числе и диагностические, также имеют четко выраженный системный характер.

Что же вкладывается в понятие системы? Существует много различных определений. Для целей данного изложения мне импонирует следующее: система – целостный иерархический объект, рассматриваемый как пространственно-временная совокупность взаимосвязанных элементов, в которой свойства системы как целого не сводятся к сумме свойств ее элементов.

Свойства молекул не сводятся к сумме свойств составляющих их атомов; свойства автомобиля не сводятся к сумме составляющих его деталей; свойства многоклеточных организмов не сводятся к сумме свойств их «биологических кирпичиков» – клеток;

ит.д.

Свойства заболевания как целостного явления, события (нозологической формы) не сводятся к сумме свойств составляющих его взаимосвязанных частных патологических процессов.

В целостной системе появляется новое качество – новая совокупность свойств, появляется то, чего ранее не было.

В. А. Энгельгард говорил, что если А и В образуют С, то причина этого заключается в связке «и».

«Секрет» возникновения нового качества кроется в формировании взаимосвязи. То, что мы рассматриваем в данный момент в качестве элементов, на самом деле не является «элементарным», а, в свою очередь, состоит из взаимосвязанных «субэлементов». Сложное состоит из простого. Но простое также не элементарно.

Молекула воды (системный объект) состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Это ее элементы. Атом, в свою очередь, состоит из ядра и электронных оболочек. Это его элементы. При образовании молекулы воды элементом взаимосвязи становятся общие электронные оболочки. Происходит экзотермическая реакция: лишний элемент связи вышибается за пределы вновь образовавшейся системы, приобретающей новое качество, отличное от свойств исходных элементов. Для того чтобы произошел обратный процесс (разложение воды на водород и кислород), необходимы затраты энергии, электролиз, «внедрение элементов связи по линиям дезингрессий» (по А. А. Богданову).

И так во всем материальном мире, снизу доверху в его иерархическом устройстве. То обстоятельство, что элементы связи лежат в этой иерархии глубже рассматриваемого уровня, где видны только элементы, а связи часто не просматриваются, создает серьезнейшие гносеологические трудности. Иллюстрацией сказанного служит простой формальный пример:

A = (a & b), B = (b & c), A & B = C, C = (a & b & c) + b,

где A, B – элементы; a, b, c – их составные части (субэлементы); С – вновь образованный более сложный системный объект; b – элемент связи между А и В; & – обозначение объединения, взаимосвязи.

«Лишний» в данном пространственно-временном интервале системного объекта С субэлемент b (по сумме в А и В их было два) «вышибается» за пределы новой системы. Отсюда: формирование связи возможно только при наличии одноименных субэлементов. Вышибленный субэлемент становится сигналом о происшедшем событии для принимающей системы, располагающей одноименным субэлементом, иначе этот сигнал не будет принят. Это информационный процесс. Иными словами: сигнал b может быть принят, только если приемник располагает своим субэлементом b, и соответственно, сигнал a – при наличии у приемника субэлемента a. Сказанное относится и к волновым процессам, к резонансу (в частности, к настройке приемника на определенную волну).

Замечание. Новый, более сложный системный объект верхнего иерархического уровня образуется при объединении по меньшей мере двух объектов более низкого уровня (атом & атом = молекула). При объединении любого системного объекта с другими «своими» элементами получается системный объект того же самого уровня, но более «громоздкий» [атом H & (2 нейтрона) & протон & электрон = все-таки атом (водород гелий)].

Весь известный материальный мир может быть удобно описан таким образом. Это касается «вещественных» объектов и объектов «событий», т. е. того, что происходит с вещественными объектами. События также имеют свою системную иерархию, элементы и связи. При этом является очень важным тот факт, что сама связь «располагается» в системной иерархии глубже того уровня, который рассматривается в данный момент. Поскольку каждый элемент на самом деле является достаточно сложным, хотя и рассматривается как целостная структура, связь реализуется через общие их части. Это обстоятельство является причиной многих познавательных трудностей, в том числе и в диагностическом процессе.

Системные событийные связи являются пространственно-временными. Во временной шкале – от прошлого к будущему через настоящее – они становятся причинно-следственными связями, имеющими детерминистский или вероятностный характер. Вне системных объектов, в «куче событий» предшествующие события могут не быть причиной последующих («после этого не значит вследствие этого»). Это очень важный элемент системного анализа.

Различают системы: материальные естественные и созданные искусственно и идеальные (абстрактные), реализующие как мысленные представления о мире, так и лингвистические, и формальные их описания. Число иерархических уровней материальных систем, учитывая неизвестную глубину дифференциации материи, практически может считаться бесконечным, однако при их описании избирается некоторый уровень, принимаемый за базовый (например, кварк, молекула, биологическая клетка, деталь машины и т. д.). Число элементов и число связей на каждом иерархическом уровне системы конечно. Верхний уровень сложной системы определяет ее наименование, в соответствии с которым она и рассматривается как самостоятельный объект. Наивысшим уровнем материальных систем, вероятно, следует считать саму Вселенную. Число иерархических уровней идеальных систем определяется как нашими знаниями о мире, так и избранными масштабами при его описаниях. В свою очередь, выбор масштаба зависит от поставленных задач и определяется мерой достаточности для их решения. Элемент системы есть объект, рассматриваемый как целостный на данном иерархическом уровне сложной системы. Учитывая же, что на самом деле каждый такой элемент, в свою очередь, имеет иерархический системный характер, можно считать, что на более глубоком уровне по отношению к данному он также представлен в виде взаимосвязанных «субэлементов» и т. д.

Таким образом, любой элемент описывается в виде целостного, «элементарного» только на том иерархическом уровне системы, который рассматривается в данный момент. Следовательно, простейшая система состоит по меньшей мере из четырех объектов: системы как целого, минимум двух элементов и хотя бы одного (суб)элемента связи (взаимосвязи) между ними. Такая гипотетическая система («системный квант») рассматривается на трех иерархических уровнях: уровень целого, уровень элементов и уровень связи. Объект в данном контексте понимается как некая целостная структура (открытая, полуоткрытая или замкнутая относительно иных структур окружающей среды), характеризующаяся своим качеством (структурой и функцией) в некотором пространственно-временном интервале. Качество как совокупность свойств проявляется только во взаимодействии, в связях с окружающим миром. Поэтому, говоря о степени открытости или замкнутости объекта, имеют в виду только локальные свойства «верхнего системного уровня» рассматриваемого объекта, тем более что абсолютно замкнутых объектов, вероятно, не существует.

Следует подчеркнуть, что хотя в любой системной иерархии возникает новое качество со своими свойствами, общее число этих новых свойств может быть существенно меньше суммы свойств элементов нижележащих уровней.

Ниже будем различать системные объекты и объекты, являющиеся невзаимосвязанной совокупностью (конгломератом) множества однородных или неоднородных составных частей. Будем называть такие несистемные объекты «кучей». Простое увеличение числа составных частей «кучи» не приводит к возникновению системы, к новому системному уровню, к новому качеству.

Количественные изменения переходят в качественные только в результате возникновения (или разрыва) взаимосвязи и формирования нового системного уровня.

Куча кирпичей может быть небольшой и огромной. При этом она сама не может преобразоваться в качественно новый объект. Если же использовать в качестве связи, например, известковый раствор, то можно построить дом, собор или тюрьму – качественно новые более сложные и разнообразные объекты, в основе которых находятся те же элементы – кирпичики.

В данном контексте куча не обязательно предполагает наличие большего или меньшего множества обычно одноименных объектов, и к ней неприменим формальный парадокс отсутствия четкой границы между «кучей» и «не кучей», например, песка, зерна и т. п. С системных позиций можно назвать кучей в том числе и кучу причинно-следственных невзаимосвязанных событий.

Сказанное относится не только к материальным, но и к идеальным объектам. Так, например, множество букв какого-либо алфавита, не складывающихся в слово, или множество различных слов какого-либо языка, лишенных в совокупности какого бы то ни было смысла, можно рассматривать как бессистемный конгломерат, кучу.

Учитывая реальную неоднородность материальных объектов, заметим, что тождественность является правомерным отношением лишь идеальных объектов и служит предпосылкой построения абстрактных образов и их классификаций. Каждый материальный объект обладает собственными пространственно-временными характеристиками. Пространственно-временная характеристика есть атрибут объекта. Общий пространственно-временной интервал присущ только взаимосвязанным объектам, т. е., по сути, одному объекту. Сказанное не относится к абстрактным объектам.

Объекты, высвобождаемые в процессе объединения, могут рассматриваться как сигналы, несущие информацию о соответствующих событиях. Будучи поглощены другими системными объектами, располагающими одноименными данным сигналам элементами, и вызвав при этом интерпретированные изменения (события) в соответствующих структурах этих объектов, сигналы передают информацию о событиях в их источнике.

Аристотель говорил, что, ответив на несколько вопросов, в принципе можно описать любые объекты.

Для полноты описания объекта-«вещества» достаточно ответить на вопросы: что? (кто?), какой?, сколько?, чей (с кем?, с чем?), а для объекта-«события», – помимо что? и какой? – где? (куда?, откуда?), когда? как?, почему? и зачем? Понятно, что последний вопрос не всегда правомерен, так как ответ на него предполагает наличие цели. Отвечая на вопросы какой? и как?, мы выражаем свои представления и об устройстве объекта, иохарактере его изменений. Ответы на эти вопросы формируют наши знания о системных объектах.

Эти ответы включены в разрабатываемую мной новую системную иерархическую структуру компьютерной базы знаний (БЗ).

На одну часть вопросов можно дать наиболее адекватные и полные ответы содержательным языком, а на другую – формальным. Следует заметить, что средствами нижнего системного уровня адекватно описать объекты верхнего уровня невозможно. Это относится к любым способам описания.

Системный взгляд на реальный мир и происходящие в нем процессы в полной мере применим к структуре информационных процессов.

Таблица 3.1

Системная структура организма животного (снизу вверх)

Рис. 3.1. Территориальная система (строительные материалы → населенные пункты)

Таблица 3.2

Система строительных событий

Таблица 3.3

Системная структура языка

Следует заметить, что человеческий мозг в каждый данный момент способен сосредоточиться только на каком-либо одном уровне, поэтому каждый системный уровень следует описывать раздельно, что не исключает целесообразности описаний межуровневых связей. Сказанное также относится к вербальному и математическому моделированию.

Дополнение

Можно определить системный анализ как раскрытие структурно-функционального состояния иерархического объекта, а системный синтез — как логическое заключение о причинно-следственных связях тех или иных событий. Можно дать прямо противоположноеопределение, и оно также не будет ошибочным. Это, на первый взгляд, парадоксальное утверждение обусловлено тем, что и анализ, и синтез являются звеньями одного и того же процесса системного мышления, т. е. построения «мысленного сценария», отображающего сложные динамические процессы (события), происходящие со сложными иерархическими «вещественными» объектами реального мира в конкретных пространственно-временных интервалах.

Системный анализ и системное мышление являются достаточно надежными универсальными инструментами. Естественно, каждым инструментом надо уметь пользоваться. Попытке объяснить общие правила использования этих интеллектуальных инструментов посвящен ряд последующих глав.