Введение. Системный подход к изучению объектов живой и неживой природы

Август 1, 2022

Главная
Биология
Введение. Системный подход к изучению объектов живой и неживой природы

Содержание

2. Лекция 1. Введение. Системный подход к изучению объектов живой и неживой природы Введение. Системный подход к
3. 1.1. Введение Необходимость применения системного подхода для анализа и проектирования БТС: Биологический организм является сложным объектом,
4. 1.2. Основные определения и понятия системного анализа Системный анализ: анализ проблем с позиции системного подхода, помогающий
5. Что такое система? Определение1. Система - совокупность элементов, определенным образом связанных и взаимодействующих между собой для
6. Система как объект исследования Общая схема системы Блок-схема системы
7. Закон поведения системы
8. Классификация систем по уровню сложности; по характеру поведения; по роли в процессе передачи информации; по типу
9. Система как объект исследования Классификация систем по сложности 1) простые системы, состоящие из небольшого числа элементов
10. Классификация систем по информационным входам и выходам 1) информируемые системы, имеющие хотя бы один информационный вход;
11. Способы описания систем Функциональное описание Морфологическое описание Информационное описание Генетико-прогностическое описание.
12. Функциональное описание Функциональное описание исходит из целевых функций (одной или нескольких) системы: Пассивное сосуществование в качестве
13. Функциональное описание
14. Морфологическое описание начинается с характеристики элементного состава, который может быть гомогенным (содержать однотипные элементы), гетерогенным (содержать
15. Морфологическое описание системы Определяет состав элементов системы Элементы по своему составу могут быть: информационными, энергетическими, вещественными,
16. Под структурой понимается множество всех возможных отношений между элементами внутри данной системы. Выделяют: многосвязные, иерархические, смешанные
17. Структурные свойства систем определяются характером отношений между элементами системы: иерархические многосвязные смешанные Пример: При количестве элементов
18. Различают следующие типы подсистем (элементов): эффекторные, способные преобразовывать управляющие воздействия и воздействовать веществом, энергией или информацией
19. Информационное описание системы Информационное описание определяет упорядоченность системы и выражает способность системы предсказывать свое будущее поведение.
20. Генетико-прогностическое описание Генетико-прогностическое описание позволяет проследить исторический путь развития системы: выявляет происхождение системы (объекта) отражает главные
21. 1.3. Основные функциональные характеристики сложных систем К ним относятся: эффективность, надежность, качество управления, помехозащищенность, устойчивость, степень
23. БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Рассмотрение организма с позиций системного анализа 1. Существование организма как целостной системы в условиях
24. БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Рассмотрение организма с позиций системного анализа 4. Появление внутренней среды, необходимость поддержания параметров этой
25. БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Некоторые принципы организации управления, действующие в биологических системах. 1. Анализ результатов физиологических исследований позволяет
26. БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Упрощенная схема многоуровневого управления
27. БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Зависимость функционального уровня организма от режима воздействия 1. Совокупность существенных переменных, описывающих физико-химические свойства
29. Скачать презентацию

Слайд 2

Лекция 1. Введение. Системный подход к изучению объектов живой и неживой

природы

Введение.
Системный подход к изучению объектов живой и неживой природы: основные задачи теории систем; основные определения и понятия системного анализа; понятие системы, способы описания систем, определение системы, классификация и свойства систем, системный анализ и системный синтез.
Основные функциональные характеристики сложных систем.

Слайд 3

1.1. Введение
Необходимость применения системного подхода для анализа и проектирования БТС:
Биологический организм

является сложным объектом, отдельные элементы которого сложным образом взаимосвязаны между собой.
Характер данных взаимосвязей не поддается точному математическому описанию.
Когда мы имеем дело с любым сложноорганизованным объектом, то для его исследования обычно применяется системный подход.

Слайд 4

1.2. Основные определения и понятия системного анализа
Системный анализ:
анализ проблем с

позиции системного подхода, помогающий связать между собой все известные факты и взаимосвязи, которые составляют существо анализируемой проблемы, и создать обобщенную модель. отображающую эту проблему с максимально возможной степенью полноты.
Системный синтез:
синтез систем с позиций системного подхода, позволяющий на основе исходных данных (которые включают сведения о назначении системы, ее характеристиках и функциях), знаний элементной базы и опыта проектирования подобных систем предложить обобщенную модель системы, отвечающую поставленным задачам с максимально возможной степенью соответствия при вводимых ограничениях на выбор характеристик ее компонентов.

Слайд 5

Что такое система?
Определение1. Система - совокупность элементов, определенным образом связанных и

взаимодействующих между собой для выполнения заданных целевых функций.
Определение 2. Система - некоторый, класс множеств
S = {Mis Ljs Khs )
где S – система;
Mis -подкласс множеств которые состоят из элементов системы S ;
L js подкласс множеств, образующихся в результате деления элементов системы S на подэлементы;
Khs - подкласс множеств, в которые рассматриваемая система сама входит в качестве элемента.

Слайд 6

Система как объект исследования
Общая схема системы
Блок-схема системы

Слайд 7

Закон поведения системы

Слайд 8

Классификация систем
по уровню сложности;
по характеру поведения;
по роли в процессе передачи

информации;
по типу связей между элементами;
по характеристикам элементов.

Слайд 9

Система как объект исследования
Классификация систем по сложности
1) простые системы, состоящие из

небольшого числа элементов и характеризующиеся простым динамическим поведением,
2) сложные системы, структура которых отличается разветвленностью и разнообразием связей, но поддается точному описанию,
3) очень сложные системы, точно и подробно описать которые нельзя.
Классификация систем по характеру поведения
1) детерминированные, для которых точно известен закон поведения,
2) стохастические, для которых можно определить вероятность того или иного ее состояния.

Слайд 10

Классификация систем по информационным входам и выходам
1) информируемые системы, имеющие хотя

бы один информационный вход;
2) информирующие системы, имеющие хотя бы один информационный выход;
3) информационные системы, имеющие некоторое количество информационных входов и выходов .
Классификация систем по характеристикам элементов: линейные, нелинейные и гистерезисные системы
Классификация систем по типу связей между элементами: замкнутые, разомкнутые,
с непосредственными и опосредованными связями, прямыми и обратными связями.

Система как объект исследования

Слайд 11

Способы описания систем
Функциональное описание
Морфологическое описание
Информационное описание
Генетико-прогностическое описание.

Слайд 12

Функциональное описание
Функциональное описание исходит из целевых функций (одной или нескольких) системы:
Пассивное

сосуществование в качестве материала для других систем;
Обслуживание систем более высокого порядка;
Выживание т.е. противостояние другим системам и среде обитания;
Поглощение и подавление других систем и среды;
Преобразование других систем и среды и т. д.

Слайд 13

Функциональное описание

Слайд 14

Морфологическое описание начинается с характеристики элементного состава, который может быть гомогенным

(содержать однотипные элементы), гетерогенным (содержать разнотипные элементы), смешанным.
Затем исследуются свойства элементов:
по содержанию (информационные, энергетические, вещественные смешанные);
по степени специализации (для однотипных функций, для близких (смежных) функций, для разнотипных функций);
по степени свободы (программные, адаптированные и инициативные);
по времени действия (регулярные, непрерывные, нерегулярные).
Характеристика связей между элементами внутри системы и между системой и средой: информационные, энергетические, вещественные, смешанные

Морфологическое описание системы

Слайд 15

Морфологическое описание системы
Определяет состав элементов системы
Элементы по своему составу могут быть:

информационными,
энергетическими,
вещественными,
смешанными.

Слайд 16

Под структурой понимается множество всех возможных отношений между элементами внутри данной

системы.
Выделяют:
многосвязные,
иерархические,
смешанные структуры.
Наличие иерархии, как правило является признаком высокого уровня организации, каковыми являются биологические системы.
Для иерархических структур характерно наличие управляющих элементов.
В неиерархических структурах управляющие функции распределены между всеми элементами и группами элементов.

Морфологическое описание системы

Слайд 17

Структурные свойства систем определяются характером
отношений между элементами системы:
иерархические
многосвязные
смешанные
Пример:
При

количестве элементов h =20 полное число связей между элементами системы h (h-1) = 380, число вариантов системы 2.
Если эта система разделена на К=4 подсистемы h=5 элементов в каждый, а для всех к подсистем h (h –1)К=80.
Число связей между подсистемой К (К-1)=12.
Т. о. общее число связей 80+12=92 вместо 380.

Слайд 18

Различают следующие типы подсистем (элементов):
эффекторные, способные преобразовывать управляющие воздействия и воздействовать

веществом, энергией или информацией на другие подсистемы, соседние системы и среду;
рецепторные, способные преобразовывать внешние воздействия в информационные сигналы;
рефлексивные, способные воспроизводить внутри себя процессы воздействия на информационном уровне;
неопределенные, которые не могут быть точно отнесены ни к одному из перечисленных типов.

Морфологическое описание системы

Слайд 19

Информационное описание системы
Информационное описание определяет упорядоченность системы и выражает способность системы

предсказывать свое будущее поведение.
Чтобы система существовала, взаимодействовала со средой, она должна обмениваться с ней информацией.
Этот процесс называется информационным метаболизмом.
Вместе с вещественным и энергетическим он определяет полный метаболизм.

Слайд 20

Генетико-прогностическое описание
Генетико-прогностическое описание позволяет проследить исторический путь развития системы:
выявляет происхождение

системы (объекта)
отражает главные этапы в его развитии
позволяет оценить перспективы дальнейшего существования
позволяет разобраться в особенностях их структуры и функционирования
понять роль и назначение ряда подсистем
оценить роль внешних и внутренних факторов в эволюционном развитии.
Особую роль данное описание играет при исследовании биологических систем.

Слайд 21

1.3. Основные функциональные характеристики сложных систем
К ним относятся:
эффективность,
надежность,
качество управления,
помехозащищенность,
устойчивость,
степень сложности.

Слайд 22

Слайд 23

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Рассмотрение организма с позиций системного анализа
1. Существование организма

как целостной системы в условиях частых изменений физико-химических свойств внешней среды связано со значительными энергозатратами. На первом месте на всех уровнях биологической организации выступает экономичность обмена веществ. При этом высшие организмы переходят к более энергоемким продуктам питания (от растительной пищи к животной).
2. Сравнения низших и высших форм показывает, что простейшие одноклеточные организмы находятся в негативных условиях, с одной стороны вследствие несовершенства форм преобразования энергии питательных веществ (основной процесс преобразования - брожение), а с другой, в результате большей площади контакта с внешней средой по отношению к объему организма, что приводит к значительным удельным энергозатратам. У высших форм более совершенны клеточные преобразования энергии (окислительное фосфорилирование).
3. На более высоких уровнях развития клетки, объединенные в одном организме, изолируют себя от управляющей внешней среды, создавая промежуточную, более регулируемую внутреннюю среду.

Слайд 24

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Рассмотрение организма с позиций системного анализа
4. Появление внутренней среды,

необходимость поддержания параметров этой среды на условиях нормального функционирования организма приводит к появлению специализированных систем регулирования параметров внутренней среды (температуры, кислотности, давления и т.д.). На уровне отдельных слоев организма принцип экономичности принимает формы минимизации расхода энергии.
5. У высших форм организмов постоянный контроль за работой отдельных органов и систем обеспечивается разветвлением рецепторной подсистемой.
6. Происходит обособление восприятия и обработки информации от двигательной деятельности, формируется нервная система, функции которой не производительной, а целиком управленческие, организующие.
7. Выполнение функций может происходить под влиянием сразу нескольких подсистем, а само влияние выражается в различных физико-химических способах передач управляющих сигналов: гидродинамическом, гуморальном, нервном и т.д.

Слайд 25

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Некоторые принципы организации управления, действующие в биологических системах.
1. Анализ

результатов физиологических исследований позволяет легко обнаружить иерархическую организацию этих подсистем.
2. Органы и подсистемы организма, управляемые нервными центрами, решают отдельные частные задачи регулирования в соответствии со своей сложно организованной внутренней структурой.
3. Иерархичность структуры организма приводит к тому, что взаимодействие нервной системы с органами и подсистемами строится на принципе последовательности уровней.
4. Для нормального функционирования всего организма необходим обмен информацией между уровнями как с верху вниз, так и снизу вверх.

Слайд 26

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Упрощенная схема многоуровневого управления

Слайд 27

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Зависимость функционального уровня организма от режима воздействия
1. Совокупность существенных переменных,

описывающих физико-химические свойства внутренней среды организма и физические характеристики определяет функциональный уровень организма.
2. В состоянии режима покоя, или слабых воздействий каждая подсистема организма работает по принципу наименьшего взаимодействия.
3. При сильных внешних воздействиях на организм принцип наименьшего взаимодействия нарушается, возникают эффекты непосредственного возмущающего воздействия одних подсистем на другие - эффекты иерархических влияний, доминирования, конкурентных отношений.
4. Попадая в экстремальные условия организм стремиться поддержать постоянство наиболее важных показателей в ущерб менее ответственным, т.е. действует принцип поддержания постоянства внутренней среды.

Введение. Системный подход к изучению объектов живой и неживой природы

Содержание

Лекция 1. Введение. Системный подход к изучению объектов живой и неживой

1.1. Введение Необходимость применения системного подхода для анализа и проектирования БТС: Биологический организм

1.2. Основные определения и понятия системного анализа Системный анализ: анализ проблем с

Что такое система?Определение1. Система - совокупность элементов, определенным образом связанных и

Система как объект исследованияОбщая схема системыБлок-схема системы

Закон поведения системы

Классификация систем по уровню сложности;по характеру поведения;по роли в процессе передачи

Система как объект исследованияКлассификация систем по сложности1) простые системы, состоящие из

Классификация систем по информационным входам и выходам1) информируемые системы, имеющие хотя

Способы описания систем Функциональное описаниеМорфологическое описаниеИнформационное описаниеГенетико-прогностическое описание.

Функциональное описание Функциональное описание исходит из целевых функций (одной или нескольких) системы:Пассивное

Функциональное описание

Морфологическое описание начинается с характеристики элементного состава, который может быть гомогенным

Морфологическое описание системыОпределяет состав элементов системыЭлементы по своему составу могут быть:

Под структурой понимается множество всех возможных отношений между элементами внутри данной

Структурные свойства систем определяются характером отношений между элементами системы:иерархические многосвязныесмешанныеПример: При

Различают следующие типы подсистем (элементов):эффекторные, способные преобразовывать управляющие воздействия и воздействовать

Информационное описание системы Информационное описание определяет упорядоченность системы и выражает способность системы

Генетико-прогностическое описаниеГенетико-прогностическое описание позволяет проследить исторический путь развития системы: выявляет происхождение

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ Рассмотрение организма с позиций системного анализа 1. Существование организма

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫРассмотрение организма с позиций системного анализа 4. Появление внутренней среды,

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫНекоторые принципы организации управления, действующие в биологических системах. 1. Анализ

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫУпрощенная схема многоуровневого управления

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫЗависимость функционального уровня организма от режима воздействия1. Совокупность существенных переменных,

Похожие презентации

1.1. Введение
Необходимость применения системного подхода для анализа и проектирования БТС:
Биологический организм

1.2. Основные определения и понятия системного анализа
Системный анализ:
анализ проблем с

Что такое система?
Определение1. Система - совокупность элементов, определенным образом связанных и

Система как объект исследования
Общая схема системы
Блок-схема системы

Классификация систем
по уровню сложности;
по характеру поведения;
по роли в процессе передачи

Система как объект исследования
Классификация систем по сложности
1) простые системы, состоящие из

Классификация систем по информационным входам и выходам
1) информируемые системы, имеющие хотя

Способы описания систем
Функциональное описание
Морфологическое описание
Информационное описание
Генетико-прогностическое описание.

Функциональное описание
Функциональное описание исходит из целевых функций (одной или нескольких) системы:
Пассивное

Морфологическое описание системы
Определяет состав элементов системы
Элементы по своему составу могут быть:

Структурные свойства систем определяются характером
отношений между элементами системы:
иерархические
многосвязные
смешанные
Пример:
При

Различают следующие типы подсистем (элементов):
эффекторные, способные преобразовывать управляющие воздействия и воздействовать

Информационное описание системы
Информационное описание определяет упорядоченность системы и выражает способность системы

Генетико-прогностическое описание
Генетико-прогностическое описание позволяет проследить исторический путь развития системы:
выявляет происхождение

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Рассмотрение организма с позиций системного анализа
1. Существование организма

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Рассмотрение организма с позиций системного анализа
4. Появление внутренней среды,

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Некоторые принципы организации управления, действующие в биологических системах.
1. Анализ

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Упрощенная схема многоуровневого управления

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Зависимость функционального уровня организма от режима воздействия
1. Совокупность существенных переменных,