Transcript Teória systémov, zložitosť a rozhodovanie

Základy zložitosti, teórie systémov
a ich súvis s rozhodovaním
Cvičenie 6 z predmetu RaZ
Časť ZLOŽITOSŤ
=
Čo je systém?
• Systém je:
– účelovo definovaná množina
– prvkov a
– väzieb medzi nimi.
Čo je prostredie systému?
Systém má vymedzenú časť v priestore, ktorá je
od ostatných objektov oddelená:
• reálnou alebo
• virtuálnou hranicou.
Identifikácia systému a jeho prostredia
Zem – systém
Vesmír – prostredie
Podstatné je vnímanie systému podľa cieľa (objektu) skúmania
Vlnovo časticový dualizmus
• Dvojaký spôsob pojednávania o elementárnej
častici
• Vlna
• Častica
• Základ teórie kvantovej fyziky a mechaniky
A. Einstein
Stephen Hawking
Werner Heisenberg
Teória systémov
Otvorený systém
Otvorené systémy sú permanentne v interakcii s prostredím, čo
zabezpečuje ich stabilitu a výkonnosť.
Prevažná väčšina technických, biologických a sociálnych
systémov sú označované ako otvorené systémy.
Uzavretý systém
Uzavreté systémy sú udržiavané vnútornými silami a neinteragujú s
inými systémami. Zvyčajne sú označované aj ako izolované
systémy. Správanie sa izolovaného systému je možné vysvetliť len
na základe popisu jeho vnútorných síl (vnútorného stavu).
Biologický rast (Bertalanffyho štúdia)
L t   L max   L max  L 0  exp   kt 
kde:
L(t) - aktuálna hmotnosť,
L(0) - počiatočná hmotnosť,
Lmax - horná hranica rastu,
"k" - koeficient rastu,
"t" - čas.
Kauzalita a jej vlastnosti
• Definuje ich typ vzťahov medzi udalosťami v
zložitom systéme.
• Čím je systém zložitejší, tým sa v ňom
vyskytujú zložitejšie väzby a druhy kauzalít.
• Mieru zložitosti systému ovplyvňuje aj počet
aj komplexnosť väzieb.
Lineárna kauzalita
a) Príčina predchádza výslednému efektu - ; sekvenčný charakter udalostí,
b) priame spojenie príčiny a výsledného efektu (dôsledku),
c) má jasne definovaný začiatok a koniec,
d) pozorovaním výsledného efektu je možné dopátrať sa k jednej príčine,
e) jedna príčina vyvoláva jeden výsledný efekt ; viaceré príčiny alebo
výsledné efekty menia lineárnu kauzalitu na domino kauzalitu.
Domino kauzalita
a) Sekvenčný vývoj výsledného efektu v čase,
b) rozšírený lineárny charakter, ktorý vyúsťuje do priamych alebo
nepriamych výsledných efektov,
c) zvyčajne má jasne definovaný začiatok a koniec,
d) môže obsahovať vetvenie udalostí, čo znamená, že môže obsahovať
viacero príčin a viac efektov pričom aj tieto sa môžu následne vetviť,
e) pomocou pozorovania udalostí v jednotlivých vetvách je možné
dospieť k tzv. „kmeňovej príčine“ (resp. príčinám),
f) presnosť predikcie výsledného efektu predpokladá voľbu hĺbky
(úrovne vetvenia) do ktorej sa má efekt sledovať. Voľba nízkej úrovne
vetvenia vedie k neočakávanému efektu.
Cyklická kauzalita
a) Udalosť A ovplyvní dominovým spôsobom ďalších „N“ udalostí, pričom
efekt N-tej udalosti spätne ovplyvní udalosť A. (výstup ovplyvňuje vstup),
b) má opakujúci sa charakter,
c) obsahuje spätné väzby,
d) sled udalostí v cykle môže mať sekvenčný alebo zbiehavý charakter
(viacero udalostí ústi do menšieho množstva udalostí),
e) zvyčajne nemá jasne definovaný začiatok ani koniec (je možné dopátrať
sa k počiatočnému efektu alebo príčine ale riešenie prvej udalosti je
náročné alebo nerealizovateľné – t.j. problém typu „Skôr bola sliepka
alebo vajce?“).
Špirálová kauzalita
a) Sled udalostí má charakter cyklickej kauzality s tým, že dochádza
k zosilneniu alebo zoslabeniu predošlého efektu (efektov) v čase,
b) má opakujúci sa charakter,
c) sled udalostí v hlavnom cykle má sekvenčný charakter so spätnou
väzbou na predošlú udalosť,
d) často krát má jasný začiatok a koniec,
e) je náročné predpokladať výsledky neskorších spätno-väzobných
efektov počas skorších spätno-väzobných slučiek.
Špirálová kauzalita
Vzťahová kauzalita
a)
b)
c)
d)
e)
Udalosti, medzi ktorými je vzájomná kauzalita vyvolajú výsledný efekt,
zvyčajne ide o porovnanie dvoch premenných (príklad misky váhy),
medzi zdrojovými udalosťami môže byť: rovnováha, ekvivalencia,
podobnosť alebo rozdielnosť,
ak sa zmení jedna z udalostí, zmení sa aj vzťah medzi udalosťami, t.j.
zmení sa aj výsledný efekt,
ak sa zmenia obe udalosti ale zachová sa medzi nimi vzťah, tak sa
výsledný efekt nezmení.
Vzájomná kauzalita
a)
b)
c)
d)
Dve udalosti sa navzájom ovplyvňujú,
výsledný efekt môže byť pozitívny alebo negatívny pre obe udalosti alebo
pozitívny, či negatívny pre jednu z udalostí,
príčiny a efekty majú často zbiehavý charakter ale môžu byť aj sekvenčné,
môžu mať formu udalostí alebo vzťahu v čase (napr. cudzopásnosť v
biológii)
Charakter jednoduchých systémov
Jednoduché systémy sú charakteristické nasledovnými znakmi:
• Jedna príčina vyvolá jednu reakciu.
• Malá príčina vyvolá malú reakciu.
• Predvídateľnosť.
•
•
•
Tieto vzťahy je možné charakterizovať jednoduchými formami kauzality,
t.j. lineárnou, cyklickou alebo vzájomnou.
platí koncept tzv. „zdravého rozumu“, ktorý uplatňuje hypotézu „jedna akcia
vyvolá jednu reakciu“.
Na základe tohto konceptu fungoval fundamentálny prístup v tradičných
technických smeroch, resp. v medicíne. „Zdravý rozum“ priamo
nepredpokladá, že závislosť medzi príčinou a reakciou je lineárna
(nevylučuje ani lineárnu závislosť) ale označuje túto závislosť za logickú
a ľahko predpokladateľnú.
Charakter jednoduchých systémov
• Jednoduchým binárnym reťazcom je napríklad „01010101“,
kde môžeme pozorovať periodicitu.
• Pre takýto reťazec môžeme stanoviť hypotézu kontinuity, čo
znamená, že ďalší vývoj reťazca vieme predpokladať.
• Naopak, pre rýdzo náhodnú sériu binárnych znakov, by sme
takúto hypotézu stanoviť nemohli.
• Napriek tomu väčšina vzorov, s ktorými sa v bežnom živote
stretáme nie sú jednoduché ani rýdzo náhodné.
Charakter zložitých systémov
ZLOŽITÝ
NEORGANIZOVANÝ
NEPREHĽADNÝ
Zložité systémy (ZS) je možné charakterizovať niektorými ich typickými
znakmi:
• Hierarchická štruktúra,
• spätná reťazová reakcia, s cyklickou alebo špirálovitou kauzalitou,
• časté logické paradoxy, nezvyčajná štruktúra cyklov udalostí,
• výskyt porúch, atypických situácií a náročná resp. nemožná
predvídateľnosť,
• dynamika.
Zložité systémy je možné pozorovať v každodennej sfére bežného života.
Jedná sa predovšetkým o biologické, sociologické, spoločenské,
psychologické, technické, fyzikálne a iné systémy, ktoré fungujú na princípe
samoregulácie alebo sú regulované (vyžadujú riadiaci zásah z vonka).
Charakter zložitých systémov
Príklad zložitosti
Zapnutie jedného vypínača pošle signál obrovskej energetickej sieti. Na konci
distribučnej sústavy elektrickej energie je množstvo elektrárni, ktoré sú naším
odberom o extrémne malé množstvo viac zaťažené. Pre tieto každodenné potreby
ľudí produkujú elektrickú energiu. Navyše ide ešte o obchod s elektrinou na
svetovom trhu a rôzne dohody o spolupráci, vyrovnávaní strát v sieti a zachovaní
stability v energetickej sústave. To znamená, že proces, kým dôjde elektrická
energia k žiarovke v domácnosti je veľmi zložitý problém.
Príklad zložitosti
Komplexnosť tohto systému narastá ak vezmeme do úvahy, že každý systém musí
spotrebúvať vstupy a vytvárať výstupy. Väčšina svetových zdrojov elektrickej energie,
resp. energie vo všeobecnosti pochádza zo zemských zdrojov, ktorých dobývanie
vykazuje taktiež sociotechnický charakter. Je samozrejmé, že výstupy produkované
výrobou elektrickej energie nie sú len v podobe úžitkovej energie ale pôsobia aj na
odpady z výroby elektrickej energie z makro pohľadu ale taktiež z mikropohľadu môžu
tvoriť aj odpady zo spotreby elektrickej energie napríklad elektrické zváranie spôsobuje
uvoľňovanie spalín, produkuje sa zbytkové teplo, svetlo a.i.
Príklad zložitosti - adaptivita
Sociotechnické systémy sa vyznačujú predovšetkým vysokou mierou adaptivity.
Regulovanie a riadenie zložitých globálnych systémov je realizovaná na základe
princípu samoregulácie, kde je tok udalostí sledovaný väčšinou na základe princípu
"kolektívneho dobra". To znamená, že elementárne časti systému sa prispôsobujú
systému tak, aby pri raste zložitosti systému bol systém stabilný, čo znamená, že sa
sleduje v prvom rade zachovanie celistvosti (integrity) systému. V prípade, že sa
novovzniknutá elementárna časť nedokáže adaptovať dochádza buď k jej
deštrukcii alebo izolácii od pôvodného sociotechnického systému.
Adaptivita je vo všeobecnosti chápaná ako vzor správania, ktorý umožňuje
systému logicky kontrolovať svoju vnútornú štruktúru a zabezpečuje trvalú
udržateľnosť.
Na pochopenie fungovania zložitého systému je nevyhnutné vnímať konečný
(cieľovo-orientovaný stav) systému a jeho úlohy z viacerých uhlov pohľadu a
využívať rôzne formalizmy pre popis javov, ktoré sa v ňom dejú
Rozhodovanie a zložitosť
V prípade bežného každodenného rozhodovania je možné hovoriť o zložitom probléme,
ktorého zložitosť časom exponenciálne narastá. Vývoj takéhoto rozhodnutia v čase je
možné vizualizovať rozhodovacím stromom, z ktorého je jedna vetva realita (viď. Biela
vetva obr). Ostatné alternatívy, pre ktoré sa rozhodovateľ nerozhodol teda tvoria tzv.
alternatívne reality (Červené – sivé vetvy na obr. 1).
Znázornenie rozhodovacieho stromu teda umožňuje v praxi s určitou
pravdepodobnosťou predikovať výsledok (resp. dôsledok/efekt) rozhodnutia.
Proces rozhodovania a nárast zložitosti
VIDEO
Otázky?
ĎAKUJEM ZA POZORNOSŤ