信息系统分析与设计课件(第二版)邝孔武第1章--系统

第1章系统第1章系统1.1系统的概念1.2系统的特性1.3系统思想的发展习题1第1章系统1.1系统的概念1.1.1系统是什么系统的概念，我们并不陌生。我们经常说到各种系统，诸如自然界的生物系统，农业的灌溉系统，人体的消化系统、呼吸系统、神经系统，计算机的操作系统、数据库管理系统，人类社会的行政系统、教育系统，等等。第1章系统尽管系统一词频繁出现在社会生活和学术领域中，但不同的人在不同的场合往往给它赋予不同的含义。长期以来，系统概念的定义和特征的描述没有统一规范的定论。我们采用下述描述性定义：系统是由相互联系和相互制约的若干组成部分结合成的、具有特定功能的有机整体。第1章系统这个定义可以从三个方面理解：(1)系统是由若干元素组成的。这些元素可能是一些个体、元件、零件，也可能本身就是一个系统(称为子系统)。例如，鼻、咽、喉、气管、支气管、肺等器官构成人的呼吸系统。呼吸系统又是人体(系统)的一个子系统。第1章系统(2)系统有一定的结构。一个系统是其构成元素的集合，这些元素相互联系、相互制约。系统内部各要素之间相对稳定的联系方式、组织秩序及时空关系的内在表现形式，就是系统的结构。例如，钟表由齿轮、发条、指针等零部件按一定的方式装配而成，但一堆齿轮、发条、指针随意放在一起却不能构成钟表。人体由各种器官组成，但各个器官简单拼合在一起不是一个活人。第1章系统(3)系统有一定的功能，特别是人造系统总有一定的目的性。功能是指系统与外部环境相互联系和相互作用中表现出来的性质、能力和功效。系统的组织方式，正是为了适应这种功能和目的要求。呼吸系统的功能是进行体内外的气体交换。信息系统的功能是进行信息收集、传递、储存、加工、维护和使用，辅助决策，帮助企业实现目标。第1章系统虽然系统的定义形形色色，但都包含了这三个方面。因此，这三点是定义系统的基本出发点。我们稍加分析，可以发现“系统”一词几乎从不单独使用，而往往与一个修饰词组成复合词，如前面提到的“消化系统”、“教育系统”、“生物系统”，等等。前面的修饰词，如“教育”、“生物”等，描述了研究对象的物质特征，即“物性”(thinghood)；而“系统”一词，表征所述对象的整体特征，即“系统性”(systemhood)。对某一具体对象的研究，既离不开对物性的讨论，也离不开对系统性的阐述。系统科学研究所有实体作为整体对象的特征，如整体与部分、结构与功能、稳定与演化，等等。第1章系统切克兰德(Checkland)指出，系统科学所讨论的系统，既代表了现实中可以观察到的作为一个复杂整体而存在的实体，又用来描述一个抽象的整体。当系统作为一个整体的抽象概念使用时，它是一个认识工具，可以用它来感知和表示现实世界中的系统。他认为应该用“整元”(holon)的概念来描述一个抽象的整体，用以区别日常语言中用来描述现实实体的“系统”一词，提出了建立“整元”基础上的系统认识论。“整元”一词，较恰当地描述了一个系统在一个层次结构中的特性。第1章系统即任何一个系统既是由许多部分构成的整体，又是更大一个系统的元素。任何整元都位于这样一个层次结构中的某一特定层次。这样，系统认识论就构成一个连贯的整体，对世界的认识就成为一个不断循环的过程，如图1.1所示。第1章系统图1.1系统是认识世界的工具认识世界的方法论观念用于系统被感知世界整元产生第1章系统1.1.2系统的分类系统有各种形态，可以从不同角度将系统分类。1.按系统的复杂程度分类系统思想诞生于人类应付日益增加的“有组织的复杂性”的尝试。博尔丁(Boulding)按复杂程度把系统分成9个等级。从复杂程度较低的框架结构，到最复杂的超越知识的超越系统(transcentalsystems)，如图1.2所示。底层三级是物理系统，中间三级是生物系统，高层三级是最复杂的人类社会及宇宙系统。我们将要讨论的信息系统属于最复杂的社会文化系统。第1章系统图1.2系统复杂性等级框架结构物理系统生物系统人类社会及宇宙系统钟表机构控制装置开放系统低级有机体动物人社会文化系统超越系统第1章系统2.按系统的起源分类按系统的起源不同，可以分为自然系统和人工系统。人工系统包括：人工物理系统、人工抽象系统和人类活动系统三种类型。从物理学中描述的亚原子系统，到地球上的山川河流、生命系统，直至银河系统，都是自然系统。自然系统是进化形成的不可还原的整体。只要宇宙的式样和规律不是反复无常的，这些系统就不能是别的样子。太阳总是从东方升起，彩虹的颜色总是同一花样。这是自然系统的显著特征。第1章系统人工物理系统起源于人类的某个目的，是为某个目的设计出来的，它的存在也是为了服务于该目的的。锤子、电车、空间火箭是人工物理系统。人为了钉钉子而设计和制造了锤子。锤子有一定的物理形态，而且一旦形成则不易改变。人的设计能力不限于建造物理的人造物。我们可以看到大量被描述为人工抽象系统的东西，如数学、诗歌和哲学。它们代表着人类有序的有意识的产品。它们本身是抽象系统，有了书、磁带、蓝图等人工物理系统作为载体，才为人们所把握。它们也是与某个目的有关而存在的，例如为了扩大知识。第1章系统人类活动系统(humanactivitysystem)是有目的的人类活动的集合。这类系统起源于人的自我意识。人类活动系统与自然系统、人工物理系统的根本差别在于，后者一旦显现出来，就再也不能是别的样子，而人类活动系统往往不会有惟一的(可检验的)认识，观察者可根据其世界观不同而有不同的理解。当然，人类活动系统离不开其它一些系统。例如，铁路是人类活动的场所，就与人工物理系统铁路网、火车站、铁轨、机车补给站等联系在一起。四类系统如图1.3所示。第1章系统图1.3自然系统与人工系统人类活动系统(起源：人的自我意识)人工物理系统(起源：人和目的)包括人，他能创造出人工抽象系统(起源：人和目的)自然系统(起源：宇宙的起源及进化过程)第1章系统3.按系统的抽象程度分类按系统的抽象程度，可分为概念系统、逻辑系统和实体系统。实体系统又称为物理系统(physicalsystem)，是最具体的系统。它是完全确定的系统，其组成部分是完全确定的存在物，如矿物、生物、能量、机械、人类等实体。如果是计算机系统，那么机器型号、终端数目、分布位置、软件方面的操作系统、编程语言等等都已完全确定。实体系统是已经存在或完全能实现的，所以又称为实在系统。第1章系统概念系统(conceptualsystem)是最抽象的系统。它是人们根据系统目标和以往的知识构思出来的系统雏形。它虽然不很完善，也有可能不能实现，但它表述了系统的主要特征，描绘了系统的大致轮廓。从抽象程度讲，逻辑系统(logicalsystem)介于概念系统与实体系统之间。第1章系统这样划分系统，可以帮助我们在构造系统时由浅入深，阶段明确，步骤清楚。研制信息系统的过程，是一个“具体—抽象—具体”的过程。通过对现行系统进行初步调查，明确新系统的目标和功能框架，这就是概念系统，或称为概念模型。在系统分析阶段，通过对现系统的详细调查，并参考对新系统的目标要求(即概念模型)，构造出新系统的逻辑模型。与概念模型相比，新系统的逻辑模型更具体了。总体规划对系统的结构只划分到子系统，数据只区分为“类”，而系统分析阶段则把子系统内部结构具体化了，数据之间的关系更明确具体了。第1章系统在论证和确定逻辑模型的基础上设计出来的物理模型，是将子系统划分为层次结构的功能模块，这时数据存储的数据库结构也就设计出来了。系统实施阶段的结果则是交付用户一个可实际运行的系统，即实体系统。第1章系统4.按系统与环境的关系分类按照系统与环境间的相互关系，可将系统分为开放系统与封闭系统两类。开放系统是指与其环境之间有物质、能量或信息交换的系统。封闭系统与环境没有任何物质、能量和信息的交换。开放系统还可以进一步区分为：只有能量交换的系统，同时进行能量、物质交换的系统，以及有物质、能量和信息交换的系统。若忽略落下的流星和宇宙尘埃，地球与其环境只有能量交换。生命系统、社会系统都是开放系统。第1章系统物质、能量、信息的交流，对生命系统和社会系统具有重要的意义。严格地讲，现实世界中没有完全意义上的封闭系统。因此，对系统的开放性和封闭性不能绝对化。系统具有边界，边界划分系统与环境。边界可以帮助我们理解开放系统与封闭系统的区别。封闭系统具有不可贯穿的边界，而开放系统的边界具有可渗透性。第1章系统1.2系统的特性1.2.1系统的整体性整体性是系统最重要的特性，是系统论的基本原理。系统之所以成为系统，首先是系统具备整体性。系统整体性指的是，系统是由若干要素组成的具有一定新功能的有机整体。各个要素一旦组成系统整体，就具有独立要素所不具备的性质和功能，形成新的系统的质的规定性，从而表现出整体的性质和功能不等于各个要素的性质和功能的简单相加。第1章系统整体与部分的关系，可以有两种情况。一种是各个部分简单凑合在一起，另一种是各个部分有机地结合在一起，即有一定的结构，各个部分相互联系，相互制约，构成有机整体——系统。在后一种情况下，“部分”只有在“整体”中才能体现它具有的意义。正如黑格尔所说的，一只手如果从身体上割下来，按照名称虽然可以叫做手，但按照实质来说，已经不是手了。第1章系统其次，构成系统的要素所具备的内在根据，只有在运动过程才得以体现。钟表的各个零部件不仅要有一定的关系有机地组合在一起，上紧发条，而且与标准钟校准后，它的报时才有意义。整体的有机性，不仅表现为内部要素的联系，也表现为它与外部环境的联系。亚里斯多德的名言：“整体大于它的部分之和”，精辟地指出了系统整体性的本质，强调整体不是各部分的简单累加。从“质”的方面讲，整体具有其构成要素所没有的性质。从“量”方面讲，整体可以大于、等于或小于其部分之和。第1章系统“三个臭皮匠，赛过诸葛亮”，皮匠虽说不才，但若同心同德，群策群力，就能赛过足智多谋的诸葛亮。当系统要素协同配合时，将发挥出好的作用和效益。这就是整体大于部分之和。但整体也可能小于部分之和。“一个和尚挑水吃，两个和尚抬水吃，三个和尚没水吃”。这是整体小于部分之和的通俗说明。拿破仑曾经把法国骑兵和马木留克骑兵作比较，前者骑术差但有纪律，善于互相配合和协同作战。后者骑术精良、善于单个格斗，但没有纪律又不善于互相配合和协同作战。第1章系统拿破仑认为：两个马木留克兵绝对能打赢三个法国兵，一百个法国兵和一百个马木留克兵势均力敌，三百个法国兵大都能战胜三百个马木留克兵，而一千个法国兵则总能打败一千五百个马木留克兵。在这例子中，法方是整体大于部分之和，而马木留克方则是整体小于部分之和。无论整体大于或小于部分之和，都与亚里士多德的话不矛盾，都是对认为系统只是各部分简单累加这种形而上学偏见的否定。第1章系统系统的整体性是由系统的有机关联性作保证的。一方面，系统内部诸要素相互关联、相互作用。系统的部分是构成整体的内部依据，但是部分之间的联系方式也是决定系统整体特性的重要方面。同一组元素Pi处于两个不同的关系R、R'中就会表现出不同的特点。例如，石墨和金刚石的成分都是碳，但分子排列不同，二者的硬度有很大的差别。另一方面，系统与外部环境有物质、能量、信息的交换，有相应的输入和输出。第1章系统这是系统与环境的有机关联，即系统的开放性。系统向环境的开放，是系统向上发展的前提，也是系统稳定存在的条件。因此为了增强系统的整体效应，一方面要提高系统构成部分的素质，另一方面要分析各要素的组合情况，使之保持合理状态，还要分析整体与环境的关联情况。第1章系统整体性观念是我国传统学术思想的一大特色。阴阳五行观念对中国古代科学和艺术的发展，产生过深远的影响。中医的基础理论、诊断方法、治疗方法处处注意全局。但是，古代朴素的整体观，缺乏对各部分的分析，这是一种致命的缺陷。没有分析的整体论，往往成为伪科学或非科学的避难所。第1章系统分析是把整体分解为部分来加以认识。客观世界本来是处于相互联系之中的，但人们为了深入认识部分，从而更好地认识整体，不得不把特定系统从普遍联系中暂时划分出来，孤立静止地加以剖析。近代科学正是借助于分析方法取得辉煌成就的。也