Название: Инвариантно-параметрическое представление и обобщенная ассоциативная обработка символьной и смысловой информации(Токмаков Г. П)

Жанр: Информационные системы и технологии

Просмотров: 2971


2.1. системный подход как альтернатива современным технологиям машинного моделирования

Методология традиционного машинного моделирования предусматривает хранение отдельных сведений о моделируемых объектах, а их поведение при решении конкретных задач описывается программным кодом. В последнее десятилетие получило развитие ООП, в рамках которого состояние объекта хранится вместе с кодом, моделирующим его поведение. Однако и для ООП характерны отмеченные выше недостатки, связанные с тем, что в описаниях объектов не учитываются структурные взаимосвязи между его компонентами. Поэтому для каждого конкретного применения объекта приходится либо модифицировать имеющийся код, либо писать новый код, обеспечивающий наряду с адекватным поведением целостность объекта в новых условиях его использования. Для того чтобы содержащиеся в модели утверждения были независимы от последующих применений, в ее конструкции должны фигурировать обобщенные характеристики, по которым в конкретных условиях могли бы быть определены его специфические свойства и поведение.С этой целью в качестве альтернативы традиционному подходу моделирования РД в памяти машины можно предложить системный подход к описанию объектов произвольной природы, рассматривающий объекты РД как целостные системы, состоящие из компонентов, между которыми имеют место устойчивые взаимосвязи [47,48]. В противоположность описанной выше ситуации, здесь под структурой объекта имеется в виду определенная организация компонентов системы, выражаемая через устойчивую взаимосвязь значений свойств компонентов, а не просто их перечисление в определенной последовательности. Признавая важность структуры, системный подход не отрицает и роль состава целостной системы, определяющей ее содержательную сторону и основу организации, так как ее свойства во многом определяются составом компонентов, их внутренней природой, изменяя которые можно получить систему с требуемыми свойствами.2.1.1. Агрегация и обобщение объектовСовременная наука убедительно доказала, что окружающий нас мир состоит не из отдельных, изолированные друг от друга предметов, а составляет стройную систему взаимосвязанных и взаимодействующих объектов [49]. В соответствии с воззрениями Рассела [50] мир состоит не из вещей, а из фактов. Этим высказыванием он хотел подчеркнуть, что все сущее представляет собой отношение составляющих его компонентов. И именно взаимодействие компонентов определяет природу или сущность всех образований универсума. В свою очередь и сами компоненты представляют собой результат взаимодействия своих компонентов, которые располагаются по отношению друг к другу в соответствии с некоторой схемой. Это мировоззрение предлагает единый взгляд и на описание отношений между объектами, и на описание самих объектов, и на описание компонентов объектов. При этом все мыслимые образования реальной действительности и его составные компоненты рассматриваются как системы и подсистемы, содержащие в себе множество компонентов, находящихся между собой в различных отношениях и относящихся к различным уровням организации материи. В качестве компонента рассматривается любая часть системы, вступающая в определенные взаимоотношения с другими ее частями. Как мы уже отметили, компоненты сами могут состоять из частей, образуя системы более низкого порядка, называемые подсистемами. Особая разновидность компонентов системы, характеризующаяся тем, что в рамках рассматриваемого качества является неделимой на компоненты, называется элементом.В основе наших знаний о мире лежат не только структурные отношения, но и системы классификации, позволяющие нам воспринимать мир не в виде хаотического нагромождения систем, а как упорядоченный по степени общности мир. Однако эта весьма важная компонента описания реальной действительности, представляющая собой другой механизм абстракции, называемый обобщением, слабо представлена в современных моделях данных, что существенно снижает область ее применения. Если иерархические отношения и взаимосвязи между компонентами описывают внутреннюю организацию объекта, то отношения между объектами как целостными образованиями называются внешними, а совокупность объектов, связанных некоторым отношением, называется внешней системой. Поэтому необходимы такие формальные описания систем, которые наряду с агрегацией включали бы и второй механизм абстракции, обеспечивающий разбиение множества объектов на классы с заданными на них отношениями частичного порядка.Рассмотрение сложных объектов как внешних систем составляет основу так называемого классификационного описания ПрдО. Классифицирование ПрдО предполагает представление знаний о предметах ПрдО в виде некоторой классификационной схемы, согласно которой изучаемые объекты группируются в классы с помощью рационально выбранных существенных признаков, оснований деления на классы [51]. Именно выбор существенных признаков для разбиения предметов ПрдО на классы является основной проблемой концептуального моделирования ПрдО. К настоящему времени данная проблема в вычислительной технике не формализована и решается в основном на интуиции разработчика, что приводит к множеству систем классификаций, каждая из которых может быть применена только в данной конкретной разработке. В качестве примеров таких классификаций можно привести библиотеки классов MFC фирмы Microsoft и OWL фирмы Borland [52,53,54]. В данной работе для выбора существенного признака воспользуемся описанием предметов ПрдО, заданным через взаимодействие его компонентов, т.е. через описание его структуры.4.3.4. Внешние и внутренние свойства объектовОбъекты окружающей действительности, вступая в определенные отношения с другими объектами, обнаруживают некоторые свои специфические черты, называемые свойствами. Каждый объект объективно может вступать в бесконечное количество отношений с другими объектами РД. Однако эта бесконечность не является актуальной, ибо объекты никогда не находятся сразу во всех возможных для них связях. Поэтому в каждый конкретный момент времени объект представлен лишь частью своих свойств, остальные же находятся в непроявленном состоянии в виде потенциальной возможности [55].Вследствие описанных причин при решении конкретной задачи человек имеет дело лишь с частью свойств объекта, которые он использует для достижения тех или иных целей. При решении других задач с использованием данного объекта, проявляются уже другие его свойства, и его определение выглядит уже совершенно другим. Таким образом, определение объекта путем указания только его внешних свойств, проявляющихся во взаимоотношениях с другими объектами РД, как правило, происходит на основе случайных обстоятельств и под влиянием сиюминутных потребностей. Такое определение объекта является неполным и может быть использовано только в частных задачах, для решения которых оно предназначено. Как отражение этой ситуации в современном машинном моделировании РД используются модели данных, основанные на использовании внешних, чувственно воспринимаемых, имеющих значение только для конкретной решаемой задачи свойств.Как мы уже отметили, предметы РД находятся во взаимосвязях друг с другом, подвергаясь при этом изменениям и изменяя другие предметы. Различные виды систем по-разному взаимодействуют со средой, требуют различных условий для своего существования. Одни из них имеют относительно замкнутый характер и мало подвержены внешним изменениям, другие обмениваются со средой только энергией, третьи - и материей, и энергией, и информацией [56]. Внешние связи воздействуют на систему, вызывают в ней различного рода возмущения, изменения ее компонентов. При этом оказывается, что какое-то определенное отношение ее компонентов остается постоянным в широком диапазоне области изменений, определяемым условиями существования системы. Это постоянство представляет собой внутренне присущую системе необходимость. Поэтому вопросы, связанные с ограничениями и отношениями между отдельными частями систем, фактически образуют структуру и являются главным "хранителем" целостности, качественной определенности системы. Без устойчивых связей взаимодействующих частей, т.е. без структуры, целое распалось бы на части при малейшем внешнем возмущении и перестало бы существовать как данное конкретное целое. Являясь наиболее устойчивой стороной целого, структура "противостоит" постоянным изменениям частей, удерживает эти изменения в определенных рамках, т.е. накладывает на них определенные ограничения.Итак, взаимодействие компонентов целостной системы носит характер обмена между ними веществом, энергией и информацией, однако "материал", которым обмениваются компоненты, а также интенсивность обмена в различных целостных системах неодинаковы. Этот обмен представляет собой важную специфическую закономерность возникновения, строения, функционирования и развития целостных систем. Наша задача в данной работе - определить информационные аналоги этого взаимодействия с целью адекватного представления в памяти машины не только внешних, чувственно воспринимаемых свойств объектов, но и внутренних свойств, определяемых в ходе сложного вычислительного процесса.Собственно свойства, участвующие в структурных взаимосвязях, могут меняться, однако при этом соотношения некоторых их значений, характеризующие внутренние свойства объекта, должны сохраняться. Любое изменение соотношения этих свойств либо превращает его в другой объект, либо разрушает его. Те же свойства компонентов объекта, которые не связаны такими взаимосвязями, могут меняться произвольно в пределах своих областей определения.Таким образом, именно структура объекта, выражаемая через инвариантные соотношения значений части свойств, является первичной и определяет характер изменения собственно значений свойств объекта. Инвариантные соотношения свойств, называемые внутренними свойствами, чувственно не воспринимаются, а определяются в ходе сложного процесса анализа-синтеза на основе значений чувственно воспринимаемых свойств, называемых внешними.Поэтому для полного описания объекта необходимо отобразить не только внешние свойства, которые проявляются в его частных применениях, но и постичь все содержащиеся в нем свойства как реальные возможности. Отражение действительности в потенциальной возможности, в знании этих возможностей, а не только ее актуального состояния, является не только самым полным, но и самым глубоким, и может считаться теоретическим знанием. В теории бесконечное многообразие свойств предмета унифицируется и становится обозримым [55]. Именно в процессе выработки теоретического знания выясняется, что способность предметов обнаруживать при взаимодействии с другими предметами те или иные свойства обуславливается их внутренней природой, определяемой структурой.В этом отношении, на наш взгляд, справедливо утверждение Л.Витгенштейна: "Чтобы знать объект,необходимо знать не внешние, а все его внутренние свойства" [76]. Именно внутренние свойства объекта определяют его сущность и сохраняются во всех его возможных проявлениях. Поэтому для того, чтобы содержащиеся в модели утверждения были независимы от последующих ее применений, в ее конструкции должны фигурировать обобщенные характеристики, по которым в определенных условиях могли бы быть определены конкретные свойства объекта. Причем в описании объекта не должно содержаться описания отношений, в которые объект может вступить в процессе решения тех или иных задач. Здесь мы опять приведем слова Л. Витгенштейна: "Если объект известен, то известны все возможности его появления в событиях. Каждая такая возможность уже заложена в характере объекта" [76]. Таким образом, описание объекта должно содержать только потенциальные возможности вступления во все мыслимые для данного объекта отношения путем задания ограничений диапазонов изменений свойств объектов.2Л .3. Форма и структура объектаДля полного описания объекта необходимо сформулировать еще и понятие формы. Взаимосвязь между формой и структурой - это то же, что и взаимосвязь между формой и содержанием. "Содержание любого предмета, процесса определенным образом организовано, другими словами, всякий предмет всегда относительно устойчив, обладает определенной структурой. Форма и характеризует эту относительно устойчивую внутреннюю структуру предмета, обнаруживающуюся и в его внешней организации, облике" [51]. В работе [76] взаимосвязь между структурой и формой описывается следующим образом: "Способ взаимосвязи объектов в событии суть структура события. Форма есть возможность структуры". Аристотель утверждал, что форма, под которой он полагал активное начало, "соединяясь" с материей, организует ее, превращает в оформленную вещь [57]. Этим весьма важным для наших дальнейших построений утверждением мы воспользуемся при определении поведения системы.Связь структуры объекта с его формой выражается в том, что форма, как потенциальная возможность структуры, выступает в качестве обобщенной структуры, имеющей множество реализаций в виде конкретных структур. Взаимодействие объекта с другими объектами ПрдО приводит к модификациям компонентов объекта, что выражается изменением внешней формы объекта. При этом структура, являясь организационной основой объекта, противостоит изменениям компонентов, накладывая на них определенные ограничения.Подытожив вышесказанное,можно констатировать, что целостная система - это такая система, в которой внутренние связи компонентов между собой являются преобладающими по отношению к движению этих частей и к внешнему воздействию на них. Целое представляет собой систему, в которой энергия внутренних связей компонентов превышает сумму энергий движения компонентов и энергии внешних воздействий. При этом, если суммарная энергия движения компонентов превышает энергию внутренних связей, система распадается, разрушается изнутри. Целое распадается и в том случае, если энергия внутренних связей его компонентов будет меньше суммарной энергии внешних воздействий. В этом случае целое подвергнется разрушению извне. При информационном моделировании это выливается во взаимном ограничении диапазона допустимых значений для компонентов системы.