К какому свойству системы относится эмерджентность

Главная Системный анализ
»
Файлы
» Методички »
Системный анализ
[ Добавить материал ]
Девятое из 12 свойств систем.
Эмерджентность – пожалуй, это свойство более всех остальных говорит о природе систем. Начнем его изложение с примеров.
Примеры эмерджентности
Пример механический
С двумя взаимодействующими булыжниками можно произвести эффекты, невозможные при их отдельном использовании: издавать стуки, высекать искры, колоть орехи и т.д.
Пример химический
При соединении водорода с кислородом, обладающих каждый рядом особенных свойств, по формуле H2O возникает новое замечательное вещество – вода. Свойства воды, многие из которых изучены не до конца (роль воды в живой и неживой природе, талая вода, вода омагниченная с их отличиями от обычной воды, память воды и т.п.), не являются производными от свойств водорода и кислорода.
Пример биологический
Мужская и женская особи двуполой популяции обладают каждая своими индивидуальными особенностями. Но только при их соединении возникает возможность продолжения рода, образования социума и т.д.
Пример логико-математический
Пусть у нас есть два черных ящика с одним входом и одним выходом. Каждый из них может работать только с целыми числами и выполнять только одну простенькую операцию: к числу на входе прибавлять единицу:
Соединим их теперь в систему по кольцевой схеме:
У нас получилась система S, без входов и с двумя выходами. На каждом такте работы схема будет выдавать большее число, причем замечательно, что на одном выходе будут появляться только четные, а на другом – только нечетные числа. Правда, красивый пример?
Теперь сделаем выводы. Объединение частей в систему порождает у системы качественно новые свойства, не сводящиеся к свойствам частей, не выводящиеся из свойств частей, присущие только самой системе и существующие только пока система составляет одно целое. Система есть нечто большее, нежели простая совокупность частей. Качества системы, присущие только ей, называются эмерджентными (от англ. “возникать”).
Откуда же берутся эмерджентные свойства, если их нет ни у одной из частей? Что в системе несет ответственность за их появление? Ответ найдем в логико-математическом примере. Соединим те же два черных ящика по-иному, в параллель:
Полученная система S2 имеет один вход и один выход. Если на вход подать число n, на выходе будет n+1. Выходит, S2 арифметически тождественна каждому элементу и ее арифметическое свойство не является эмерджентным (в отличие от S1)! Но мы уже знаем, что у системы обязательно есть эмерджентные свойства. Выясняется, что таковым у S2 оказывается способность выполнять операцию п+1, даже если один из элементов выйдет из строя, т.е. повышенная надежность. В теории надежности этот способ известен как резервирование – повышение надежности за счет введения в схему избыточности.
Легко видеть, что S1 и S2, состоящие из одинакового числа одинаковых элементов, отличаются только схемой их соединения, т.е. структурой. Структура системы и определяет ее эмерджентные свойства.
Итоги
- У системы есть эмерджентные свойства, которые не могут быть объяснены, выражены через свойства отдельно взятых ее частей. Поэтому, в частности, не все биологические закономерности сводимы к физическим и химическим; социальные – к биологическим и экономическим; свойства компьютера не объяснимы только через электрические и механические законы.
- Источником, носителем эмерджентных свойств является структура системы: при разных структурах у систем, образуемых из одних и тех же элементов, возникают разные свойства.
- У системы есть и неэмерджентные свойства, одинаковые со свойствами ее частей. Например, для технических систем это объем, масса; арифметика для S2 и т.д. И у системы в целом могут быть неэмерджентные свойства (например, окраска автомобиля). Важным и интересным случаем, когда части системы обладают свойствами системы в целом, является так называемое фрактальное построение системы. При этом принципы структурирования частей те же, что и у системы в целом. Фракталы наблюдаются в природе (иерархическое управление в живых организмах, тождество организации на различных уровнях в естественно растущих системах – биологических, геологических, демографических и т.п.), математики разрабатывают абстрактную теорию фракталов.
- Эмерджентность демонстрирует еще одну грань целостности. Система выступает как единое целое потому, что она является носителем эмерджентного свойства: не будет она целой, и свойство исчезнет, проявляется это свойство, значит, система цела. Пример: ни одна из частей самолета летать не может, а самолет летает.
- Эмерджентность является другой, более развитой формой выражения закона диалектики о переходе количества в качество. Оказывается, для перехода в новое качество не обязательно “накопление” количества (“последняя капля переполнила чашу”, “последняя соломинка переломила хребет верблюду”). Для появления нового качества достаточно объединить в целое хотя бы два элемента.
- Заметим, что динамический аспект эмерджентности обозначен отдельным термином – синергетичность, и исследованиям синергетики посвящена обширная литература.
© Тарасенко Ф. П. Прикладной системный анализ (наука и искусство решения
проблем): Учебник. – Томск; Издательство Томского университета, 2004.
ISBN 5-7511-1838-3
Добавил: mauzer (02.03.2012) | Категория: Системный анализ
Просмотров: 49674 | Загрузок: 0
| Рейтинг: 5.0/6 |
Теги: системный анализ, свойство, эмерджентность, свойства системы, классификация
Источник
Эмердже́нтность или эмерге́нтность (от англ. emergent — возникающий, неожиданно появляющийся)[1] в теории систем — наличие у какой-либо системы особых свойств, не присущих её элементам, а также сумме элементов, не связанных особыми системообразующими связями; несводимость свойств системы к сумме свойств её компонентов; синоним — системный эффект.
В биологии и экологии понятие эмерджентности можно выразить так: одно дерево — не лес, скопление отдельных клеток — не организм. Например, свойства биологического вида или биологической популяции не представляют собой свойства отдельных особей, понятия наследуемость, рождаемость, смертность неприменимы к отдельной особи, но применимы к популяции или виду в целом.
В эволюционистике выражается как возникновение новых функциональных единиц системы, которые не сводятся к простым перестановкам уже имевшихся элементов.
В почвоведении: эмерджентным свойством почвы является плодородие.
В классификации систем эмерджентность может являться основой их систематики как критериальный признак системы.
Энциклопедичный YouTube
1/3
Просмотров:
4 756 401
349
1 427
✪ Emergence – How Stupid Things Become Smart Together
✪ Гаспаров И.Г. Эмерджентный дуализм и проблема сознания
✪ Лекция 5: Общество и производство
Муравей довольно глупый.
Он не имеет развитого мозга, ни воли, ни плана,
и тем не менее, множество муравьёв вместе — умные.
Колония муравьев может построить сложные структуры.
Некоторые колонии держат фермы грибов, другие занимаются скотоводством. Они могут вести войну или обороняться.
Как это возможно?
Как множество глупых частей вместе делают умные вещи?
Это явление называется эмерджентность,
и это одна из самых интересных и загадочных особенностей нашей вселенной.
В двух словах, оно описывает мелкие вещи, образующие большие вещи, со свойствами, отличающимися от суммы их частей.
Эмерджентность — это сложность, возникающая из простоты. И эмерджентность повсюду.
[Заставка]
Свойства воды значительно отличаются от свойств молекул, из которых она состоит. Например, понятие сырости.
Возьмите влажную ткань. Если очень сильно приблизить, не будет никакой сырости.
Будут только молекулы, сидящие в промежутках между атомами ткани.
Влажность — эмерджентное свойство воды.
Нечто новое, созданное множеством отдельных взаимодействий между молекулами воды.
И что-то в таком духе. Множество элементов взаимодействует по определенному набору правил, создавая нечто больше самих себя.
Оказывается, что больше отличается.
Это отличающееся свойство само по себе — нечто новое. И при объединении таких новых концептов, процесс повторяется.
Вы можете себе представить это в виде уложенных друг на друга слоёв, с возрастающей сложностью деталей.
Атомы образуют молекулы.
Молекулы образуют белки.
Белки составляют клетки.
Клетки составляют органы.
Органы образуют личности.
Личности формируют общество.
Но как что-то может быть больше, чем сумма его частей?
Как муравьи образуют своего рода эфемерную сущность — колонию? Следуя набору правил, которые создают порядок через хаос.
Например, давайте посмотрим на то, как колония муравьев распределяет рабочие места.
Давайте предположим, что в колонии должно быть 25% рабочих, 25% смотрителей,
25% солдат и 25% собирателей.
Муравьи сообщают о своей текущей работе через химикаты. Например, рабочий постоянно выделяет химические вещества, которые говорят: «Я рабочий».
Когда муравьи встречаются, они нюхают друг друга, чтобы собрать информацию, рассказывая друг другу о своей работе и о том, что они делают.
Они отслеживают, с кем они встречались в прошлом.
Теперь представьте, что муравьед убивает большинство собирателей. Если это быстро не исправить, колония будет голодать.
Многие рабочие муравьи должны сменить работу, но как сообщить об этом тысячам муравьёв?
Просто. Никак.
Наш рабочий муравей продолжит встречать и нюхать других муравьев, но он практически не будет встречать собирателей.
Он встречает слишком мало собирателей, и когда их число достигает критической точки, он меняет свою работу.
Рабочий становится собирателем. Другие муравьи будут делать то же самое, пока собирателей снова не станет достаточно.
Баланс восстановлен сам по себе.
Действия и взаимодействия индивида являются случайными. Вы не можете запланировать, какие муравьи столкнуться между собой.
Но простой набор правил настолько элегантен, что многие операции в колонии возникают как следствие.
На еще более фундаментальном уровне, сотни миллионов сложных молекул взаимодействуют, чтобы поддерживать надежную и удивительную структуру.
Возникает существо с весьма иными свойствами, чем сумма его неживых частей.
Наименьшая единица жизни: клетка.
У нас до сих пор нет четкого определения что является живым существом, мы просто знаем, что оно возникает из вещей, которые не являются живыми.
Клетки объединяются и кооперируются. Они специализируются и реагируют друг на друга,
и со временем, мы развиваемся в сложные организмы с замечательными возможностями.
Руки, ноги и сердце — невероятно сложные и запутанные системы из триллионов отдельных глупых частей…
…и все же мы дышим, перевариваем и смотрим видео на YouTube.
Как ваши клетки знают, что делать?
Подумайте о клетках кардиостимуляции в вашем сердце.
Миллиарды клеток должны посылать импульс в нужный момент, чтобы коллективно создать сердцебиение.
Наши клетки обмениваются химической информацией с соседними клетками, чтобы увидеть, что они могут, а затем решить, что делать.
Если они оказываются в числе клеток, которые работают над одной задачей, они также начнут работу над этой задачей и синхронизируется с остальными.
Там нет руководителя, дающего команды. Просто одиночные блоки общаются со своими соседями, и действуют в соответствии с реакцией.
А как насчет нашей самой важной части? Что за штука задает такие вопросы?
Является ли наше сознание, эмерджентным свойством клеток нашего мозга?
Этот вопрос слишком большой и важный, он заслуживает отдельного видео.
Некоторые возникающие вещи, трудно определить. Вы не можете коснуться колонии муравьев, только её части.
У неё нет ни мозга, ни лица, ни тела.
И все же колония взаимодействует с миром.
Так же, как у муравьев возникают колонии, у людей появляются разные вещи, вроде стран.
Что на самом деле является страной? Население?
Может учреждения или символы, вроде флага, герба или гимна?
Физические вещи, вроде городов? Территория, которую она контролирует?
Все эти вещи изменчивы.
Население изменяется и заменяется.
Учреждения приходят и уходят, города могут быть построены и заброшены.
Границы изменялись постоянно на протяжении большей части истории, символы заменяются новыми символами.
У страны нет ни лица, ни мозга, ни тела.
Наши страны тоже не реальны? Конечно реальны! Так же, как колонии муравьев, страны взаимодействуют с миром.
Они могут менять пейзажи, вести войны, расти или приходить в упадок и они могут перестать существовать.
Но они существуют только из-за большого количества людей, взаимодействующих друг с другом.
Но не только страны. Все сложные структуры, которые окружают нас появляются из нас.
Даже ненамеренно, мы всё равно постоянно создаём их.
Сообщества, организации, города, общества.
Все эти вещи обладают принципиально иными свойствами и способностями, чем довольно глупые обезьяны, из которых они появились.
Мы не знаем, почему все это происходит.
Мы просто наблюдаем, и это, кажется, фундаментальное свойство нашей Вселенной.
Это может быть самое красивое и удивительное свойство нашей Вселенной.
См. также
- Закон гиперболического роста численности населения Земли
- Синергия
- Эмерджентная эволюция
- Гештальт
- Супервенция
- Синергетика
- Системная биология
- Частные науки
Примечания
Источник
Понятие “система” широко используется в науке, технике и повседневной жизни, когда говорят о некоторой упорядоченной совокупности любого содержания. Система является фундаментальным понятием, как системотехники, так и базовых теоретических дисциплин (теории систем, исследования операции, системного анализа и кибернетики). Система — это объективное единство закономерно связанных друг с другом предметов, явлений, сведений, а также знании о природе, обществе и т.п. Каждый объект, чтобы его можно было считать системой, должен обладать четырьмя основными свойствами или признаками (целостностью и делимостью, наличием устойчивых связей, организацией и эмерджентностью).
Целостность и делимость. Система — это, прежде всего целостная совокупность элементов. Это означает, что, с одной стороны, система – целостное образование и, с другой — в ее составе отчетливо могут быть выделены целостные объекты (элементы). При этом следует иметь в виду, что элементы существуют лишь в системе. Вне системы это в лучшем случае объекты, обладающие системнозначимыми свойствами. При вхождении и систему элемент приобретает системноопределенное свойство взамен системнозначимого. Для системы первичным является признак целостности, т.е. она рассматривается как единое целое, состоящее из взаимодействующих частей, часто разнокачественных, но одновременно совместимых.
Наличие устойчивых связей. Наличие существенных устойчивых связей (отношений) между элементами или (и) их свойствами, превосходящих по мощности (силе) связи этих элементов с элементами, не входящими в данную систему, является следующим атрибутом системы. Система существует как некоторое целостное образование, когда мощность (сила) существенных связей между элементами системы на интервале времени, не равном нулю, больше, чем мощность связей этих же элементов с внешней средой. Для информационных связей оценкой потенциальной мощности может служить пропускная способность данной информационной системы, а реальной мощности – действительная величина потока информации. Однако в общем случае при оценке мощности информационных связей необходимо учитывать качественные характеристики передаваемой информации (ценность, полезность, достоверность и т.п.).
Организация. Это свойство характеризуется наличием определенной организации, что проявляется в снижении степени неопределенности системы.
Суть свойства эмерджентности (emerdgence, англ. – возникновение из ничего, внезапное появление, неожиданная случайность) состоит в наличие таких качеств (свойств), которые присущи системе в целом, но не свойственны ни одному из ее элементов в отдельности. Эмерджентное свойство системы не может быть объяснено, выражено через свойства отдельно взятых ее частей. Например: Ни одна из частей автомобиля перевозить не может, а автомобиль – перевозит.
Эмерджентность демонстрирует одну из граней понятия целостности. Система выступает как единое целое потому, что она является носителем эмерджентного свойства: не будет она целой, – и свойство исчезнет; проявляется это свойство, – значит система цела.
Наличие интегрированных качеств показывает, что свойства системы хотя и зависят от свойств элементов, но не определяются ими полностью.
Отсюда можно сделать выводы:
- 1) система не сводится к простой совокупности элементов;
- 2) расчленяя систему на отдельные части, изучая каждую из них отдельности, нельзя познать все свойства системы в целом.
Любой объект, который обладает всеми рассматриваемыми свойствами можно называть системой. Одни и те же элементы (в зависимости от принципа, используемого для их объединения в систему) могут образовывать различные по свойствам системы. Поэтому характеристики системы в целом определяются не только и не столько характеристиками составляющих ее элементов, сколько характеристиками связей между ними. Наличие взаимосвязей (взаимодействия) между элементами определяет особое свойство сложных систем — организованную сложность. Добавление элементов в систему не только вводит новые связи, но и изменяет характеристики многих или всех прежних взаимосвязей, приводит к исключению некоторых из них или появлению новых.
Источник
— Слушай, Миш, а как объясняется эмерджентное поведение у животных?
— Это что еще такое?
— Ну, это когда стая птиц взлетает абсолютно синхронно, или косяк рыб поворачивает. Нет ни лидеров, ни отстающих. Как это происходит? Может, это роевое мышление?
— Петь, а ты с какого перепоя вдруг в зоопсихологию ударился?!
— Да просто хочу понять этот феномен… Сегодня позвонил четырем своим подругам, и все четыре отказали.
Чтобы понять эмерджентность, герой анекдота не случайно обратился к зоологии. На поведении братьев наших меньших этот феномен прослеживается наиболее наглядно.
Но для начала разберемся в значении самого термина. Понятие эмерджентность пришло из теории систем и используется почти во всех сферах знаний. Оно относится к системам, которые по каким-то причинам приобрели свойства, не свойственные их элементам. Иными словами – это синергичность или системный эффект.
Один из самых наглядных примеров эмерджентности в животном мире – это муравьи. По сложности социальных связей они стоят на втором месте после людей. Но этой сложностью обладает не отдельный муравей, ползущий по лесу и не 10-20 особей.
Только когда муравьиная колония достигает определенных объёмов, их коллективный разум становится на порядок выше, чем у отдельных представителей вида. Они строят муравейники, создают запасы пищи, защищают свое потомство и жилище, мигрируют и выживают в экстремальных ситуациях. Одним словом, чем их больше – тем они умнее. Эмерджентный разум позволил им выживать, практически не изменяясь, в течение последних 90 миллионов лет.
Эмерджентность срабатывает и в поведении мошек дрозофил, птичьих стай и косяков рыб и, конечно, присутствует у людей. Самый простой пример – толпа болельщиков на стадионе. Когда все начинают скандировать синхронно, но не договариваясь заранее, единый музыкальный такт.
По большому счету, мы живем в эпоху эмерджентности. Это стало возможным благодаря глобальным информационным системам, связывающим огромные массы людей в группы.
К примеру, число пользователей Facebook по последним подсчетам превысило 2,3 миллиарда человек. И это уже давно не просто социальная сеть. Эмердженнтными свойствами данная система начала обладать именно благодаря своим размерам. Ведь как только система, которая способна воспроизводить эмерджентное поведение, вырастает до определенных масштабов, применение тех же правил, которые управляли ее работой ранее, начинает приводить к совершенно иным результатам. Так и произошло. Компания по факту превратилась в политического организатора, крупный источник информации, глобальную платформу дистрибуции видео, рынок товаров и даже рабочих мест.
Бесчисленные индивидуальные нейроны, которые соединяются в человеческом мозге и ряды электрических цепей внутри компьютера — все это примеры простых объектов, работающих вместе и создающих нечто большее, чем сумма частей.
Таким образом эмерджентность повсюду и все мы, хотим этого или нет, являемся ее частью. Мы, каждый по отдельности и все вместе, представляем собой некий (на наш взгляд) хаос, из которого рождается упорядоченность.
Иллюзия уникальности каждого из нас, согласно этой теории, всего лишь иллюзия. Избавившись от которой, вы, возможно, убьете своего внутреннего нонконформиста, дадите себе расслабиться и включиться в поток непредсказуемости жизни.
Когда вам совершенно непонятен водоворот событий и вихрь непредсказуемых явлений, вспоминайте об эмерджентности, в которой хорошо разбиралась Алиса из Страны чудес. Заучите наизусть прекрасную цитату из произведения Льюиса Кэрролла и пользуйтесь как инструкцией в такие моменты.
— Не грусти, — сказала Алисa. — Рано или поздно все станет понятно, все станет на свои места и выстроится в единую красивую схему, как кружева. Станет понятно, зачем все было нужно, потому что все будет правильно.
Источник