«Почему даже в наше время, которое многими называется временем научно-технической революции, общественные науки так слабо развиваются?... Ответ ясен: в науке об обществе нет объективного подхода. До тех пор, пока не удастся его создать, общественные науки будут развиваться с большим трудом. Этим мне кажется, объясняется тот разительный контраст, который сейчас существует в масштабах развития естественных и социальных наук» Академик П.Л. Капица «Будущее науки» Речь на симпозиуме, 1959 год

Актуальные проблемы системного анализа и ОТС Математика – 23 кардинальные проблемы Гильберта (1900 год, 16 из 23 решены) Физика – 30 самых актуальных проблем современной физики и астрофизики (акад. Гинзбург, 2002 год) Общая теория систем – актуальные задачи, сформулированные Л. фон Берталанфи (1962, практически не решены) Системный анализ – ???

Общая теория систем научная и методологическая концепция исследования объектов, представляющих собой системы ОТС тесно связана с системным подходом и является конкретизацией его принципов и методов

Задачи общей теории систем 1. Найти системные связи в физических, биологических и социальных процессах 2.Разработать таксономию различных классов сложных систем 3. Создать методологию теоретического анализа, применимую в различных науках 4. Построить модели биологических систем и общественного развития 5. Дать ответ на вопрос о допустимости системных моделей и законов в истории

Системный анализ научный метод познания, представляющий собой последовательность действий по установлению структурных связей между переменными или элементами исследуемой системы. Опирается на комплекс общенаучных, экспериментальных, естественнонаучных, статистических и математических методов

Парадигмы моделирования в современной науке Парадигма – совокупность фундаментальных научных идей, представлений и понятий, принимаемая и разделяемая научным сообществом и объединяющая боль- шинство ее членов Парадигма моделирования – система взглядов, идей, концепций и приемов, используемых в качестве основы при построении и анализе моделей

Парадигмы моделирования в современной науке 1.Вербальное моделирование 2. Динамическое моделирование 3. Вероятностное (статистическое) моделирование 4. Системная динамика 5. Имитационное моделирование ( динамические системы, стохастические модели, дискретно- событийные модели, мультиагентные модели и т.д. )

Системная динамика направление в изучении сложных систем, исследующее их поведение во времени и в зависимости от структуры элементов системы и взаимодействия между ними Системная динамика главным образом используется в долгосрочных, стратегических моделях и принимает высокий уровень абстракции

Общесистемные закономерности в природе и обществе 1. Свойство устойчивости относительных частот событий в неизменных условиях окружающей среды 2. Существование законов распределения вероятностей случайных величин, которые отражают наличие связи влияющих факторов с вероятностями появления характерных событий

Построение функций распределений случайных величин Построение графика эмпирической функции распределения случайной величины Гистограмма плотности вероятности эмпирического распределения случайной величины

Метод пробит-анализа в биологических науках и безопасности систем Относительная частота события (вероятность) Функция нормального распределения

Распределение опытных данных естественной смертности мышей от возраста, - Возраст в минутах

Распределение смертности населения России в зависимости от возраста, Возраст (мин)

Распределение веса новорожденных младенцев, - Возраст в минутах

Распределение числа отрядов животных в процессе биологической эволюции, Преобразованные координаты Функция распределения

Представление данных по эволюции приматов, Распределение данных Филогенез приматов

Вероятностные распределения событий, связанные с гибелью людей,

Вероятностные распределения характерных событий техносферы,

Опасные события и виды их распределений,

Распределения индикаторов развития общества,

Распределение вероятностей светимости звезд, Преобразованные координаты Диаграмма Герцшпрунга- Рессела для звезд, находящихся ближе 500 парсек

Выводы - изменение системы во времени как единого целого связано с качествами и свойствами - параметры свойств систем отражают количественные изменения в состояниях систем - вероятности характерных событий отражают качественные изменения в состояниях систем - характерные события должны отражать ход эволюции системы

Глобальные базы данных социально- экономического развития Всемирный банк: Всемирный банк: Программа развития ООН: Программа развития ООН: Международнаяэкономическая БД: Международная экологическая БД: Международная финансовая БД: Международная экономическая БД: Международная экологическая БД: Международная финансовая БД: БД европейского развития: БД европейского развития: Форум экономической свободы: Форум экономической свободы: Система измерения глобализации: Система измерения глобализации:

Глобальные базы данных биоразнообразия Базы данных индекса растительности (NDVI, Normalized Difference Vegetation Index) Базы данных индекса живой планеты (Global Environment Outlook )

Климатические базы данных и облачные сервисы- wikience.donntu.edu.ua

Wikience 4D изолинии передача в реальном времени все ТБ данных on-line ГРАФИКА ДЛЯ КЛИМАТА И ЭКОЛОГИИ IT СЕРВИС ДЛЯ МЕТЕОРОЛОГОВ И ЭКОЛОГОВ

Зависимости статистической и геометрической вероятностей, Статистическая вероятность Геометрическая вероятность

Основания термодинамики 1. Принцип транзитивности термодинамических систем – понятие температуры – существование функции состояния: T=f(p,v) 2.Эмпирический закон сохранения энергии dQ=dU+p dv Логическое обобщение закона сохранения энергии dQ=dU+p dv+ΣP k dz k 3. Закон возрастания энтропии dQ=T ds

Нерешенные проблемы термодинамики 1. Время и классическая термодинамика 2.Энтропия – время 3. Обратимость – необратимость 4. Классическая вероятность – термодинамическая вероятность 5. Равновесность – неравновесность 6. Аксиоматизация термодинамики и энтропии

Состояние системы - совокупность ее качественных и количественных характеристик, которые формируются под действием внешних условий окружающей среды в каждый конкретный момент времени Свойство транзитивности состояния систем определим как логическое отношение между объектами, из которого следует, что идентичные объекты ведут себя приблизительно одинаково в одних и тех же условиях окружающей среды Состояние системы и свойство транзитивности в системодинамике

Функция состояния сложной системы W i Вероятности характерных событий Z i Параметры свойств системы Время

Принципы системодинамики 1. Первый принцип – относительность количественных свойств объектов и абсолютность принятых процедур их измерения 2.Второй принцип – эмпирические факты устойчивости относительных частот и существования функций распределения статистических вероятностей для большинства наблюдаемых в природе и обществе событий 3.Третий принцип – взаимосвязь совокупности качественных и количественных характеристик систем, которая с течением времени проявляется в наблюдаемых изменениях в состоянии систем под действием внешних условий окружающей среды

Постулаты системодинамики 1. Первый постулат – любая развивающаяся система имеет функцию состояния, характеризующую в совокупности качественные и количественные изменения в системе 2.Второй постулат – в элементарной окрестности произвольно заданного состояния системы существует линейная связь между распределе- ниями статистической и геометрической вероят- ностей случайных величин, характеризующих качественные и количественные изменения в системе

Следствия 1. Каждая развивающаяся система обладает характеристической функцией пространства состояний, называемой энтропией, которая является мерой качественных изменений в системе 2.Для развивающихся систем в абсолютном пространстве свойств существует функция меры, которая может быть представлена в виде потенциальной функции для наблюдаемых состояний системы

Поле статистической вероятности состояния системы

Уравнение для поля вероятности состояния системы Темпоральность состояния Производные по координатам свойств …… Однородность геометрической вероятности Формула Эйлера для однородных функций

Уравнение для поля вероятности состояния системы Уравнение для поля статистической вероятности Решение методом характеристических функций Аналогии Системодинамика: Термодинамика:

Характеристики поля статистической вероятности состояния системы Энтропия состоянияЭнергия состояния Закон возрастания энтропии Закон сохранения энергии для многомерных систем

Можно ли прогнозировать социально- экономическое развитие стран и мира в целом? Исходные данные: Базы данных Всемирного банка и Программы развития ООН, Всемирная экологическая база данных

Общий алгоритм решения поставленной задачи Создание базы данных – 177 стран ООН, 100 индикаторов, 20 лет. Группировка данных – группировка данных по 15 компонентам для анализа (общий компонент развития, экономический, эко- логический, социальный, демографический компоненты и т.д.) П рограммирование – поиск класса функций для прогнозирования индекса развития. Многомерное шкалирование – определение индекса развития (ИР) по каждому из компонентов Преобразование базы данных в базу знаний – замена данных по каждому из 15 компонентов и 177 странам функциональными зависимостями для вектора ИР Прогнозирование – анализ данных и ранжирование стран по ИР

Зависимость индекса развития стран мира от удельного потребления энергии

Зависимость индекса развития стран мира от младенческой смертности

Пример построения моделей индекса развития по различным индикаторам Население в возрасте до 15 лет Фертильность Заболеваемость туберкулезом Детская смертность Пользователи Интернет Обслуживание госдолга

Зависимость общего экологического следа от индекса развития стран мира

Пример ранжирования стран по уровню и темпам развития энергетики СтранаЗначениеИР Ранг страны Ранг страны по темпам развития Норвегия США Франция Германия Россия Украина Китай Турция Индия Нигерия Чад

У истоков конвергенции естественного и гуманитарного знания Благодарю за внимание Информация для контактов: Заведующий кафедрой КСМ ДонНТУ Аверин Геннадий Викторович Донецкий национальный технический университет Факультет компьютерных наук и технологий