1. Значення експерименту в системному аналізі

Всяка пізнавальна модель завжди будується на основі знань про систему, вона є відображенням цих знань і в той же час джерелом нових знань. Наприклад, модель типу "Чорний ящик" містить певні знання про систему, її границі, вхідні та вихідні величини, перетворення цих вели­чин системою. На основі такої моделі одержуємо нові знання про сис­тему шляхом уточнення вхідних і вихідних величин, вивчення залежно­стей між ними. Ці нові знання одержують з експерименту, тобто певних дій над системою. Результатом таких дій є покращання моделі системи, її уточнення, розвиток. Отже, вивчення систем і побудова моделей пот­ребує проведення експерименту. Між моделлю та експериментом існує взаємозв'язок. Експеримент неможливо виконати, не маючи моделі сис­тем, не знаючи, що собою являє система. Співвідношення між моделлю і експериментом нагадує відоме співвідношення курки і яйця. Експери­мент проводять для того, щоб побудувати чи уточнити модель системи чи об'єкта. У свою чергу, експеримент завжди проводять на основі пев­ної моделі, яка існує до експерименту.

Значення експерименту для побудови моделі дуже велике. В іс­торії був час, коли абсолютизували мислення людини, її волю, віру і експериментом нехтували. Але і в ті часи відомі вчені, як наприклад, Леонардо Да-Вінчі, зауважували, що тільки експеримент є критерієм істинності. Експеримент завжди ставлять у рамках існуючої теорії, іс­нуючої моделі об' єкта. Відповідь природи на експеримент завжди точ­на, але вона дається на мові природи, а ми її розуміємо тільки в рамках наших знань, в рамках існуючої моделі. Тут повертаємось до питання, яке розглядали раніше, а саме співвідношення моделі і дійсності, питан­ня істинності моделі, але дещо з іншої сторони. Не тільки експеримент є критерієм істинності моделі, але і модель є основою експерименту. Пос­тановка експерименту зумовлена моделлю і випливає з неї. Хоча експе­римент і модель взаємопов'язані: модель необхідна для проведення екс­перименту, а експеримент для побудови моделі, але тут немає порочно­го кола. Після завершення чергового циклу вивчення об' єкта наступний розпочинається з нової вдосконаленої моделі. Розвиток йде по спіралі, наші знання про систему постійно збагачуються, уточнюються і це збе­рігається в моделях.

За своїм характером експеримент може бути пасивним або актив­ним, тобто можливі дві методики проведення експерименту, а саме:

• спостерігати за системою, тільки реєструвати, записувати події на вході й виході;

• не тільки спостерігати, але й діяти на систему, змінювати деякі вхідні величини, фіксувати відповідні їм зміни вихідних величини.

Перший експеримент називають пасивним, або спостережним, другий - активним експериментом, або керованим. Кожен з них має свої позитивні сторони й недоліки. Проте кожен з них проводиться на основі певної моделі системи, передбачає наявність такої моделі. Пасивний експеримент виконують, наприклад, при вивченні організації руху тран­спортних засобів на магістралях міста. Проведення цього експерименту є спостереженням, воно має певну мету і вимагає чіткого планування. Під час підготовки до проведення експерименту вивчають методи спо­стережень, характеристики транспортних потоків, методи реєстрації результатів спостережень. Тобто для проведення пасивного експериме­нту потрібні певні знання, певна модель системи, за якою здійснюють спостереження. Ще більш складним є проведення активного експериме­нту. План такого експерименту включає не тільки порядок реєстрації результатів, але і вибір режимів проведення експерименту, знання вели­чин, які потрібно змінювати, і способів зміни цих вхідних величин. Не­обхідно, крім цього, вибрати певні умови проведення експерименту. Все це можна зробити, тільки маючи модель системи, знаючи, з якою сис­темою ми працюємо, які величини є входами й виходами системи, тощо. Ефективність проведення експерименту залежить від багатьох факторів і для її підвищення необхідно виконати ряд умов. Існує наукова дисцип­ліна "Планування експерименту", яка дозволяє скласти найбільш ефек­тивні плани експерименту, розробити методи одержання найбільш точ­них та достовірних результатів, обробити ці результати й уточнити мо­дель.

Результати всякого експерименту реєструються за допомогою вимірювань.

Вимірювання - це алгоритмічна операція, яка відповідно до пев­ного стану об' єкта ставить число, символ, знак чи назву.

Алгоритмічна операція означає, що всякі вимірювання прово­дяться за чітким, наперед визначеним планом, причому під час прове­дення вимірювань вимоги про дотримання встановленого порядку, ал­горитму вимірювань досить високі. Недотримання навіть окремих пунк­тів алгоритму вимірювань може повністю знецінити результати.

Результати вимірювань можуть відображатися числом, символом, знаком, номером, тощо. Способи такого відображення розглянемо піз­ніше, поки ж відзначимо, що сучасне розуміння вимірювань набагато складніше існуючого уявлення про чисто кількісні вимірювання. Роз­ширене розуміння вимірювань можна охарактеризувати такими ознака­ми. Існує ряд характеристик об' єктів, що підлягають кількісним оцін­кам. Ці характеристики є величини, які можна визначити шляхом порів­няння з іншими відомими кількісними величинами. Явища, які ми спо­стерігаємо в експерименті, можуть не допускати кількісної міри, але їх можна описувати певними якісними характеристиками, виражати в пев­них "слабких" якісних шкалах, наприклад, визначення назви захворю­вання, визначення геологічних періодів у розвитку Землі, встановлення твердості мінералу, визначення сили землетрусу в балах та багато ін­ших. Незважаючи на те, що такі дії не дають кількісних оцінок, вказані результати експерименту вважають вимірюваннями. Ці результати ви­мірювань враховують у моделях і приводять до повністю науково об­ґрунтованих результатів.

Невизначеність, розпливчастість деяких вимірювань є їх природ­ною властивістю, якій надається чітка математична форма, наприклад, невизначеність координати електрона на орбіті, невизначеність часу існування деяких елементарних частинок, можливість появи віртуаль­них часток світобудови тощо.

Хоч збільшення точності вимірювань є одним з головних завдань метрології, проте визнається, що для деяких вимірювань похибка є не­від' ємною складовою, яку неможливо усунути. Процес вимірювання є взаємодією об' єкта вимірювання з вимірювальним приладом, ця взає­модія суттєво впливає на стан об' єкта, який підлягає вимірюванню. Не­хтувати цією взаємодією і звести її до нульового значення не можна. Більше того, в результаті вимірювання може змінитися стан об'єкта і після вимірювання він може бути іншим ніж до нього.

Широкого розповсюдження набули статистичні вимірювання, ре­зультатами яких є ймовірні величини, такі як середнє значення, матема­тичне очікування, дисперсія, функція розподілу. Для таких вимірювань використовують не тільки спеціальні прилади, але і самі вимірювання виконують за спеціальними методиками.

Отже, вимірювання слід розуміти більш широко, ніж тільки кіль­кісне вимірювання. Це може бути і якісне присвоєння об' єкту певного імені, віднесення його до певного класу об' єктів. Під вимірюванням ми будемо розуміти присвоєння результатам експерименту певного зна­чення за певним правилом. Якщо ми під експериментом розуміємо спо­стереження, то результатом його може бути не тільки число, а, напри­клад, знак, назва, тощо. Так, визначення типу транспортних засобів при вивченні транспортних потоків на перехресті вважають вимірюваннями.