Какие свойства называются эмерджентными
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: 47807 | Загрузок: 0
| Рейтинг: 5.0/6 |
Теги: системный анализ, свойство, эмерджентность, свойства системы, классификация
Когда я впервые случайно прочитал про эмерджентность, то сразу не понял что это, а когда еще раз перечитал, то понял и термин очень понравился. Мне кажется что эмерджентность – один из фундаментальных принципов Вселенной, так как проявляет себя очень много где. И даже название моего блога посвящено именно ему)
Эмерджентность означает наявность у данной системы некоторых особых свойств, не присущих ее элементам: блокам и подсистемам, и даже не присущих их сумме. То есть, невозможность свести свойства системы к сумме свойств ее компонентов. Термин часто используется в такой отрасли науки как «теория систем» и имеет синоним «системный эффект».
«Целое является чем-то большим, нежели сумма его частей», — этот принцип был сформулирован еще Аристотелем в его труде «Метафизика», что как бы намекает 🙂 Он считается общим принципом Холизма (мне тоже очень нравится это понятие, но о нем позже), а также тесно связан и с эмерджентностью. В биологии и экологии понятие эмерджентности можно выразить так: одно дерево — не лес, скопление отдельных клеток — не организм. Эмерджентность проявляет себя во многих сферах жизни и природных явлениях. Физик Филип Уоррен Андерсон утверждает: «Возможность свести все к простым фундаментальным законам не означает возможности начать с этих законов и реконструировать Вселенную. Гипотеза про конструирование Вселенной с нуля не выдерживает критики из-за трудностей с масштабом и сложностью. На каждом уровне сложности возникают абсолютно новые свойства. Психология это не прикладная биология, равно как и биология это не прикладная химия. Мы можем видеть что целое становится не просто большим, но весьма отличным от суммы его частей.» Биолог Людвиг фон Берталанфи утверждает: «Системы в биологии, психологии и социологии являются настолько сложными, что их поведение кажется “новым”, “эмерджентным”: оно не может быть логически выведено из свойств отдельных элементов системы.»
В физике эмерджентные феномены это: трение, вязкость, эластичность, температура, паттерны которые образует песок или почва, конвекция, ураганы и погода вообще. В биологии это комбинирование молекул в полипептиды, которые взаимодействуя самоорганизовываются в органеллы, далее в клетки, ткани, органы, организмы. Это склонность живых существ к объединению в стаи. Свойства биологического вида или биологической популяции не представляют собой свойства отдельных особей. Понятия рождаемость и смертность неприменимы к отдельной особи, но применимы только к популяции или виду в целом. Муравьиная колония – яркий пример эмерджентности: ведь королева не отдает прямых команд и указаний муравьям, они действуют автономно, согласно генетически закодированным правилам и взаимодействуя друг с другом. Тем не менее, колонии демонстрируют комплексное поведение и даже способны решать сложные геометрические задачи, например строить почти идеальную окружность.
На рисунке изображены кристаллы льда, высокоорганизованная структура, прямо формирующаяся совокупностью случайных движений молекул воды:
Эмерджентными также являются: интернет, архитектура и города, изменения языков со временем, некоторые абстрактные феномены в математике итд. Экономика также насыщена эмерджентностью: фондовый рынок (а также любой рынок подобного типа и размера) является примером системного эффекта в большом масштабе. Как единое целое, рынок регулирует и устанавливает относительные цены акций компаний всего мира, но у него нет лидера, не существует сущности, которая могла бы контролировать функционирование всего рынка (конспирологией объяснить трудно, так как если и существуют сотни отдельных людей, задающих тренд, все равно весь рынок получается эмерджентным. А возможность контроля всего рынка несколькими людьми противоречит соображениям теории информации).
Итак, с помощью феномена эмерджентности можно продуктивно трактовать и исследовать феномены сложных систем (к которым можно причислить большинство феноменов, с которыми взаимодействует современный человек и самого человека также:), которые нельзя объяснить с точки зрения сведения к базовым частям. Довольно часто в своих размышлениях я прихожу к выводу про присутствие данного феномена в рассматриваемой ситуации, поэтому тэг «эмерджентность» будет время от времени встречаться в моем журнале 🙂
В теории систем эмерджентностью называют наличие у какой-либо системы особых свойств, не присущих её элементам (как в отдельности, так и в их сумме). Элизабет Комсток, вице-председатель General Electric, рассказывает, как эмерджентность влияет на нашу жизнь и работу, и при чём здесь информационные технологии.
Скорость движения информации увеличивается, и мы движемся быстрее вслед за ней. Все больше людей выходит в онлайн (только в 2016-2017 гг. их более 2,3 миллиардов), и результатом этого становится фундаментальная и стихийная реструктуризация нашего коллективного поведения. Верхний слой нашей развивающейся цифровой нервной системы планетарного масштаба впитал в себя извечные факторы изменений — человеческие потребности, политику, географию и культуру — и создал на их основе новые схемы и образцы. Каждому из нас, особенно тем, кто управляет компаниями, необходима новая система координат.
Важной частью этой системы координат является эмерджентность — принцип самоорганизации, который объясняет развитие сложного из простого и возникновение порядка из хаоса.
Эмерджентность объясняет сложные феномены в различных областях — таких, как термодинамика, биология и цифровые технологии. Эту концепцию используют для объяснения принципов развития городов и того, почему некоторые институты успешно функционируют в долгосрочной перспективе, а другие — исчезают. Это базовый принцип, лежащий в основе сложного коллективного поведения естественных систем, который частично объясняет то, как компьютеры достигают своей полезной сложности, несмотря на то, что их работа основана на нескольких простых процессах.
Мы живем в эпоху, которую я называю «Эпохой эмерджентности».
Это время характеризуется быстрым закатом традиционных институтов при том, что замена им еще не оформилась. Мы живем в хаотичном, порой тревожном и неопределенном пространстве между старым и новым.
Если мы успешно пройдем этот период, то можем оказаться в историческом эквиваленте такого момента в творческом процессе, когда хаос сменяется порядком, и новая модель, решение или структура становятся очевидными.
Приняв и поддержав эмерджентные системы в бизнесе, политике и технологиях, мы сможем намного полнее раскрыть человеческий потенциал, чем когда-либо в истории, и обрести ранее недоступные блага.
Не буду утверждать, что это чисто мои идеи. Я синтезировала их из общих тем и взглядов, найденных в работах других специалистов различных областей и отраслей, добавив в них собственные выводы. В действительности, в эту новую эпоху особенно важно развивать способность к такому синтезу отдельных точек зрения, наборов данных и выводов. Понятие «Эпохи Эмерджетнонсти» возникло в моем мышлении так же стихийно и неожиданно, как и тот феномен, которое оно объясняет.
Две стороны эмерджентности
У эмерджентности, как я ее называю, есть два ключевых аспекта.
Первый заключается в том, что в настоящее время мы имеем дело с огромным количеством эмерджентных систем и технологий. Нет ни одной области человеческой деятельности, которая сейчас не находилась бы на перепутье. У каждой из них есть множество вариантов будущего развития, представленных новыми открытиями, бизнес-моделями или изобретениями.
Второй аспект эмерджентности более странен и лучше описывает нашу историческую реальность. Эмерджентная система, как указано выше, — это система, в которой порядок рождается из хаоса. Это также система, мощь и структура которой создается сетевой организацией, а не определяется иерархией свыше. Отдельные компоненты любой эмерджентной системы работают на основе относительно простых правил, но когда они взаимодействуют друг с другом в массе, они могут развиться в комплексные адаптивные структуры.
Бесчисленные индивидуальные нейроны, которые соединяются в человеческом мозге, множество птиц в стае, отдельные муравьи в колонии и ряды электрических цепей внутри компьютера — все это примеры простых объектов, работающих вместе и создающих нечто большее, чем сумма частей.
В мире бизнеса эмерджентность объясняет, почему некоторые технологические стартапы внезапно получают сверхбольшие оценки рыночной стоимости и невероятно быстро расширяют свой функционал. Дело не в приложении или сайте, создающих ценность, но в коллективном поведении людей, которые их используют.
К концу 2016 года число пользователей Facebook выросло настолько, что его больше не считают просто социальной сетью. Благодаря более 2 миллиардам пользователей, компания по факту превратилась в политического организатора, крупный (хотя и весьма проблемный) источник информации, глобальную платформу дистрибуции видео, рынок товаров и даже рабочих мест.
Многофункциональность Facebook опирается на размеры этой сети. 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 и иногда полезным результатам.
Классический пример в природе — это муравейник. Как отмечал известный биолог Эдвард Осборн Уилсон, социальное поведение муравьев — самое сложное после людей. При этом эти социальные структуры возникают в результате простого поведения. Колония, в которой муравьи отслеживают и перерисовывают гормональные следы, оставленные другими особями в процессе своего перемещения, создает муравейники, вырабатывает эффективную форму использования всех имеющихся запасов пищи, учится защищать свои жилища и территорию, мигрировать и выживать в экстремальных условиях. Некоторые муравьи не подчиняются правилам, но когда популяция вырастает до определенных размеров, ее коллективный разум и мощь становятся приказной силой намного более высокого порядка. Если говорить о муравьях, то чем их больше, тем они умнее. Эмерджентный разум позволил им выживать, практически не изменяясь, в течение последних 90 миллионов лет.
Но вот что странно. Мы понимаем, как работают эмерджентные системы в природе, только потому, что сначала заметили, что похожие принципы делают умными наши компьютеры. Как пишет Стивен Джонсон в книге Emergence, открытие свойств эмерджентности произошло на стыке идей Алана Тьюринга, отца-основателя современных вычислений, и Ильи Пригожина, химика-первооткрывателя. Цифровые системы по структуре также являются эмерджентными системами.
Это означает, что поскольку мы перемещаем нашу информацию, деньги, товары и услуги через цифровые системы, у этих систем повышается вероятность проявления полезной эмерджентности.
Жители Европы и Северной Америки могут посчитать, что такая коллективная реорганизация вокруг потоков цифровой информации у них уже произошла. Но это ошибочное восприятие, вызванное высокой видимостью отраслей, которые первыми превратились в цифровые — музыки, финансов и журналистики.
В реальности цифровая трансформация только-только началась. По данным консалтингового агентства McKinsey, 82% предприятий США в полной мере не реализовали потенциал цифровых технологий. Некоторые из самых крупных наших отраслей (например, производство и здравоохранение) на самом деле являются наименее оцифрованными. Потенциал роста, стимулируемого цифровыми технологиями, в развивающихся странах еще больше.
Масштабы цифровых преобразований, которые нам только предстоит пережить, поражают воображение. По прогнозам, в ближайшие полтора года число пользователей сети Интернет вырастет от текущего показателя в 3,6 миллиардов до 5,8 миллиардов, причем большую часть этого прироста дадут мобильные устройства. Иными словами, 1/3 всего населения мира в ближайшие 18-24 месяца впервые выйдет в онлайн. Прибавьте к этому приблизительно 50 миллиардов машин, которые будут постоянно обмениваться друг с другом информацией по одной и той же сети к 2020 году.
Если говорить о бизнесе, среда, созданная в результате этого крупномасштабного сдвига, позволит самым ценным компаниям на неопределенное время возглавить реорганизацию существующих активов и опыта, выстроенных вокруг потока цифровой информации.
Два самых успешных стартапа Кремниевой долины, Uber (стоимость на момент написания статьи — 62 миллиарда долларов) и AirBnB (стоимость — 25 миллиардов долларов) — это именно такие компании. Ни одна из них на самом деле не производит активы, которые продает, но каждая из этих компаний создала новый поток информации, который позволил отдельным агентам (людям со смартфонами) по-новому реагировать на местонахождение этих активов в режиме реального времени. Взаимодействие пользователей в массе привело к возникновению новых типов поведения и новых рынков, основанных на этих типах.
Это похоже на то, как если бы у муравьев появился новый набор феромонных команд, или на то, как если бы клетки мозга выработали новый способ передачи сигналов. Эмерджентные системы чрезвычайно чувствительны к малейшим изменениям в первоначальных условиях работы. Перенастройка этих условий приведет к самопроизвольному появлению новых структур.
Если вы знаете, как будут выглядеть эти структуры, или, что еще лучше, сумеете создать и оформить прорывные силы, которые будут их определять, то получите бесценное стратегическое преимущество.
Если говорить о широко распространенных и более понятных активах вроде автомобилей и недвижимости, это преимущество будет у стартапов. Но для тяжелых и специализированных отраслей промышленности крайне важно владеть не только конкретными специализированными материальными активами, но и глубокими знаниями об их производстве и эксплуатации.
Ускорение и (пере)распределение
По данным Всемирного экономического форума, технический прогресс последних нескольких десятилетий вывел половину населения Земли из состояния нищеты.
Это крайне быстрая перемена, которую мы к тому же видим в режиме реального времени. У нее есть положительные результаты, но при этом она повышает уровень тревожности в обществе. Повышенная миграция людей и вызволение населения из-за черты бедности при помощи капитала также могут иметь непредсказуемые и малопонятные последствия вроде BREXIT и недавних результатов выборов в США. В причудливом сочетании мотивов отражаются положительные и отрицательные импульсы жизни в Эпоху эмерджентности.
С одной стороны, люди, очевидно, стремятся избавиться от правительственной бюрократии, которая по большей части не способна идти в ногу со временем. С другой стороны, налицо реакционное желание отделиться от быстро развивающейся глобальной экономики, которое зачастую также отделяет людей и от знакомых ценностей и институтов, даже если они этого не хотят или не осознают этого.
Мы уже проходили похожие периоды нестабильности, вызванные информационными стимулами, хотя и не в таких масштабах и не с такой скоростью, которые мы наблюдаем в последние два-три десятилетия. Внезапное возвращение интереса к античной литературе и ее переводы, а также связанный с ними мощный поток информации, поступавший из монастырей Европы, привели к наступлению эпохи Возрождения. В XIX веке мировая экономика спонтанным образом выстроилась вокруг новых потоков информации, порожденных широким распространением печатной литературы и возможностью передавать данные со скоростью движения пароходов и поездов, а также по телеграфу. Результатами этих процессов стали переход от монархии к демократии, который занял почти столетие, более широкое признание прав женщин и меньшинств, ликвидация глобальной работорговли и технологическая революция.
Интернет вещей (в терминологии GE — «промышленный интернет») — это печатный станок нашего поколения. Эта технология вплетает поток цифровой информации в материальный мир и обещает наделить этот материальный мир такими же адаптивными эмерджентными функциями, какие мы видим у муравьев, в нейронах и цифровых системах.
Некоторые считают, что растущая сложность подключенных машин — это зачатки угрозы, которая проявит себя в будущем. Я предпочитаю видеть здесь не угрозу, а возможности для обучения. Наша расширенная глобальная нервная система растет и развивается, и мы вырабатываем новые отношения с ней.
Как и в случае любых новых отношений, у нас есть выбор. Мы можем их развивать или затормозить этот процесс. Лучший выбор в этой ситуации — тот, который сможет освободить нас от каторжного труда и нищеты в будущем — это развиваться, двигаться вперед, внедрять инновации с опорой на цифровые системы и исследовать незнакомые ранее области. Эта перспектива может внушать опасения, но она обладает огромным потенциалом.