PedF, katedra geografie 1 Ze2BP_KOS6 Systémová teorie a její uplatnění v geografii PedF, katedra geografie 2 Obsah přednášky Obecná teorie systémů Systém – vymezení a základní atributy systému Druhy a typy systémů Model Definice a základní vymezení Typy modelů Systémová věda Systémová věda v geografii Geosystémy v geografii PedF, katedra geografie 3 Obecná teorie systémů Systém = složitý reálný nebo abstraktní objekt, v němž rozlišujeme části, vztahy mezi nimi, vlastnosti. Vůči okolí vystupuje systém jako celek. Části systému jsou ve vzájemné interakci a interagují i se systémem jako celkem. Označujeme je jako prvky systému a vztahy mezi nimi nazýváme vazbami systému. Prvky jsou nositeli vlastnosti systému. „Systém je komplex prvků nacházejících se ve vzájemné interakci.“ Systém a jeho vymezení PedF, katedra geografie 4 Systém Subsystém Prvky Systém a jeho vymezení PedF, katedra geografie 5 Hraniční prvky Hraniční prvky Hraniční prvky Hraniční prvky Systém a jeho vymezení Okolím systému rozumíme účelově definovanou množinu prvků, které nepatří do systému, ale vykazují k němu nějaké vazby, obvykle přes hraniční prvky. Hraničním prvkem nazýváme takový prvek systému, který má alespoň jednu vazbu s prvkem, který do systému nepatří. Změna v libovolném prvku okolí může vyvolat změnu stavu systému. Jsou-li účinky okolí na systém velmi malé, zanedbatelné, popř. žádné, hovoříme o izolovaném systému. PedF, katedra geografie 6 Systém a jeho vymezení Vstupem systému míníme množinu vazeb a proměnných, jejichž prostřednictvím je systém ovlivňován, resp. jejichž prostřednictvím působí okolí na systém. Výstupem systému rozumíme množinu vazeb a proměnných, jejichž prostřednictvím systém ovlivňuje okolí. Organizací systému označujeme způsob místního, časového a funkčního uspořádání struktury systému. Účelem organizace systému je umožnit systému realizaci předem definovaného chování. Organizace systému je tak charakterizována nejen strukturou, ale i obsahem, komunikací a rozhodovacím procesem. PedF, katedra geografie 7 Pojem systém je obvykle abstrakce. V praxi se ovšem často užívá termín systém i k označení určitého reálného objektu. Systém, který je vytvářen nebo používán jako představitel objektu, často nazýváme model. Zkoumáme dvě základní vlastnosti: strukturu a chování. Strukturou systému nazýváme množinu prvků systému a jejich vzájemných vazeb. Chováním pak rozumíme způsob reagování systému na vstupní podněty (s případnou změnou stavu). Systém a jeho vymezení PedF, katedra geografie 8 Vazby systému PedF, katedra geografie 9 Struktura systému Rozměry, které jsou určeny počtem prvků v systému. Vztahy mezi prvky (síla, znak, citlivost, pravděpodobnost). Úroveň – různé úrovně vazeb. Povrch systému – vnitřní a vnější. Příčinnost – závislost na ostatních prvcích. PedF, katedra geografie 10 Stav systému Stav systému je množina podmínek, resp. vlastností, které lze v systému v daném časovém okamžiku rozpoznat a jež spolu se znalostí vstupů systému postačující informací pro určení výstupu systému. Systém s cílovým chováním je systém, který se chová tak, aby svými reakcemi na podněty směřoval k dosažení daného cíle (žádoucího stavu, struktury nebo chování). PedF, katedra geografie 11 Vazba systému je způsob vzájemného spojení (vztahu) mezi prvky systému a prvky jeho okolí, je-li systém otevřený. Vazby se dělí podle různých hledisek, např.: podle obsahu na hmotné, nehmotné, informační, atd. podle formy na přímé, jednoduché, sériové, paralelní, zpětné, atd. podle charakteru na určité (determinované), neurčité (stochastické) apod. Vazby systému (synergie) PedF, katedra geografie 12 Vnější vazba systému je způsob spojení mezi hraničními prvky systému a prvky jeho okolí. Vnitřní vazba systému je způsob vzájemného spojení mezi prvky systému. Vazby (synergie) systému PedF, katedra geografie 13 PedF, katedra geografie 14 Typy systémů Systémy Z hlediska zdůraznění některých vlastností systémů, používáme někdy toto dělení: složitý systém, systém obsahující velký počet vazeb, velký systém, systém obsahující mnoho prvků, špatně průhledný systém, obsahuje mnoho prvků i vazeb, přičemž cesty, které posloupnosti těchto vazeb vytvářejí, jsou spletité (špatně se v nich orientuje), černá skříňka (black box), systém jehož strukturu neznáme, nebo ji z různých důvodů zanedbáváme. PedF, katedra geografie 15 Systémy Reálné (přirozené) systémy = systémy definované na konkrétních reálných objektech. Je to odraz daného objektu, který si daný subjekt vytváří v průběhu zkoumání tohoto objektu. Jde o účelově zjednodušený obraz daného objektu, který vyjadřuje hledisko, jež zaujímá daný subjekt. Izolovaný systém = hranice jsou uzavřeny pro import a export hmoty. Uzavřený systém je systém, pro který není definováno okolí, brání exportu a importu hmoty, nikoli však energie. Otevřený systém je takový, který má okolí definované, tj. alespoň jeden vstup nebo výstup (výměna hmoty a energie). Statické systémy = nemění se v čase. PedF, katedra geografie 16 Dynamické systémy Dynamické systémy = abstraktní matematické objekty, které užíváme pro studium dynamických vztahů. Dělíme je na: Deterministické (existuje pevně daná závislost mezi vstupy a výstupy) Stochastické (závislost mezi vstupy a výstupy je dána jen pravděpodobností) Nedeterminované (není daná jasná jednoznačná závislost mezi vstupy a výstupy nebo neznáme pravděpodobnosti) Adaptivní (modelování procesů učením se ze zkušeností) PedF, katedra geografie 17 Systémy Společenský systém: prvky-sociální skupiny, společenské třídy,….. Ekonomický systém: prvky-finanční prostředky, stavy zásob,….. Technický systém: prvky-zařízení, stroje, součásti,….. Biotický systém: prvky bioty, fauna a flóra Sociekonomický systém Aj. PedF, katedra geografie 18 PedF, katedra geografie 19 Model, modelování Originál - vzor Model Model Účelově zjednodušené zobrazení nějakého reálného nebo abstraktního objektu. Může jím být abstraktní objekt (abstraktní model) i materiální objekt (materiální, schematický jont). Pokud předpokládáme, že objektem mohou být libovolné reálné entity, matematické či logické výrazy, soustavy znaků apod., můžeme model definovat jako objekt, který vždy chápeme v souvislosti s jiným objektem, který je vzhledem k modelu označován jako originál. PedF, katedra geografie 20 Podle zobrazovacích vlastností originálu jsou modely děleny na: substanciální, strukturní, funkční a smíšené. Podle povahy zobrazující funkce je dělíme na: materiální a ideální, schematické a symbolické, stochastické a deterministické apod. Typy modelů PedF, katedra geografie 21 Mentální modely – jsou individuální (podvědomé) produkty mysli (představy). Primární (rozhodující) jsou mentální modely, které jsou ovlivněny sdíleným paradigmatem či světonázorem či kulturou. Objektový model - popisuje strukturu objektů v systému pomocí jejich identity, atributů a to za pomocí jejich operací a vztahů k objektům. Typy modelů PedF, katedra geografie 22 Cílem konstrukce objektového modelu je zachytit ty koncepty skutečného světa, které jsou vzhledem k zamýšlené aplikaci. Třída vyjadřuje skupinu objektů s podobnými vlastnostmi (atributy), společným chováním (operacemi), společnými znaky k ostatním objektům. Atribut je vlastnost objektu v dané třídě, která je vyjádřena nějakým statickým údajem (jméno, věk, název předmětu…..). Každý atribut je jedinečný a je určen typem a hodnotou ! Objektový model PedF, katedra geografie 23 Objektový model PedF, katedra geografie 24 V souladu s obecnou definicí systému lze říci, že informační systém je dynamický systém, jehož vazby tvoří informace a prvky systému jsou místa transformací těchto informací. Informační systémy PedF, katedra geografie 25 PedF, katedra geografie 26 Systémová věda Systémy a jejich komplexita 1. Morfologický systém: sestává se ze sítě strukturních vztahů mezi částmi systému. 2. Kaskádový systém: řetěz subsystémů, které jsou spojeny kaskádou hmoty nebo energie. 3. Systém pochodu a odezvy: spojení nejméně jednoho morfologického a kaskádového systému. 4. Kontrolovaný systém: systém pochodu a odezvy, ve kterém jsou klíčové složky kontrolovány nějakou inteligencí. 5. Sebezáchovný systém – reprezentuje nejnižší organismy, např. buňky. PedF, katedra geografie 27 Systémy a jejich komplexita 6. Rostlinný systém – systém živé kultury. 7. Živočišný systém – systém vyšší organizace živé struktury. 8. Ekosystém – systém tvoření organismy a jejich okolím. 9. Člověk a jeho biologický systém. 10.Sociální systém – složky a procesy sociálních jevů. 11.Socioekonomický systém – spojení sociálních systémů s ekosystémem. PedF, katedra geografie 28 Systémovým přístupem chápeme takový způsob myšlení, řešení nějakého problému či způsob jednání, který se vyznačuje komplexním pohledem na problém či jev, a to jak z hlediska vnitřních, tak i vnějších souvislostí. Systémový přístup je tedy metoda k řešení problémů obecné povahy. Představuje proces postupného zkoumání objektivní reality v celé její složitosti a komplexnosti. Přitom se řeší i otázky teoretické, jako: problémy formálního vyjadřování, aplikace teoretických poznatků v praxi apod. Systémový přístup PedF, katedra geografie 29 Systémová věda je vědní obor zabývající se systémy. Systémovou vědu dělíme na systémové teorie a systémové aplikace. Základem studia systémů je představa o celistvosti (funkční, prostorová, energetická, genetická aj.). Systémová věda PedF, katedra geografie 30 Systémová věda Systémové teorie Systémové aplikace Kybernetika Teorie systémů Systémová analýza Systémové inženýrství Operační analýza a jiné Systémové programování PedF, katedra geografie 31 Systémová věda v geografii studuje tzv. geosystémy. Geografie se zabývá systémy, které se nacházejí na svrchní vrstvě pevného tělesa naší planety a v dolní části atmosféry. Geosystémy představují specifickou formu existence hmoty. Systémová věda v geografii PedF, katedra geografie 32 Přírodní geosystémy (abiotické, biotické). Produkční geosystémy (např. monokultury). Kontrolované geosystémy (přírodní geosystémy kontrolované člověkem – např. přírodní rezervace, národní parky). Socioekonomické geosystémy – geosystémy vytvořené člověkem (např. sídla, dopravní sítě). Geosystémy PedF, katedra geografie 33 PedF, katedra geografie 34 Planetární geosystémy (krajinná sféra – fyzicko a sociogeograf.). Regionální geosystémy (genomy, např. šířková pásma a výškové stupně). Chorologické geosystémy (geografické krajiny – tvoří celek). Topologické geosystémy (ekosystémy – teritoriální systémy nejnižší hiearchické úrovně v krajinné sféře) Navzájem se prolínají a doplňují! Geosystémy – dle měřítka PedF, katedra geografie 35 PedF, katedra geografie 36 Vyvíjí se v čase, provází je změny struktury (evoluční vývoj) => dynamika geosystémů. a) Dlouhodobé geosystémy (stabilní, např. reliéf) b) Relativně dlouhodobé (např. biota) c) Sukcesivní geosystémy (rychle mění druh druha – socioekonomické systémy) Geosystémy PedF, katedra geografie 37 2 základní modely, ve kterých se jeví různé přístupy k definování struktury geosystémů: a) Odvětvový (monotematický, monosystémový) – - u přírodních geosystémů složky přírody (lito-, atmo-, hydro-, kryo-, pedo-, biosféra, aj.), - u socioekonomických geosystémů člověk a jeho výtvory. b) Teritoriální (polysystémový) – jako prvky systému vystupují geosystémy nižšího řádu. + vnitřní a vnější obraz geosystému. Současná geografie PedF, katedra geografie 38 Při analýze systému je nejprve nutné systém zobrazit a popsat náležitým způsobem tak, aby mohl být myšlenkově zvládnut. Dalším úkolem analytika je vytvořit model, který je pak předmětem dalšího zkoumání. K vlastní analýze objektu je možno přistupovat různě, tj. k požadovanému výsledku se lze dostat různými cestami. Používáme tři úrovně analýzy subsystémů: a) Analýza bílé skříňky – známe veškeré složky, strukturu atd. b) Analýza šedé skříňky – sudovány jen omezené strukturní a funkční rysy. c) Analýza černé skříňky – analýza bez znalosti vnitřní struktury. Metody a analýzy geosystému PedF, katedra geografie 39 PedF, katedra geografie 40 Přeji hezký zbytek dne! PedF, katedra geografie 41