系统论是研究系统的一般模式,结构和规律的学问,它研究各种系统的共同特征,用数学方法定量地描述其功能,寻求并确立适用于一切系统的原理、原则和数学模型,是具有逻辑和数学性质的一门新兴的科学。系统论的基本思想方法,就是把所研究和处理的对象,当作一个系统,分析系统的结构和功能,研究系统、要素、环境三者的相互关系和变动的规律性,并优化系统观点看问题,世界上任何事物都可以看成是一个系统,系统是普遍存在的。大至渺茫的宇宙,小至微观的原子,一粒种子、一群蜜蜂、一台机器、一个工厂、一个学会团体、……都是系统,整个世界就是系统的集合。
一、系统的一般模式
一个运行良好的系统是具有适应力,自组织和层次性的特征,它能够在外界的有限冲击下自我调整和修正,精妙而和谐的运行,这就是系统之美。首先要明确定义系统的功能目标,然后确定系统的构成要素和连接方式,构造反馈回路,让系统能在外界冲击下自我调整和修正。
系统的输入、转换处理、输出构成了系统的一般模式。这是系统分析的模式,也是认识系统的模式,如下图所示。
评估一个系统,主要看输入,输出还有功能。比如说学校这个系统,他的输入就是学生,经过学校这个功能之后,变成了拥有更多知识的学生。如果一个学校能够帮助学生更好的获得知识、提高能力,那么这个系统就是一个更好的系统。理解系统有一个非常重要的概念就是反馈回路,所以反馈回路就是系统的输出会反过来影响系统的输入。反馈回路分正反馈回路和负反馈回路,正反馈回路,可以简单理解为一个放大器,复利就是一种典型的正反馈回路;负反馈回路,可以简单理解为一个调节回路,让系统处在一个均衡的状态。比如说税收系统就有点负反馈回路的意思,对于越富有的人会征收更多的税收,以保持相对的平衡。一个系统中经常可能会有很多个正反馈回路和很多个负反馈回路。要解决这种复杂的问题,就需要找到其中最关键的回路。可以起到牵一发而动全身的效果。
物流系统模式
1.1数学模型的系统模式
一般来说,模型的最基本构成要素由三部分组成,即结果变量、决策变量和不可控变量。结果变量反映了系统达成目标的有效性程度,它依赖于决策变量的取值;决策变量描述了决策问题中可以作出选择的要素;不可控变量是指系统环境中对决策有重要影响但不可控的因素,如下图所示。
模型的基本构成要素是由数学关系式联系在一起,就形成数学模型。管理中遇到的问题不同,模型的具体表现形式也不尽相同,可能要应用各种各样的数学理论和方法,必要时还要创造新的数学理论和方法。但要注意的是在保证精度的条件下尽量用简单的数学方法是建模时要遵循的一个原则,要求建模者对所有数学学科都精通是做不到的,但做到了解这些学科能解决哪一类问题和大体上怎样解决的方法对开阔思路是很有帮助的。此外,根据不同对象的一些相似性,借用某些学科中的数学模型,也是模型构成中常使用的方法。
1.2 数学规划模型的系统模式
线性规划模型中的数学关系式有两种类型,即目标函数与约束条件,这里以一个企业的生产计划问题为例,该企业拥有一些资源 来生产两类产品,市场价格和企业拥有的资源,追求收入最大化是企业的目标。
企业生产的外部环境就是市场,它从市场中获取生产原料,并将产品送到市场中销售,市场价格是企业不能控制的,企业想抬高产品价格就会导致产品卖不出去,所以市场价格是企业的不可控因素;企业在生产时拥有的资源也是不可改变的,如生产线的设计产能是企业不能控制的,短时期内想提高其生产数量也是不可能的,因为生产线安装与调试都需要一定的时间,如下图所示。
1.3 计算机输入输出系统模式
I/O设备种类繁多,功能和传输速率差异巨大,需要多种方法来进行设备控制。这些方法共同组成了操作系统内核的I/O子系统,它讲内核的其他方面从繁重的I/O设备管理中解放出来。I/O核心子系统提供的服务主要有I/O调度(完成用户提出的I/O请求,提高I/O速率,改善I/O设备的利用率)(基本任务)、(缓冲与高速缓存、设备分配与回收、假脱机、设备保护)(设备管理的主要功能:还有保证设备的独立性等)和差错处理等。CPU和主存通过总线与适配器/接口部件连接,然后连接输入设备控制器、输出设备控制器、外存设备控制器、通信控制器(数据通信设备)、过程控制器(过程控制I/O设备)等多种控制器部件。
1.4 结构化程序设计系统模式
66年被证明:任何单入口单出口的程序都可由“顺序”、“选择”和“循环”三种基本结构实现。即如果一个程序的代码块仅有顺序、选择和循环这3个基本控制结构进行连接,并且只有一个入口和出口,则称这个程序是结构化的。
结构化程序设计的工具是程序流程图(不易表示数据结构),程序流程图又称程序框图,是用统一规定的标准符号描述程序运行具体步骤的图形表示。 程序框图的设计是在处理流程图的基础上,通过对输入输出数据和处理过程的详细分析,将计算机的主要运行步骤和内容标识出来。
结构化程序设计(structured programming)是进行以模块功能和处理过程设计为主的详细设计的基本原则。结构化程序设计是过程式程序设计的一个子集,它对写入的程序使用逻辑结构,使得理解和修改更有效更容易。结构化程序设计采用自顶向下、逐步求精的设计方法,各个模块通过“顺序、选择、循环”的控制结构进行连接,并且只有一个入口、一个出口。
结构化程序设计的原则可表示为:程序=(算法)+(数据结构)。算法是一个独立的整体,数据结构(包含数据类型与数据)也是一个独立的整体。两者分开设计,以算法(函数或过程)为主。随着计算机技术的发展,软件工程师越来越注重于系统整体关系的表述,于是出现了数据模型技术(把数据结构与算法看做一个独立功能模块),这便是面向对象程序设计的雏形。
结构化程序的三种基本结构:顺序结构、选择结构和循环结构。
(1)顺序结构:顺序结构表示程序中的各操作是按照它们出现的先后顺序执行的。这种结构的特点是:程序从入口点a开始,按顺序执行所有操作,直到出口点b处,所以称为顺序结构。
(2)选择结构:选择结构表示程序的处理步骤出现了分支,它需要根据某一特定的条件选择其中的一个分支执行。选择结构有单选择、双选择和多选择三种形式。
(3)循环结构:循环结构表示程序反复执行某个或某些操作,直到某条件为假(或为真)时才可终止循环。在循环结构中最主要的是:什么情况下执行循环?哪些操作需要循环执行?循环结构的基本形式有两种:当型循环和直到型循环。
结构化程序中的任意基本结构都具有唯一入口和唯一出口,并且程序不会出现死循环。在程序的静态形式与动态执行流程之间具有良好的对应关系。
总结
系统的一般模式具有普范的作用,数学函数、数学模型、计算机语言都是同样的系统模式,所以可用来进行系统建模和仿真。常用的数据处理语言C和R都是将数据输入或加载到R工作空间中,执行某种处理功能,完后将处理结果数据输出,是使用这些数据处理语言的统一模式。由于R语言支持读取众多格式的数据文件,excel文件,csv文件,txt文件和数据库(MYSQL数据库)等;其中,excel和csv是我们最常遇到的数据文件格式,兼容性很高,是数据处理软件的佼佼者。
参考文献
1.实现各种常用的数据输入与输出
2.结构化程序设计(structured programming)