Formalizace modelů systémů

Formalizace modelů systémů — je proces přísného popisu struktury, vlastností, cílů a chování systémů pomocí prostředků formálních jazyků: matematických, logických, grafických a dalších. Formalizace je nezbytná pro uspořádané znázornění složitých objektů, provádění analýzy, prognózování a budování řídicích systémů.

Obecná charakteristika

Formalizace zajišťuje:

• uspořádání popisu prvků, vazeb a cílů systému;
• jednoznačnost interpretace modelu;
• možnost reprodukovatelné analýzy a simulace fungování;
• odhalení skrytých zákonitostí interakce komponent a prostředí.

V systémové analýze hraje formalizace modelů ústřední roli v procesu přechodu od kvalitativního porozumění systému k jeho přísné analýze a řízení.

Etapy formalizace

Proces formalizace zahrnuje:

• Určení cílů modelování;
• Vymezení prvků a vazeb s ohledem na aspekty fungování a rozvoje;
• Strukturování cílů a funkcí, odrážejících vnitřní organizaci systému;
• Výběr formálního jazyka (matematika, logika, teorie množin, grafy aj.);
• Sestavení formalizovaného popisu interakcí uvnitř systému a mezi systémem a prostředím.

Formalizovaný model zachycuje podstatné aspekty objektu, přičemž odráží jak vnitřní strukturu, tak interakci s okolím.

Prostředky formalizace

Formalizace modelů se provádí pomocí:

• matematických rovnic a nerovností;
• Booleovy logiky a logických schémat;
• grafů a síťových modelů;
• stavových automatů a algoritmických popisů;
• topologických a teoriomnožinových reprezentací.

Volba prostředku závisí na povaze objektu, složitosti vzájemných vazeb a cíli výzkumu.

Zvláštnosti formalizace různých typů systémů

Formalizace závisí na míře organizovanosti systému:

• Dobře organizované systémy — připouštějí deterministický popis pomocí přísných matematických modelů.
• Špatně organizované systémy — vyžadují použití statistických metod a stochastického modelování.
• Samoorganizující se systémy — jsou popisovány adaptivními a dynamickými modely, které zohledňují stochastiku a rozvoj struktury.

Zohlednění charakteru organizace systému je kriticky důležité pro volbu adekvátní formy formalizace.

Omezení formalizace

• Potenciální ztráta části skutečných vlastností systému při zjednodušení modelu.
• Omezená použitelnost modelu mimo podmínky, za nichž byl sestaven.
• Nutnost rovnováhy mezi složitostí modelu a praktickou použitelností.

Formalizace by měla usilovat o dosažení dostatečné přesnosti bez zbytečné složitosti.

Význam formalizace

Formalizace je základem:

• sestavování analytických a numerických modelů;
• vývoje metod řízení;
• provádění systémových prognóz;
• modelování procesů rozhodování;
• hodnocení stability a rozvoje systémů.

Souvislost s dalšími pojmy

• Systém
• Model
• Model systému
• Modelování
• Proces modelování
• Prostředí systému
• Chování systému