系統(tǒng)工程課件_第二章

1、第二章系統(tǒng)工程理論第二章系統(tǒng)工程理論第一節(jié)系統(tǒng)科學的學科體系第一節(jié)系統(tǒng)科學的學科體系第二節(jié)系統(tǒng)工程理論基礎第二節(jié)系統(tǒng)工程理論基礎第三節(jié)系統(tǒng)工程理論新發(fā)展第三節(jié)系統(tǒng)工程理論新發(fā)展第一節(jié)系統(tǒng)科學的學科體系第一節(jié)系統(tǒng)科學的學科體系一、控制論一、控制論Return錢學森提出了一個清晰的現(xiàn)代科學技術的錢學森提出了一個清晰的現(xiàn)代科學技術的體系結構，認為從應用實踐到基礎理論，現(xiàn)代體系結構，認為從應用實踐到基礎理論，現(xiàn)代科學技術可以分為四個層次：科學技術可以分為四個層次： 自然科學自然科學數(shù)數(shù) 學學社會科學社會科學Return信息論信息論各門系各門系統(tǒng)工程統(tǒng)工程自動化自動化技技 術術 通通 信信技技 術術巨系

2、統(tǒng)巨系統(tǒng)理論理論控制論控制論運籌學運籌學Return系統(tǒng)工程在系統(tǒng)工程在自然科學自然科學與與社會科學社會科學之間架設之間架設了一座溝通橋梁?，F(xiàn)代數(shù)學方法和計算機技術，了一座溝通橋梁?，F(xiàn)代數(shù)學方法和計算機技術，通過系統(tǒng)工程，為社會科學研究增加了極為有通過系統(tǒng)工程，為社會科學研究增加了極為有用的用的定量方法定量方法、模型方法模型方法、模擬實驗模擬實驗方法和方法和優(yōu)優(yōu)化方法化方法。系統(tǒng)工程為從事自然科學的工程技術人員系統(tǒng)工程為從事自然科學的工程技術人員和從事社會科學的研究人員的和從事社會科學的研究人員的相互合作相互合作開辟了開辟了廣闊的廣闊的道路道路。Return系統(tǒng)工程理論基礎及工具的框架系統(tǒng)工程

3、理論基礎及工具的框架耗散結構理論耗散結構理論 控制論控制論信息論信息論協(xié)同學協(xié)同學 突變論突變論 （理論基礎）發(fā)展一般系統(tǒng)論一般系統(tǒng)論運籌學運籌學線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、排隊論、存儲論、對策論、圖論。概率論、數(shù)理統(tǒng)計概率論、數(shù)理統(tǒng)計高等代數(shù)高等代數(shù)模糊數(shù)學模糊數(shù)學集合論集合論數(shù)理邏輯數(shù)理邏輯計算機科學計算機科學模擬技術模擬技術工程技術工程技術經(jīng)濟學經(jīng)濟學心理學心理學哲學哲學社會科學社會科學系統(tǒng)工程理論基礎及工具的框架系統(tǒng)工程理論基礎及工具的框架Return一、控制論一、控制論（一）控制論的產生與發(fā)展（一）控制論的產生與發(fā)展1947年由美國人維納創(chuàng)立的控制論是一年由美國人維納創(chuàng)立的控制論是一門研究系

4、統(tǒng)的控制的學科。門研究系統(tǒng)的控制的學科。 控制的過程也可以說是信息運動的過程。無論控制的過程也可以說是信息運動的過程。無論是機器還是生物，在構成控制系統(tǒng)的前提下，是機器還是生物，在構成控制系統(tǒng)的前提下，都存在著對信息進行接收、存取和加工的過程。都存在著對信息進行接收、存取和加工的過程。 控制論是以研究各種系統(tǒng)共同存在的控制論是以研究各種系統(tǒng)共同存在的為對象的一門科學。為對象的一門科學。” Return控制論的發(fā)展已大致經(jīng)歷了三個時期控制論的發(fā)展已大致經(jīng)歷了三個時期 ：從從40年代末到年代末到50年代是第一個時期，即年代是第一個時期，即時期時期第二個時期為第二個時期為60年代，即年代，即時期時期

5、 進入進入70年代以后，是年代以后，是時時期。期?！癛eturn（二）（二） 控制論的基本概念控制論的基本概念、控制系統(tǒng)的構成、控制系統(tǒng)的構成 輸入 控制 輸出反饋施控器受控器檢測器比較器環(huán) 境Return、系統(tǒng)的穩(wěn)定性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性系統(tǒng)處于環(huán)境之中，受到內、外部的干擾（即把系統(tǒng)從一種狀態(tài)變遷到另一種狀態(tài)的作用），要保證系統(tǒng)確定的性質和功能，就必須具有抗干擾的穩(wěn)定性。 也就是說任意給定一個，必存在一個使得時（為系統(tǒng)的起始狀態(tài)，為平穩(wěn)狀態(tài)）；當系統(tǒng)所受到干擾偏離正常的狀態(tài)時，在干擾消失后能自動恢復其正常狀態(tài)時，也就是說任意給定一個，必存在一個，當（系統(tǒng)恢復正常的時間），使得； 00 exx00

6、xex00恢tt 恢t exx0Return3. 系統(tǒng)的穩(wěn)定機制及控制方式系統(tǒng)的穩(wěn)定機制及控制方式反饋有兩類：與。如果輸出反饋回來放大了輸入變化導致的偏差，這就是正反饋；正反饋的作用是用來放大某種作用或效應；使有直接關聯(lián)的系統(tǒng)相互促進，協(xié)調發(fā)展。如果輸出量反饋回來弱化了輸入變化導致的偏差，這就是負反饋。 Return、系統(tǒng)的結構、系統(tǒng)的結構（1整個宇宙可以看整個宇宙可以看成一個系統(tǒng)，這個系統(tǒng)也有結構，它按自然發(fā)展規(guī)成一個系統(tǒng)，這個系統(tǒng)也有結構，它按自然發(fā)展規(guī)律形成等級秩序，這就是結構的層次性。律形成等級秩序，這就是結構的層次性。（2）較高層次具有較高的復雜性。較高層次具有較高的復雜性。系統(tǒng)與要

7、素是相對于系統(tǒng)的等級和層次而言的。一系統(tǒng)與要素是相對于系統(tǒng)的等級和層次而言的。一般說來，高一級的結構層次對低一級的結構層次有般說來，高一級的結構層次對低一級的結構層次有著制約性，而低一級結構又是高一級結構的基礎，著制約性，而低一級結構又是高一級結構的基礎，低一級結構層次反作用于高一級結構層次，它們之低一級結構層次反作用于高一級結構層次，它們之間的關系是辨證的。間的關系是辨證的。Return層次可以層次可以按照系統(tǒng)中各要素聯(lián)系的方式、系統(tǒng)運動規(guī)律按照系統(tǒng)中各要素聯(lián)系的方式、系統(tǒng)運動規(guī)律的類似性、人類認識尺度的大小、能量變化的的類似性、人類認識尺度的大小、能量變化的范圍和功能特點來劃分，不當?shù)膶哟?/p>

8、劃分會影范圍和功能特點來劃分，不當?shù)膶哟蝿澐謺绊懭藗儗陀^系統(tǒng)的正確認識。響人們對客觀系統(tǒng)的正確認識。（4）系統(tǒng)之所以能夠保持它系統(tǒng)之所以能夠保持它的有序性，就在于其各要素之間有著穩(wěn)定的聯(lián)的有序性，就在于其各要素之間有著穩(wěn)定的聯(lián)系。結構的穩(wěn)定性是指結構總是趨于保持某一系。結構的穩(wěn)定性是指結構總是趨于保持某一狀態(tài)，具有抗干擾力。狀態(tài)，具有抗干擾力。Return系統(tǒng)總要與外界進行系統(tǒng)總要與外界進行物質、能量和信息的交換，并在交換過程中使自身發(fā)物質、能量和信息的交換，并在交換過程中使自身發(fā)展變化，由量變到達質變，這就是結構的開放性和動展變化，由量變到達質變，這就是結構的開放性和動態(tài)性，這是絕對的，

9、不存在絕對的封閉系統(tǒng)。系統(tǒng)各態(tài)性，這是絕對的，不存在絕對的封閉系統(tǒng)。系統(tǒng)各層次之間以及每個層次內部要素之間也都存在著物質、層次之間以及每個層次內部要素之間也都存在著物質、能量或（和）信息的聯(lián)系。能量或（和）信息的聯(lián)系。不同結構為不同物；結不同結構為不同物；結。如石墨與金剛石同由碳原子組成，但由于結構不同，如石墨與金剛石同由碳原子組成，但由于結構不同，它們的性質便迥然不同。它們的性質便迥然不同。 Return、系統(tǒng)的能控性、能觀性、系統(tǒng)的能控性、能觀性系統(tǒng)具有能控性系統(tǒng)具有能控性: 系統(tǒng)能通過控制函數(shù)系統(tǒng)能通過控制函數(shù)（輸入）在有限時間內（輸入）在有限時間內將系統(tǒng)由初態(tài)將系統(tǒng)由初態(tài)XR轉移到轉移

10、到狀態(tài)空間原點。狀態(tài)空間原點。系統(tǒng)具有能達性系統(tǒng)具有能達性: 系統(tǒng)初始時刻位于系統(tǒng)初始時刻位于狀態(tài)空間原點，如果系狀態(tài)空間原點，如果系統(tǒng)能通過控制函數(shù)（輸統(tǒng)能通過控制函數(shù)（輸入）在有限時間內將系入）在有限時間內將系統(tǒng)由初態(tài)轉移到狀態(tài)空統(tǒng)由初態(tài)轉移到狀態(tài)空間任意一點。間任意一點。狀態(tài)狀態(tài)初始初始設定點設定點原點原點Return 假定系統(tǒng)初始狀態(tài)為假定系統(tǒng)初始狀態(tài)為X(t0)，若依據(jù)有限時，若依據(jù)有限時間區(qū)間間區(qū)間J內所測得的輸出和外加的輸入能夠確內所測得的輸出和外加的輸入能夠確定出系統(tǒng)的初態(tài)定出系統(tǒng)的初態(tài)X(t0)，如果，如果J是是t0開始以后的開始以后的區(qū)間，稱該系統(tǒng)在區(qū)間，稱該系統(tǒng)在t0時刻

11、具有能觀性；若時刻具有能觀性；若J是是t0以前到以前到t0的區(qū)間，則該系統(tǒng)在的區(qū)間，則該系統(tǒng)在t0時刻具有能構時刻具有能構性。性。t0X(t0)X(tJ)tJX(tJ)tJReturn6、閉環(huán)控制系統(tǒng)的動態(tài)過程、閉環(huán)控制系統(tǒng)的動態(tài)過程的目標固定，其輸入的目標值是給的目標固定，其輸入的目標值是給定的。當干擾存在時，系統(tǒng)能自動地使輸出定的。當干擾存在時，系統(tǒng)能自動地使輸出保持在給定值上下的容許范圍內。保持在給定值上下的容許范圍內。的目標是運動變化的，其輸入的目標值的目標是運動變化的，其輸入的目標值是隨時間變化的，其輸出能以一定精度跟隨是隨時間變化的，其輸出能以一定精度跟隨輸入的變化而變化。如導彈的

12、自動尋的系統(tǒng)輸入的變化而變化。如導彈的自動尋的系統(tǒng)就是這類系統(tǒng)。就是這類系統(tǒng)。Return初始狀態(tài)初始狀態(tài)SetPointOInputReturn（二）（二） 控制論對系統(tǒng)工程方法論的啟示控制論對系統(tǒng)工程方法論的啟示1、黑箱、黑箱灰箱灰箱白箱法白箱法控制論創(chuàng)始人維納控制論創(chuàng)始人維納模型在科學中的作用模型在科學中的作用：若干可選擇的結構被密封在若干可選擇的結構被密封在“閉盒閉盒”中，中，研究它們的唯一途徑是利用閉盒的輸入和輸出。研究它們的唯一途徑是利用閉盒的輸入和輸出。這里的閉盒就是黑箱。這里的閉盒就是黑箱。黑箱是指人們一時無需或無法直接觀測其黑箱是指人們一時無需或無法直接觀測其內部結構，只能從

13、外部的輸入和輸出去認識的內部結構，只能從外部的輸入和輸出去認識的現(xiàn)實系統(tǒng)?，F(xiàn)實系統(tǒng)。白箱則指系統(tǒng)內部的構成都是十分清楚的白箱則指系統(tǒng)內部的構成都是十分清楚的系統(tǒng)，介于兩者之間的系統(tǒng)稱為灰箱。系統(tǒng)，介于兩者之間的系統(tǒng)稱為灰箱。 Return黑箱方法：黑箱方法：采用不打開系統(tǒng)采用不打開系統(tǒng)“活體活體”，僅，僅從系統(tǒng)的整體聯(lián)系出發(fā)，通過系統(tǒng)的輸入和輸從系統(tǒng)的整體聯(lián)系出發(fā)，通過系統(tǒng)的輸入和輸出關系的研究，去認識和把握系統(tǒng)的功能特性，出關系的研究，去認識和把握系統(tǒng)的功能特性，探索其結構和機理的研究方法。探索其結構和機理的研究方法。打開黑箱，打開黑箱，在任何場合也只是打開其中的在任何場合也只是打開其中的某

14、一層次。事物本質的層次性，決定了事物的某一層次。事物本質的層次性，決定了事物的黑箱總是一層套一層，永遠不會完結。黑箱總是一層套一層，永遠不會完結。（人類認識的不同階段）。（人類認識的不同階段）?；蚁涞姆椒ǎ夯蚁涞姆椒ǎ簩ο到y(tǒng)有部分的認識，但不對系統(tǒng)有部分的認識，但不夠完全，利用灰箱方法可以比黑箱的方法更容夠完全，利用灰箱方法可以比黑箱的方法更容易解決問題。易解決問題。 Return、功能模擬功能模擬法：以功能和行為的相似性為基礎，法：以功能和行為的相似性為基礎，用模型模仿原型的功能和行為的一種方法。用模型模仿原型的功能和行為的一種方法。 特點：特點：功能模擬以功能和行為相似性為基礎，而不功能模

15、擬以功能和行為相似性為基礎，而不是模擬事物的外形、結構，所模擬的是一切是模擬事物的外形、結構，所模擬的是一切具有通訊和控制功能系統(tǒng)的合乎目的性的行具有通訊和控制功能系統(tǒng)的合乎目的性的行為。為。 在傳統(tǒng)模擬中，模型只是認識原型的手段；在傳統(tǒng)模擬中，模型只是認識原型的手段；在功能模擬中，模型是具有生物目的行為的在功能模擬中，模型是具有生物目的行為的機器。機器。模型本身就是研究的目的。模型本身就是研究的目的。 Return 3、形式化、數(shù)量化、最優(yōu)化方法、形式化、數(shù)量化、最優(yōu)化方法控制論的提出促使人們對系統(tǒng)采用形式化控制論的提出促使人們對系統(tǒng)采用形式化加以抽象，進行數(shù)量化加以定量描述，并尋求加以抽象

16、，進行數(shù)量化加以定量描述，并尋求系統(tǒng)的最優(yōu)化。系統(tǒng)的最優(yōu)化。 Return控制論分支與系統(tǒng)工程研究的分類表控制論分支與系統(tǒng)工程研究的分類表 結構方面行為方面能控性、能觀性Return二、信息論二、信息論（一）信息論的產生與發(fā)展（一）信息論的產生與發(fā)展本世紀本世紀40年代末產生，主要創(chuàng)立者是美年代末產生，主要創(chuàng)立者是美國的數(shù)學家申農（國的數(shù)學家申農（C.E.Shannon）和維納）和維納 ； Return即申農信息論。主要研究消息即申農信息論。主要研究消息的信息量、信道（傳輸消息的通道）容量以及的信息量、信道（傳輸消息的通道）容量以及消息的編碼問題。消息的編碼問題。主要研究通訊問題，但還包括主要

17、研究通訊問題，但還包括噪聲理論、信號濾波與預測、調制、信息處理噪聲理論、信號濾波與預測、調制、信息處理等問題。等問題。不僅包括前兩項的研究內容，不僅包括前兩項的研究內容，而且包括所有與信息有關的領域。而且包括所有與信息有關的領域。 Return（二）信息論的基本概念（二）信息論的基本概念（）信息定義（）信息定義從通訊角度看從通訊角度看，信息是數(shù)據(jù)、信號等構，信息是數(shù)據(jù)、信號等構成的消息所載有的內容。消息是信息的成的消息所載有的內容。消息是信息的“外外殼殼”，信息是消息的信息是消息的“內核內核。在同樣一條在同樣一條消息中，對不同的人來講，可能信息量很大，消息中，對不同的人來講，可能信息量很大，也

18、可能信息量很小，甚至為零。也可能信息量很小，甚至為零。 維納則認為：信息不是物質也不是能量，維納則認為：信息不是物質也不是能量，在信息與物質、能量之間劃了一條界限；在信息與物質、能量之間劃了一條界限；信信息是控制系統(tǒng)進行調節(jié)活動時，與外界相互息是控制系統(tǒng)進行調節(jié)活動時，與外界相互作用、相互交換的內容；信息是系統(tǒng)的組織作用、相互交換的內容；信息是系統(tǒng)的組織性的量度性的量度 。Return（2）信息概念的特點）信息概念的特點1）世界上沒有靜止世界上沒有靜止的事物，因而它們都具有信息的表征。的事物，因而它們都具有信息的表征。）3）它能用以消除人們對事務運動它能用以消除人們對事務運動狀態(tài)或存在方式的認

19、識上的不確定性，有信息就獲狀態(tài)或存在方式的認識上的不確定性，有信息就獲得了某種知識。信息的共享性有其自身特性，不同得了某種知識。信息的共享性有其自身特性，不同于實物的交流。在實物交流中，一方得到的正是另于實物的交流。在實物交流中，一方得到的正是另一方失去的。而在信息的交流中，一方得到了新的一方失去的。而在信息的交流中，一方得到了新的信息，而另一方并無損失。信息，而另一方并無損失。Return4）但信息的但信息的變化、傳遞需要能量，如印刷書籍，刻錄光盤都要消變化、傳遞需要能量，如印刷書籍，刻錄光盤都要消耗能量。耗能量。5）由于人的知識素養(yǎng)與由于人的知識素養(yǎng)與思維方法不同，以及理解處理問題的能力不

20、同，對于思維方法不同，以及理解處理問題的能力不同，對于同一信息，可以得出截然不同的價值觀。同一信息，可以得出截然不同的價值觀。6）由于客觀事物的不斷發(fā)展變化，由于客觀事物的不斷發(fā)展變化，使反映其變化規(guī)律的信息源源不斷的產生。信息活動使反映其變化規(guī)律的信息源源不斷的產生。信息活動是動態(tài)的，信息是有壽命、有時效的。是動態(tài)的，信息是有壽命、有時效的。Return7）隨事物發(fā)展變隨事物發(fā)展變化，信息會出現(xiàn)化，信息會出現(xiàn)“老化老化”現(xiàn)象，因此人類應不現(xiàn)象，因此人類應不斷認識新事物，開發(fā)新信息。信息本身是可以斷認識新事物，開發(fā)新信息。信息本身是可以增殖的。在科學的歷史上，往往一個新的發(fā)現(xiàn)增殖的。在科學的歷

21、史上，往往一個新的發(fā)現(xiàn)會觸發(fā)多種可能的信息。會觸發(fā)多種可能的信息。 Return（3）信息、物質、能量的比較）信息、物質、能量的比較表現(xiàn)形式變化過程守恒熵物質能量信息電子、細胞等引力、熱等信號等擴散、傳遞能量轉化傳遞、存儲物質不滅能量守恒不守恒熱力學第二定律信息熵Return（）通訊問題的模型（）通訊問題的模型Return（5）信息量）信息量 不同信息所含有的信息量是有大小之分的，不同信息所含有的信息量是有大小之分的，信息量就是用來度量信息大小的量。如，反常信息量就是用來度量信息大小的量。如，反常的事件比正常的事件所含信息量大，稀有事件的事件比正常的事件所含信息量大，稀有事件比正常事件所含信息

22、量大等等。一般地講，若比正常事件所含信息量大等等。一般地講，若某事件出現(xiàn)概率為某事件出現(xiàn)概率為p，則這一事件所具有的信，則這一事件所具有的信息量為：息量為：ph2logReturn信息源可能發(fā)出的全部符號所包含的信息信息源可能發(fā)出的全部符號所包含的信息量之和（總信息量）。計算出信源發(fā)出的每一量之和（總信息量）。計算出信源發(fā)出的每一個符號所包含的平均信息量個符號所包含的平均信息量信息熵。信息熵。 iniippH21logReturn一個系統(tǒng)所獲信息量越大，系統(tǒng)就越有序，一個系統(tǒng)所獲信息量越大，系統(tǒng)就越有序，熵就越少。反之，所獲信息量越小，系統(tǒng)就越熵就越少。反之，所獲信息量越小，系統(tǒng)就越無序，熵就

23、越大。無序，熵就越大。信息與熵是互補的，它們的這種互補關系，信息與熵是互補的，它們的這種互補關系，表現(xiàn)在計算公式上僅差一個負號。表現(xiàn)在計算公式上僅差一個負號。Return （二）信息論及方法論的啟示（二）信息論及方法論的啟示1.信息論研究運用了類比方法和統(tǒng)計方法信息論研究運用了類比方法和統(tǒng)計方法 信息論運用了科學抽象和類比方法，將消息、信息論運用了科學抽象和類比方法，將消息、信號、情報等不同領域中的具體概念，進行類信號、情報等不同領域中的具體概念，進行類比、抽象出了信息概念、抽象出了信息論模型。比、抽象出了信息概念、抽象出了信息論模型。 針對信息的隨機性特點，運用了統(tǒng)計數(shù)學針對信息的隨機性特點

24、，運用了統(tǒng)計數(shù)學（概率論與隨機過程）解決了信息量問題。并（概率論與隨機過程）解決了信息量問題。并擴展了信息概念，壯大了語義信息、有效信息、擴展了信息概念，壯大了語義信息、有效信息、主觀信息、相對信息、模糊信息等方面的內容。主觀信息、相對信息、模糊信息等方面的內容。Return2. 信息方法，就是運用信息的觀點，把系統(tǒng)看信息方法，就是運用信息的觀點，把系統(tǒng)看作是借助于信息的獲取、傳送、加工、處理而作是借助于信息的獲取、傳送、加工、處理而實現(xiàn)其有目的性的運動的一種研究方法。實現(xiàn)其有目的性的運動的一種研究方法。 Return信息方法以信息為基礎，把系統(tǒng)有目的的信息方法以信息為基礎，把系統(tǒng)有目的的運動

25、抽象為一個信息變換過程。運動抽象為一個信息變換過程。傳統(tǒng)方法注重的是物質和能量在事務運動傳統(tǒng)方法注重的是物質和能量在事務運動變化過程中的作用，而信息方法是以信息的運變化過程中的作用，而信息方法是以信息的運動作為分析和處理問題的基礎，在分析和處理動作為分析和處理問題的基礎，在分析和處理問題時，它完全撇開系統(tǒng)的具體運動形態(tài)，把問題時，它完全撇開系統(tǒng)的具體運動形態(tài)，把系統(tǒng)的有目的的運動抽象為信息變換過程。系統(tǒng)的有目的的運動抽象為信息變換過程。 Return傳統(tǒng)方法在研究問題時，主要運用剖析法，傳統(tǒng)方法在研究問題時，主要運用剖析法，這不利于掌握事物間的內在聯(lián)系，甚至以孤立、這不利于掌握事物間的內在聯(lián)系

26、，甚至以孤立、靜止的方法來研究事物，忽視事物的整體性能。靜止的方法來研究事物，忽視事物的整體性能?？梢姡瑐鹘y(tǒng)方法對于復雜的系統(tǒng)，特別是活的可見，傳統(tǒng)方法對于復雜的系統(tǒng)，特別是活的有機體，往往顯得無能為力。信息方法是用聯(lián)有機體，往往顯得無能為力。信息方法是用聯(lián)系、轉化的觀點，綜合研究系統(tǒng)運動的信息過系、轉化的觀點，綜合研究系統(tǒng)運動的信息過程。在對復雜事物進行研究時，不對事物的整程。在對復雜事物進行研究時，不對事物的整體結構進行剖析，而是從其信息流程加以綜合體結構進行剖析，而是從其信息流程加以綜合考察，獲取關于整體的性能和知識?？疾?，獲取關于整體的性能和知識。 Return信息方法的意義就在于它指

27、示了機器，生信息方法的意義就在于它指示了機器，生物系統(tǒng)的信息過程，揭示了不同系統(tǒng)的共同信物系統(tǒng)的信息過程，揭示了不同系統(tǒng)的共同信息聯(lián)系；指示了某些事物運動規(guī)律，如遺傳現(xiàn)息聯(lián)系；指示了某些事物運動規(guī)律，如遺傳現(xiàn)象、生物解體等活動規(guī)律；有利于管理、決策象、生物解體等活動規(guī)律；有利于管理、決策科學化，信息是管理、決策的基礎，現(xiàn)代化管科學化，信息是管理、決策的基礎，現(xiàn)代化管理、決策系統(tǒng)必須有信息系統(tǒng)功能；指明了信理、決策系統(tǒng)必須有信息系統(tǒng)功能；指明了信息溝通的重要性，在信源、信道、信宿間要有息溝通的重要性，在信源、信道、信宿間要有有效的溝通。有效的溝通。 Return三、一般系統(tǒng)論三、一般系統(tǒng)論（一）

28、一般系統(tǒng)論產生過程（一）一般系統(tǒng)論產生過程1.實驗科學時代的還原論實驗科學時代的還原論 主要任務是分析事物內部細節(jié)，客觀上要求人們主要任務是分析事物內部細節(jié)，客觀上要求人們分門別類地進行研究，因而科學的主要趨勢是分化，分門別類地進行研究，因而科學的主要趨勢是分化，與之相適應的是分析解剖法。與之相適應的是分析解剖法。 把研究對象進行一層層地不斷分解至基本單元，把研究對象進行一層層地不斷分解至基本單元，分解隔離為不同因果鏈，研究其基本單元因素，認為分解隔離為不同因果鏈，研究其基本單元因素，認為基本單元弄清了，因果量與因素弄清了，對象也就研基本單元弄清了，因果量與因素弄清了，對象也就研究清楚了。究清

29、楚了。 Return2生物學中機械論與活力論之爭：生物學中機械論與活力論之爭： 把生物問題化為物理、化學問題來研究。把生物問題化為物理、化學問題來研究。通過對生物進行分解（生物通過對生物進行分解（生物系統(tǒng)系統(tǒng)器官器官組組織織細胞）研究，最終導致細胞）研究，最終導致產生，產生，破譯了遺傳密碼，取得了顯赫的成就。破譯了遺傳密碼，取得了顯赫的成就。側重于分析事物的各個部分。側重于分析事物的各個部分。分析方法前提：部分之間的分析方法前提：部分之間的描述部分行為的關系式是描述部分行為的關系式是的。的。Return活力論的生命觀雖然正確地指出了生命現(xiàn)活力論的生命觀雖然正確地指出了生命現(xiàn)象不能歸結為機械、物

30、理、化學的過程，但在象不能歸結為機械、物理、化學的過程，但在解釋生命現(xiàn)象的復雜性時，除了從外部加進一解釋生命現(xiàn)象的復雜性時，除了從外部加進一種超自然的活力外，什么問題也沒解決。種超自然的活力外，什么問題也沒解決。Return3. 一般系統(tǒng)論的產生一般系統(tǒng)論的產生 本世紀二十年代美籍奧地利生物學家本世紀二十年代美籍奧地利生物學家馮馮貝塔朗菲在對生物學的研究中發(fā)現(xiàn)把生物貝塔朗菲在對生物學的研究中發(fā)現(xiàn)把生物分解的越來越多，反而會失去全貌，對生命的分解的越來越多，反而會失去全貌，對生命的理解和認識反而越來越少。因此開始了理論生理解和認識反而越來越少。因此開始了理論生物學研究，物學研究，Return（二

31、）一般系統(tǒng)論的基本觀點（二）一般系統(tǒng)論的基本觀點 1 系統(tǒng)的整體性（系統(tǒng)最本質的屬性）系統(tǒng)的整體性（系統(tǒng)最本質的屬性）貝塔朗菲指出貝塔朗菲指出系統(tǒng)的整體性，系統(tǒng)的整體性，系統(tǒng)整體性原理概括如下：系統(tǒng)整體性原理概括如下： （）系統(tǒng)與要素、整體與部分，是（）系統(tǒng)與要素、整體與部分，是的性質，要素和系的性質，要素和系統(tǒng)不可分割。凡系統(tǒng)的組成要素按照一定的統(tǒng)不可分割。凡系統(tǒng)的組成要素按照一定的秩序和結構形成的有機整體就是系統(tǒng)的有機秩序和結構形成的有機整體就是系統(tǒng)的有機性。性。Return（）貝塔朗菲著名的（）貝塔朗菲著名的“系統(tǒng)系統(tǒng)整體的功能不等于各組成部分的功能之和。整體的功能不等于各組成部分的功能

32、之和。系統(tǒng)的非加和性分為兩種情況：系統(tǒng)的非加和性分為兩種情況：這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為系統(tǒng)整體功能系統(tǒng)整體功能；這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為系統(tǒng)整體功能系統(tǒng)整體功能。 （）（） 系統(tǒng)整體具有構成該整體的各個部分自系統(tǒng)整體具有構成該整體的各個部分自身所沒有的身所沒有的或或。Return2系統(tǒng)的開放性系統(tǒng)的開放性貝塔朗菲認為，一切有機體之所以有組織地處于貝塔朗菲認為，一切有機體之所以有組織地處于活動狀態(tài)并保持其活的生命運動，是由于系統(tǒng)與環(huán)境活動狀態(tài)并保持其活的生命運動，是由于系統(tǒng)與環(huán)境處于相互作用之中，系統(tǒng)與環(huán)境不斷進行物質、能量處于相互作用之中，系統(tǒng)與環(huán)境不斷進行物質、能量和信息的交換，這就是所謂的

33、和信息的交換，這就是所謂的。系統(tǒng)的目的性（有效性、適應性、尋的性）是存系統(tǒng)的目的性（有效性、適應性、尋的性）是存在的，不是完全由因果律決定的。開放系統(tǒng)可以保持在的，不是完全由因果律決定的。開放系統(tǒng)可以保持自身的穩(wěn)定結構和有序狀態(tài)，或增加其既有秩序，這自身的穩(wěn)定結構和有序狀態(tài)，或增加其既有秩序，這正是系統(tǒng)目的性的表現(xiàn)。正是系統(tǒng)目的性的表現(xiàn)。 Return3. 系統(tǒng)的動態(tài)相關性系統(tǒng)的動態(tài)相關性任何系統(tǒng)系統(tǒng)狀態(tài)是時間的函數(shù)，即：系任何系統(tǒng)系統(tǒng)狀態(tài)是時間的函數(shù)，即：系統(tǒng)的動態(tài)性。系統(tǒng)的動態(tài)性，取決于系統(tǒng)的相統(tǒng)的動態(tài)性。系統(tǒng)的動態(tài)性，取決于系統(tǒng)的相關性。系統(tǒng)的相關性是指關性。系統(tǒng)的相關性是指、。它們之間

34、相互制約、相互影響、相互作。它們之間相互制約、相互影響、相互作用，存在著不可分割的有機聯(lián)系。用，存在著不可分割的有機聯(lián)系。 Return4. 系統(tǒng)的層次等級性系統(tǒng)的層次等級性系統(tǒng)是有結構的，而結構是有層次、等級系統(tǒng)是有結構的，而結構是有層次、等級之分的。之分的。系統(tǒng)由子系統(tǒng)構成，低一級層次是高一級系統(tǒng)由子系統(tǒng)構成，低一級層次是高一級層次的基礎，層次越高越復雜，組織越有序，層次的基礎，層次越高越復雜，組織越有序，并且系統(tǒng)本身也是另一系統(tǒng)的一個組成要素。并且系統(tǒng)本身也是另一系統(tǒng)的一個組成要素。系統(tǒng)中的不同層次及不同層次等級的系統(tǒng)之間系統(tǒng)中的不同層次及不同層次等級的系統(tǒng)之間相互制約、相互關聯(lián)。自然系

35、統(tǒng)、社會系統(tǒng)都相互制約、相互關聯(lián)。自然系統(tǒng)、社會系統(tǒng)都有層次結構。有層次結構。Return5.系統(tǒng)的有序性系統(tǒng)的有序性 若結構合理，則系統(tǒng)若結構合理，則系統(tǒng)的有序程度高，有利于系統(tǒng)整體功效的發(fā)揮。的有序程度高，有利于系統(tǒng)整體功效的發(fā)揮。系統(tǒng)在變化發(fā)展中從系統(tǒng)在變化發(fā)展中從低級結構向高級結構的轉變，正體現(xiàn)了系統(tǒng)發(fā)低級結構向高級結構的轉變，正體現(xiàn)了系統(tǒng)發(fā)展的有序性，這是系統(tǒng)不斷改造自身、適應環(huán)展的有序性，這是系統(tǒng)不斷改造自身、適應環(huán)境的結果。境的結果。Return（三）系統(tǒng)方法論的啟示（三）系統(tǒng)方法論的啟示系統(tǒng)方法論告訴我們要以系統(tǒng)方法論告訴我們要以去看去看整個世界，不能片面、孤立地看問題。系統(tǒng)方

36、整個世界，不能片面、孤立地看問題。系統(tǒng)方法論主張以思辨原則代替實驗原則，不能機械法論主張以思辨原則代替實驗原則，不能機械地看問題，尤其是在處理復雜、有機程度高的地看問題，尤其是在處理復雜、有機程度高的系統(tǒng)時，這一點顯得尤為重要。系統(tǒng)時，這一點顯得尤為重要。Return（四）系統(tǒng)方法（四）系統(tǒng)方法 從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，在系統(tǒng)與要素、要從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，在系統(tǒng)與要素、要素與要素、系統(tǒng)與外部環(huán)境的相互關系中揭示素與要素、系統(tǒng)與外部環(huán)境的相互關系中揭示對象系統(tǒng)的系統(tǒng)特性和運動規(guī)律，從而最佳地對象系統(tǒng)的系統(tǒng)特性和運動規(guī)律，從而最佳地處理問題。處理問題。 ReturnA耗散結構理論耗散結構理論（一）起源（一

37、）起源1.牛頓時間和梅格森時間牛頓時間和梅格森時間如經(jīng)典力學的牛頓方程：如經(jīng)典力學的牛頓方程：在牛頓力學體系中時間是無方向性的（在牛頓力學體系中時間是無方向性的（；22dtsdmF 22)( tdsdmReturn但在進化論中時間卻是不可逆的，如熱傳但在進化論中時間卻是不可逆的，如熱傳導方程：導方程：“時間箭頭時間箭頭”有意義。有意義。梅格森強調指出梅格森強調指出：“物理學時間和進化論物理學時間和進化論及生物學時間不同，前者是可逆的，其中沒有及生物學時間不同，前者是可逆的，其中沒有新生事物出現(xiàn)；后者是不可逆的，不斷出現(xiàn)新新生事物出現(xiàn)；后者是不可逆的，不斷出現(xiàn)新生事物。生事物?！?2),(),(

38、xtxTttxTReturn2.退化與進化退化與進化即從有序向無序的轉變。如冷熱物即從有序向無序的轉變。如冷熱物相接觸，冷變熱、熱變冷趨于相同溫度；一滴相接觸，冷變熱、熱變冷趨于相同溫度；一滴黑水滴入水中而淡化；黑水滴入水中而淡化；則是向更高有序狀態(tài)的轉變，如生則是向更高有序狀態(tài)的轉變，如生物由簡單到復雜，由低級到高級的轉變；物由簡單到復雜，由低級到高級的轉變；Return3.熱力學第二定律和熵熱力學第二定律和熵熱力學第二定律的克勞休斯（熱力學第二定律的克勞休斯（Clolisius）表述為：表述為：開開爾文（爾文（Kelvin）表述為：）表述為：描述自發(fā)過程單方向的狀態(tài)函數(shù)。描述自發(fā)過程單方向

39、的狀態(tài)函數(shù)。S=k Ln p（ k為玻爾茲曼常數(shù)為玻爾茲曼常數(shù); p是熱力學幾率）是熱力學幾率）Return例：有例：有N1 、N2個粒子分別分布在在個粒子分別分布在在1室和室和2室，室，將其間擋板抽掉，粒子在兩室中的分布共有：將其間擋板抽掉，粒子在兩室中的分布共有：當當N1=N2時，時，P最大時出現(xiàn)的可能性最大；最大時出現(xiàn)的可能性最大；因此可以說熱力學第二定律說明一切不可因此可以說熱力學第二定律說明一切不可逆過程都傾向于使體系的最小幾率狀態(tài)趨于一逆過程都傾向于使體系的最小幾率狀態(tài)趨于一種幾率最大狀態(tài)（熵趨最大），即種幾率最大狀態(tài)（熵趨最大），即熵增熵增。因而。因而熵是混亂度（無序度）的度量。

40、熵是混亂度（無序度）的度量。!21NNNP Returndes是系統(tǒng)與是系統(tǒng)與物質和能量而物質和能量而引起的熵流，引起的熵流，dis是系統(tǒng)是系統(tǒng)的的熵，因自發(fā)過程是不可逆的，會產生熵熵，因自發(fā)過程是不可逆的，會產生熵增；因而。增；因而。則物質和能量的交換增加了系則物質和能量的交換增加了系統(tǒng)的總熵，加速了系統(tǒng)趨向平衡態(tài)的運統(tǒng)的總熵，加速了系統(tǒng)趨向平衡態(tài)的運動。動。0sdiReturn則表示系統(tǒng)平衡態(tài)受到擾動，但保則表示系統(tǒng)平衡態(tài)受到擾動，但保持近于平衡。持近于平衡。如生命系統(tǒng)、社會系統(tǒng)都屬如生命系統(tǒng)、社會系統(tǒng)都屬于這種耗散結構。于這種耗散結構。開放系統(tǒng)的熱力學第二定律溝通了生命系開放系統(tǒng)的熱力學

41、第二定律溝通了生命系統(tǒng)與非生命系統(tǒng)之間的聯(lián)系，開放系統(tǒng)與孤立統(tǒng)與非生命系統(tǒng)之間的聯(lián)系，開放系統(tǒng)與孤立（封閉）系統(tǒng)的聯(lián)系。（封閉）系統(tǒng)的聯(lián)系。 Return（二）耗散結構理論簡介（二）耗散結構理論簡介1969年比利時物理學家普利高津（年比利時物理學家普利高津（IP rigogine）對非平衡態(tài)不可逆過程的研究提出）對非平衡態(tài)不可逆過程的研究提出了一種學說：了一種學說： Return耗散結構的形成條件耗散結構的形成條件 ：（）系統(tǒng)必須是（）系統(tǒng)必須是平衡態(tài)的開放系統(tǒng)，系統(tǒng)平衡態(tài)的開放系統(tǒng)，系統(tǒng)要與外界變換能量與物質，才有可能降低自身要與外界變換能量與物質，才有可能降低自身的熵。的熵。（）（）系統(tǒng)要

42、系統(tǒng)要素間的非線性相互作用是推動系統(tǒng)向有序發(fā)展素間的非線性相互作用是推動系統(tǒng)向有序發(fā)展的內部動力。這種非線性機制能促使系統(tǒng)各要的內部動力。這種非線性機制能促使系統(tǒng)各要素間產生相干效應（使系統(tǒng)元素耦合，產生自素間產生相干效應（使系統(tǒng)元素耦合，產生自組織結構）和臨界效應（臨界點上失穩(wěn)，形成組織結構）和臨界效應（臨界點上失穩(wěn)，形成新結構），從而使系統(tǒng)由混亂無序向有序轉變。新結構），從而使系統(tǒng)由混亂無序向有序轉變。Return耗散結構理論的意義在于它指出了化學、耗散結構理論的意義在于它指出了化學、生態(tài)系統(tǒng)等許多復雜系統(tǒng)由無序轉向有序的規(guī)生態(tài)系統(tǒng)等許多復雜系統(tǒng)由無序轉向有序的規(guī)律是一般的，溝通了生命系統(tǒng)

43、與非生命系統(tǒng)之律是一般的，溝通了生命系統(tǒng)與非生命系統(tǒng)之間的聯(lián)系。間的聯(lián)系。例如封閉、沒有競爭機制的企業(yè)難以存活。例如封閉、沒有競爭機制的企業(yè)難以存活。 ReturnB.協(xié)同學協(xié)同學 正是形成框架是正是形成框架是1977年。協(xié)同學年。協(xié)同學是一種研究是一種研究 Return它以信息論、控制論、耗散結構理論、突它以信息論、控制論、耗散結構理論、突變論等現(xiàn)代科學理論的新成果為基礎，同時采變論等現(xiàn)代科學理論的新成果為基礎，同時采用了統(tǒng)計學與動力學考查相結合的方法，通過用了統(tǒng)計學與動力學考查相結合的方法，通過類比，對各學科中的從無序到有序的現(xiàn)象建立類比，對各學科中的從無序到有序的現(xiàn)象建立了一整套數(shù)學模型

44、和處理方案，了一整套數(shù)學模型和處理方案，Return系統(tǒng)由無序到有序的關鍵在于組成系統(tǒng)的系統(tǒng)由無序到有序的關鍵在于組成系統(tǒng)的各子系統(tǒng)在一定條件下，它們之間的各子系統(tǒng)在一定條件下，它們之間的。因此強調了協(xié)同現(xiàn)象的普遍性和重要性。因此強調了協(xié)同現(xiàn)象的普遍性和重要性。協(xié)同學著重研究系統(tǒng)中各元素間的合作，它不協(xié)同學著重研究系統(tǒng)中各元素間的合作，它不僅研究開放系統(tǒng)從無序到有序的演化規(guī)律，而僅研究開放系統(tǒng)從無序到有序的演化規(guī)律，而且也研究其從有序到無序的演化規(guī)律，真正統(tǒng)且也研究其從有序到無序的演化規(guī)律，真正統(tǒng)一了有序與無序。一了有序與無序。 Return協(xié)同學較耗散結構理論來說有更廣的適用協(xié)同學較耗散結構

45、理論來說有更廣的適用領域，它把研究從遠離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)擴展領域，它把研究從遠離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)擴展到近平衡態(tài)和平衡態(tài)系統(tǒng)。協(xié)同學的出現(xiàn)把非到近平衡態(tài)和平衡態(tài)系統(tǒng)。協(xié)同學的出現(xiàn)把非平衡系統(tǒng)的自組織理論推到了一個新的發(fā)展階平衡系統(tǒng)的自組織理論推到了一個新的發(fā)展階段。段。Return協(xié)同學的基本原理協(xié)同學的基本原理 即即“協(xié)同導致有序協(xié)同導致有序”，系統(tǒng)的有序，系統(tǒng)的有序性是由系統(tǒng)要素的協(xié)同作用形成的，協(xié)同作用性是由系統(tǒng)要素的協(xié)同作用形成的，協(xié)同作用是任何復雜系統(tǒng)本身所固有的是任何復雜系統(tǒng)本身所固有的，是，是形成系統(tǒng)有序結構的內部作用力。形成系統(tǒng)有序結構的內部作用力。 Return復雜系統(tǒng)在由不穩(wěn)

46、定點向新有序時空復雜系統(tǒng)在由不穩(wěn)定點向新有序時空結構轉變時，通常受到序參量的決定。在復雜結構轉變時，通常受到序參量的決定。在復雜系統(tǒng)中有兩類變量，系統(tǒng)中有兩類變量，。快變量在系統(tǒng)受到干擾而偏離穩(wěn)態(tài)時，?？熳兞吭谙到y(tǒng)受到干擾而偏離穩(wěn)態(tài)時，并且衰減得也并且衰減得也很快，所以叫快變量。很快，所以叫快變量。 Return系統(tǒng)在沒有外部指令的條件下，其系統(tǒng)在沒有外部指令的條件下，其內部子系統(tǒng)之間能夠按照某種規(guī)則自動形成一內部子系統(tǒng)之間能夠按照某種規(guī)則自動形成一定的結構或功能，它具有內在性和自生性。定的結構或功能，它具有內在性和自生性。在外部能量和物質輸入的情況下，系統(tǒng)會在外部能量和物質輸入的情況下，系統(tǒng)

47、會通過大量子系統(tǒng)間的協(xié)同作用，在自身漲落力通過大量子系統(tǒng)間的協(xié)同作用，在自身漲落力的推動下，形成的推動下，形成。 ReturnC. 協(xié)同學與耗散結構小結協(xié)同學與耗散結構小結1而把研究從而把研究從遠離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)擴展到近平衡態(tài)和平衡遠離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)擴展到近平衡態(tài)和平衡態(tài)系統(tǒng)，認為非平衡并不一定導致有序，而平態(tài)系統(tǒng)，認為非平衡并不一定導致有序，而平衡也并不意味著就是無序之本。衡也并不意味著就是無序之本。2.促協(xié)力與交換量成正比。促協(xié)力與交換量成正比。3.協(xié)作力大于零，系統(tǒng)走協(xié)作力大于零，系統(tǒng)走向高級穩(wěn)態(tài)；協(xié)作力小于零，系統(tǒng)走向混亂。向高級穩(wěn)態(tài)；協(xié)作力小于零，系統(tǒng)走向混亂。Return4.一

48、旦形成耗散結構就有一一旦形成耗散結構就有一定抗干擾能力。定抗干擾能力。5.外來小系統(tǒng)與大的耗散結構相外來小系統(tǒng)與大的耗散結構相遇并相互作用時，小系統(tǒng)不是足以破壞大系統(tǒng)遇并相互作用時，小系統(tǒng)不是足以破壞大系統(tǒng)時，則被后者吞并且溶合，并不影響后者的基時，則被后者吞并且溶合，并不影響后者的基礎結構。礎結構。6.使系統(tǒng)崩潰時，系統(tǒng)可產生向上或使系統(tǒng)崩潰時，系統(tǒng)可產生向上或向下的運動，一般情況下形成高一級的耗散結向下的運動，一般情況下形成高一級的耗散結構。構。 ReturnD. 突變論突變論 突變理論突變理論是法國數(shù)學家勒內是法國數(shù)學家勒內托姆（托姆（ReneThom）于于1972年創(chuàng)立的。年創(chuàng)立的。突

49、變理論從突變理論從研究各種事物的不連研究各種事物的不連續(xù)變化問題，續(xù)變化問題，它用它用形象而精確的數(shù)學模型來模擬突變過程，其要形象而精確的數(shù)學模型來模擬突變過程，其要點在于考察這一過程點在于考察這一過程 Return突變論觀點：突變論觀點： a 穩(wěn)定機制是事物的普遍特性之一，事物的變穩(wěn)定機制是事物的普遍特性之一，事物的變化發(fā)展是其化發(fā)展是其的過的過程。程。b 質質變到底是以哪種方式來進行的，關鍵是要看變到底是以哪種方式來進行的，關鍵是要看質變經(jīng)歷的中間過渡態(tài)是不是穩(wěn)定的。質變經(jīng)歷的中間過渡態(tài)是不是穩(wěn)定的。c. 在一種穩(wěn)定態(tài)中的變化屬于在一種穩(wěn)定態(tài)中的變化屬于，在兩種結，在兩種結構穩(wěn)定態(tài)中的變化

50、或在結構穩(wěn)定態(tài)與不穩(wěn)定構穩(wěn)定態(tài)中的變化或在結構穩(wěn)定態(tài)與不穩(wěn)定態(tài)之間的變化則是態(tài)之間的變化則是Return控制變量控制變量-狀態(tài)變量狀態(tài)變量ReturnReturnE. “新三論新三論”的啟示的啟示1.社會經(jīng)濟系統(tǒng)雖顯現(xiàn)了一些物理化學規(guī)律，但社會經(jīng)濟系統(tǒng)雖顯現(xiàn)了一些物理化學規(guī)律，但從根本上看有許多從根本上看有許多的規(guī)律。的規(guī)律。2.社會經(jīng)濟系統(tǒng)從社會經(jīng)濟系統(tǒng)從。3.無論是漸變，還是突變都是有規(guī)律是可循的，無論是漸變，還是突變都是有規(guī)律是可循的，高度簡化下，可以高度簡化下，可以市場變化。市場變化。Return五、運籌學五、運籌學1）線性規(guī)劃）線性規(guī)劃2）動態(tài)規(guī)劃）動態(tài)規(guī)劃3）排隊論）排隊論4）對策

51、論）對策論5）存儲論）存儲論根據(jù)運籌學所解決的問題，運籌學研究的根據(jù)運籌學所解決的問題，運籌學研究的對象是人類某些活動的理性行為，也稱為對象是人類某些活動的理性行為，也稱為“事事理理”。因此，對已有成果的解釋和發(fā)現(xiàn)新的規(guī)。因此，對已有成果的解釋和發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律乃是運籌學的重要使命。律乃是運籌學的重要使命。 Return第三節(jié)第三節(jié) 系統(tǒng)工程理論的新發(fā)展系統(tǒng)工程理論的新發(fā)展 1、系統(tǒng)工程作為一門、系統(tǒng)工程作為一門，日益向多種學，日益向多種學科滲透和交叉發(fā)展?？茲B透和交叉發(fā)展。 系統(tǒng)工程的大量實踐，運籌學、控制論、系統(tǒng)工程的大量實踐，運籌學、控制論、信息論等學科信息論等學科 的迅速發(fā)展，以及其它科學

52、技的迅速發(fā)展，以及其它科學技術部門，特別是物理學、數(shù)學、理論生物學、術部門，特別是物理學、數(shù)學、理論生物學、系統(tǒng)生態(tài)學、數(shù)量經(jīng)濟學、定量社會學等，都系統(tǒng)生態(tài)學、數(shù)量經(jīng)濟學、定量社會學等，都有了新的發(fā)展和突破自然科學與社會科學的相有了新的發(fā)展和突破自然科學與社會科學的相互滲透日益深化?；B透日益深化。Return2、系統(tǒng)工程作為一門、系統(tǒng)工程作為一門，日益受到人們的，日益受到人們的重視。重視。 一般是偏工程、物理型的，它們的機一般是偏工程、物理型的，它們的機理比較明顯，因而比較容易用數(shù)學模型來表述，理比較明顯，因而比較容易用數(shù)學模型來表述，有較好的定量方法可以計算出系統(tǒng)的行為和最有較好的定量方法

53、可以計算出系統(tǒng)的行為和最優(yōu)解。優(yōu)解。軟系統(tǒng)軟系統(tǒng)一般是偏社會、經(jīng)濟型的，它們的機一般是偏社會、經(jīng)濟型的，它們的機理往往并不清楚，較難完全用數(shù)學模型來表述，理往往并不清楚，較難完全用數(shù)學模型來表述，而常用定量與定性相結合的方法來處理問題。而常用定量與定性相結合的方法來處理問題。ReturnCheckland在他的著作在他的著作軟系統(tǒng)方法論軟系統(tǒng)方法論一書一書中，基于系統(tǒng)的目標、結構、機理特征，將系中，基于系統(tǒng)的目標、結構、機理特征，將系統(tǒng)分為兩種，即目標明確、結構清晰、機理清統(tǒng)分為兩種，即目標明確、結構清晰、機理清楚、可用數(shù)學模型表達的硬系統(tǒng)，和目標不明楚、可用數(shù)學模型表達的硬系統(tǒng)，和目標不明確

54、、結構不良、機理不清楚、難以應用數(shù)學模確、結構不良、機理不清楚、難以應用數(shù)學模型表達、偏社會、經(jīng)濟、文化、生物的軟系統(tǒng)，型表達、偏社會、經(jīng)濟、文化、生物的軟系統(tǒng)，并將處理前者的問題稱為問題，處理后者的問并將處理前者的問題稱為問題，處理后者的問題稱為題稱為“議題議題”(Issues)，將解決這兩種問題，將解決這兩種問題的方法分別稱為的方法分別稱為“軟軟”系統(tǒng)方法和系統(tǒng)方法和“硬硬”系統(tǒng)系統(tǒng)方法，方法， Return軟系統(tǒng)與硬系統(tǒng)的對比軟系統(tǒng)與硬系統(tǒng)的對比 運籌學系統(tǒng)分析系統(tǒng)工程系統(tǒng)動力學(硬系統(tǒng)方法)社會系統(tǒng)設計戰(zhàn)略假設表面化與檢驗社會系統(tǒng)科學軟系統(tǒng)方法論(軟系統(tǒng)方法)Return基于系統(tǒng)特性及

55、系統(tǒng)參與者價值觀不同基于系統(tǒng)特性及系統(tǒng)參與者價值觀不同而應用不同方法的分類而應用不同方法的分類 一元多元強制機械系統(tǒng)或簡單系統(tǒng)運籌學系統(tǒng)分析系統(tǒng)工程系統(tǒng)動力學(硬系統(tǒng)方法)社會系統(tǒng)設計戰(zhàn)略假設表面化與檢驗社會系統(tǒng)科學對話設計軟系統(tǒng)方法論(軟系統(tǒng)思考)批判系統(tǒng)思考整體系統(tǒng)干預(解放系統(tǒng)思考)整體系統(tǒng)或復雜系統(tǒng)一般系統(tǒng)理論管理控制論組織控制論社會技術系統(tǒng)思考生存系統(tǒng)建模偶然性理論(組織系統(tǒng)或組織控制論)Return三、復雜適應系統(tǒng)理論三、復雜適應系統(tǒng)理論 1994年，霍蘭正式提出復雜適應系統(tǒng)理年，霍蘭正式提出復雜適應系統(tǒng)理論論 (Complex Adaptive System，簡稱，簡稱CAS)。

56、 在微觀方面在微觀方面，CAS理論的最基本的概念是理論的最基本的概念是具有適應能力的、主動的個體，簡稱具有適應能力的、主動的個體，簡稱主體主體。這種主體在與環(huán)境的交互作用中遵循一般的刺這種主體在與環(huán)境的交互作用中遵循一般的刺激反應模型，所謂激反應模型，所謂適應能力表現(xiàn)在它能夠根適應能力表現(xiàn)在它能夠根據(jù)行為的效果修改自己的行為規(guī)則，以便更好據(jù)行為的效果修改自己的行為規(guī)則，以便更好地在客觀環(huán)境中生存。地在客觀環(huán)境中生存。 Return在宏觀方面，由這樣的主體組成的系統(tǒng)，在宏觀方面，由這樣的主體組成的系統(tǒng)，將在主體之間以及主體與環(huán)境的相互作用中發(fā)將在主體之間以及主體與環(huán)境的相互作用中發(fā)展，表現(xiàn)出宏觀

57、系統(tǒng)的分化、涌現(xiàn)等種種復雜展，表現(xiàn)出宏觀系統(tǒng)的分化、涌現(xiàn)等種種復雜的演化過程。的演化過程。CAS系統(tǒng)中的個體一般稱為元素、部分或系統(tǒng)中的個體一般稱為元素、部分或子系統(tǒng)子系統(tǒng)adaptive agent （具有適應能力（具有適應能力的個體）的個體） Return研究適應和演化過程中概念研究適應和演化過程中概念（1）聚集（）聚集（aggregation）：主要用于個體通）：主要用于個體通過過“粘著粘著”（adhesion）形成較大的所謂的）形成較大的所謂的多主體的聚集體（多主體的聚集體（aggregation agent）。）。由于個體具有這樣的屬性，它們可以在一定條由于個體具有這樣的屬性，它們可

58、以在一定條件下，在雙方彼此接受時，組成一個新的個件下，在雙方彼此接受時，組成一個新的個體體聚集體，在系統(tǒng)中像一個單獨的個體那聚集體，在系統(tǒng)中像一個單獨的個體那樣行動。樣行動。Return（2）非線性（）非線性（nonlinearity）：指個體以）：指個體以及它們的屬性在發(fā)生作用時，并非遵從簡單的及它們的屬性在發(fā)生作用時，并非遵從簡單的線性關系。特別是在和系統(tǒng)或環(huán)境的反復的交線性關系。特別是在和系統(tǒng)或環(huán)境的反復的交互作用中，這一點更為明顯?；プ饔弥校@一點更為明顯。CAS理論認為個理論認為個體之間相互影響不是簡單的、被動的、單向的體之間相互影響不是簡單的、被動的、單向的因果關系，而是主動的因果

59、關系，而是主動的“適應適應”關系。在這種關系。在這種情況下，線性的、簡單的、直線式的因果鏈已情況下，線性的、簡單的、直線式的因果鏈已不復存在，實際的情況往往是各種反饋作用不復存在，實際的情況往往是各種反饋作用（包括負反饋和正反饋）交互影響的、互相纏（包括負反饋和正反饋）交互影響的、互相纏繞的復雜關系。繞的復雜關系。Return（3）流（）流（flow）：在個體與環(huán)境之間，以）：在個體與環(huán)境之間，以及個體相互之間存在著物質流、能量流和信息及個體相互之間存在著物質流、能量流和信息流。這些流的渠道是否通暢，周轉迅速到什么流。這些流的渠道是否通暢，周轉迅速到什么程度，都直接影響系統(tǒng)的演化過程。程度，都

60、直接影響系統(tǒng)的演化過程。Return（4）多樣性（）多樣性（diversity）：在適應過程）：在適應過程中，由于種種原因，個體之間的差別會發(fā)展與中，由于種種原因，個體之間的差別會發(fā)展與擴大，最終形成分化，這是擴大，最終形成分化，這是CAS的一個顯著特的一個顯著特點。霍蘭指出，正是相互作用的不斷適應的過點?；籼m指出，正是相互作用的不斷適應的過程，造成了個體向不同的方面發(fā)展變化，從而程，造成了個體向不同的方面發(fā)展變化，從而形成了個體類型的多樣性。而從整個系統(tǒng)來看，形成了個體類型的多樣性。而從整個系統(tǒng)來看，這事實上是一種分工。如果和前面提到的聚集這事實上是一種分工。如果和前面提到的聚集結合起來看，