農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)分析概述

農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)分析主講：雍太文:yongtaiwen@主要內(nèi)容農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)分析概述農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境辨識與問題診斷農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的模型與模型化農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動力學方法農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的預測與決策農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的評價第一章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)分析概述第一節(jié)、系統(tǒng)的概念及特點第二節(jié)、系統(tǒng)實際概述第三節(jié)、系統(tǒng)分析概論一、系統(tǒng)的概念1.系統(tǒng)思想的構成及演化2.系統(tǒng)的定義3.系統(tǒng)的形狀第一節(jié)系統(tǒng)的概念及特點1.系統(tǒng)思想的構成及演化古代樸素的系統(tǒng)思想Syn-histanai古希臘學者：德謨克利特、亞里士多德<易經(jīng)>：八卦說<內(nèi)經(jīng)>、<品德經(jīng)>、<孫子兵法><易經(jīng)>：八卦說天、地、雷、風、水、火、山、澤天地定位，雷風相薄，水火相射，山澤通氣<內(nèi)經(jīng)>：五行說木、火、土、金、水木生火，火生土，土生金，金生水，水生木木克土，土克水，水克火，火克金，金克木老子：<品德經(jīng)>獨立而不改，周行而不殆，可以為天下母天得一以清，地得一以寧，神得一以靈，谷得一以盈，萬物得一以生，侯王得一以為天下正。孫武：<孫子兵法>道、天、地、法、將都江堰水利工程、北宋皇宮修復1.系統(tǒng)思想的構成及演化古代樸素的系統(tǒng)思想

都江堰水利工程表示圖深淘灘，低作堰六字旨，千秋鑒分洪排沙寶瓶口引水工程1.系統(tǒng)思想的構成及演化現(xiàn)代系統(tǒng)工程實際“曼哈頓工程〞、“北極星導彈方案〞“阿波羅方案〞、“三峽工程〞1.系統(tǒng)思想的構成及演化系統(tǒng)思想的成熟與開展自然科學的開展：三大發(fā)現(xiàn)(能量轉(zhuǎn)化、細胞和進化論)辨證唯物主義的系統(tǒng)觀物質(zhì)技術根底恩格斯〔1820—1895〕“由于這三大發(fā)現(xiàn)和自然科學的其他宏大提高，我們?nèi)缃癫粌H能指出自然界中各個領域內(nèi)的過程之間的聯(lián)絡，而且總的來說，也可以指出各個領域之間的關系了。普朗克〔1858—1947〕“科學是內(nèi)在的整體，它被分解為單獨的部分不是取決于事物本身，而是取決于人類認識才干的局限性。〞辨證唯物主義“物質(zhì)世界是由無數(shù)相互聯(lián)絡、相互依賴、相互制約、相互的事物和過程構成的一致整體。現(xiàn)代科學技術的開展定量化方法〔離散數(shù)學、模糊數(shù)學、運籌學等〕電子計算機的出現(xiàn)系統(tǒng)思想的出現(xiàn)，徹底改動了人們的思想方式，使人們在改造世界的活動中，逐漸地認識并提示出客觀世界的本質(zhì)聯(lián)絡和內(nèi)部規(guī)律。主要表達在兩個方面：一、是使系統(tǒng)思想、系統(tǒng)方法定量化、科學化，使之成為具有堅實的數(shù)學實際根底的，可以定量地處置系統(tǒng)各組成部分聯(lián)絡關系的科學方法；

二、是計算機與信息技術的運用，為系統(tǒng)思想、系統(tǒng)方法的實踐運用提供了強有力的工具。正是由于上述兩個特征，才使得系統(tǒng)思想方法從一種哲學思想逐漸構成了獨特的系統(tǒng)實際，并在此根底上構成了一門專門的科學——系統(tǒng)科學。2.系統(tǒng)的定義馮·貝塔朗菲——系統(tǒng)是相互作用的諸要素的綜合體系統(tǒng)是由兩個以上的要素組成的整體。要素是構成系統(tǒng)的最根本的部分，沒有要素就無法構成系統(tǒng)，單個要素也無法構成系統(tǒng)。系統(tǒng)的諸要素之間、要素與整體之間、以及整體與環(huán)境之間存在著一定的有機聯(lián)絡。要素之間假設沒有任何聯(lián)絡和作用，那么也不能稱其為系統(tǒng)。系統(tǒng)要素之間的聯(lián)絡與作用必產(chǎn)生一定的功能。功能是系統(tǒng)所發(fā)揚的作用或效能，且是各要素個體所不具備的功能，這種功能是由系統(tǒng)內(nèi)部要素的有機聯(lián)絡和系統(tǒng)的構造所決議的。系統(tǒng)與要素間相互作用系統(tǒng)經(jīng)過整體作用支配要素要素經(jīng)過相互作用決議系統(tǒng)特性系統(tǒng)和要素之間概念是相對的。⑴系統(tǒng)經(jīng)過整體作用支配和控制要素系統(tǒng)經(jīng)過其整體作用來控制和決議各個要素在系統(tǒng)中的位置、陳列順序、作用的大小以及作用的范圍，協(xié)調(diào)著各要素之間的數(shù)量比例關系等等。系統(tǒng)整體穩(wěn)定，那么要素也穩(wěn)定；系統(tǒng)整體特性和功能發(fā)生變化，那么要素以及要素之間的關系也會隨之變化。例如，綜合運輸系統(tǒng)的整體功能，決議和支配著作為要素的水運系統(tǒng)、公路運輸系統(tǒng)、鐵路運輸系統(tǒng)、航空運輸系統(tǒng)以及管道運輸系統(tǒng)的位置、作用和它們之間的關系，為使綜合運輸系統(tǒng)的整體效益最正確，就要求各子系統(tǒng)必需充分發(fā)揚各自的功能，就要對各子系統(tǒng)之間的關系進展控制和協(xié)調(diào)。⑵要素經(jīng)過相互作用決議系統(tǒng)特性和功能普通來說，要素對系統(tǒng)的作用有兩種能夠的趨勢：一、是要素的組成成分和數(shù)量具有一種協(xié)調(diào)、順應的比例關系，使得要素可以維持系統(tǒng)的動態(tài)平衡和穩(wěn)定，并使系統(tǒng)走向組織化、有序化；二、是要素之間出現(xiàn)不協(xié)調(diào)、不順應的比例關系，這就會破壞系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定，甚至使系統(tǒng)衰退、解體。例如，對我國國民經(jīng)濟大系統(tǒng)而言，假設構成該系統(tǒng)的工業(yè)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)、科研系統(tǒng)等各個系統(tǒng)都可以協(xié)調(diào)開展的話，就可以使國民經(jīng)濟繼續(xù)、穩(wěn)定的開展；但由于某個系統(tǒng)開展緩慢，與其它子系統(tǒng)之間出現(xiàn)了不協(xié)調(diào)、不順應的比例關系，因此嚴重制約了國民經(jīng)濟的開展，影響了國民經(jīng)濟大系統(tǒng)的整體效益。⑶系統(tǒng)與要素的概念是相對的一個系統(tǒng)相對于構成它的要素而言是個系統(tǒng)，而相對于由它和其它事物構成的大系統(tǒng)而言，那么是一個要素〔或稱子系統(tǒng)〕；同樣，一個要素相對于由它和其它要素構成的系統(tǒng)而言，是個要素，但相對于構成它的要素而言，那么是一個系統(tǒng)。比如，由車輛、場站、路網(wǎng)組成了公路系統(tǒng)，但對于整個交通運輸系統(tǒng)而言，公路系統(tǒng)又是整個交通運輸系統(tǒng)的要素；再比如，相對于交通運輸系統(tǒng)而言，水運系統(tǒng)是一個要素，但它同時又是由港口運輸系統(tǒng)、水上船舶運輸系統(tǒng)、航道系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、信息系統(tǒng)構成的系統(tǒng)。3.系統(tǒng)的形狀自然系統(tǒng)和人造系統(tǒng)自然系統(tǒng)是由自然物等構成的系統(tǒng)，自然系統(tǒng)普通表現(xiàn)為環(huán)境系統(tǒng)，如海洋系統(tǒng)、植物系統(tǒng)、原子核系統(tǒng)、大氣系統(tǒng)等等。了解自然系統(tǒng)的構成及其規(guī)律，是人造系統(tǒng)的根底。人造系統(tǒng)是為了到達人類所需求的目的而由人類設計和建造的系統(tǒng)，如工程技術系統(tǒng)、運營管理系統(tǒng)、科學技術系統(tǒng)就是三種典型的人造系統(tǒng)。實踐上，多數(shù)系統(tǒng)是自然系統(tǒng)與人造系統(tǒng)相結合的復合系統(tǒng)。由于許多系統(tǒng)是有人參與活動，由人們利用科學力量，認識、改造了的自然系統(tǒng)。如社會系統(tǒng)，看起來是一個人造系統(tǒng)，但是它的發(fā)生和開展是不以人們的意志為轉(zhuǎn)移的，是有內(nèi)在規(guī)律的。從人類開展的需求看，其趨勢是越來越多的開展和發(fā)明人造系統(tǒng)。近年來系統(tǒng)工程曾經(jīng)越來越注重從與自然系統(tǒng)的關系來研討、開發(fā)、建造人造系統(tǒng)。實體系統(tǒng)和概念系統(tǒng)實體是以礦物、生物、能源、機械等實體組成的系統(tǒng)，如人－機系統(tǒng)，機械系統(tǒng)等。 2. 系統(tǒng)不僅有實體部分，還有賴以構成的概念部分。概念系統(tǒng)是由概念、原理、原那么、方法、制度等觀念性的非物質(zhì)實體組成的系統(tǒng)，是以軟件為主體，依靠于動態(tài)系統(tǒng)的方式來表現(xiàn)，如科技體系、教育體系、法律體系、程序系統(tǒng)等。 3.實際中，實踐系統(tǒng)與概論系統(tǒng)通常結合在一同。實體系統(tǒng)是概念系統(tǒng)的根底和效力對象，而概念系統(tǒng)是為實體系統(tǒng)提供指點和效力的，兩者不可分開。3.系統(tǒng)的形狀3.系統(tǒng)的形狀封鎖系統(tǒng)和開放系統(tǒng)MLθBStRθzyX靜態(tài)系統(tǒng)和動態(tài)系統(tǒng)靜態(tài)系統(tǒng)固有形狀參數(shù)不隨時間改動動態(tài)系統(tǒng)把形狀變量作為時間的函數(shù)對象系統(tǒng)和行為系統(tǒng)對象系統(tǒng)是按詳細研討對象進展區(qū)分而產(chǎn)生的行為系統(tǒng)為以完成目的行為作為組成要素控制系統(tǒng)和因果系統(tǒng)

控制系統(tǒng)為具有控制功能的系統(tǒng)因果系統(tǒng)是輸出完全決議于輸入的系統(tǒng)3.系統(tǒng)的形狀二、系統(tǒng)的特性1、整體性Fs為系統(tǒng)的整體功能；Fi為各要素的功能整體性原那么的指點意義系統(tǒng)與要素之間不可分割二、系統(tǒng)的特性2、相關性Q1,Q2,…,Qn為1，2，…，n個要素的特征；t為時間；f1,f2,…,fn表示相應的函數(shù)關系二、系統(tǒng)的特性3、層次性/目的性目的8目的1目的2目的3目的4目的5目的6目的7目的9目的10目的11目的12目的13二、系統(tǒng)的特性4、動態(tài)性環(huán)境轉(zhuǎn)換機構〔系統(tǒng)〕輸入輸出圖：系統(tǒng)與環(huán)境的關系三、系統(tǒng)的構造1、系統(tǒng)構造的特性穩(wěn)定性——平衡構造、非平衡構造層次性——自然界系統(tǒng)的九個層次層次性第一層次——靜態(tài)構造系統(tǒng)第二層次——簡單動態(tài)系統(tǒng)第三層次——反響控制系統(tǒng)第四層次——細胞系統(tǒng)第五層次——原生社會系統(tǒng)第六層次——動物系統(tǒng)第七層次——人類系統(tǒng)第八層次——人類社會系統(tǒng)第九層次——超越系統(tǒng)三、系統(tǒng)的構造1、系統(tǒng)構造的特性開放型——構造不斷變化相對性——層次性決議了相對性三、系統(tǒng)的構造2、系統(tǒng)構造分析——從系統(tǒng)內(nèi)部來調(diào)查其組成要素的結合關系。1〕要素的結合2〕系統(tǒng)的構造矩陣1〕要素的結合E1E2y12x12E1E2x21y21E1E2y12x12x21y21a)b)c)圖、要素結合的類型E1E2y12x12a)E1作用于E2，E1到E2的輸入x12，E1到E2的輸出y12，E1到E2的結合形狀C12=1,C21=0,x12=C12y12E1E2x21y21b)E2作用于E1，E2到E1的輸入x21，E2到E1的輸出y21，E2到E1的結合形狀C21=1,C12=0,x21=C21y21E1E2y12x12x21y21c)C21=1,C12=1要素結合的三種類型：串聯(lián)結合并聯(lián)結合反響結合串聯(lián)結合E1E2y12x12E4E3x1x23x34y23y34y42)系統(tǒng)的構造矩陣并聯(lián)結合E1E2E3E4E5反響結合E1E2E3E4E5四、系統(tǒng)的功能系統(tǒng)與外部環(huán)境相互作用的才干，功能闡明的是系統(tǒng)的外部形狀和外部作用。系統(tǒng)功能的特性：易變性相關性功能方法：功能分析：對要素的數(shù)量和質(zhì)量的分析功能模擬方法：以功能類似為根底，用模型再現(xiàn)黑箱方法：調(diào)查系統(tǒng)輸入、輸出及其動態(tài)過程五、構造與功能的關系同構異功同功異構同構同功異構異功第二節(jié)系統(tǒng)實際概述系統(tǒng)實際包括：1、老三論〔構成于上世紀四十年代〕：普通系統(tǒng)論、控制論和信息論。2、新三論〔構成于上世紀七十年代〕：耗散構造實際、協(xié)同論和突變論。一、普通系統(tǒng)論開創(chuàng)人為L.Von.Bertalanffy。研討領域：管理實際、運籌學、信息論、控制論、哲學、行為科學等古代整體觀形而上學整體觀15世紀下半葉～18世紀末

辨證整體觀19世紀

現(xiàn)代系統(tǒng)觀念機體系統(tǒng)論普通系統(tǒng)論古代整體觀

當時的世界整體看法三大特征：1、部分“偶爾堆積〞，笛卡兒，復原論?！鞍盐宜{(diào)查的每一個難題，都盡能夠的分成細小的部分，直到可以而且適于加以圓滿處理的程度為止。〞

形而上學整體觀15世紀下半葉～18世紀末

古代整體觀

當時的世界整體看法三大特征：2、機械觀念。人體是按力學性質(zhì)運動的機器，心臟發(fā)條，神經(jīng)油，關節(jié)齒輪。3、孤立存在的整體，否認相互間聯(lián)絡。“堵塞了它本人從認識個別到認識整體，到洞察普遍聯(lián)絡的道路〞形而上學整體觀15世紀下半葉～18世紀末

“搜集資料〞——“整理資料〞三大發(fā)現(xiàn)，普遍聯(lián)絡1、自然界和人類社會都是有機聯(lián)絡整體2、對整體內(nèi)在構造提示元素周期表社會系統(tǒng)科學3、對事物與環(huán)境相互關系的認識進化論古代整體觀

辨證整體觀19世紀引自恩格斯<反杜林論>:“當我們沉思熟慮地調(diào)查自然界或人類歷史或我們本人的精神活動時，首先呈如今我們眼前的是一幅由種種聯(lián)絡和相互作用無窮無盡地交錯起來的畫面，其中沒有任何東西是不動的和不變的，而是一切都在運動、變化、生成和消逝。〞“關于機體概念的斗爭〞〔1〕活力論〔2〕機械論觀念和復原論觀念〔3〕機體系統(tǒng)論觀念

現(xiàn)代系統(tǒng)觀念

一切生物都是具有復雜構造的自然系統(tǒng)，生物體各個要素不能分開生物體本身而獨立存在，因此對于生命景象也不能用簡單的分解和相加的方法去解釋。一切生命系統(tǒng)本身都處于積極的活動形狀，并隨時與環(huán)境發(fā)生著物質(zhì)、能量交換關系。一切生命系統(tǒng)都具有嚴厲的等級組織，生物學的主要目的就在于發(fā)現(xiàn)生物各個層次上的組織原理

普通系統(tǒng)論

整體性原那么相關性原那么層次性原那么動態(tài)性原那么現(xiàn)代系統(tǒng)觀念

信息論是研討信息傳輸和信息處置系統(tǒng)的普通規(guī)律的學科，其根本思想是完全撇開系統(tǒng)物質(zhì)與能量的詳細運動形狀，而把系統(tǒng)的有目的的運動籠統(tǒng)為一個信息變換的過程，來探求信息的普通特征、傳送規(guī)律和原理。由于人類的任何實際活動中，都包含著人流、物流、材流、能流和信息流等各種流，其中信息流起著支配的作用，它調(diào)理著系統(tǒng)內(nèi)部其它流的數(shù)量、方向、速度、目的，并控制著人和物的有目的、有規(guī)律的活動。信息論是控制論的根底。二、信息論信息科學簡史古代通訊方式言語，文字驛站，漂流瓶，烽火臺缺陷：間隔短，通訊速度慢通訊數(shù)量少，嚴密性差。信息科學簡史近代通訊科學的產(chǎn)生有線電通訊：1753年英國人架設導線，靜電感應電流言語1837年美國人莫爾斯，第一臺電報機，莫爾斯電碼，1844年，64km線路，初次電報通訊1866年，英海底電纜，橫跨大西洋，銜接歐美1875年，貝爾，1878年，初次長間隔通訊無線電通訊：1865年，英國人麥克斯韋，輻射電磁場實際1868年，德國人赫茲實驗驗證電磁波存在1889年，俄國人波波夫，“雷電指示器〞，1896年，250米通訊間隔，第一份無線電報；與此同時，意大利人馬可尼1896年6月在英國獲得第一個無線電專利1901年，意大利馬可尼初次橫跨大西洋接納無線電報信息科學簡史近代通訊科學的產(chǎn)生無線電通訊：20世紀開展，主要信號放大，頻率開發(fā)，雷達、電視運用1906年，美國人德特雷斯，三級電子管，可放大信號1926年，英國人布萊特經(jīng)過實驗探測到電離層存在1927年，英國人阿普爾頓，發(fā)現(xiàn)電離層能反射電波，從此，中高頻等無線電波相繼得到開發(fā)1935年，英國沃森·瓦特研制雷達，二戰(zhàn)中發(fā)揚作用1937年，英國廣播公司第一次廣播高明晰電視圖像信息科學簡史現(xiàn)代通訊實際——申農(nóng)信息論1948年，美科學家申農(nóng)〔ClaudeElwoodShannon〕提出信息論?！?lt;通訊的數(shù)學實際>、<在噪聲中的通訊>狹義信息論：研討通訊控制系統(tǒng)中信息傳送的共同規(guī)律，及提高信息傳送的可靠性。廣義信息論：利用狹義信息論來研討一切問題的實際。信息論根本概念信息：不確定度的減小信息＝〔通訊前不確定性〕－〔通訊后不確定信〕信息量：某種不確定度趨向確定的一種度量1、I=f(p)或I=g(1/p)2、p(AB)=p(A)p(B)I(AB)=I(A)+I(B)I(A)=log2(1/p)或I(A)=－log2(p)p大小I小大信息音訊信息量3、投擲硬幣，某面朝下概率p(A)=0.5,按照I(A)=log2(1/p)計算得I(A)=log2(2)=1一切二中擇一事件包含信息量為1比特4、一批福利品，優(yōu)質(zhì)品40％，合格品55％，次品5％，隨意抓取，“某人拿到次品〞，這一音訊的信息量為多少？I(A)=log2(1/p))=log2(1/0.05)＝4.32bt信息量能夠音訊在傳送端發(fā)生概率為先驗概率，在接受端出現(xiàn)概率為后驗概率。實踐通訊中，能夠音訊送到接受端后仍未消除不確定性。那么信息量為：信息量同一通訊中包含大量不同音訊，可以構成各種復合音訊，必需有不同的信息量計算公式。音訊A與B同時發(fā)生所構成的結合音訊AB，包含的信息量為：當且僅當A與B互為獨立的信息時，等號成立條件信息：信息熵實踐通訊中，應關懷整個音訊序列，對整個音訊序列的信息量進展度量。能夠音訊集合的整體平均信息量稱為“信息熵〞H——信息源的熵，熵越大，發(fā)送信息才干越大信息熵I(A)=-(0.4log0.4+0.55log0.55+0.05log0.05)=1.22bt/符號一批福利品，優(yōu)質(zhì)品40％，合格品55％，次品5％，信息熵是多少？信息熵信息熵特性非負性對稱性X＝(x1,x2,x3)p1＝(1/2,1/3,1/6)P2＝(1/3,1/6,1/2),P3＝(2/3,1/4,1/12)H1=H2=1.46BTH3=1.19BT極值性對于一定能夠音訊數(shù)，熵值在等概率分布下取最大值

結合熵H(XY)≤H(A)+H(B)通訊系統(tǒng)實施通訊活動的系統(tǒng)通訊系統(tǒng)的構造：1、信源與信宿2、信道3、編碼與譯碼通訊系統(tǒng)1、信源與信宿信源信宿編碼噪聲信道譯碼通訊系統(tǒng)1、信源與信宿信源：音訊的來源。離散信源，延續(xù)信源信源特征有信息構造與數(shù)量信息構造兩個要素能夠音訊集合A=｛a1,a2,…，an｝音訊概率分布P=｛p1,p2,…，pn｝信息數(shù)量通訊系統(tǒng)1、信源與信宿信息數(shù)量信息熵最大熵相對熵剩余度γ通訊系統(tǒng)2、信道傳送信息的通道。有聲信道、光信道、電信道，等等。按照數(shù)學特性可把信道劃分為離散信道和離散信道，有噪聲信道和無噪聲信道，等等。信道目的通訊速度信道容量通訊系統(tǒng)3、編碼與譯碼信息不能直接傳送，必需先編碼，再譯碼編碼按一定規(guī)那么，把各種特定符號陳列起來，構成表達信息的符號系統(tǒng)12345678910?！??！?。…—。?！！?。?！?。—莫爾斯電碼通訊系統(tǒng)3、編碼與譯碼信息不能直接傳送，必需先編碼，再譯碼譯碼解調(diào)，把經(jīng)過調(diào)制的信號頻譜再遷移回去，變成原信號頻譜，如把光頻再變成電頻、聲頻等。譯碼，編碼的反轉(zhuǎn)換，把構成信息的符號組合再變成信息。噪聲1、提高通訊可靠性，減少信道傳送信號中的噪聲。2、從信道中混有噪聲的信號中濾掉噪聲，即信號檢測、濾波的實際與技術。申農(nóng)信息論奉獻：1、實際上闡明通訊的根本問題2、提出通訊系統(tǒng)的物理模型3、提出信息量的度量公式4、初步處理如何從信宿提取信息源音訊5、提出充分利用信道容量的途徑〔單邊傳送〕6、如何編、譯碼提高信道利用率廣義信息全信息通訊工程關懷的只是信息的語法特性。真實的通訊包含三個方面：技術問題；語義問題；成效或價值問題語義的定性與定量描畫信息具有價值屬性，信宿接納信息后的效果即信息的價值全信息：綜合了語法、語義和語用信息的信息。全信息實際：研討全信息的本質(zhì)和度量即運動規(guī)律的實際現(xiàn)代信息科學開展現(xiàn)代信息科學開展激光通訊，網(wǎng)絡化，挪動性，數(shù)字化，綜合性，量子通訊

廣義信息論關于信息本質(zhì)的實際關于信息度量方法的實際關于信息運動規(guī)律的實際關于信息產(chǎn)生、獲取、變換、傳輸、儲存、處置、顯示、識別和利用的實際關于高級信息交換系統(tǒng)的實際

信息技術信息獲取技術，信息傳送技術，信息處置技術，信息存儲技術，信息交換技術，信息平安技術三、控制論1948年，美數(shù)學家維納〔NorbertWiener〕創(chuàng)建，是自動控制、無線電通訊、神經(jīng)生理學、生物學等多學科相互浸透的產(chǎn)物。三、控制論Cybernetics古代自動機思想和實際：“銅壺滴漏〞，“指南車〞，木牛流馬，老鼠夾子，風磨磨面，瑞士機械鐘表近代控制論萌芽：自動調(diào)速技術1787年瓦特發(fā)明蒸氣機離心調(diào)理器伺服機實際19世紀40年代，機械化大消費反響概念19世紀70年代，“反響思想〞，電學中反響三、控制論Cybernetics現(xiàn)代控制論的建立和開展現(xiàn)代控制論的建立和開展主要是同計算機科學、信息科學以及神經(jīng)生理學的建立和開展聯(lián)絡在一同的維納，1948發(fā)表<行為，目的和目的論>麻省理工，數(shù)字計算機的五點建議；信息論，濾波實際墨西哥心臟研討所，神經(jīng)反響研討清華大學〔1935～1936〕開闊視野，積累知識二戰(zhàn)，“自動火炮〞，借助于反響調(diào)理概念三、控制論20世紀以來控制論開展三個階段經(jīng)典控制論階段〔20世紀40～50年代〕現(xiàn)代控制論階段〔20世紀60～70年代〕大系統(tǒng)實際階段〔20世紀70～〕三、控制論從控制論開展看科學開展社會開展的需求是科學開展的動力科學的提高是集體努力的結果科學的發(fā)明與科學實際的建立有賴于科學家堅實的知識根底沒有實際，社會實際就不能成為系統(tǒng)的科學，實際也就難以深化和系統(tǒng)地開展三、控制論控制論分支情況工程控制論主要研討詳細工程技術的控制系統(tǒng)生物控制論主要研討生物系統(tǒng)的自我調(diào)理、自我復制及有選擇的反響環(huán)境等問題。涉及神經(jīng)系統(tǒng)、生理調(diào)理系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、肌肉運動系統(tǒng)等。社會控制論把控制論根本原理用于社會學、經(jīng)濟學等社會領域人工智能主要研討智能模擬問題三、控制論系統(tǒng)與控制控制為一種系統(tǒng)景象控制是一種有目的的活動控制與信息不可分控制系統(tǒng)的環(huán)節(jié)—敏感、決策、執(zhí)行、中間轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)從無控制到有控制是物質(zhì)世界進化結果三、控制論控制義務定值控制程序控制隨動控制最優(yōu)控制三、控制論控制方式簡單控制只布置義務，不檢查效果補償控制防患于未然反響控制賞罰清楚三、控制論控制系統(tǒng)的數(shù)學描畫黑箱方法輸入鼓勵，測記輸出呼應鼓勵呼應關系傳送函數(shù)拉普拉斯變換，引入頻域

三、控制論控制系統(tǒng)的數(shù)學描畫串連系統(tǒng)傳送函數(shù)W1(S)W2(S)Wk(S)…三、控制論控制系統(tǒng)的數(shù)學描畫閉環(huán)系統(tǒng)傳送函數(shù)U(S)W1(S)W2(S)Y(S)—E(S)三、控制論控制系統(tǒng)的性能目的UMYX1、穩(wěn)定性與穩(wěn)定裕度2、控制的準確性〔控制精度或穩(wěn)態(tài)誤差〕3、過渡過程特性1〕快速性與過渡時間T2)平穩(wěn)性和超調(diào)量h3〕振蕩次數(shù)4、構造特性能控性、能觀測性、魯棒性(Robustness)三、控制論隨機控制自組織控制三、控制論大系統(tǒng)控制系統(tǒng)大導致：1、分散性2、不確定性3、維數(shù)災難延續(xù)信息采集多個控制中心遞階控制〔集中與分散相結合的原那么〕1、多級遞階控制2、多層遞階控制3、多段遞階控制四、耗散構造實際自組織系統(tǒng)實際的開展歷史19世紀中期熱力學的主要成就及其實際熱力學第一定律熱力學第二定律從19世紀熱力學中得出的結論孤立系統(tǒng)中，熵趨于無窮大S=Q/T19世紀熱力學與現(xiàn)實的矛盾熱力學以為，物體總是由有序向無序轉(zhuǎn)化生物科學卻闡明，生物的開展是無序向有序，低級向高級的進化過程四、耗散構造實際自組織系統(tǒng)實際的開展歷史19世紀以來科學家們對熱力學與生物學矛盾的處理麥克斯韋妖，漲落導致有序生命遺傳機制的量子論解釋，生命特征與生命有序性貝塔朗菲開放系統(tǒng)生物學實際布里淵<生命、熱力學和控制論>自組織系統(tǒng)實際的誕生比利時物理學家普利高津，耗散構造實際法國數(shù)學家托姆，突變實際德國物理學家哈肯，協(xié)同實際四、耗散構造實際耗散構造實際簡介系統(tǒng)分類孤立系統(tǒng)與外界無物質(zhì)、能量交換封鎖系統(tǒng)與外界有能量、無物質(zhì)交換開放系統(tǒng)與外界有能量、物質(zhì)交換四、耗散構造實際耗散構造耗散:指系統(tǒng)與外界有能量的交換構造:指在時間與空間上相對有序。硅油產(chǎn)生的貝納德花紋一些雪花骨架圖案耗散構造實際就是研討系統(tǒng)怎樣從混沌無序的初始形狀向穩(wěn)定有序的組織構造進展演化的過程和規(guī)律，并且試圖描畫系統(tǒng)在變化的臨界點附近的相變條件和行為。四、耗散構造實際四、耗散構造實際1〕開放系統(tǒng)是產(chǎn)生耗散構造的必要前提diSdeSdS＝diS＋deS四、耗散構造實際2〕非平衡態(tài)是有序之源平衡態(tài)時，系統(tǒng)內(nèi)部各個區(qū)域物質(zhì)能量出現(xiàn)平衡，不能夠產(chǎn)生流動。近平衡態(tài)時，系統(tǒng)內(nèi)部各個區(qū)域物質(zhì)密度或能量差別較小，接近與平衡。遠離平衡態(tài)，系統(tǒng)內(nèi)部各個區(qū)域物質(zhì)和能量分布極不均勻，易于構成次序、具有動態(tài)特征四、耗散構造實際3〕漲落導致有序功能構造漲落漲落，指系統(tǒng)某個變量或某種行為對平均值的偏離，漲落是偶爾的、隨機的、雜亂無章的。近平衡態(tài)時，漲落是破壞穩(wěn)定性的干擾。遠離平衡態(tài)，隨機小漲落可以經(jīng)過非線性的相關作用和連鎖效應被迅速放大，構成系統(tǒng)整體上的巨漲落，從而導致系統(tǒng)發(fā)生突變，構成一種新的穩(wěn)定有序構造。五、協(xié)同窗實際1976年，德國實際物理學家赫爾曼·哈肯(HarmannHaken)耗散構造實際主要從系統(tǒng)內(nèi)部與外部環(huán)境的關系上去研討協(xié)同窗主要從系統(tǒng)內(nèi)部各要素相互作用的方式上去研討自組織機制協(xié)同窗不僅研討遠離平衡態(tài)系統(tǒng)，也研討平衡態(tài)封鎖系統(tǒng)；不僅研討系統(tǒng)無序到有序的演化規(guī)律，也研討從有序到無序的演化規(guī)律協(xié)同窗主要研討手段是類比五、協(xié)同窗實際

組織系統(tǒng)內(nèi)部的有序構造或構成有序構造的過程他組織系統(tǒng)靠外部指令構成組織自組織系統(tǒng)自動構成的有序構造五、協(xié)同窗實際

系統(tǒng)內(nèi)的協(xié)同運動是自組織過程的內(nèi)在根據(jù)臨界過程中，漲落是構成有序構造的推進力量開放是自組織構成的外部條件

1)系統(tǒng)內(nèi)的協(xié)同運動是自組織過程的內(nèi)在根據(jù)系統(tǒng)各要素之間的協(xié)同是自組織過程的根底。要素運動存在兩種趨勢：1、自發(fā)的無規(guī)那么運動〔如分子熱運動、以私有制為根底的消費無政府形狀〕2、由于要素之間的相互關聯(lián)導致的協(xié)同運動〔如結晶過程就是分子間的協(xié)同運動，足球競賽時協(xié)同運動〕。當無規(guī)那么運動占主導位置時，系統(tǒng)呈無序形狀；當協(xié)同運動束縛無規(guī)那么獨立運動而占主要位置時，系統(tǒng)呈有序形狀〔組織態(tài)〕。系統(tǒng)由無序向有序轉(zhuǎn)變，實踐上是系統(tǒng)內(nèi)的無規(guī)那么獨立運動主導位置被協(xié)同運動取代的過程，這一過程既可發(fā)生在非平衡態(tài)，也可在平衡態(tài)中。由此區(qū)別與耗散實際系統(tǒng)內(nèi)各序參量之間的協(xié)同協(xié)作是系統(tǒng)組織性產(chǎn)生的直接根源。序參量即標志系統(tǒng)有序性的參數(shù)?！踩绱呕瘡姸?、光場強度、組織化程度等〕系統(tǒng)處于相變臨界點時，往往同時有幾個序參量存在，而每個序參量又對應著一定的宏觀組織構造。此時產(chǎn)生序參量的競爭，當一時不能勝出時，便會協(xié)同協(xié)作，一致主宰系統(tǒng)，使系統(tǒng)呈現(xiàn)新的組織構造；當一個序參量勝出時，系統(tǒng)又會構成更高一級的有序構造，系統(tǒng)的各要素又以新的方式協(xié)同運動。如貝納德花紋。1)系統(tǒng)內(nèi)的協(xié)同運動是自組織過程的內(nèi)在根據(jù)2〕臨界過程中，漲落是構成有序構造的推進力協(xié)同窗以為，無論系統(tǒng)處于無序，還是有序形狀，系統(tǒng)內(nèi)各要素間協(xié)同運動依然存在，由于系統(tǒng)要素的獨立運動或部分產(chǎn)生的的協(xié)同運動及環(huán)境隨機干擾，系統(tǒng)會有漲落。漲落對于系統(tǒng)由一種穩(wěn)態(tài)向另一種穩(wěn)態(tài)躍遷的影響很大。當系統(tǒng)處于臨界點時，漲落對系統(tǒng)影響很大，此時由于系統(tǒng)要素間獨立運動和協(xié)同運動進入均勢階段，系統(tǒng)有序性為零，任一微小漲落會被放大至巨漲落，推進系統(tǒng)進入有序。但多少漲落會迅速衰落下去，最終只需一個或少數(shù)幾個漲落影響全局，使系統(tǒng)進入相應有序態(tài)。漲落是有序之源3〕開放是自組織構成的外部條件控制參量改動系統(tǒng)要素間相互關系和位置，改動要素間協(xié)同方式和程度。假設外界不提供促成系統(tǒng)要素間關聯(lián)變化的條件，系統(tǒng)不能夠構成自組織行為。系統(tǒng)自組織機制將外界提供的無規(guī)那么方式的物質(zhì)和能量進展加工，使其變?yōu)橛行蚍绞?。六、突變?972年法國數(shù)學家托姆<構造穩(wěn)定性和形狀構成學>

穩(wěn)定性與非穩(wěn)定性突變過程本質(zhì)與特征突變方式具有多樣性

1〕穩(wěn)定性與非穩(wěn)定性

突變論是建立在穩(wěn)定性實際根底上的。在存在干擾的情況下，只需穩(wěn)定態(tài)可以存在下去，非穩(wěn)定態(tài)上不能維持的。由非穩(wěn)定態(tài)向穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)化是客觀事物運動變化的普遍趨勢之一。2〕突變過程本質(zhì)與特征

突變的過程是系統(tǒng)由一種穩(wěn)定態(tài)經(jīng)過不穩(wěn)定態(tài)向新的穩(wěn)定態(tài)躍遷的過程。數(shù)學上表示為參數(shù)變化對系統(tǒng)極值的影響。突變的特征：1、多穩(wěn)態(tài)性2、中間非穩(wěn)態(tài)性3、突變點是一個范圍4、突變結果帶有隨機性。3〕突變方式具有多樣性突變方式為不同質(zhì)態(tài)的系統(tǒng)在相互轉(zhuǎn)化時的關節(jié)點分布的幾何外形?？刂茀⒘康膫€數(shù)不超越4，突變過程共有7種類型；控制參量的個數(shù)不超越5，突變過程共有11種類型；控制參量的個數(shù)超越5，突變類型趨于無限。突變論的運用物理學上，系統(tǒng)相變和彈性梁彎曲、非線性振動、流膂力學等生物學上，建立心跳的數(shù)學模型，研討刺激在神經(jīng)中傳播，細胞分裂等社會科學上，戰(zhàn)爭預測、言語學研討等。七、開放的復雜巨系統(tǒng)實際錢學森關于系統(tǒng)的分類巨系統(tǒng)由幾個、十幾個元素或子系統(tǒng)組成的是小系統(tǒng)；由幾百個、上千個元素或子系統(tǒng)組成的是大系統(tǒng)；由成萬上億個元素或子系統(tǒng)組成為巨系統(tǒng)。巨系統(tǒng)的整體行為能夠涌現(xiàn)出顯著特殊性質(zhì)，如自組織景象。巨系統(tǒng)中還可根據(jù)系統(tǒng)組分和關聯(lián)程度復雜性分為簡單巨系統(tǒng)和復雜巨系統(tǒng)。人腦系統(tǒng)是一種復雜巨系統(tǒng)。開放的復雜巨系統(tǒng)復雜系統(tǒng)內(nèi)在表現(xiàn)為：開放性非線性隨機性突現(xiàn)性巨系統(tǒng)復雜巨系統(tǒng)開放的復雜巨系統(tǒng)錢學森20年來系統(tǒng)思想的三次飛躍八、系統(tǒng)實際的根本概念牛頓時間與柏格森時間有序和無序系統(tǒng)演化和突現(xiàn)吸引子八、系統(tǒng)實際的根本概念〔牛頓時間與柏格森時間〕

牛頓力學方程：傅立葉方程：柏格森——“物理學時間和進化論及生物學時間不同，前者可逆，其中沒有新惹事物出現(xiàn)；后者不可逆，不斷出現(xiàn)新惹事物。〞八、系統(tǒng)實際的根本概念〔有序和無序〕

有序性——構造、行為、功能的有序性系統(tǒng)中有序與無序相伴相生例如封鎖系統(tǒng)的熱分散和物分散：現(xiàn)代系統(tǒng)科學體系一、系統(tǒng)分析的根本概念系統(tǒng)分析產(chǎn)生于２０世紀４０年代末期的美國蘭德公司，早期主要用于武器系統(tǒng)的本錢效益分析，６０年代后，開場用于社會經(jīng)濟系統(tǒng)。系統(tǒng)分析：是經(jīng)過一系列步驟，協(xié)助指點者選擇最優(yōu)方案的一種系統(tǒng)方法。目的—提高問題的明晰度 方法—用系統(tǒng)的方法，定性、定量的工具分析構造和形狀，提出方案并進展評價和協(xié)調(diào) 義務—提供方案、評價規(guī)范以及建議第三節(jié)系統(tǒng)分析概述二、系統(tǒng)分析的要素〔１〕目的〔２〕可行方案〔３〕費用〔壽命周期總費用(LifeCycleCost)〕〔４〕模型〔５〕效果〔效益和有效性〕〔６〕準那么〔目的的詳細化〕〔７〕結論〔建議，不是決策〕Ａ１Ａ３Ａ２Ａ５Ａ４目標研討模型效果〔＋〕費用〔－〕＋－準那么Ａ１Ａ２Ａ４Ａ５Ａ３結論〔方案排序〕圖1－２系統(tǒng)分析要素構造圖三、系統(tǒng)分析的要點與步驟

1.系統(tǒng)分析的要點表1.2系統(tǒng)分析的要點項目為什么應該如何采取什么對策目的對象為什么提出這個問題為什么從此入手應提什么應找哪個刪去工作中不必要的部分時間地點人物為什么在這時做為什么在這里做為什么由此人做應何時做應在何處做應該誰做合并重復的工作內(nèi)容方法為什么這樣做如何去做使工作盡可能科學化處理問題的5W1H(1)義務的對象是什么？即要干什么〔What〕;(2)這個義務何以需求？即為什么這樣干〔Why〕;(3)它在什么時候和什么樣的情況下運用？即何時干〔When〕;(4)運用的場所在哪里？即在何處干〔Where〕;(5)是以誰為對象的系統(tǒng)？即誰來干〔Who〕;(6)怎樣才干處理問題？即如何干〔How〕。2、系統(tǒng)分析的步驟原始情況