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1、整体研究的系统科学方法张增国 副教授科学认识的综合方法、科学研究的横 断方法：系统科学方法l 简单系统 l现代科学研l究面对的对象 简单巨系统l l 复杂巨系统l 系统科学方法就是研究和处理复杂巨系统的科学方法。第一节 系统科学方法的基本问题一.系统科学和系统科学方法系统（system）最早出现在古希腊语 中。原意为“由部分组成的整体”。系统：是指由相互联系，相互作用 的若干要素构成的有特定功能的、统一 的整体。l 系统科学：是把对象作为组织性 、复杂性系统从整体上探索其存在 方式和运动变化规律的学问，是对 系统本质的正确反映和真理性认识 ，是一个知识体系。l 系统科学(系统学)知识体系图。马
2、 克 思 主 义 主 义 哲 学系 统 学运筹学控制论信息论各门系统工程通信技术自动化技术哲学技术科学工程技术基础科学系统论(系统观)l 系统科学方法或系统方法：按照系统科学的观点和理论， 把研究对象视为系统来解决认识和实践中的各种问题的方法的总称。l 这其中包含了两个问题：l 第一：什么样的对象可以称为系统？l 第二，如何对待这个或这些系统？第一：什么样的对象可以称为系统？社会 社会系统人 人体系统 体人脑系统 地理系统 星系系统l 第二，如何对待这个或这些系统？即 用什么方法处理复杂系统的问题。研究 对象整体运动过程要素与要素要素与系统系统与环境系统与系统内环境与外环境结构与功能二系统科学
3、方法的特点(1)综合性。不是单凭某一种方法和某一门科学知 识来认识和处理问题，而是综合运用各种各样的 方法和知识来认识和处理问题，包含自然科学、 社会科学和工程技术等。(2)整体性。核心，整体大于部分之和。(3)最优化。选择最佳实施方案。(4)动态性。任何现实的系统都处于动态的“活系 统”，系统总是动态的，永远处于运动变化之中 。(5)模型化。真实系统模型化，放大或缩小了的实 物模型、数学模型、符号系统模型等。三、系统方法主要包括：信息方法、控制方法、反馈方法、系统分析方法、系统模型方法、 系统决策方法、功能模拟方法、黑箱方法、 图式识别方法等。l四、系统科学方法的使用原则和作用l1、系统方法
4、的使用原则使 用 原 则1、整体性原则 2、动态原则 3、最优化原则 4、模型化原则2、系统方法的作用作 用1、认识、调控、改造、创造 复杂系统的手段； 2、优化管理的手段； 3、为人们提供新的思想模式。l第二节 常用的几种系统科学方法 l l一、信息方法 信 息编 码 器信 道解 码 器信 宿信息信号信号信息信 息 传 输 过 程 图噪声l 这个图说明，信源发出信息，经编 码器转化成信号在信道中传输，传输中 会受到噪声的干扰，所以在信息系统中 应有抗干扰的设备，信号进入解码器之 后，重新转化成为信息，被信宿接收。 信息传输的这个普遍过程，是信息方法 的基础。l信息是指存在于自然界、人类社会和
5、 机器等组织系统中的一种普遍联系方式 ，是自然界一切物质系统相互联系和相 互作用的特定形式。l信息的本质：l 信息是一切物质的普遍属性。但信 息不等于物质，它不是物质的。信息与 物质既有联系又有区别的不同范畴。1信息论方法1948年申农创立信息论。 (1)什么是信息A哲学上：信息是事物间相互作用的一种属性。B通讯角度：信息是对消息中不确定性的消除。C概率论：信息是概率的增加。D一般意义：在相互作用中，A物体作用于B物体，引起B物体的某种变化，B的变化标志A的某种特性的变化。（B的变化携带了关于A的信息）。(2)申农的信息论及信息的特性是不守恒的,可以共享、传递、贮存、转 换，同时还有相对于物质
6、、能量的独立性。(3)信息论方法运用信息理论, 把研究对象抽象为信息及 其变换过程, 通过信息的获取、传输、加工、 利用、反馈等过程，来揭示对象的本质和规律 ，进而认识对象和调控改造对象。2、信 息 方 法 流 程 图检测加工处理利用输出输入结果信 息 反 馈l由以上图示可见，信息方法的基本步骤：l 第一，对输入信息进行检测，达到符合目 的的净化；l 第二， 进行加工处理；l 第三，利用；l 第四，输出。l 输出分为两支，一支是结果， 另一支进行 信息反馈，从而循环往复，提高水准。l实践活动是人类的最基本的活动。在管理实践中， 存 在着三种流动过程，即由劳动者组成的人流、 由生产 资料和劳动资
7、料组成的物流以及信息流。在实践中， 它们的流动过程如下所示：l 人流 人流 l 物流 物流l 信息流 信息流输入实践过程输出信息 反馈2、信息方法的作用lA、信息概念的普遍性和灵活性，使信息 方法可用于解释各类事物特别是某些特 殊现象的规律性。（生物学中的兔子事 例）lB、信息概念的普遍性和相似性，使信息 方法可用于解释事物的共同属性。（人 脑和计算机）lC、信息的形式化，使信息方法可用于突 破研究对象的局限性。（系统的外部环 境）lD、信息方法的主观特性，使信息方法可 用于调整人的行为，发挥人的能动性。 （通讯编码）lE、信息概念的综合性，使信息方法可用 于对复杂系统的研究和提高系统的可靠
8、性。l当今社会，信息化时代。信息方法可以 改变科研方式，提高科研效益。3、信息方法的应用l使用信 息方法 的重要 意义1、分析人的认识活动；（反馈信息纠正）2、管理和决策的重要手段；（人流、物流、信息流）3、促使科学整体化的重要手段。4、电子计算机是信息加工的现代化工具。4、分子生物学和医学中的信息方法lA、系统的遗传信息理论，1953年英美生 物学家沃生和克里克首先提出。lB、遗传密码（信息编码理论），美国宇 宙物理学家伽莫夫。lC、遗传工程学（生物工程学、基因工程 学）lD、中医的信息疗法。二控制论方法20世纪40年代维纳创立控制论。运用控制论原理，按照研究对象的 信息流程，通过信息处理、
9、变换和反馈 等手段，从功能行为上控制、揭示其变 化发展的内部机制和外部效应的方法。控制论方法一般有反馈控制方法、 黑箱方法、功能模拟方法等。l什么是控制？l什么是控制系统？施控系统、受控系统l控制系统类型：l 开环控制系统l 闭环控制系统l 组合控制系统1、控制论方法的作用为研究各种自控机器、制导系统以及电脑提供广阔的思路、方法。为研究生物控制系统提供重要方法。对复杂的社会、经济系统的研究提供了新的工具。l2、反馈控制方法l 扰动l 控制 控制l l 信号 作用l 反馈信号反 馈 控 制 图输入控制器执行机构控制对象输出反馈装置反馈控制 方法的意义1、运用的普遍性，可以对人体、工程技术、人类社
10、会等多种领域进性研究； 2、与多种方法相结合，是打开技术之门的重要手段； 3、提出双向因果链的循环思路。l介绍几种与控制论有关的经济模式l 计划 商品决策机关生产企业消费市场a、开环控制模型l 价格利润竞争b、闭环控制模型资本所有者企业市场l 市l 场l 调l 节l 市场预测l l c、组合控制模型生 产 ABC商 品 ABC决策机关l 税收信贷投资 价格利润l 市l 场l 调l 节l 市场预测l l d、组合衰减经济控制模型生 产 ABC商 品 abc决策机关衰减器l3、黑箱和黑箱方法 l 黑箱又称黑系统，指内部要素和结 构尚不清楚的系统。未被认识的事物。l 黑箱方法是通过探索系统的功能而
11、推测其结构的方法。它通过考察黑系统 的输入和输出的动态过程， 即研究其功 能或行为方式，以推测和探索系统内部 结构和运动规律。（西瓜）l黑箱方法的使用步骤l 第一，通过研究输入和输出研究黑 箱。l 第二，系统分析功能，确定几个可 供选择的黑箱模型。l 第三，对黑箱模型进行检验和选择 。l 第四，阐明黑箱的结构和运动规律 并加以应用。l 输入l 否 是l 输出黑 箱 方 法 示 意 图黑 箱考 察 黑 箱可 供 选 择 的 黑 箱 模 型确 立 黑 箱 模 型应 用4、功能模拟法lA、在功能上描述与模仿系统对环境影响的反 应方式时，往往把系统看作黑箱，不去分析系 统的内部机制与个别要素，也不求模型与原型 结构的相同。lB、以原型与模型之间的功能相似为基础。lC、传统模拟的模型只是认识原型的手段，而 功能模拟的模型是具有生物目的的行为机器 智能机器。它本身就是研究的目的。三、大系统控制方法l1、大系统：规模庞大、结构复杂、因素 众多、目标多样、功能综合。（导弹、 卫星、飞船、航天飞机等，环保系统、 管理系统、人口控制系统等）l2、大系统的突出特点：l3、主要方法：分解协调方法l 多级递阶控制方法l
