第一章节系统论幻灯片

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1、系统科学概论,,系统论 信息论 控制论 复杂性与复杂系统（简单巨系统，复杂巨系统） 系统的演化 社会网络分析,主要内容,参考书目： 1、系统科学概论，高奇编著，山东大学出版社 2、系统科学，沈克琦，高等教育出版社 3、系统科学与方法概论，陈禹，中国人民大学出版社 4、系统科学精要，苗东升，中国人民大学出版社 5、系统科学，许国志，上海科学技术教育出版社,相关要求,一次讨论（大纲） 10月底 期末（论文）,第一章 系统论,1 系统论的基本概念 2 系统论的产生与发展 3 系统原理 4 系统方法与应用,系统论是研究客观现实系统共同的特征、本质、原理和规律并对其功能进行数学描述的科学。 系统论由美籍

2、奥地利生物学家贝塔朗菲创建。,第一节 系统论的基本概念,一、系统的概念 几十种定义 “系统是诸元素及其顺常行为的给定集合” “系统是有组织的和被组织化的全体” “系统是有联系的物质和过程的集合” “系统是许多要素保持有机的秩序，向同一目的行动的东西”，等等 一般系统论则试图给一个能揭示各种系统共同特征的一般的系统定义，通常把系统定义为：由若干要素以一定结构形式联结构成的具有某种功能的有机整体。在这个定义中包括了系统、要素、结构、功能四个概念，表明了要素与要素、要素与系统、系统与环境三方面的关系。,1、系统与要素 系统是由相互联系、相互的诸要素组成的具有特定功能有机整体作用。 构成系统必须具备三

3、个必要条件： 有两个以上的要素； 要素之间要相互联系、相互作用； 要素之间的联系和作用必须产生整体功能。 理解： 系统具有普适性 宇宙是最大的系统 要素是构成系统的子系统 任何事物必然属于某个系统 要素：构成系统的组成部分。,Common elements,All systems have common elements. These are: input output throughput or process feedback control environment goal,2、结构与功能 结构指系统诸要素相互联系、相互作用的方式或秩序，即诸要素在时空连续区间上相对稳定的排列组合方式。

4、系统功能是指系统与环境的相互作用中所呈现出的能力，即系统从环境接受物质、能量和信息，经过系统的变换，向环境输出新的物质、能量和信息的能力。 3、系统环境 系统环境是指存在于系统外的且与系统发生作用的事物的总称，亦即为系统提供输入和接受它的输出的场所。,系统边界系统和环境分开的假想线，它是事物的规定性在人们头脑中的反应，用以区分系统和环境的本质不同和系统所包含的要素的界限，带有很强的主观性。 确定边界的主要依据是某要素与系统中的其他要素相互联系的紧密程度，即该要素发生变化时能否对系统功能产生决定性影响。,二 系统论的核心思想,亚里斯多德“整体大于部分之和”系统论的核心思想是系统的整体观念 贝塔朗

5、菲强调，任何系统都是一个有机的整体，它不是各个部分的机械组合或简单相加，系统的整体工功能是各要素在孤立状态下所没有的新质。 要素性能好，整体性能一定好？ 系统中各要素不是孤立地存在着，每个要素在系统中都处于一定的位置上，起着特定的作用。要素之间相互关联，构成了一个不可分割的整体。要素是整体中的要素，如果将要素从系统整体中割离出来，它将失去要素的作用。正象人手在人体中是劳动的器官，一旦将手从人体中砍下来，那时它将不再是劳动的器官了一样。 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

6、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。,三、系统的分类 1、按已知宇宙自然演化的层次 无机系统 生物系统 社会系统 2、按组成系统的要素性质 自然系统 人造物质系统 人工系统 管理系统 复合系统 人造概念系统,3、根据系统与环境的关系 封闭系统 开放系统 4、根据系统的状态和时间的关系 静态系统 动态系统 5、根据系统的自控能力 自调整系统 自适应系统 自学习系统 自繁殖系统 自组织系统,第二节 系统论的产生与发展,一、历史上的系统观 系统一词，来源于古希腊语，是

7、由部分集合成整体的意思。 亚里士多德系统观：所有事物都有四方面的原因： （1）质料因 （2）形成因 （3）动力因 （4）目的因,欧洲古代系统论思想,认为世界的本源是有序的和整体的 泰勒斯(Thales，约前624一约547)提出了“水是万物的始基” 世界在不断地运动和循环变化之中，生生不息的世界具有统一性，是可以通过把握其始基来整体地把握的。 毕达哥拉斯(Pythagoras，约前570约前490)学派则提出“数是万物的始基” 数体系和谐就是宇宙的和谐，而且也是社会秩序的和谐、音乐的和谐。数学体系反映宇宙体系，数学结构代表宇宙结构，数学关系代表宇宙自然过程。 赫拉克利持(Heskleitos，

8、约前540前480)认为，世界万物的始基是火 一切都是火的变形，火变成万物，万物复归于火。侧重点不是某种实物或实体，而是过程和流变。世界系统是一个过程系统，世界的火不停息的运动变化是有规律、有秩序的，这个事物的规律、秩序是火的属性，叫做“逻各斯”。提出了整体和部分的辩证法问题。他在论自然界中提出：“世界是包括一切的整体。”,德谟克利待(Demokritos约前450一约前361)是古希腊原子论的创立者 世界的始基是原子，不可分的原子结合起来就形成了万事万物，甚至灵魂也是精细的原子构成的。强调系统的要素方面，肯定系统是由要素组成的。 柏拉图(Platon，前427前347) 创立理念论来对抗原子

9、论 柏拉图认为几何学表达了理念界的永恒的完美性，世界是有层次的，可见世界与可知世界是两个不同层次，几何体两种三角形是物质世界的真正组成要素。理念也是个等级系统，也就是从具体事物的理念，到数学和科学的理念，再到艺术和道德的理念，直至最高级的善的理念。柏拉图还对知识进行了分类，形成了关于知识的等级学说。柏拉图的学说具有丰富的系统思想的。,亚里士多德设想了一个球层结构的多层次宇宙系统，比较完整地描述天旋地静的宇宙图景。 把世界一分为二，即神圣的月上世界和低贱的月下尘世，月上世界由“精英”元素构成，月下尘世出水、火、土、气四种基本要素组成的，四种基本元素通过冷、热、干、湿四种基本原性的作用并因为质料因

10、、形式因、动力因和目的因而结合成为实体。从承认运动来承认对立，以承认运动为前提来为寻找运动的动力。把目的因看得高于一切。,亚里士多德的贡献,bc384-322,Plato and Aristotle/Raphael,亚里士多德的贡献,物理学：“对我们说来明白易知的，起初是一些未经分析的整体事物。而元素和本原是在从这些整体事物里把它们分析出来以后才为人们所认识的。因为为感觉所易知的是整体事物。这里把整体事物之所以说成是一个整体，是因为其内部有多样性，有它的许多构成部分。一方面”整体是由部分组成的”，另一方面“似乎仅仅强调分析的一面”。 整体与部分关系，主要从生物学入手：“构成动物的各个部分有些是

11、单纯的，有些是复合的；单纯部分，例如肌肉，加以分割时，各部分相同仍还是肌肉，复合的构造、例如手被分割时、各部分就不成为手，颜面被分割时各部分就不成为颜面，被割裂的各部分互不相同”。“关于这些复合的部分，有些不仅称之为部分，亦复称之为肢体。凡由各个不同部分所构合，而可得成为一整体的，例如头、脚、手、臂、胸均为动物的肢体；这些都各成为一个整体，而各自包含有若干相异的分件”。,亚里士多德的贡献,察觉到整体与部分的矛盾：“整体由若干部分组成，其总和并非只是一种堆集，而其整体有又不同于部分”。这就是说整体具有整体性，整体不同于部分，整体性也不等于部分性质的简单加和。 他关于整体和部分关系的思考，受到现代

12、系统论思想家的高度赞赏。 贝塔朗非认为 “亚里士多德的世界观及其固有的整体论和目的论的观点就是这种宇宙秩序的一种表达方式。亚里士多德的论点整体大于它的各部分的总和是基本系统问题的一种表述，至今仍然正确。基本的系统问题至今尚未过时”。,Systems thinking in ancient China,把事物诸因素联系起来作为一个整体或系统来进行分析和综合 逐渐形成系统概念和处理问题的系统方法 孙子兵法、黄帝内经、易经、老子等有不少应用系统思想观察和认识事物以及解决实际问题的生动事例。 春秋战国时期已经形成蕴含有系统思想的阴阳、五行、八卦等学说。 易经从自然界找出 8种基本事物称为八卦（天、地、

13、雷、风、水、火、山、泽），看作为万物之源。 尚书洪范把五行（金、木、水、火、土）作为构成万物的基本要素。 老子第25章：“天下万物生于有，有生于无。”用有和无的对立统一来说明自然界的统一性和事物之间相互联系和相互制约的关系。 惠施庄子天下篇:“至大无外,谓之大一;至小无内,谓之小一。“说明客观事物的整体性及其无穷的层次关系。 荀子天论篇：“万物为道一偏，一物为万物一偏。”借以表述一个系统是更大的系统的一部分的观点。,黄帝内经是古人运用系统思想研究人体生理和病理现象的典范。 黄帝内经认为人体是由各个器官有机联系在一起的整体，一个器官的病变可能影响其他器官或整体，而整体的变化又必然会引发局部病变。

14、黄帝内经还把人体系统看成是自然界的一部分，认为人的养生规律与自然界的规律密切相关。提出“天人相应”的医疗原则，主张把自然现象、生理变化、社会生活、思想情绪等多方面的因素结合起来，从更大的整体范围来研究人体的生理和病理现象。 孙子兵法主张从敌我双方战争格局整体出发来研究战争规律。 从道、天、地、将、法五个方面分析战争的全局，把环境（天时地利、人心向背等）、系统及其要素（敌我双方力量对比、军心、指挥、战略、战术等）统一起来研究。“知彼知己，百战不殆”揭示了战争的重要规律，强调要从整体上分析敌我众寡、强弱、虚实、攻守、进退等矛盾，以便扬己之长，攻彼之短，克敌制胜。 中国古代系统思想还反映在农业生产实

15、践之中。 人们通过实践逐步认识到农业与周围环境之间存在着相互依赖和相互制约的关系。夏小正和诗经豳风七月中把农作物与种子、地形、土壤、水分、肥料、季节、气候等物候、天文因素结合在一起，用相互联系的整体观点研究农事活动的规律。例如通过天象观测掌握天体运行和季节变化的规律，编制出历法和二十四节气，以指导农事活动。,近代系统思想,康德 笛卡儿 ,Immanuel Kant 1724-1804,Ren Descartes 1596-1650,康德系统思想,系统的三個特性： 內在目的性，系统的結構和功能适应于特定的內在目的。 自我建造性，系统的成長、扩充。 整体在先性，系统的整体性先天地決定了系统的內容、

16、以及系统內各元素所处的位置和关系。,笛卡儿科学方法论,理性主义四大格言： 不要接纳任何事物，除非已经透彻了解以致排除了所有可怀疑的地方； 把一个困难的问题分解成一些可以解決的较小问题。 先解決那些最简单、最清楚的问题，一一理解后，再逐步升高层次，探讨复杂的事物。 最后，缜密的审视和检验有无遗漏的事項。,二、系统论产生和发展的背景 1、随着科学技术的现代化产生了各种大系统、复杂系统 2、现代化使系统之间的普遍联系和相互作用加强 3、人类面临和需要解决的问题都是系统问题 4、现代数学的发展和计算技术的诞生为系统论的产生创造了条件,三、现代系统论的产生 1、机械论 20世纪初，在生物学领域中围绕着生命的本质问题，流行着一种机械论：它把活的有机体简单的分解为各个要素，用分析方法把生命问题简化为物理、化学问题，再把生物体看成是诸部分的机械相加。 2、杜里舒海胆实验 海胆受精卵经过胚胎的原肠胚阶段正常的发育