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1、第一讲 系统思维及方法(Systematic Thinking)同学们，大家好！今天很高兴能有这样一次和大家共同学习探讨科学思维方法的机会。今天我要讲的题目是系统思维及方法。什么是系统思维呢？简单地说，系统思维就是把我们所要认识的对象作为一个系统加以认识、考察和研究，在这个过程中，从系统和要素、要素和要素、系统和环境的相互联系、相互作用中综合地考察认识对象的一种思维方法。系统思维以系统论为思维基本模式的思维形态，它不同于创造思维或形象思维等本能思维形态。系统思维方法是建立在一般系统论基础上的。一般系统论是和控制论、信息论等等学科都是在二次世界大战以后出现了新兴学科。这些学科有个共同的特点，就是
2、撇开具体的物质形式，从不同的侧面、不同的横断面来研究这些不同的物质形式的共同本质和运动规律，突破了自然科学、技术科学、社会科学和人文科学之间的界限，为现代科学技术的发展和社会管理科学化，为正确认识现实中的事务和处理问题提供了一套新的思想和新的方法。一般系统论的创始人贝塔朗菲认为，一般系统论的产生是继相对论和量子力学之后又一次“彻底改变了世界的科学图景和当代科学家的思维方式”。如果说19世纪自然科学的三大发现是马克思主义产生的自然科学基础的话，那么在20世纪辩证唯物主义自然科学的基础是相对论、量子力学和一般系统论、控制论和信息论。（魏宏森）一般系统论等三论的创立具有特殊意义： 第一，涌现出系统、
3、结构、反馈、控制和信息等一类崭新的概念，这些概念分别从不同侧面揭示了客观世界普联系的特定形式，具有极普遍的意义，几乎适用于一切科学领域，有利于各门学科的理论和方法的相互渗透和移植，推动着各门边缘学科和综合学科的发展，进一步加强了科学技术整体化趋势。第二，冲破了传统的思维方式和研究方式的束缚，强调从系统、信息等观点出发，定量地分析和处理问题，从而为现代科学技术研究提供了一套崭新的方法论原则和程序。而一般系统论、控制论和信息论中最基本的还是一般系统思维论，因为讲控制总要讲控制什么，怎样进行控制，控制什么对象自然是一个系统；怎样进行控制，自然要用信息来控制，可见系统是基础，三者联接为一个整体，即“靠
4、信息控制系统”，这是一个问题的三个方面，分别从不同的角度、从不同的侧面揭示了客观事物的新本质、联系和规律。一、什么是系统要搞清系统思维，首先要弄清楚什么是系统。我们先来看一个例子。1969年7月21日美国阿波罗11号载人宇宙飞船按照预定时间在月球表面着陆，这是人类有史以来第一次踏上月球，阿波罗计划获得了极大的成功。我作了一首绝句：舒袖嫦娥驾云过，侧看铁马入星河。捧起千年桂花酒，醉翻贵客阿波罗？阿波罗计划的发射成功，这个功劳在很大程度上要归功于系统思维方法的运用。因为阿波罗计划是一项极其庞大而又复杂的系统工程。首先，这次登月飞行的准备工作就构成了一个规模极其庞大的系统，它要组织有120所大小科研
5、机构和两万多家工厂企业参加研制，怎样安排所需人力、物力和财力（动员42万人，研制生产700多万个零部件，耗资达300亿美元）本身就构成了一个系统，只有运用系统思维方法才能达到最佳的技术、经济效果。其次，这次登月飞行的实施装备，也构成了一个规模极为庞大的系统，他包括：火箭推进系统、飞船运载系统、制导控制系统、通讯遥测系统、生命维持系统等一系列“子系统”，把这些“子系统”有机联系在一起，构成了一个规模更大的技术系统，并使它的任何一个环节都能按指令不发生任何差错地运行，除了运用系统思维方法是以往任何一种传统的方法都无法胜任的。从例子可知，所谓系统是指“由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的具有特
6、定功能的整体”（钱学森语）而且这个系统本身又是它从事的更大系统的一部分。系统是普遍存在的。在自然界中，从基本粒子到总星系的每一个物质层次都是一个系统。在社会中，系统处处可见，如教育系统、交通系统、生态系统等等，此外，人体本身也是最复杂的系统，它包括了消化、呼吸、循环、神经、生殖等系统，在技术领域中，有导弹系统、能源系统、水利系统等，总之，系统概念是一个基本的普遍的概念。 系统思想早就有之。在我国古代不仅自发地运用系统概念考察自然现象，而且还用这种观点去改造自然。战国时，秦国太守李冰父子主持修建的都江堰水利工程就是生动的例证。都江堰是由“鱼嘴”分水工程、“飞沙堰”分洪排沙工程，“宝瓶口”引水工程
7、三项巧妙的结合而成，这三个主体工程和120个附属渠堰工程形成相互联结的有机整体，缺一不可。没有“鱼嘴”分水工程就不可能把大量砂石排入外江，没有“宝瓶口”的束水作用和“宝瓶口”附属部分，离堆的顶托就不会形成回旋流，泥沙就过不了“飞沙堰”，而没有“飞沙堰”，“宝瓶口”就会被砂石阻塞，内江之水就无法流入成都平原，正因为都江堰这个整体发挥了三个孤立部分所发挥不了的作用，所以才能分导汹涌的岷江急流，使它驯服地灌溉四个县五百万亩良田（现在灌溉面积扩大到30个县的800余万良田）。都江堰的规划、设计、及施工的科学水平和创见，用今天系统思维方法来衡量也毫不逊色。宋代沈括在梦溪笔谈里记载了一个“一举而三役济”的
8、例子也是系统思想运用的例证。宋真宗赵恒时期，皇宫失火被焚，皇帝令大臣丁谓限期重建，丁谓经过实地勘察，把工程作为一个整体来加以规划，提出一个最优的建筑方案。依据方案，首先在皇城前的大道上挖沟，用所取出的土烧砖备料，河道形成后再引进汴水，用船把砂石木材等建筑材料运入工地，等皇宫建好后，再把工程遗留下来的碎砖废石填回河道，修复原来的大道，这三个环节，环环紧扣，缺一不可。纵观全过程，可以分成挖沟（取土）引水入沟（运入建筑材料）填沟（处理垃圾，修复大道）三个互相衔接的阶段，结果“省费以亿万计”，又快又好地完成了重建皇宫的任务。而系统论作为完整的科学理论是由奥地利的生物学家贝塔朗菲提出来的。他不满足于生物
9、界的一种机械的观点，认为生命有机体不是组成生命的各部分拼凑而成的。他提出机械论有三个错误观点：简单相加；机械观点；被动反应的观点。他说。一切有机体都是一个整体系统，生物体是在时空上有限的具有复杂结构的一种自然整体，从作为一个有机体的生物体中分析出来的部分已同整体中发挥机能的部分是截然不同的。生物体的各部分离开整体是不能存在的，并论证系统是“相互作用的诸要素的复合体”，除了系统观点以外，他还提出了有机体的动态观点和等级观点，在这些思想的基础上建立起一般系统论。作为一个系统有哪些特点呢？、 系统的集合性和等级层次性系统必须由两个或两个以上的要素集合而成，要素是构成系统的基本单元，离开了要素就谈不上
10、系统。因此，在一定的意义上可以说要素是系统存在的基础。构成系统的要素不能只是一个，否则不称其为系统，但这不排除要素本身也是一个系统，是由更基本的一些小单元集合而成，这说明系统和要素的区分是相对的，一个系统只有相对于构成它的要素而言才是系统，而相对于由它和其他事物构成的较大系统而言，则是一个要素（或称子系统）；相应地，一要素只有相对于由它和其他要素构成的系统而言，才是要素，而相对于构成它的要素而言，则又是一个系统。这样，就显示出系统具有等级层次性。、 系统的相关性和动态结构性系统的集合性和等级层次性说明系统不等于要素，系统必须由要素组成，但仅有要素还不足以说明它就是系统，还要说明要素之间的相关情
11、况，即各要素是按着什么样的联接方式形成一个整体结构，发挥其整体功能。毫无结构的要素胡乱堆积，那不是系统，也形成不了系统，在这种情况下，要素也就不成其为要素了。系统不是要素的简单迭加和机械拼凑，而是要有一定的连接方式。如很多电子器件，当它按照电视机的线路组装时，就可以发挥电视机的整体功能，换成电脑线路就变成了电脑了。系统的性质取决于要素的结构，而在一个动态结构的系统中，这种结构的好坏直接是由要素之间的协调作用体现出来的。优质的要素如果协调得不好，形成的结构可能不是最优的；但是，质量差一些的要素，如果协调得好，则可能形成优异的结构，从而决定出质量较优的系统。、系统的目的性和环境适应性系统不仅要研究
12、系统的各要素之间的结构，研究要素与整体之间联系，还要研究整体与环境之间的关系。我们选这些要素，而不选那一些要素，用这样的方式连接而不用那样的方式连接，为的是组成这个系统能达到我们预定的目的，至于目的是什么，是一个还是多个，这是预先根据所给定的任务确定的。系统的目的性，特别是为实现最佳目的而确定的系统的最佳方案，是系统工程研究的核心问题。任何一个系统对组成它的要素来说是系统，但对它所处的环境来说又是一个子系统。每一具体的系统都是时空上有限的存在。作为一个有限的存在，都有它的外界的存在环境，环境是系统存在和演化的必要条件和土壤。环境对系统的性质和演化方向起着一定的支配作用。由于系统不是无限大的，因
13、此环境对具体系统必然会产生影响，产生干扰，系统在这种干扰、变化的环境中只有具有抗干扰的能力，仍然一如既往地达到系统的预定目的，系统才有生命力，否则就会被淘汰掉。系统和它的环境之间，通常都有物质、能量和信息的交换。环境的特点和性质的变化，往往会引起环境的性质和功能的变化；反之，由于系统的作用不同，也会引起环境的变化。两者相互作用的结果，有可能使系统改变或失去原有的功能。因而，系统具有的这种特殊的功能，来适应环境的变化，保持和恢复原有的功能，就是系统的环境适应性。如收音机厂生产的收音机，在平原上效果很好，而在山区效果很差，这种收音机系统就属于不具备环境适应性，因而这种收音机在山区也就不会有市场了。
14、二、系统思维所谓系统就是把研究对象本身当作一个系统加以考察和研究的方法，即从系统的整体观点出发，从系统与要素之间、要素与要素之间、以及系统与环境之间的相互关系、相互作用中考察对象，以达到最佳地处理问题的科学方法。它的显著特点有整体性、结构性、立体性、动态性、综合性和最佳性。1、整体性系统思维方式的整体性是由客观事物的整体性所决定，整体性是系统思维方式的基本特征，它既贯穿于系统思维运动的始终，也体现在系统思维的成果之中。整体性是建立在整体与部分之辩证关系基础上的。整体与部分密不可分。整体的属性和功能是部分按一定方式相互作用、相互联系所造成的。而整体也正是依据这种相互联系、相互作用的方式实行对部分
15、的支配。 坚持系统思维方式的整体性，首先必须把研究对象作为系统来认识，即始终把研究对象放在系统之中加以考察和把握。这里包括两个方面的含义：一是在思维中必须明确任何一个研究对象都是由若干要素构成的系统；二是在思维过程中必须把每一个具体的系统放在更大的系统之内来考察。如解决城市交通问题，就要把城市交通问题作为一个由若干要素构成的系统来考察，不仅要考察系统内部车辆、客流量、道路等参数(要素)，还要考察车辆的运行情况。同时，还要把交通问题这个系统纳入城市市政建设的大系统中去考察。只有从市政建设的整体角度去考察解决城市交通这个子系统问题，才是解决问题的根本的有效的方法。 坚持系统思维方式的整体性，还必须
16、把整体作为认识的出发点和归宿。就是说，思维的逻辑进程是这样的：在对整体情况充分理解和把握的基础上提出整体目标，然后提出满足和实现这些整体目标的条件，再提出能够创造这些条件的各种可供选择的方案，最后选择最优方案实现之。在这个过程中，提出整体目标，是从整体出发进行综合的产物；提出条件，是在整体目标统摄下，分析系统各要素及其相互关系而形成的；方案的提出和优选，是在系统分析的基础上重新进行系统综合的结果。由此可见，系统思维方式把整体作为出发点和归宿，通过对系统要素的分析这个中间环节，再回到系统综合的出发点。 过去研究问题的基本方法是将研究对象分解成若干的部分，对这些部分进行分析和认识，然后在分析的基础上进行综合。这种认识问题和研究问题的出发点是部分：部分性能好，由部分组成的整体性能也一定好，部分的性能不好，由部分组成的整体性能也一定不会好。这种机械的因果论的思维方法，只看到了部分决定整体一面，部分和
