自组织原理
生物系统中的自组装和自组织
生物系统中的自组装和自组织生命的存在和演化是繁复而神奇的过程,充满了自组装和自组织的精妙机制。从细胞内的蛋白质和细胞膜到生物体的器官和组织,都体现了生物系统自组装和自组织的本质。自组装和自组织是自然界中普遍存在的现象,而生物系统是其中最典型的例子。在生物学领域,探究自组装和自组织在生命过程中的作用,对于我们深入认识生命多样性和复杂性具有重要意义。
一、细胞内的自组装和自组织
生命起源于单细胞生物,而细胞内的自组装和自组织是生命的基础。蛋白质是细胞内最为重要的生物大分子,它们具有不同的结构和功能,通过自组装和自组织形成了各种亚细胞结构和细胞器。核糖体是蛋白质的主要合成场所,它们由四个rRNA和80多个蛋白质组成,通过自组装形成了复杂的结构,可以精确地合成具有不同功能的蛋白质。细胞膜是细胞内重要的物质转运载体,它们由不同的脂质分子通过自组装形成了膜的双层结构,具有高度的选择性通透性,实现了细胞对不同物质的有效控制。
二、生物体的自组装和自组织
细胞是生物体的基本单位,生物体的其他组织器官和功能部位
也是通过自组装和自组织形成的。比如,人类的DNA含有数十亿
的碱基序列,但是在细胞核中只需不到10微米的空间就可以缩成
一个染色体,而这种超级螺旋状结构则是由DNA和蛋白质组成的
高级结构体——染色质通过自组装形成的。同时,胚胎发育过程中,不同类型的细胞通过自组织形成了不同的组织器官,完成了
分化和形态生成的关键环节。在人体中,骨头、肌肉、血管等组
织也都是通过细胞自组装和自组织而形成的。另外,生物中的一
些有机分子如糖类、蛋白质和核酸等,都存在着特定的空间构型
复杂性和自组织理论综述
复杂性和自组织理论综述
第二次世界大战以后,科学发展出现一个大转折,即从简单性科学向复杂性科学发展。现代的技术和社会已经变得十分复杂,传统的研究方法和研究手段已经不再满足要求。这是用系统科学处理复杂性问题研究兴起的背景。控制学家阿希贝提出研究复杂系统的战略。信息学家魏沃尔“科学与复杂性”是当时复杂性探索的最高成就,认为未来科学主要研究有组织的复杂性。自组织理论标志复杂性探索的高潮。自组织理论认为应该以自组织为基本概念来探索复杂性的本质和根源。Haken 基于代数复杂性定义一般复杂性,认为复杂性研究的关键是对复杂系统时空特性和功能结构的变化。Prigogine学派断言现代科学在一切层次上都会遇到复杂性问题,只是在复杂性的类型,程度和层次上有所不同,主张建立复杂性科学。他们提出的耗散结构理论为探索生物复杂性和社会复杂性奠定了基础。80年代末以来,圣塔菲研究所致力于建立能够处理一切复杂性问题的一元化理论,研究手段是计算机模拟。虽然能够处理一切复杂性问题的一元化理论很不现实,因为复杂性科学不是一门学科,而是未来科学的总称。但他们关于演化经济学,人工生命,复杂自适应系统,免疫系统,Hopfield网络模型,自动机网络,“混沌边缘”的研究成果深化了学术界对复杂性和复杂性科学的认识。钱学森提出开放的复杂巨系统概念并制定一套研究方法,他把复杂性研究纳入系统科学体系,采用系统概念解释复杂性。现在还不可能给复杂性下一个精确的,统一的定义。我认为应该从系统的动力学特性角度出发来定义复杂性,即复杂性是开放的,元素之间关联方式差异显著的,多层次巨系统的动力学特性。
熵增原理及其意义
熵增原理及其意义
热力学中,熵增原理是一个基本理论,也是在物理、化学、生
物学等学科中常常使用的一个概念。熵增原理是指在孤立系统中,熵会随着时间的推移而不断增加。这个概念是由19世纪末德国物
理学家卡尔·魏尔斯特拉斯(Karl Weierstrass)所提出的。
我们可以从以下几个方面来阐述熵增原理及其意义:
1. 熵的定义和熵增原理的概念
熵的一个简单的定义是系统的无序程度。一个孤立系统的熵是
一直增加的,熵增原理是由于几个因素的综合作用,其中最主要
的原因是自发的、无序的转化过程。在化学反应、自然界、日常
生活中,几乎所有转化过程都是不可逆的。熵增原理告诉我们,
这些过程会增加系统的无序程度,以此为基础原理,可以预测许
多物理和化学现象。
2. 熵增与能量转化的关系
熵增原理和能量转化之间存在密切的关系。当热量从高温物体
流向低温物体时,能量会被传递,但熵增加。如果一个物体所含
能量被转化为无用热能,我们就可以说熵增加了。因此,如果想
要阻止热量从高温物体到低温物体的流动,需要向系统提供能量。这个难题被称为热机效率问题。
3. 熵增与自组织的原理
熵增原理还与自组织的原理有着密切的关系,这能解释许多生
命现象。自组织系统往往表现出自我组织和无序转化过程,这是
一个非平衡态的稳定状态。传统的稳定状态是通过重力、摩擦等
等力来保持的,而自组织则是通过无序转化过程来维持的,这是
一个新类型的稳定态。简而言之,熵增原理和自组织原理为设想
和认识自然现象提供了新的思考路径。
4. 熵增原理的积极意义
在科学和未来技术发展的过程中,熵增原理有着不可忽视的积
系统自组织概述
3、自组织
在系统实现空间的、时间的或功能的结构过程中,若没有外界 的特定干扰,仅是依靠系统内部的相互作用达到的,称为系统的自 组织。特定干扰是指外界施加作用、影响的形式、特点与系统所形 成的新结构和功能之间存在直接的联系。
从效果上看,自组织与他组织相同;从发生的原因看,两者有 根本的差异。直接原因在系统之外的为他组织,多为人工系统。
2021/7/21
4、有序与系统演化
系统有序性可用于划分系统状态、区分不同的系统,分析系统 的演化方向(进化或退化)。
经典物理学研究了大量的退化现象,发现了热力学第二定律: 一个孤立系统的自发演化,总是朝着对称性越来越高、有序程度越 来越低的方向发展,最终达到对称性最高的平衡态。
自然界存在大量进化现象:达尔文的生物进化论。 统计物理中,建立了熵与有序度的关系。孤立系统在自发演化 过程中是不会减少的。
种函数:
g( x1, x2 ,, xn ) C
ຫໍສະໝຸດ Baidu(5 2)
2021/7/21
将(5-2)代入(5-1),可以消去一个变量,得到n-1维的系统演化方程组 。降维有助于方程的求解。
在系统科学中,利用系统对称性主要体现在: (1) 根据系统对称性的多少来判定系统状态的有序程度,再利 用状态有序程度的变化来讨论系统的演化方向。 (2) 利用系统的对称性来求解系统的演化方程。算子对函数的 作用可以看成对系统的一个操作,系统具有一种对称性,就存在一 个不变量,该不变量对应的算子对系统状态函数操作后,状态函数 不变。利用算子方法求解系统演化方程,就是讨论某演化算子对系 统操作后系统状态如何变化。
系统的涌现原理有哪些
系统的涌现原理有哪些
系统的涌现原理主要包括自组织、非线性、反馈机制和扩散传播等。下面将逐个原理进行详细解释:
1. 自组织原理:
自组织是指系统内部元素之间通过相互作用和适应性调整,形成有序的结构和行为。自组织主要通过自适应、反馈和正反馈等方式实现。当系统内的元素之间能够相互作用并适应环境的变化时,系统会逐渐形成一种自我组织的状态。例如,自然界中的某些生物群体通过相互作用和适应性调整,形成规律性的结构,如蜂群、鸟群等。
2. 非线性原理:
非线性指系统的行为不符合线性关系。在非线性系统中,输入的微小扰动可能导致系统的大范围变化,而不是仅仅产生与输入成比例的响应。这是由于非线性系统中各元素之间存在非线性关系,即输入和输出之间的关系不是简单的比例关系。非线性原理具有重要的意义,因为一些复杂系统正是由于其非线性特性,才能产生复杂的行为和涌现现象。
3. 反馈机制:
反馈机制是指系统中的输出信息反馈到系统内部,对系统的行为产生调节作用。反馈机制可以分为正反馈和负反馈两种。正反馈是指输出信号增强输入信号的效应,导致系统趋向于发生更大的变化;负反馈是指输出信号抑制输入信号的效应,
使系统趋向于保持稳定状态。反馈机制在系统中起到信息传递、调节和控制的作用,是系统涌现的重要原理。例如,生物体内的调节机制和社会系统中的规范和奖惩机制都属于反馈机制的范畴。
4. 扩散传播:
扩散传播是指信息、能量、物质等在系统中进行自发传播和扩散的过程。在系统中,元素之间存在着相互影响和相互作用的联系,信息、能量、物质通过这些联系以扩散的方式传递。扩散传播是系统内涌现现象发生的一种重要途径,它使系统内的各个元素可以相互交流、协同工作,形成整体的动态行为。这种传播方式在很多系统中都有出现,如传染病的传播、社交媒体中信息的传播等。
目标动力学:动机与人格的自组织原理
读书笔记模板
01 思维导图
03 读书笔记 05 精彩摘录
目录
02 内容摘要 04 目录分析 06 作者介绍
思维导图
本书关键字分析思维导图
心理
策略
动力学
人类
结构
领导
人类
目标
理论
目标 目标
人格
动机
心理
动力学
理论
成就
兴趣
形态
内容摘要
本书从系统回顾和反思领导理论发展现状与组织管理学科的理论形态出发,深入分析了中国管理研究的未来 发展之路与希望之路。书中作者创造性地提出了人类心理的自组织模型即“心理目标”这一理解人类心灵的理论 钥匙,论证了人类动机的自组织目标理论、情绪情感的目标结构变化说、人格的心理目标系统理论和新的人性假 设——“目标人”假设,并深入探讨了心理目标理论在领导研究中的应用。
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读书笔记
领导者而是谋求集体共同利益,为群众谋利益、为集体谋幸福、为组织谋发展。 预设结论后求证的传统论文。 理论和框架可能有过时的,瑕疵是不标注专业术语的英文名称,然而算是国产心理学论文中的佼佼者了。 学术风格显著,但是在组织研究方面算集大成者,提供了很多启发。 我们学心理学应该有一个学习框架,从更高的角度去看。 健康人格,在已经达到或完成的东西和应该达到或完成的东西之间,保留着一定程度的紧张,在我们是什么 样子和我们应该是什么样子之间,保留着缺口。生活没有了意义,我们就没有了继续生活下去的根据。
自组织理论
• (6)整体协调。在诸单元并行决策与行动的情况下,系统结构 和“游戏规则”保证了整个系统的协调一致性和稳定性。
• (7)迭代趋优。自组织的宏观调整和演化并非一蹴而就,而是 在反复迭代中不断趋于优化;事 实上,这类系统一般无法达到平 衡,而往往处在远离平衡态的区域进行永无休止的调整和演化; 一旦静止下来,就表示这类系统的“死亡”。
3、非线性相互作用——流与力的关系为非线性 Benard对流:
T较小时 流
线性关系 力
T较大,达到或超过临界值时,流与力的线性 关系被破坏。非线性关系导致对流结果。
4、状态突变——分岔
控制参量 无序
T 反应物浓度 泵浦功率
有序
c
分岔与耗散结构
热力学平衡态
较高的对称性
耗散结构
对称性降低(破缺)
耗散结构的对称性破缺是由分岔引起的。
x
(3)
(1) (4)
(0)
(2) (5)
热力学平衡态 失稳 分岔 非平衡定态 失稳 分岔
o
(6)
远离平衡态
耗散结构产生的条件
1、开放
开放系统的熵变为 ds di s de s
di s ——系统内各种过程的熵变
des
自组织理论概述
一自组织理论概述自组织理论是以研究自组织现象为研究对象而形成的理论体系,它主要包括耗散结构理论、协同学、超循环理论、突变理论、混沌理论和分行理论等若干关于系统演化的理论;自组织理论体系中,耗散结构了深刻地揭示了自组织现象形成的环境与产生条件;协同学较多地涉及了自组织形成的内在机制;超循环理论阐述了系统自组织演化的具体形式以及结合发展的过程;突变论着重剖析了自组织演化的途径;混沌动力学和分行理论则对系统走向自组织过程中的时间复杂性和空间结构与特性进行了解释和描述;以上这些理论在极短一个时期内相继问世、迅速发展,形成了当今自然科学探索自组织的复杂性演化的前沿;
自组织理论的基本概念
1 自组织
综合多种文献中对自组织的定义或理解,笔者认为所谓自组织是指系统的构建及演化依靠与外界的“特定”干涉,不断向结构化、有序、多功能方向发展,系统的结构、功能随着外界环境变化也将“自动”改变;这里“特定”一词是指那种结构或功能并非外界强加给系统的,文献79指出自组织包含三类过程:第一,由被组织到自组织的过程演化;第二,由自组织程度低到自组织程度高的过程演化;第三,在相同自组织层次上由简单到复杂的过程演化、这三个过程有着本质的区别:第一过程是从混乱的无序状态到有序状态的演化,研究自组织的起点和临界点问题;第二过程是自组织层次跃升过程;是有序程度通过跃升得以提升的过程,是自组织形式的革命;第三过程标志着自组织结构与功能在相同自组织层次上从简单到复杂的水平增长;
2 平衡态和非平衡态
平衡态具有两个特征:一是系统参量不随时间变化;二是系统内部不存在物理量的宏观流动;可见系统的平衡态是一种封闭的、不与外界交流的定态;不具备这两个条件的称之为非平衡态,又称远离平衡态;系统因素在外界的作用并且达到一定程度下,其平衡态则偏离原来的状态形成了非平衡态;处在非平衡态的系统,长期不与外界交流,系统状态将逐渐趋于“静止”,”稳定”,平衡态产生,因此,平衡态与非平衡态在一定条件下是可以转化的,而且系统演化正是系统状态由平衡态向非平衡态,再由非平衡态向更高层次的平衡态转化的螺旋式上升的变化过程;
协同学
一
协同学一词来自希腊文,其含义是“一门关于协作的科学”,或者说“一个系统的各个部分(子系统)协同工作”。关于协同的定义,史美林教授的观点获得广泛认同:“协同是指协调两个或者两个以上的不同资源或者个体,协同一致地完成某一目标的过程或能力。”协同学的基本原理包括协同效用原理、支配原理和自组织原理。协同效用原理是指复杂系统通过自身内部固有的一种自组织能力,即子系统间的协同作用产生系统整体的有序运动;支配原理是指复杂系统在由不稳定点向新有序时空结构转变时,通常受到序参量的决定;自组织原理是指在外部能量和物质输入的情况下,系统会通过大量子系统间的协同作用,在自身涨落力的推动下,形成新的时空结构。
二
1 引言
协同学是20世纪70年代初由联邦德国理论物理学家哈肯创立的,它是研究协同系统从无序到有序的演化规律的新兴综合性学科。协同学有广泛的应用:在自然科学方面主要用于物理学、化学、生物学和生态学等方面;在社会科学方面主要用于社会学、经济学、管理学、 心理学和行为科学等方面。例如,在社会学中得到社会舆论形成的随机模型;在企业生态学方面研究了企业间竞争者之间群体竞争力量的消长关系等。
“协同”一词来源于希腊文,意为共同工作。协同理念最简单的表达公式就是:2+2﹥4,意指公司整体的价值大于公司各独立组成部分价值的简单总和。H·伊戈尔·安索夫确立了协同的经济学含义,亦即为什么企业整体的价值有可能大于各部分价值的总和,协同模式的有效性部分地源于规模经济带来的好处。而日本的战略专家伊丹广之对协同进行了比较严格的界定,他把安索夫的协同概念分解成了“互补效
自组织理论概述
一自组织理论概述
自组织理论是以研究自组织现象为研究对象而形成的理论体系,它主要包括耗散结构理论、协同学、超循环理论、突变理论、混沌理论和分行理论等若干关于系统演化的理论。自组织理论体系中,耗散结构了深刻地揭示了自组织现象形成的环境与产生条件;协同学较多地涉及了自组织形成的内在机制;超循环理论阐述了系统自组织演化的具体形式以及结合发展的过程;突变论着重剖析了自组织演化的途径;混沌动力学和分行理论则对系统走向自组织过程中的时间复杂性和空间结构与特性进行了解释和描述。以上这些理论在极短一个时期内相继问世、迅速发展,形成了当今自然科学探索自组织的复杂性演化的前沿。
自组织理论的基本概念
1 自组织
综合多种文献中对自组织的定义或理解,笔者认为所谓自组织是指系统的构建及演化依靠与外界的“特定”干涉,不断向结构化、有序、多功能方向发展,系统的结构、功能随着外界环境变化也将“自动”改变。这里“特定”一词是指那种结构或功能并非外界强加给系统的,文献[79]指出自组织包含三类过程:第一,由被组织到自组织的过程演化;第二,由自组织程度低到自组织程度高的过程演化;第三,在相同自组织层次上由简单到复杂的过程演化、这三个过程有着本质的区别:第一过程是从混乱的无序状态到有序状态的演化,研究自组织的起点和临界点问题;第二过程是自组织层次跃升过程;是有序程度通过跃升得以提升的过程,是自组织形式的革命;第三过程标志着自组织结构与功能在相同自组织层次上从简单到复杂的水平增长。
2 平衡态和非平衡态
平衡态具有两个特征:一是系统参量不随时间变化;二是系统内部不存在物理量的宏观流动。可见系统的平衡态是一种封闭的、不与外界交流的定态。不具备这两个条件的称之为非平衡态,又称远离平衡态。系统因素在外界的作用并且达到一定程度下,其平衡态则偏离原来的状态形成了非平衡态。处在非平衡态的系统,长期不与外界交流,系统状态将逐渐趋于“静止”,”稳定”,平衡态产生,因此,平衡态与非平衡态在一定条件下是可以转化的,而且系统演化正是系统状态由平衡态向非平衡态,再由非平衡态向更高层次的平衡态转化的螺旋式上升的变化过程。
自组织原理
自组织原理
getnew发布于2011-04-22 07:43:00
1.有序
以牛顿1687年发表的《自然哲学的数学原理》为代表的经典理论说明了万物是有秩序的、有规律的、可预言的。而不是不守秩序的和随机的。
2.无序
18-19世纪,蒸汽机的发明促进了反映热功转换和效率问题的热力学的发展。在研究热功转换的本质时,人们深入到物质微观本质的研究,认为物质是由大量分子、原子构成的。这些分子、原子的运动是随机的、偶然的、无序的。
(是混沌的。混沌在古希腊两个意思:事物生成前的原始状态;或冥界。)
3.过程的方向性
热力学过程(气体扩散、热传导等)都是有方向的,不可逆过程。从微观本质看都是向无序程度增大的方向进行。
不可逆的现象很多,比如:人的成长生命过程是不可逆的:今天的你我怎能重复昨天的故事!文人墨客的慨叹之词:落叶永离,覆水难收;人生易老;逝者如斯夫。
4.熵(Entropy)
4.1引入的目的:统一描述各种无序性,方向性。
4.2引入的历史:
1864年法国的物理学家克劳修斯提出熵概念,但比较抽象。1872年奥地利最伟大的物理学家玻尔兹曼在研究气体分子运动过程中,对熵提出了微观解释,即S=k lnW。后经普朗克、吉布斯进一步研究,解释更为明确。他们认为:在由大量粒子(原子、分子)构成的系统中,熵就表示粒子的无序程度,或者说,表示系统的紊乱程度。系统越“乱”,熵就越大;系统越有序,熵就越小。
4.3熵的意义:
控制论的创始人维纳也说过:“一个系统的熵就是它的无组织程度的度量。”
4.4熵增加原理:
对于一个孤立的封闭系统,熵总是增加的,即系统总是由有序向无序进行着。反应了一切过程的方向性问题。
triz理论的40个原理
triz理论的40个原理
TRIZ理论的40个原理。
TRIZ理论是由俄国发明家阿尔波罗诺夫在上世纪50年代提出
的一种系统性的创新方法论,它包含了40个原理,这些原理被用来
指导创新设计和解决技术问题。TRIZ理论的40个原理是指导创新
与解决问题的有效工具,下面我们将逐一介绍这些原理。
1. 精简与提高效率。
这个原理强调在设计和创新过程中要尽量减少不必要的复杂性,提高效率。通过简化产品结构和流程,可以降低成本,提高生产效率。
2. 采用惯性。
这个原理指出,在设计中可以利用物体的惯性来实现某些功能,比如利用物体的惯性来实现自动化操作。
3. 逆思维。
逆思维是指反向思考问题,通过逆向思考可以找到非常规的解
决方案,打破常规的思维定势。
4. 惰性。
惰性原理指出,可以利用物体的惰性来实现某些功能,比如利
用惰性来减少能量消耗。
5. 统一。
这个原理强调在设计中要尽量统一各个部分的功能和形式,使
产品更加简洁美观。
6. 通用。
通用原理指出,在设计中可以利用通用的部件和方法来实现多
种功能,降低成本,提高效率。
7. 负面效应消除。
负面效应消除原理指出,要尽量消除产品和过程中的负面效应,
使产品更加可靠、安全。
8. 动态。
动态原理强调在设计中要考虑产品和过程的动态特性,使产品
更加灵活、适应性更强。
9. 递增。
递增原理指出,可以通过递增的方式来实现产品和过程的改进,使产品更加完善。
10. 预防。
预防原理强调在设计中要预防问题的发生,通过设计和改进来
避免问题的出现。
11. 剥离。
剥离原理指出,可以通过剥离不必要的部分来简化产品结构,
自组织原理
自组织原理
自组织原理是指在自然界和人类社会中,许多系统和现象都表现出自发性、自
适应性和自组织性的特点。自组织原理涉及到许多领域,如生物学、物理学、社会学、管理学等,对于理解复杂系统的运行规律和提高系统的适应性和稳定性具有重要意义。
自组织系统具有自发性。自组织系统是指由大量相互作用的个体或元素组成的
系统,这些个体或元素之间通过相互作用和信息交换形成一种自发的组织结构。这种自发的组织结构不是由外部指令或规则所确定的,而是由系统内部的相互作用和信息交换所决定的。例如,生物体内的细胞和器官之间的相互作用和信息交换形成了复杂的生物系统,这些系统能够自发地维持生命活动的正常进行。
自组织系统具有自适应性。自组织系统能够根据外部环境的变化和内部结构的
变化,自动调整和改变自身的结构和行为,以适应新的环境和新的要求。这种自适应性使得自组织系统能够在复杂多变的环境中保持稳定和持续地发展。例如,生态系统能够通过物种的适应和演化,保持生物多样性和生态平衡。
自组织系统具有自组织性。自组织系统能够在没有中央控制和指挥的情况下,
通过局部的相互作用和信息交换,形成一种全局的有序结构和行为。这种自组织性使得自组织系统能够在没有中央控制和指挥的情况下,完成复杂的任务和实现复杂的功能。例如,蚁群和蜂群能够通过个体之间的简单的相互作用和信息交换,形成复杂的集体行为和智能,完成复杂的任务和实现复杂的功能。
自组织原理对于人类社会和管理实践也具有重要意义。在人类社会中,许多复
杂的社会现象和社会系统都表现出自组织的特点,如城市的发展、企业的管理、组织的运行等。了解和运用自组织原理,可以帮助我们更好地理解和应对复杂系统和复杂现象,提高系统的适应性和稳定性,推动社会的可持续发展和人类的全面进步。
自生原理与协调原理的区别
自生原理与协调原理的区别
自生原理和协调原理都是系统理论中的重要概念,但它们有着不同的含义和作用。
1. 自生原理(自组织原理):自生原理是指系统内部的元素以一种相互作用的方式自发地形成有序的结构或行为。它强调系统内部元素之间的相互作用和自发性,系统通过自我调整和适应来实现结构的演化和功能的出现,而不需要外部的干预。自生原理常用于解释自然界和人类社会中的很多现象,如生物进化、群体行为和社会规律等。
2. 协调原理(协同原理):协调原理是指系统内部的各个元素通过相互作用和相互配合,达到共同目标或协同合作的一种方式。它强调系统内部各个元素之间的相互配合和协作,要求各个元素在整体的约束下协同工作,实现整个系统的目标和效益最大化。协调原理常用于解释组织、企业和团队等人类社会中的合作行为和效能提升。
总的来说,自生原理强调系统内部元素的自发性和自我调整能力,注重系统的动态演化和适应性;而协调原理强调系统内部元素的协同和配合能力,注重系统的整体性和优化效果。它们在系统理论中都起着重要的作用,相互补充和影响。
自组织原理
自组织与生活结课论文
经管1405 殷元文 14241129
原理及举例:
(一)涌现原理:所谓涌现原理,通常是指多个要素组成系统后,出现了系统组成前单个要素所不具有的性质,这个性质并不存在于任何单个要素当中,而是系统在低层次构成高层次时才表现出来,所以人们形象地称其为“涌现”。系统功能之所以往往表现为“整体大于部分之和”,就是因为系统涌现了新质的缘故,其中“大于部分”就是涌现的新质。系统的这种涌现性是系统的适应性主体之间非线性相互作用的结果。
例:有时候,当许多人一起工作的的时候,工作效果会大于一个人一个人单独工作,相互之间相互影响,形成新质,使1+1>2。
(二)非线性原理:所有已知系统,当输入足够大时,都是非线性的。因此,非线性系统远比线性系统多得多,客观世界本来就是非线性的,线性只是一种近似。对于一个非线性系统,哪怕一个小扰动,象初始条件的一个微小改变,都可能造成系统在往后时刻行为的巨大差异。例:在化学中,反应链上存在着自催化或交叉催化的环节,即某些反应物分子的一个生成物正是它们自身所需要的催化剂,从而使反应速率达到雪崩式的加快(自催化);或属于两个不同反应链上的两个产物能各自催化对方的反应(交叉催化),其结果是可以产生一种难以
控制的剧变行为。
(三)反馈原理:反馈就是由控制系统把信息输送出去,又把其作用结果返送回来,并对信息的再输出发生影响,起到控制的作用,以达到预定的目的。原因产生结果,结果又构成新的原因、新的结果……反馈在原因和结果之间架起了桥梁。一般而言,系统自然存在着始端对中间及末端的影响和作用,不存在末端对始端的影响和作用。实践当中,人们为了改善系统功能,往往建立一定的反馈环节,形成末端对始端的影响和作用。正反馈闭环管理系统就是为了改善经营管理,在满足特定反馈条件时,经一定的反馈周期和反馈途径,由系统末端发出脉冲式的利益流作用于系统始端,强化始端功能,进而强化中间功能及末端功能。反馈分为正反馈和负反馈,正反馈与负反馈的适当结合,才能实现系统的自我组织。
协同学
一
协同学一词来自希腊文,其含义是“一门关于协作的科学”,或者说“一个系统的各个部分(子系统)协同工作”。关于协同的定义,史美林教授的观点获得广泛认同:“协同是指协调两个或者两个以上的不同资源或者个体,协同一致地完成某一目标的过程或能力。”协同学的基本原理包括协同效用原理、支配原理和自组织原理。协同效用原理是指复杂系统通过自身内部固有的一种自组织能力,即子系统间的协同作用产生系统整体的有序运动;支配原理是指复杂系统在由不稳定点向新有序时空结构转变时,通常受到序参量的决定;自组织原理是指在外部能量和物质输入的情况下,系统会通过大量子系统间的协同作用,在自身涨落力的推动下,形成新的时空结构。
二
1 引言
协同学是20世纪70年代初由联邦德国理论物理学家哈肯创立的,它是研究协同系统从无序到有序的演化规律的新兴综合性学科。协同学有广泛的应用:在自然科学方面主要用于物理学、化学、生物学和生态学等方面;在社会科学方面主要用于社会学、经济学、管理学、心理学和行为科学等方面。例如,在社会学中得到社会舆论形成的随机模型;在企业生态学方面研究了企业间竞争者之间群体竞争力量的消长关系等。
“协同”一词来源于希腊文,意为共同工作。协同理念最简单的表达公式就是:2+2﹥4,意指公司整体的价值大于公司各独立组成部分价值的简单总和。H·伊戈尔·安索夫确立了协同的经济学含义,亦即为什么企业整体的价值有可能大于各部分价值的总和,协同模式的有效性部分地源于规模经济带来的好处。而日本的战略专家伊丹广之对协同进行了比较严格的界定,他把安索夫的协同概念分解成了“互补效应”和“协同效应”两部分。
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自组织原理
自组织的研究对象主要是复杂自组织系统(生命系统、社会系统)的形成和发展机制问题,即在一定条件下,系统是如何自动地由无序走向有序,由低级有序走向高级有序的。
自组织由以下理论构成:
1.耗散结构论
主要研究系统与环境之间的物质与能量交换关系及其对自组织系统的影响等问题。建立在与环境发生物质、能量交换关系基础上的结构即为耗散结构,如城市、生命等。远离平衡态、系统的开放性、系统内不同要素间存在非线性机制、系统的涨落是耗散结构出现的四个基本条件。远离平衡态,指系统内部各个区域的物质和能量分布是极不平衡的,差距很大。
2.协同论
主要研究系统内部各要素之间的协同机制,认为系统各要素之间的协同是自组织过程的基础,系统内各序参量之间的竞争和协同作用使系统产生新结构的直接根源。涨落是由于系统要素的独立运动或在局部产生的各种协同运动以及环境因素的随机干扰,系统的实际状态值总会偏离平均值,这种偏离波动大小的幅度就叫涨落。当系统处在由一种稳态向另一种稳态跃迁时,系统要素间的独立运动和协同运动进入均势阶段时,任一微小的涨落都会迅速被放大为波及整个系统的巨涨落,推动系统进入有序状态。
3.突变论
它建立在稳定性理论的基础上,认为突变过程是由一种稳定态经过不稳定态向新的稳定态跃迁的过程,表现在数学上是标志着系统状态的各组参数及其函数值变化的过程。突变论认为,即使是同一过程,对应于同一控制因素临界值,突变仍会产生不同的结果,即可能达到若干不同的新稳态,每个状态都呈现出一定的概率。
4.协同动力论
有三大要点:第一,在大量子系统存在的事物内部,在平权输入必要的物质、能量和信息的基础上,须激励竞争,形成影响和相互作用的网络;第二,提倡合作,形成与竞争相抗衡的必要的张力,并不受干扰地让合作的某些优势自发地、自主地形成更大的优势;第三,一旦形成序参量后,要注意序参量的支配不能采取被组织方式进行,应按照体系的自组织过程在序参量支配的规律下组织系统的动力学过程。这可能产生两种有序运动,一种即数量化的水平增长其复杂性和组织程度的演化,另一种则是突变式的组织程度跃升动力学演化。
5.演化路径论
它认为:演化的路径具有多样性,有三条路径,一是经过临界点或临界区域的演化路径,演化结局难以预料,小的激励极可能导致大的涨落;二是演化的间断性道路,有大的跌宕和起伏,常出现突然的变化,其间大部分演化路径可以预测,但有些区域或结构点不可预测;三是渐进的演化道路,路径基本可以预测。突变论所利用的形态演化方法(结构化方法)在整体背景上进行自组织演化路径的突变可能性分析,为研究者提供了一个整体观。
6.混沌论
它对研究复杂性的非线性方法具有重大贡献。首先,混沌不仅可以出现在简单系统中,而且常常通过简单的规则就能产生混沌。简单系统能够产生复杂行为,复杂系统也能够产生简单行为。分层、分岔、分支、锁定、放大,非线性的发展或演化过程就是这样神奇而不可
预测;其次,非线性动力学混沌是内在的,固有的,而不是外加的、外生的。尤其是在管理中的混沌特性决定了“混沌管理”方法的非最优化和不确定性。企业并不追求最优化和最高效率——这是由稳定的管理价值观所决定的;管理过程与结果之间无决定的直接的关系。
研究复杂的企业系统的行为,自组织的方法论要求我们在企业管理中,必须从整体出发,把管理看作是一个复杂的过程而且是自组织演化的过程。企业的发展有其自己的发展演变轨迹,企业管理者必须顺着企业发展的“脉络”实施恰当的管理。
自组
一个开放、远离平衡的化学体系,在一定条件下可以自发地组织成时间和空间的有序结构,呈现出类似于生命特征的自组织现象。这一发现及其耗散结构理论的建立具有重要的科学意义和哲学意义,是当代化学发展的重要前沿领域。
振荡
化学家自19世纪以后陆续发现,有一些化学反应中的某些组分或中间产物的浓度能够随时间发生有序的周期性变化,即所谓化学振荡现象。由于当时这些现象都是在非均相体系中发现的,因此曾误以为只有在非均相条件下才能产生,以致未能真正揭示出反应的实质。
1959年在均相体系中发现的化学振荡现象,使人们的认识发生了根本性转变。当时苏联化学家Belousov B P用硫酸铈盐(Ce3+和Ce4+)的溶液为催化剂,在25℃时,以溴酸钾氧化柠檬酸。当把反应物和生成物的浓度控制在远离平衡态的浓度时发现,溶液中四价铈离子的黄色时而出现,时而消失。在两种状态之间振荡,时间也极准确,周期为30s,呈现出具有一定节奏的“化学钟”现象。如果能够不断加入反应物和排出生成物即保持体系的远离平衡态,则“化学钟”可长期保持,否则只能维持50min,在达到化学平衡后消失。
1964年,苏联化学家Zhabotinsky A M改进了这一实验。用铁盐代替铈盐为催化剂,以丙二酸代替柠檬酸用溴酸钾氧化,从而出现了时而变蓝、时而变红的更加鲜明的化学振荡现象。特别是还发现了在容器中不同部位溶液浓度不均匀的空间有序结构,展现出同心圆形或旋转螺旋状的卷曲花纹波,且由里向外“喷涌”,呈现出一幅幅彩色壮观的动力学画面。
Belousov B P和Zhabotinsky A M发现的化学振荡反应(简称贝-札反应或B-Z反应)表明,不仅在非均相体系中而且在均相体系中也能产生化学振荡现象,即体系的某些组分或若干组分的浓度随时间、空间而发生周期性变化的现象。传统理论认为,参加化学反应的亿万分子只能以混沌无序的形式随机地相互碰撞,进行无规则的热运动;反应后各种生成物的分子也只能是无序地在一起均匀混杂着,混沌一片。此外,依照过去对热力学第二定律的理解,一个开放体系就意味着存在一个不断破坏平衡的不可逆过程,应该朝着无序度增大方向不断发展,不可能出现时空有序结构。
因此,在化学振荡反应发现的初期,人们感到难以理解。他们认为,这种魔术一般的“古怪行为”是在跟热力学第二定律开玩笑,是由于实验条件的错误安排或某种干扰所致,从而认为所谓的发现是绝不可能的。这样,Belousov的发现长期未被承认,其论文也未能及时