才能形成有序结构建立自组织涨落原理系统理论与方法精品课程.ppt
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①复杂系统的自创生不是单纯的自整合过程，还包括自稳 定、自维持、自适应、自学习、自复制等多种自组织形式。
②建立复杂自组织的动力学方程并非易事，较为有效的方 法是计算机模拟。如著名的模型“阿斯彭”系统，就是对经济 系统自创生的计算机模拟，其可以大大逼近真实系统的自组织 。
鱼鳞状的云树叶有规则的形状龟背的图案贝纳德benard对流液体静止热传导液体对流传热大导热板距离很小平衡态稳定的非平衡态出现宏观有序对称对称对称破缺蜂窝模式俯视图自组织领域涉及的是事物自发自主形成结构的过程在这种过程中存在特有的自组织特征条件环境和动力学规律
自组织ห้องสมุดไป่ตู้论
自组织理论
自组织现象 自组织理论的历史背景 自组织理论的核心概念 自组织方法论简述 自组织的条件 自组织原理 自组织的形式
突变论则从数学抽象的角度研究了自组织的途径问 题
超循环论解决了自组织的结合形式问题
分形和混沌理论，则是从时间序与空间序的角度研 究了自组织的复杂性和图景问题。
在这样的定位下，不同的方法论不存在逻辑冲突， 它们是一个序列，是一个研究自组织各个方面和全 过程的方法论集合体，它们各自在整体的自组织方 法论中有自己的“生态龛”。
关于系统的定义，不同学科由于研究范围和重点的不同，常 常给出不同的定义。
在技术学层次上，通常采用我国科学家钱学森的定义：系统 是由相互制约的各部分组成的具有一定功能的整体。
在基础科学层次上，通常采用美籍奥地利生物学家贝塔朗菲 （Luduig Von Bertalanffy）的定义：系统是相互联系、相互 作用的诸元素的综合体。
在近阶段，混沌理论标志了人类对客观世界的认识已进入了 一个新阶段：不仅对“非此即彼”的明晰形态，而且对“亦 此亦彼”的过渡性形态都能进行研究。
自组织原理
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。
高中通用技术豫科版必修2课件- 3.2 系统的结构和层序(共13张PPT)
（三）结构的分类
关于读书的作文：书,我最好的朋友 关于读书的作文:书,我最好的朋友 读书是一种享受,可以不出家门就能欣 赏到壮 丽的山 河美景;读书让 我明白 了许多 的 做人道理;读书还增长了我的知识面,给 我带来 了许多 快乐! 很小的时候,我就躺在妈妈的怀里,听妈 妈读《 婴儿画 报》, 看着那 些生动 有趣的 图 片,听着妈妈委婉动听的声音,我入了迷 ,连觉 都懒得 睡,睁着 大眼睛, 一个劲 地让妈 妈 往后读。慢慢地,我也喜欢上了读书,识 字以后 ,我便 开始自 己捧着 书,津津 有味地 读
二、系统的层次与秩序
（一）系统的层次
系统之所以有不同的层次，是由于系统和元素具有相对性。 在一定时空范围内是系统，在更大的时空范围内则是元素。反之， 在一定时空范围内是元素，在更小的时空范围内却是系统。
二、系统的层次与秩序
（二）系统的秩序
秩序可以具体地理解为组成系统的诸要素在时间、空间 中的相对位置。例如，它可以反映为时间的先后、空间的分 布、比例的大小等。讨论秩序问题时，可以把有序理解为事 物之间规则的相互联系，把无序理解为不规则的相互联系。 没有相互联系的事物群体是非系统，不存在秩序问题。组分 （元素、子系统）之间的联系方式可能是规则的、确定的， 也可能是不规则的、不确定的。
（三）结构的分类
从系统意义看，结构是千差万别的，有多种分类方法。以下是常 见的两种分类方法：
1.空间结构与时间结构 元素在空间中的排列分布方式（代表元素间一定的相互作用方
式），称为空间结构。如晶体的点阵结构（图3.10）、建筑物的立体 结构等。系统运行过程中呈现出来的内在时间节律，如地球一月球系 统的周期运动、生物钟等，称为时间结构。还有一些系统可能会呈现 出时空混合结构。
自组织原理
自组织原理结课论文摘要：一般来说，组织是指系统内的有序结构或这种有序结构的形成过程。
德国理论物理学家H.Haken认为，从组织的进化形式来看，可以把它分为两类：他组织和自组织。
如果一个系统靠外部指令而形成组织，就是他组织；如果不存在外部指令，系统按照相互默契的某种规则，各尽其责而又协调地自动地形成有序结构，就是自组织。
自组织现象无论在自然界还是在人类社会中都普遍存在。
一个系统自组织功能愈强，其保持和产生新功能的能力也就愈强。
例如，人类社会比动物界自组织能力强，人类社会比动物界的功能就高级多了。
关键词：八个自组织原理正文：（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。
涌现是一种从低层次到高层次的过渡，是在微观主体进化的基础上，宏观系统在性能和机构上的突变,在这一过程中从旧质中可以产生新质。
“系统科学中，有一条很重要的原理，就是系统结构和系统环境以及它们之间关联关系，决定了系统整体性和功能。
也就是说，系统整体性与功能是内部系统结构与外部系统环境综合集成的结果，也就是复杂性研究中所说的涌现(E-mergence)。
”涌现过程是新的功能和结构产生的过程，是新质产生的过程，而这一过程是活的主体相互作用的产物。
自下而上式、自发性，涌现性是自组织必备的和重要特征。
（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。
系统自组织概述
容易产生的错误认识：系统越有序，其对称性越大。如晶体与 高温下晶体转化后的气体。
有序与系统对称性、描述系统演化方程的不变量三者有着密切 的关系。设系统演化方程组为：
dxi dt
fi ( x1 , x2 ,, xn )
(i 1,2,, n)
(5 1)
若系统存在某种对称性，则对应一个不变量，为状态变量的某
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(3) 系统的微观表现不同。静态有序的平衡结构的每一部分是不 变化的；动态有序的耗散结构，宏观上看，有确定的形状、规律， 但从微观上看，其每一部分是在不断变化的。贝纳尔图样是流体分 子微团不停运动而形成的一个宏观稳定的图形。
系统科学把动态有序结构作为研究对象。 分析系统有序与无序，通常考虑结构排列上的结构序以及在实 现不同功能上有一定先后的功能序。 结构序有三种形式。(1)空间序，子系统在空间分布上规律性； (2)时间序，系统演化过程中，时间上的先后次序以及周期性变化； (3)时空序，系统在时空维上的周而复始的变化。 功能序也称功能结构，指系统具有某种新的功能。演化过程不 仅要关心轨迹，更要关注表现出来的功能，也存在一定顺序关系。 研究处于起步阶段。
无序：系统组分之间混乱、无规则的组合，在运动转化上的无 规律性。
有序概念利用偏序关系来区别两个系统之间的差别；系统组分 之间具有某种偏序关系，则系统是有序的。
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理解序概念应注意以下几点： (1) 有序、无序是相比较的结果 状态有序一定是相对于另一个状态而言的。 (2) 系统之间比较是否有序总是依据某个规则 规则不同，其有序、无序的程度则不同，会得到完全不同的结 果。从导电性看，铝、锗(zhe)、氮气是有序排列；从密度看铝、锗 、氮气不是有序排列，而锗、铝、 氮气是有序排列。 (3) 有序、无序在一定条件下可相互转化 是系统的演化行为，出现质变。可以通过系统有序程度的变化 来分析系统的演化。
进化论系列讲座（三十一）_涨落与有序结构形成
73化 石2023年 第3期进化论坛郭建崴涨落与有序结构形成进化论系列讲座（三十一）前文说到，普利高津的耗散结构理论把远离平衡态作为自组织现象产生的必要条件之一。
除此之外，系统产生不稳定现象却又能形成稳定的有序结构的另一个必要条件，是系统的动力学过程中包含的非线性反馈步骤。
反馈的概念来自于控制论——系统输出的信息又被输入回系统，调节控制系统的再输出，这一过程称之为反馈。
反馈有正反馈和负反馈两种基本类型。
一般情况下，负反馈是维持系统稳定的反馈，正反馈则是放大系统偏离的反馈。
系统的动力学过程是否包含反馈步骤，情况大不相同。
一个远离平衡的系统，当其内部的动力学过程存在非线性的反馈时，不可逆过程不仅能够使系统的原有状态失去稳定性，还可以从中产生出新的有序结构，并且还能使有序结构稳定存在。
例如在生命活动中发生的各种酶的催化调节（即酶促反应）中，就存在非线性反馈的这种双重作用。
既能使酶活化并不断增强酶促反应，对有机体某种状态的稳定性产生动摇；又能进行抑制调节，使酶促反应保持在适当的限度内，从而维持有机体的稳定状态。
那么，当上述两个必要条件均具备了，系统是如何跨越从无序到有序的“门槛”形成耗散结构呢？一个决定性的触发因素是——涨落。
介绍涨落之前，还必须先铺垫一个概念——控制参数。
前面曾经介绍过，当一个系统在经历了一段时间的自发变化到达平衡态时，系统不仅内部不再发生任何宏观过程，而且与环境之间也不再发生宏观的物质转移和能量传输。
对环境而言，此时一定处于某种特定的不变状态。
这种状况可以一定的环境参数来表征。
用A 代表环境对系统的输入、B 代表系统对环境的输出，那么当系统到达平衡态时，A 和B 就会有彼此密切相关的两个确定值A 0和B 0。
一旦A 0和B 0的值改变，系统就将出现宏观过程从而离开平衡态。
环境参数A 和B 代表了从外部控制系统状态的作用。
当把这种控制作用同系统内部的动力学过程结合起来，可以用一个综合的量——控制参数，来表征外部和内部相结合的对系统的控制。
涨落致有序
非平衡是有序的源泉。
在此处这种情形是特别清楚的。
在平衡态，分子作为基本上是独立的实体而动作；它们互不理睬。
我们愿意把它们称作是“睡子”或“梦游者”。
虽然它们当中的每一个都可能像我们所希望的那样复杂，但它们互不干涉。
但是，非平衡却把它们唤醒，且引入了一种和平衡态大不相同的相干性。
涨落有序律。
系统的发展演化通过涨落达到有序，通过个别差异得到集体影响得到放大，通过偶然性表现出来必然性，从而实现无需到有序、从低级向高级的发展，这就是涨落有序律。
涨落有序这一重要发现，在非平衡非线性热力学基础上给予秩序和涨落的关系以全新的自洽的解释。
通过涨落达到有序是系统自组织向上发展的基本途径。
自组织的机制就是通过涨落的有序。
这就是说系统的自组织的这个基本途径包括丰富的内容。
涨落。
涨落也被称作起伏，有时也被称作噪声，干扰，从系统的存在状态来看，涨落是对系统的稳定的平衡状态的偏离。
从系统的演化过程来看，涨落是系统同一发展演化过程之中的差异。
因此，从平衡非平衡角度看，涨落就是在一种不平衡性。
任何一个现实的系统，都不可能处于绝对静止的状态，都有其非平衡因素。
热力学第三定律说，绝对零度不可能达到，就意味着系统不可能处于绝对的平衡状态。
只要是由大量子系统或要素组成的宏观系统，其中就必定存在着一定的涨落。
涨落是普遍的，无处不在的。
涨落普遍存在，其形式是多种多样的。
类型：1、从形成涨落作用的主要因素来考察，涨落作用可以区分为内涨落和外涨落。
内涨落是指主要由自组织系统内部因素所引起的涨落作用形式。
外涨落是指主要由自组织系统外部因素所引起的涨落作用形式。
2、从各种涨落作用对自组织系统整体稳定性的影响程度来看，涨落作用又可以区分为微涨落和巨涨落。
微涨落是指作用程度不能改变系统结构性的整体性，起作用不足以破坏系统结构原有稳定性的涨落作用形式；巨涨落是指其作用程度可以改变系统结构的整体性，其作用力足以破坏系统结构原有稳定性的涨落作用形式。
3、从各种涨落作用自组织系统整体演化方式，演化方向等各方面的不同关系来考察，涨落作用还可以区分微正向涨落和反向涨落。
自组织系统理论
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①复杂系统的自创生不是单纯的自整合过程，还 包括自稳定、自维持、自适应、自学习、自复制等 多种自组织形式。
②建立复杂自组织的动力学方程并非易事，较为 有效的方法是计算机模拟。如著名的模型“阿斯彭 ”系统，就是对经济系统自创生的计算机模拟，其 可以大大逼近真实系统的自组织。
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自生长：系统规模的增大，即系统组分的不断增加
②如贝纳德流和激光都是典型的例子。它们属于物 理系统的自适应问题，采用的是实验方法进行研究， 也可以用数学模型法写出动力学方程研究自适应。
③但是复杂的自适应现象同时包含学习、生长、 复制、创新等操作，需要运用计算机模拟来研究。如 遗传算法（基因算法）（GA）。GA在组织研究中显 示了诱人的前景。
A
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出现了以揭示一般自组织规律为目标的科学学派并提出了一些理论
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4
贰
普利高津把自然界自 组织产生的结构分为 平衡结构和耗散结构
哈肯参照引起组织运动的不 同方式给出的分类为（1） 改变控制参量引起的自组织 ；（2）改变组分数引起的 自组织；（3）瞬变引起的 自组织。
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叁
自由能判据 这是相变理论的判据，它需满足一下公式： F=E-TS
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伍
理论，实验，计算
自创生，自生长，自适应，自复制，自修复
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理论，计算，实验
理论方法的核心是建立数学模型，计算是在电 脑上进行数值模拟又称数值实验，实验一般指 真是的实验研究。
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系统的自创生是指在没有特定外力干预下系统从无到有
的自我创造，自我产生，自我形成。自创生首先解决从无
到有的问题，然后才解决从差到好的问题。
第3章环境规划学的理论基础(2)PPT课件
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主要内容：
环境容量与环境承载力 可持续发展与人地系统 复合生态系统 空间结构理论 循环经济理论与产业生态学
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第一节 环境容量与环境承载力
一 、环境系统与环境规划 （一）环境系统 Ø 环境系统的组成要素有各种大气组成物
质、水、土壤、各种生物以及人类生存 所处的近地空间与各种人工构筑物，它 们分别构成 了大气环境 、水环境 、土 壤环境 以及城市环境等要素子系统。
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第二节 可持续发展与人地系统
可持续发展与可持续发展观 人地系统 人地系统的可持续发展 环境保护与人地系统的可持续发展 人地系统的协调共生理论 人地系统持续发展理论
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一、可持续发展与可持续发展观
可持续发展的内涵 可持续发展是不断提高人群生活质
量和环境承载力的，并满足当代人需求 又不损害子孙后代满足其需求能力的； 满足一个地区或一个国家的人群需求， 不损害别的地区或别的国家的人群满足 其需求能力的发展。
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（二）环境系统与环境规划关系 环境系统是环境规划的对象之一；
---环境规划目的是协调环境和社会经济发 展关系 环境规划关注的是环境系统和人类社会 的相互作用（功能之一）
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二、环境承载力与环境规划 1、环境承载力
承载力：某一自然环境所能容纳的生物数目之最 高限度。（远东英汉大辞典） 环境承载力指某一时刻环境系统所能承受的人类 社会、经济活动的能力阈值。 区域环境承载力的特点：区域性；时序性；可变 性；可调控性；客观性。
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环境容量与环境承载力的联系：
它们是一个事物的两个方面：环境容量反映 的是环境功能作用的外部性；环境承载力反 映的是环境功能作用的内部性。 环境承载力是以环境容量为基础的：环境对 社会经济活动提供的最大支持，必须是建立 在环境所能承受的最大负荷即环境容量基础 之上的。所以环境承载力也可以定义为区域 环境以最大的环境容量支持区域社会经济发 展的承载能力。
第四讲系统科学方法
三、系统科学的方法论原则
1、整体性原则：整体大于部分之和。
2、相关性原则：系统的整体性是由系统 内部诸要素之间以及系统与环境之间的 有机联系来保证的。
3、结构性原则：系统的结构是保持系统 整体性以及具有一定功能的内在依据。
4、动态性原则：任何系统都具有时间性 程序，所以要用发展、变化的观点研究 系统。
凡是一种作用，总有作用者和被作用者
受控对象一定存在多种发展的可能性
施控对象在多种可能性中进行选择
2）耦合：在控制论中主要讲机器的耦合， 即一台机器的输出，改变另一台机器的 输入，也即一台机器对另一台机器产生 影响。
3）反馈：控制过程中的一个基本环节。 它指系统把输出的部分信息，重新馈入 系统的输入端，经过分析比较，确定它 与预定值的误差，然后再输入系统以影 响输出的过程。
演化是物质本身固有的 偶然性不可忽视
5、协同学的主要概念和方法论意
义
1）协同学：关于协作的科学；系统各部 分的协同工作。
2）协同学的主要成就：应用支配原理， 建立序参量方程，使得系统的几乎无法 求解的数学模型可以用简单得多的序参 量方程来代替。
3）支配原理：数学上证明，慢驰豫变量 可以支配快驰豫变量
2、信息论的基本概念和方法
1）狭义信息论：用统计学的方法研究通 讯系统中存在的信息传递和信息处理的 规律的科学。
2）广义信息论：用数学和其他有关科学 的方法研究一切现实系统中存在着的信 息传递和处理、识别和利用的共同规律 的科学。
3）信息论研究的对象：
语法信息：事物运动的状态是什么
语义信息：这种运动状态的含义是什么
分析，达到对某个复杂系统运动过程的规律性 认识。
信息方法的特点：其一，完全撇开对象的具体 运动形态，把系统的运动过程抽象为信息过程，
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。
自组织理论简介
自组织理论在宇宙演化中的应用仍存在许多挑战和问题，未来研究 可进一步探索和理解其作用和机制。
06 自组织理论案例研究
案例一：气候模型的自组织现象
总结词
气候模型中的自组织现象是指，在一定的气候条件下，系统内部各要素之间相互关联、相互作用，自发地形成一 种有序结构，进而产生气候变化。
法论指导。
应对现实问题
自组织理论在解决现实问题 中具有广泛应用，如社会治 理、企业管理、生态保护等 。
自组织理论的应用领域
社会学
自组织理论在社会学领域的应用主要涉及社会结构、社会运动和社会变革等方面。通过研 究社会系统中各个组成部分之间的相互作用和反馈机制，有助于深入理解社会现象和预测 社会趋势。
2. 经济趋势预测：自 组织理论可以通过对 经济数据的分析和建 模，预测市场趋势、 经济发展方向等，为 决策者提供参考和支 持。
3. 经济发展指导：自 组织理论还可以用来 指导经济发展，如产 业政策制定、企业战 略规划、创新生态建 设等，通过优化自组 织结构和环境，促进 经济的健康和持续发 展。
生态系统
涨落与自组织
涨落
系统中每个局部状态的变化，是系统演化的触发因素。
涨落与自组织的关系
涨落是自组织演化的驱动力，系统通过涨落触发相变，实现从无序 到有序的转变。
涨落产生的条件
系统中存在非线性相互作用和随机扰动，使得涨落在系统演化中起 到关键作用。
序参量与自组织
序参量
01
描述系统有序结构和宏观行为的物理量，是系统各部分之间协
自组织理论的核心原理
02
熵与自组织
01
熵
衡量系统混乱度或无序度的物理量，熵增加意味着系统 朝着增加混乱度、减少有序度的方向发展。
耗散结构涨落定理
耗散结构涨落定理耗散结构和涨落定理可是超级有趣的概念呢！咱先来说说耗散结构吧。
想象一下，一个系统就像一个小社会，里面有各种各样的元素在跑来跑去、相互作用。
耗散结构这个概念啊，是说在一个远离平衡态的开放系统中，通过不断地和外界交换物质、能量啥的，系统内部会形成一种有序的结构。
这就好比一个混乱的班级，原本大家各干各的，乱得很。
但是呢，老师（外界因素）引入了一些规则，像小组竞赛（交换物质、能量的类比），然后班级里就慢慢形成了几个学习小组，每个小组都有自己的分工，变得有序起来了。
这种有序不是自然而然就有的，是在和外界互动的过程中产生的。
再来说说涨落定理。
这个定理就像是系统里的小惊喜或者小意外。
在耗散结构的系统里，涨落是随时都在发生的。
就像是平静的湖面上偶尔会泛起的小涟漪。
这些涨落可能是因为系统内部某个小元素突然调皮了一下，或者是外界传来了一点小小的干扰。
有时候啊，这些涨落可能很小，就像微风吹过树叶，树叶只是轻轻晃动一下就没了。
但有时候呢，这些涨落可能会被放大，就像星星之火可以燎原一样。
一个小小的涨落，可能会让整个系统发生巨大的变化。
比如说，在那个班级的例子里，有一个同学突然提出了一个很新颖的学习方法（涨落），这个方法如果被大家认可并且推广，可能就会改变整个班级的学习氛围和秩序呢。
耗散结构和涨落定理之间的关系也是很密切的。
耗散结构就像是一个舞台，而涨落定理就是舞台上的那些意外情节。
没有耗散结构这个大框架，涨落可能就只是一些毫无意义的小波动。
但是有了耗散结构，涨落就有了发挥的空间。
就像在一个稳定的生态系统（耗散结构）里，一种新的物种（涨落）出现了。
如果这个生态系统是封闭的，这个新物种可能就没法生存。
但因为是开放的，这个新物种可能就会找到自己的生存空间，然后慢慢改变整个生态系统的结构。
还有在我们的身体里，人体也是一个耗散结构。
我们吃进去食物，呼出二氧化碳，和外界进行物质和能量的交换。
身体内部的各种生理过程也是有序进行的。
自组织理论ppt课件
自组织现象经典案例：
2.激光
20世纪60年代出现的激光是一种远离平衡条件下的典型宏观有序结构。 哈肯在研究激光的发射机理过程中发现，当外加电压较小时，激光器犹
如普通电灯，光向四面八方发射，发出无规则的自然光。当外加电压达 到某一特定的阈值时，会突然出现一种全新的现象，即受激原子好像听 到“向右看齐”的命令，发射出相位和方向都一致的单色光，就是激光 这表明激光的内部状态完全改变了原来是无规则振荡的原子发射系统， 现在完全自组织方式发生同相振荡。这种从无序自然光向有序激光的演 化，是在非平衡条件下系统进行自组织的又一突出例子。
dt
非线性项
dz xy bz
dt
30
建立与发展：
康
协同学：1977年，德国科学家哈肯出版了《协同作用
学导论》一书，创立了协同学。 协同论是一门专门研究系统进化普遍规律的科学。它
研究子系统构成的系统是如何通过协作从无序到有序 演化的规律。“协同”思想有两个最基本的观点： ①“协同效应”是核心概念。即“协同导致有序”； ②“自组织”是协同思想的硬核。
地球上的龙卷风具有奇特的外貌。通常，它上部是一块乌黑或浓灰的积雨云，下 部是漏斗状的云柱，它其实是一种类似台风而规模不大的强烈的空气旋涡。发生 在水面上的称“水龙卷”，陆地称“陆龙卷”，都有小、快、猛、短的特点。龙 卷风的形成一般都与局部地区受热引起上下强对流中气体分子的自组织有关。同 理，台风，又称热带风暴，它的漩涡状也是由大量分子在热力及动力不稳定的条 件下，通过自组织而形成的有序运动，呈现出旋涡状结构。
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贝纳德对流
1900年，法国 科学家贝纳德 (E.Benard)做 了一个著名的 对பைடு நூலகம்实验。
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B—Z反应
组织变革理论
锁反应机制；3.系统必须凝聚足够力量，使系统状态发生
震荡涨落，激化连锁反应，以将形成中的某种新秩序，自 发地扩散成为新的系统性稳定结构。
Company LoБайду номын сангаасo
三. 复杂系统理论（complex system theory）
耗散结构的形成过程：
按照【无序----混沌----简单有序----混沌----高阶 有序…】的破（旧）立（新）过程而进行。 在无序----混沌----有序的演化过程中，混沌状态的 出现时耗散结构能否形成的关键。混沌到有序的过度，则 是一个内因为依据、外缘为条件的过程。
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三. 复杂系统理论（complex system theory）
吸引子与滞后现象
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三. 复杂系统理论（complex system theory）
3. 协同论（synergetics）
耗散结构的演化究竟是以突变或渐变方式发生决定于守常惯性与应变动能这两个控制因子的相对强弱消长关companylogowwwthemegallerycom复杂系统理论complexsystemtheory吸引子与滞后现象根据系统内部所累积能量的状态利用吸引子attractor概念具体说明耗散结构的系统状态如何受到新旧吸引子此消彼长的拉扯而发生相变的过程
耗散结构的形成过程：
耗散结构从无到有或从简单到有序的自发形成过程称 为涌现（emergence）。涌现的意义： 1.这是一个因缘和合情形下，不受外界意志力影响的 自律性过程； 2.这个过程的产出物具有整体大于部分直接加总的特 性。 普里高津认为耗散结构的涌现是‘功能-结构-涨落’ 三个因子循环互动下，经由自发的‘子系统功能---整体 新结构---整体新功能---更高层整体新机构’组织作用， 而形成有序新结构的一种过程。
自组织(课堂PPT)
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用超循环理论解释生命起源 在前细胞进化中，随着足够复杂的蛋 白质和多核苷酸分子的形成，自复制 的超循环可能起到决定性的作用。
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自然观在自然科学研究活动中的作用
1、自然观为科学理论的建构提供总的蓝 图，提供哲学背景。
2、自然观为科学方法提供合理性依据。 3、自然观对认知价值观的形成和取向有
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耗散结构理论的形成：
1969年普利高津 （ Ilya Prigogine） 在“理论物理与生物学”国际会议上首 次提出。
普利高津考察了贝纳德效应：
贝纳德蛋卷
tc
硅黄
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贝纳德花纹
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“B—Z”反应 1950年，前苏联化学家贝洛索夫(Belowsov) 做了一个振荡化学实验。 1960年，扎鲍廷斯基(Zhabotinski)继续了 这一实验。
第六讲 自然界的演化规律
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自组织
所谓的自组织是指，其特定的结构和功 能的形成不是按照某种指令来完成的， 而是由于系统内部各要素彼此之间具有 协调、相干或自发的默契行为，那么这 种形成特定结构与功能的过程就叫做自 组织。
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自组织理论
自组织理论包括耗散结构理论、协同 学、混沌理论、超循环理论等。这些理 论尽管研究的具体对象和依据的理论背 景各不相同，但是它们共同主题就是力 图揭示自然物质系统演化过程中普遍存 在有序状态和无序状态相互转化的机制 和条件。
S ES E
EP P
2、催化循环 以反应循环作为子系统，这 些子系统循环地联系起来，构成了反应循环 的循环系统。催化循环已是一种自复制系统， 具有自复制能力。A E E 或 A+E 2E
《系统工程基本理论》幻灯片PPT
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控制分类
一定的控制过程有一定的控制任务。控制系统是人们 为完成一定的控制任务而设计制造的。按照控制任务的不 同，可将控制系统主要分为以下几种类型：
定值控制 程序控制 随动控制 最优控制
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控制方式
〔1〕开环控制
输 入 量
输 出 量
控 制 装 置 被 控 对 象
信息不同于物质和能量，具有不守恒性、共享性
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信息的性质
信息附着于一定的载体之上，具有下面一些性质： 〔1〕信息具有整体性。 〔2〕信息有多种多样的存在或储存方式。 〔3〕信息具有可复制性。 〔4〕信息存在变异风险。
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信息与系统
客观世界是由物质、能量、信息三大要素组成的。信 息概念对于系统研究具有更广泛的意义。自贝塔朗菲以来的 系统科学代表人物都成认，必须也能够撇开对象有关物质、 能量的特殊规定性，仅仅把对象当作系统来研究，但不能撇 开信息来研究系统。
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控制与信息
控制过程是一种不断获取、处理、选择、传送和利用 信息的过程。实施控制的前提条件是获取受控对象运行状 态、环境状况、实际控制效果等信息，控制目标和手段都 是以信息形式表现并发挥作用的。维纳强调说：“控制工 程的问题和通信工程的问题是不能区分开来的，而且，这 些问题的关键并不是环绕着电工技术，而是环绕着更为根 本的消息概念，而不管这消息是由电的、机械的或神经的 方式传递的。〞
〔2〕针对信息的随机性特点，运用了统计数学〔概 率论与随机过程〕解决了信息量问题，并扩展了信息概念， 充实了语义信息、有效信息、主观信息、模糊信息等方面内 容。
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完毕
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〔2〕补偿控扰 动 制量 补 偿 装 置
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持，因此称之为“耗散结构”(dissipative structure)。
协同学：1977年，德国科学家哈肯出版了《协同作用学导论》 一书，创立了协同学。
协同论是一门专门研究系统进化普遍规律的科学。它研究子 系统构成的系统是如何通过协作从无序到有序演化的规律。 “协同”思想有两个最基本的观点：①“协同效应”是核心 概念。即“协同导致有序”；②“自组织”是协同思想的硬 核。
关于系统的定义，不同学科由于研究范围和重点的不同，常 常给出不同的定义。
在技术学层次上，通常采用我国科学家钱学森的定义：系统 是由相互制约的各部分组成的具有一定功能的整体。
在基础科学层次上，通常采用美籍奥地利生物学家贝塔朗菲 （Luduig Von Bertalanffy）的定义：系统是相互联系、相互 作用的诸元素的综合体。
20世纪中期以来，当代自然科学的前沿出现了“耗散结 构论”(Dissipative Structure Theory)、“协同学” (Synergetics)、“突变论”(Morphogensis)、“超循环论” (Hypercycle Theory)、“混沌理论”(Chaos Theory)和 “分形理论”(Fractal Theory)等一批新兴学科。
不论是哪种定义都指出，系统是由部分构成且具有整体特性 的一类事物。
组织既指按照一定规则构成或存在某种秩序的事物，又指事 物形成一个空间、时间或功能上的有序结构的过程。前一种 情况是组织作名词解，后一种情况是作动词解。
系统和组织是描述事物同一种存在方式的两个不同概念，二 者的着眼点不同。系统是从整体性和相关性的立场上把握事 物，而组织是从结构和有序化的立场上把握对象。
2、自组织与他组织
自组织：如果不存在外部指令，系统按照相互默契的 某种规则，各尽其责而又协调的自动形成有序结构 就是自组织。 自组织有两种含义，一是组织的从 无到有，二是组织的从差到好。
自组织是系统科学的一个重要概念，它是复杂系统演化时出现 的一种现象。我们根据一个组织是否是按照外界特定干预而 形成的，又可以把组织分为自组织和他组织系统。
T2 大导热板
距离 很小
T2 Q
俯视图
T2
T1=T2 液体静止 平衡态 对称
T1>T2 ，△T <△TC T1 >T2 ，△T >△TC 液体静止，热传导 液体对流传热
稳定的非平衡态 出现宏观有序
对称
对称破缺
自组织理论的历史背景
自组织领域涉及的是事物自发、自主形成结构的过程，在这 种过程中存在特有的自组织特征、条件、环境和动力学规律。
突变论：突变论作为现代数学的一门新兴分支学科，是20世 纪70年代由法国数学家勒内·托姆提出的。
突变论指出系统的熵可以增加也可以减少。这种熵增熵减可 以在宏观无限小的时间内突然发生。突变熵减少产生的有序 性，可以抵消、战胜自然界某些自发熵增趋势，有可能造成 有序性的发展。
混沌论：“混沌”一词最初是一个哲学概念，源于古中国的” 混沌初开无所不包”的意思。目前主要指在确定性系统中出 现的“无序性”、“无规性”和“不可预测性”，是描述复 杂性和不能根据初始状态预知其未来的运动状态的动力学系 统的理论。
组织力来自系统内部的是自组织，组织力来自系统外部的是 他组织。
自组织方法论
自组织理论主要研究客观世界中自组织现象 的产生、演化等，关注系统在内部结构和复 杂性增加的相变期间内所表现出来的行为。
清华大学的吴彤教授认为：
耗散结构理论是解决自组织出现的条件问题
协同学基本上是解决自组织的动力学问题
自组织理论
自组织理论
自组织现象 自组织理论的历史背景 自组织理论的核心概念 自组织方法论简述 自组织的条件 自组织原理 自组织的形式
自组织现象
自组织现象是指自然界中自发形成的宏观有序现象。
冬天的雪花
六角形的雪花
鱼鳞状的云
树叶有规则的形状
龟背的图案
贝纳德（Benard）对流
蜂窝模式
耗散结构论：耗散结构论是伊里亚·普里戈金(Ilya Prigogine)教授于1969年在“理论物理学和生物学”国际会 议上正式提出。
耗散结构是一个远离平衡态的非线性的开放系统通过不断地 与外界交换物质和能量，在系统内部某个参量的变化达到一 定的阈值时，通过涨落，系统可能发生突变即非平衡相变， 由原来的混沌无序状态转变为一种在时间上、空间上或功能 上的有序状态。
德国哲学家康德（Kant）最早提出自组织的思想。 第一批自组织理论出现于19世纪中叶：英国生物学家达尔文
（Charles Robert Darwin）的进化论是生物学的自组织理论， 其自然选择原理就是一种自组织原理；马克思的五种社会形 态演进理论是关于社会历史的自组织理论；相变理论是物理 学的自组织理论。 这三者都是某个特定领域的自组织理论，但均未提出和使用 自组织概念。
在近阶段，混沌理论标志了人类对客观世界的认识已进入了 一个新阶段：不仅对“非此即彼”的明晰形态，而且对“亦 此亦彼”的过渡性形态都进行研究。
超循环论：20世纪70年代德国化学家艾根(Manfred Eigen)提 出了“超循环”概念。并于1977年出版了《超循环：自然的 自组织原理》一书。
“超循环”(HyPercycle)理论，是一门研究生物信息起源的 理论，是直接建立生命现象的数学模型。艾根他们观察到生 命现象都包含许多由酶的催化作用所推动的各种循环，而基 层的循环又组成更高一层次的循环，即“超循环”也可以出 现再高层次的超循环。
尽管它们研究的对象不同，但是它们的研究具有共同特征， 即都是针对非线性的复杂系统，或非线性的复杂的自组织形 成过程，因而被统称为自组织理论。
从此，自组织系统或自组织过程成为引人注目的焦点，并且 研究发现，自组织系统和自组织过程极为普遍，而且与人类 社会关系极为密切。
自组织理论的核心概念
1、系统与组织
突变论则从数学抽象的角度研究了自组织的途径问 题
超循环论解决了自组织的结合形式问题
分形和混沌理论，则是从时间序与空间序的角度研 究了自组织的复杂性和图景问题。