经典大系统理论
大系统理论及其应用
大系统理论及其应用作者：黄辉先来源：《消费电子·理论版》2013年第05期摘要：本文论述了大系统理论的结构体系、特点、应用状况及发展趋势，指出了该理论的应用前景。
关键词：大系统理论；学科分化；学科结合中图分类号：N945 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 10-0071-02一、大系统的基本理论（一）大系统的共性现代社会日趋信息化、网络化、系统化，在工程技术、生态环境、社会经济等各领域出现了许多复杂的大系统，（见图1）。
图1 大系统一览图1中大系统具有以下共性：（1）规模庞大。
大系统包含的子系统（小系统）、部件、元件甚多。
通常，而且大系统占有的空间大，涉及的范围广，经历的时间长，具有分散性。
（2）结构复杂。
大系统中各子系统、部件、元件之间的相互关系复杂。
一般情况下，大系统中不仅包含有人，还包含有物，具有“人-人”、“人-物”、“物-物”之间的多种复杂关系，是主动系统。
（3）具有综合功能。
通常，大系统的目标是多样的（经济的、技术的、生态的、社会的……），因而大系统的功能应该是多方面的（经济管理、质量控制、环境保护……）、综合性的。
（4）涉及因素众多。
大系统是多输入、多输出、多变量、多目标、多参数、多干扰的系统。
其中有“人”的因素，还有“物”的因素，不仅有技术因素，还有经济因素、社会因素等，具有不确定性、不确知性。
这样的大系统极需人们去探索和研究，现代科学技术的进步为大系统研究提供了理论基础和发展条件。
20世纪60年代末和70年代初，在国内外有许多原本从事控制理论、运筹学、系统科学方面研究的专家、学者纷纷转向大系统问题的研究，在大系统理论的研究上取得了进展：（1）大系统模型化及模型简化；（2）大系统结构分析与综合；（3）大系统最优化；（4）大系统稳定性；（5）大系统多级递阶控制；（6）大系统分散控制。
研究方法主要采用时域数学模型（代数方程组、微分或差分方程组），通过分解-集结或分解-协调方法，将控制理论中的多变量控制理论、最优控制理论、稳定性理论等，和运筹学中的线性规划、非线性规划等加以综合和推广，用于大系统的分析与综合。
TRIZ的九大经典理论体系
TRIZ的九大经典理论体系TRIZ理论包含着许多系统、科学而又富有可操作性的创造性思维方法和发明问题的分析方法。
经过半个多世纪的发展，TRIZ理论已经成为一套解决新产品开发实际问题的成熟的九大经典理论体系。
TRIZ解决问题过程中，将问题的通解具体化是一个难点，这需要有深厚的领域背景知识。
TRIZ理论认为，一个成功的设计可由如下公式描述：S=Pc×Pkn×(1+M)×(1+T)其中：S——成功的设计；Pc——个人解决问题的能力；Pkn——领域知识的水平与经验；M——TRIZ方法论与哲学思想的运用；T——TRIZ工具的运用。
在公式中，Pc和Pkn 都与领域知识有关。
因此，尽管TRIZ理论的创始人阿奇舒勒否认了经验知识在TRIZ 理论中的重要性，但从上述公式可以看出经验知识依然对TRIZ理论的应用构成了重要的支持。
所以，在TRIZ 理论中融入经验思维模式，应是TRIZ理论在应用中的一个发展方向。
(一)TRIZ的技术系统八大进化法则。
阿奇舒勒的技术系统进化论可与达尔文生物进化论和斯宾塞的社会达尔文主义齐肩，称为三大进化论。
TRIZ的技术系统八大进化法则分别是：1、技术系统的S曲线进化法则；2、提高理想度法则；3、子系统的不均衡进化法则；4、动态性和可控性进化法则；5、增加集成度再进行简化法则；6、子系统协调性进化法则；7、向微观级和场的应用进化法则；8、减少人工进入的进化法则。
技术系统的这八大进化法则可应用于产生市场需求、定性技术预测、产生新技术、专利布局和选择企业战略制定的时机等。
它可用来解决难题，预测技术系统，产生并加强创造性问题的解决工具。
(二)最终理想解(IFR)。
TRIZ理论在解决问题之初，首先抛开各种客观限制条件，通过理想化来定义问题的最终理想解(ideal final result，IFR)，以明确理想解所在的方向和位置，保证在问题解决过程中沿着此目标前进并获得最终理想解，从而避免了传统创新涉及方法中缺乏目标的弊端，提升了创新设计的效率。
TRIZ九大经典理论体系
TRIZ的九大经典理论体系TRIZ理论包含着许多系统、科学而又富有可操作性的创造性思维方法和发明问题的分析方法。
经过半个多世纪的发展，TRIZ理论已经成为一套解决新产品开发实际问题的成熟的九大经典理论体系。
（一）TRIZ的技术系统八大进化法则。
阿奇舒勒的技术系统进化论可以与自然科学中的达尔文生物进化论和斯宾塞的社会达尔文主义齐肩，被称为―三大进化论‖。
TRIZ的技术系统八大进化法则分别是：1、技术系统的S曲线进化法则；2、提高理想度法则；3、子系统的不均衡进化法则；4、动态性和可控性进化法则；5、增加集成度再进行简化法则；6、子系统协调性进化法则；7、向微观级和场的应用进化法则；8、减少人工进入的进化法则。
技术系统的这八大进化法则可以应用于产生市场需求、定性技术预测、产生新技术、专利布局和选择企业战略制定的时机等。
它可以用来解决难题，预测技术系统，产生并加强创造性问题的解决工具。
（二）最终理想解(IFR)。
TRIZ理论在解决问题之初，首先抛开各种客观限制条件，通过理想化来定义问题的最终理想解（ideal final result，IFR），以明确理想解所在的方向和位置，保证在问题解决过程中沿着此目标前进并获得最终理想解，从而避免了传统创新涉及方法中缺乏目标的弊端，提升了创新设计的效率。
如果将创造性解决问题的方法比作通向胜利的桥梁，那么最终理想解(IFR)就是这座桥梁的桥墩。
最终理想解(IFR)有四个特点：1、保持了原系统的优点；2、消除了原系统的不足；3、没有使系统变得更复杂；4、没有引入新的缺陷等。
（三）40个发明原理。
阿奇舒勒对大量的专利进行了研究、分析和总结，提炼出了TRIZ中最重要的、具有普遍用途的这40个发明原理，分别是：1、分割；2、抽取；3、局部质量；4、非对称；5、合并；6、普遍性；7、嵌套；8、配重；9、预先反作用；10、预先作用；11、预先应急措施；12、等势原则；13、逆向思维；14、曲面化；15、动态化；16、不足或超额行动；17、一维变多维；18、机械振动；19、周期性动作；20、有效作用的连续性；21、紧急行动；22、变害为利；23、反馈；24、中介物；25、自服务；26、复制；27、一次性用品；28、机械系统的替代；29、气体与液压结构；30、柔性外壳和薄膜；31、多孔材料；32、改变颜色；33、同质性；34、抛弃与再生；35、物理/化学状态变化；36、相变；37、热膨胀；38、加速氧化；39、惰性环境；40、复合材料等。
TRIZ的九大经典理论体系
简 化法则 、子 系统协调 性进化 法则 、
研 究、 分析 和 总结 ，提炼 出 了Ｔ Ｒ Ｉ Ｚ 中 这些 冲突与 冲突解决原理 组成 一个 由
０ 个发明 ３ ９ 个改善参 数与３ ９ 个恶化参数 构成 的 向微观级 和场 的应用进 化法则 、减 少 最 重要 的、具 有普遍 用途 的４ ． 分割 ：２ ． 抽取 ：３ 局 矩阵 ，矩阵 的横 轴表 示希望得 到改善 人 工进入 的进化 法则。 技术系统 的这 原理 ，分别 是 ：１ 八 大进化 法则可 以应用 于产生市 场 需 部 质 量 ；４非 对称 ；５合 并 ６普 遍 的参数 ，纵轴表 示某技 术特性 改善 引
Ｔ Ｒ Ｉ Ｚ 理论 在解决 问题之初 ，首先 反馈 ；２ ４ ． 中介物 ；２ ５自服 务 ：２ ６ ． 复 解决 问题
１ ０
五 、物 理 矛 盾 和 四大 分 离
原 理
当一个技 术系统 的工程 参数具 有
相反 的需 求 ，就 出现 了物理 矛盾。 比
具 ，用于 建立 与 已存在 的 系统 或 新技 或 替代 问题 ：７分析解 决 物理 矛盾 的
方法成就创 新师 资培育人才 理 论 探 索
Ｔ Ｒ Ｉ Ｚ 的九大经典理论体系
Ｔ Ｒ Ｉ Ｚ 理论 包含着许 多系统 、科 学 抛开 各种客观 限制条件 ，通过 理想化 制 ；２ ７～ 次性 用品 ；２ ８机械 系统 的 而又 富有可 操作性 的创造性 思维 方法 来定 义 问题 的最 终理 想解 （ ｉ ｄ ｅ ａ ｌ ｆ ｉ ｎ ａ ｌ 替 代 ；２ ９气体 与液压 结 构 ；３ ０ ． 柔 性 和发 明 问题 的 分析 方法。 经过半 个多 ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ， ｌ Ｆ Ｒ），以 明确 理 想 解 所 在 的 外壳和 薄膜 ：３ １ ． 多孔材 料 ：３ ２ ． 改变
经济学20大经典理论
经济学20大经典理论1、蝴蝶效应：上个世纪7０年代，美国一个名叫洛伦兹得气象学家在解释空气系统理论时说,亚马逊雨林一只蝴蝶翅膀偶尔振动，也许两周后就会引起美国得克萨斯州得一场龙卷风。
蝴蝶效应就是说,初始条件十分微小得变化经过不断放大,对其未来状态会造成极其巨大得差别。
有些小事可以糊涂，有些小事如经系统放大,则对一个组织、一个国家来说就是很重要得,就不能糊涂。
２、青蛙现象:把一只青蛙直接放进热水锅里,由于它对不良环境得反应十分敏感，就会迅速跳出锅外。
如果把一个青蛙放进冷水锅里,慢慢地加温，青蛙并不会立即跳出锅外，水温逐渐提高得最终结局就是青蛙被煮死了，因为等水温高到青蛙无法忍受时，它已经来不及、或者说就是没有能力跳出锅外了。
青蛙现象告诉我们，一些突变事件,往往容易引起人们得警觉，而易致人于死地得却就是在自我感觉良好得情况下,对实际情况得逐渐恶化，没有清醒得察觉。
3、鳄鱼法则:其原意就是假定一只鳄鱼咬住您得脚,如果您用手去试图挣脱您得脚，鳄鱼便会同时咬住您得脚与手.您愈挣扎，就被咬住得越多。
所以，万一鳄鱼咬住您得脚,您唯一得办法就就是牺牲一只脚。
譬如在股市中,鳄鱼法则就就是：当您发现自己得交易背离了市场得方向,必须立即止损,不得有任何延误，不得存有任何侥幸.４、鲇鱼效应：以前,沙丁鱼在运输过程中成活率很低。
后有人发现，若在沙丁鱼中放一条鲇鱼，情况却有所改观,成活率会大大提高。
这就是何故呢?原来鲇鱼在到了一个陌生得环境后,就会“性情急躁”，四处乱游,这对于大量好静得沙丁鱼来说,无疑起到了搅拌作用；而沙丁鱼发现多了这样一个“异已分子”,自然也很紧张,加速游动。
这样沙丁鱼缺氧得问题就迎刃而解了,沙丁鱼也就不会死了。
5、羊群效应：头羊往哪里走,后面得羊就跟着往哪里走.羊群效应最早就是股票投资中得一个术语，主要就是指投资者在交易过程中存在学习与模仿现象，“有样学样"，盲目效仿别人,从而导致她们在某段时期内买卖相同得股票。
系统理论详解
慢变量行程序参量，并成为系统自组织的支配力量。
系统自组织的形成是子系统中随机涨落与非线性关系共同作用的结果。
8系统的相似性原理系统的相似性原理指的是,系统具有同构和同态的性质，体现在系统的结构和功能,存在方式和演化过程具有共同性,这是一种有差异的共性，是系统统一性的一种表现。
系统具有相似性,最根本原因在于世界的物质统一性。
系统的相似性，不仅仅是指系统存在方式的相似性，也指系统演化方式的相似性。
系统自组织理论指出，自组织系统地演化顺序是：平衡混沌——非平衡有序——非平衡混沌。
在系统自组织理论的经典例子贝洛索夫-扎鲍廷斯基反应中，当处在平衡态时，系统为均匀无序态，随着不断远离平衡态，将依次出现正弦波振荡（耗散结构），复杂周期态，进入混沌，然后是周期和混沌的混合式振荡，以后又出现张弛振荡，显示了从混沌到有序，再到混沌，再到有序。
自组织理论的非线性相互作用体现为排斥和吸引、竞争和协同。
当子系统的协同处于主导因素时，系统处于稳态，但同时，稳态系统中存在随机涨落，是为不稳定因素，当涨落得到子系统的响应时被放大，竞争的因素便凸现出来。
于是系统失去了稳定性进入否定系统状态的相变阶段。
经过相变，协同的因素重新确立，便对于失稳再次否定，进入稳定态，产生出有序结构。
系统的相似性是相对的，是在相似和差异的对立统一之中的相似性。
相似不是等同，有相似程度大小的分别。
系统的相似性，不仅限于系统实体意义，也可以指关系意义的相似性。
《系统论》读书笔记（2）——系统论的基本规律学而时习之，不亦悦乎。
1结构功能相关律结构是指系统内部各个组成要素之间的相对稳定的联系方式，组织秩序及其时空关系的内在表现形式。
结构反应系统的内部关系，使系统的一种内在的规定性。
功能是指系统与外部环境相互联系和相互作用中多表现出来的性质、能力和功效，是系统内部相对稳定的联系方式、组织秩序及时空形式的外在表现形式。
结构反应系统的内部关系，是系统的内在性，功能反映系统结构的外在性。
系统论的原理
系统论的原理系统论是一种综合性的理论体系，它以系统思维为基础，通过研究事物内部的相互联系和相互作用，揭示事物的整体性和复杂性。
系统论的原理涉及到许多领域，包括哲学、科学、管理学等，其核心思想是从整体的角度来看待事物，强调整体和部分之间的关系，以及相互作用和反馈的影响。
系统论的原理可以追溯到古希腊的哲学思想，例如亚里士多德的“整体大于部分之和”的观点。
然而，系统论的现代形式是在20世纪中期由生物学家、数学家和工程师等多个领域的学者共同发展而来的。
系统论的原理包括系统的整体性、系统的层次性、系统的边界和系统的环境等。
首先，系统的整体性是指系统作为一个整体的特性，不仅仅取决于其各个部分的性质，更重要的是取决于这些部分之间相互作用的模式和规律。
这意味着系统的整体性不仅仅是部分的简单相加，而是由部分之间的相互联系和作用所决定的。
例如，一个生态系统的稳定性不仅仅取决于其中各种生物的数量和种类，更重要的是取决于它们之间的相互作用和平衡。
其次，系统的层次性是指系统由多个层次组成，每个层次都具有自己的特性和规律。
这意味着系统可以被分解为多个子系统，同时这些子系统又可以被进一步分解为更小的部分。
例如，一个企业可以被看作是一个系统，它又可以被分解为市场营销子系统、生产子系统、财务子系统等，每个子系统又可以被分解为更小的部分，如市场营销子系统可以被分解为市场调研、广告宣传、销售等部分。
此外，系统的边界是指系统与其环境之间的交互界面，它决定了系统与环境之间的信息和能量的交换。
系统的边界可以是实际存在的物理边界，也可以是概念上的边界。
例如，一个工厂可以被看作是一个系统，它与供应商、客户、竞争对手等外部因素之间存在着信息和能量的交换，这些交换构成了系统的边界。
最后，系统的环境是指系统外部的因素和条件，它对系统的稳定性和发展具有重要影响。
系统的环境可以包括自然环境、社会环境、经济环境等多个方面。
例如，一个国家的经济系统受到国际市场、国内政策、自然资源等多个方面的影响，这些外部因素决定了国家经济系统的发展和变化。
系统论——系统科学哲学
系统论——系统科学哲学以系统论——系统科学哲学为标题，本文将介绍系统论的基本概念与原理，以及系统科学哲学在现代科学研究中的应用和意义。
系统论是一种综合性的科学理论体系，旨在研究和描述复杂系统的特性和行为。
它通过将系统划分为多个相互关联的部分，并研究它们之间的相互作用和反馈机制，来揭示系统的内在规律和运行方式。
系统论的理论框架包括系统的定义、系统的边界、系统的层次结构、系统的输入与输出、系统的稳定性和系统的适应性等概念。
系统的定义是系统论的基础，它指的是一组相互作用的元素组成的整体，这些元素之间通过相互作用和信息交流而形成一种有机的整体。
系统论认为系统具有整体性、动态性和开放性的特征。
整体性体现在系统的各个部分是相互联系、相互作用的，它们不能被单独分析和理解。
动态性指的是系统的状态和行为随时间而变化，系统的变化是由内部和外部因素的相互作用所引起的。
开放性意味着系统与外部环境存在着交互和信息流动，系统的行为受到外部环境的影响。
系统的边界是指系统与环境之间的分界线。
系统论认为系统与外部环境之间存在着物质、能量和信息的交换与流动。
系统的边界决定了系统与环境之间的交互方式和程度。
系统论强调了系统与环境之间的相互作用和反馈机制对系统行为的影响。
系统的层次结构是指系统由多个子系统组成，这些子系统又可以进一步划分为更小的子系统。
系统的层次结构反映了系统中各个部分的功能和相互关系。
系统的输入与输出是系统论的重要概念。
系统接受来自环境的输入信号，并通过内部的转换过程将其转化为输出信号。
输入信号包括物质、能量和信息等形式，输出信号则是系统对输入信号的响应和反馈。
系统论强调了系统的输入与输出之间的关系，以及系统对输入信号的处理和转化过程。
系统的稳定性是指系统在一定条件下保持稳定状态的能力。
系统论认为系统的稳定性是由系统内部的反馈机制和调节机制所决定的。
反馈机制是指系统内部信息的反馈对系统行为的调节和控制。
系统论强调了系统内部的反馈环路对系统稳定性的重要作用。
大型复杂系统理论与方法
大型复杂系统理论与方法大型复杂系统是现代社会中不可避免的存在，包括交通运输、电力、通信、金融、医疗、环境等各个领域。
大型复杂系统不仅影响到社会经济的发展和人类生活的稳定，更是对我们进行有效的管理和应对难题提出挑战。
因此，研究大型复杂系统理论和方法非常重要。
一、大型复杂系统大型复杂系统是由若干组件相互作用而成的，其组成部分众多、规模庞大、互相耦合、信息强烈交流，并且呈现出高度复杂性和非线性动态。
其表现形式非常复杂，变量成千上万，其中大多数变量都难以测量和控制。
例如，一个城市就是一个复杂系统。
在一个城市中，存在许多交通信号灯、路口、车辆、行人、公共交通和自行车的交通复杂群体，这些物体相互之间产生不同的作用，起着复杂的功能。
再例如，一个电力系统也是一个复杂系统。
电力系统中有大量的发电机、变压器、输电线路、变电站等元件。
这些元素是由复杂的电路和系统方案组成的，各个元素之间的状态和控制策略的变化，会导致整个系统的状态发生变化。
二、大型复杂系统的理论复杂性理论是大型复杂系统的核心理论之一，它是关于复杂性及其特征，探讨建议如何处理复杂系统的研究分支。
这个理论从物理学、生物学、信息论、统计学等多个学科角度出发，对复杂系统具有普适性的规律进行研究，通过对系统的特性、变量之间的关系和规律进行分析，揭示了复杂系统的内在规律性和共性，提供了分析大型复杂系统的重要工具。
在研究大型复杂系统时，网络理论也被广泛应用。
网络理论从结点、连线和关系的角度出发，研究连接性、分布式系统、数据流、协议等现象。
在网络理论中，复杂网络又是一个重要的研究方向，复杂网络将网络的节点和链接扩展到非线性的关系，并能够揭示不同的网络拓扑图的行为和结构特征。
三、大型复杂系统的方法目前，对于大型复杂系统的处理方法主要是基于数学模型和计算机模拟方法。
数学模型是对大型复杂系统特性和行为的抽象表达，通过建立合适的模型，将大型复杂系统的复杂性降低到较小的尺度，使得对于系统的分析和预测更容易、更精确。
系统论三大原理
系统论三大原理
三大原理是系统论中最重要的原理，它们深刻地影响了我们对复杂系
统的理解。
系统论三大原理比较着重在复杂系统的结构、过程和变化，它们是贝尔法第一定律（细胞自组织的内在性）、互斥定律（组织边
界的存在）和演化定律（系统根据所处情境变化）。
首先，贝尔法第一定律提出，细胞会通过内部组织而自身组织起来，
不断完善其功能。
物理学家曾说：“具有自身组织性的活体物质，其
内部构造是复杂而有机地交互活动的。
”这表明，活体物质通过内部
组织自我组织起来，而这种自组织的能力会随着细胞的发展而提高，
产生出越来越复杂的结构。
其次，互斥定律提出，系统由其组织边界维护，并且自身行为不会侵
蚀其自身组织边界，否则系统将失去自我组织的能力，逐渐消失。
这
里可以看到，互斥定律维护着活体物质内部结构的完整性，确保活体
物质的正常发育。
最后，演化定律指出，根据活体物质所处的情境，活体物质会通过进
化完善自己，以获得更好的适应性和更优的性能。
演化定律反映了这
种活体物质的自我组织进化的过程，强调系统的变化存在一定的自发性，即根据不同的情境，系统会进行自主性的变化和调整，以达到更
优越的性能。
综上所述，系统论三大原理，即贝尔法第一定律、互斥定律和演化定律，为我们理解复杂系统提供了一些重要思路，包括细胞内部组织法则、组织边界、系统根据不同情境变化的原则。
未来，这些原则将被
运用在各种领域，以帮助我们更好地理解复杂的系统，并有效地控制它们。
系统论的基本原理
系统论的基本原理
系统论是一种关注于整体与部分、相互作用与反馈的研究方法和理论体系。
它的基本原理包括以下几个方面：
1. 整体性原理：系统论认为系统是由多个相互关联的部分构成的整体，整体的性质不能简单地通过部分的性质来解释。
系统的整体性质是由部分之间的相互作用和协同所决定的。
2. 相互作用与相互影响原理：系统中的各个部分相互作用，并且彼此之间存在相互影响。
部分之间的相互作用会导致整个系统的性质和行为发生变化，同时系统的整体性质也会反过来影响各个部分。
3. 反馈与调节原理：系统论强调系统中的反馈机制对系统的稳定性和演化起着重要作用。
反馈机制能够使系统对外界的刺激做出自适应和调节，保持系统的平衡和稳定。
4. 多层次与多层次性原理：系统可以在不同的层次上进行分析和描述。
系统论认为系统可以从宏观和微观两个层次进行研究，而且不同层次的系统之间也存在着相互影响和相互关联。
5. 开放性与封闭性原理：系统论认为系统是开放的，与环境之间存在着物质、能量和信息的交流。
开放性使得系统能够吸收外界的资源和信息，并对外界做出响应，从而保持系统的活力和适应性。
综上所述，系统论的基本原理包括整体性原理、相互作用与相
互影响原理、反馈与调节原理、多层次与多层次性原理以及开放性与封闭性原理。
这些原理共同构成了系统论的理论基础，对于研究和理解复杂系统具有重要意义。
系统论的原理
系统论的原理系统论是一种关于系统的研究理论，它是一种综合性的科学理论，旨在研究和解释系统的本质、结构、行为和发展规律。
系统论的基本原理包括整体性原理、动态性原理、目标性原理和自组织性原理。
首先，整体性原理是系统论的核心原理之一。
它强调系统是由各个相互作用的部分组成的整体，整体和部分之间存在着相互联系和相互作用。
整体性原理要求我们不能孤立地看待系统的各个部分，而是要把它们看作一个有机的整体来研究和分析。
其次，动态性原理是系统论的另一个重要原理。
它强调系统是一个动态的过程，系统的各个部分之间存在着相互作用和相互影响，系统的结构和行为会随着时间的推移而发生变化。
动态性原理要求我们要关注系统的发展和变化过程，而不是局限于系统的静态状态。
另外，目标性原理是系统论的重要原理之一。
它强调系统存在着明确的目标和目的，系统的结构和行为都是为了实现这一目标而服务的。
目标性原理要求我们要深入理解系统的目标和目的，从而更好地指导系统的设计和运行。
最后，自组织性原理是系统论的又一重要原理。
它强调系统具有自组织和自调节的能力，系统能够在外部环境的影响下自行调整和适应，以保持系统的稳定和健康。
自组织性原理要求我们要重视系统内部的自组织机制，从而更好地理解系统的运行和演化。
综上所述，系统论的原理包括整体性原理、动态性原理、目标性原理和自组织性原理，这些原理共同构成了系统论的理论框架，为我们理解和研究系统提供了重要的理论基础。
通过深入理解系统论的原理，我们能够更好地把握系统的本质和规律，为实现系统的优化和创新提供了理论指导和方法支持。
因此，系统论的原理具有重要的理论和实践意义，对于推动科学技术的发展和社会进步具有重要的作用。
系统理论的主要原理与方法论意义
系统理论的主要原理与方法论意义
系统理论的主要原理与方法论意义:
1. 整体论观点。
系统理论强调从整体的角度来研究系统,重视系统的整体功能而不是部分的作用。
2. 层次性原理。
系统由多个层次构成,只有考虑各层次的相互作用,才能全面理解系统。
3. 系统观念。
系统是一个由相互依赖的部分组成的有机整体,其特性取决于组成部分的关系。
4. 输入输出模型。
系统接受外部输入,经过内部处理产生输出,系统的行为可用输入输出模型描述。
5. 反馈原理。
系统依靠正负反馈来自我调节,维持系统的平衡状态。
6. 开放性原理。
系统与环境间存在能量、信息、物质的交换,系统具有开放性。
7. 目的论原理。
系统的行为服务于某一目标,系统的各部分协同实现这个目标。
方法论意义在于系统理论为研究复杂系统提供了统一的分析方法和思路,有利于
全面分析问题,探求问题的本质,把握系统运行规律。
大系统定义
大系统定义大系统理论工程与非工程大系统的自动化和有效控制的理论大系统理论是研究规模庞大、结构复杂、目标多样、功能综合、因素众多的工程与非工程大系统的自动化和有效控制的理论。
大系统指在结构上和维数上都具有某种复杂性的系统。
具有多目标、多属性、多层次、多变量等特点。
如经济计划管理系统、信息分级处理系统、交通运输管理和控制系统、生态环境保护系统以及水源的分配管理系统等。
大系统理论是70年代以来，在生产规模日益扩大、系统日益复杂的情况下发展起来的一个新领域。
它的主要研究课题有大系统结构方案，稳定性、最优化以及模型简化等。
大系统理论是以控制论、信息论、微电子学、社会经济学、生物生态学、运筹学和系统工程等学科为理论基础，以控制技术、信息与通信技术、电子计算机技术为基本条件而发展起来的。
大系统的自动化和有效控制，常用多级递阶系统和分散控制系统两种形式。
其手段是“大系统的分析与综合”。
简介编辑播报大系统理论，关于大系统分析和设计的理论。
大系统的特征是：规模庞大、结构复杂（环节较多、层次较多或关系复杂）、目标多样、影响因素众多，且常带有随机性的系统。
这类系统不能采用常规的建模方法、控制方法和优化方法来分析和设计，因为常规方法无法通过合理的计算工作得到满意的解答。
随着生产的发展和科学技术的进步，出现了许多大系统，如电力系统、城市交通网、数字通信网、柔性制造系统、生态系统、水源系统和社会经济系统等。
这类系统都具有上述特点，因此造成系统内部各部分之间通信的困难，提高了通信的成本，降低了系统的可靠性。
大系统有两种常见的结构形式：①多层结构。
这种结构是把一个大系统按功能分为多层次，其中最低层为调节器，它直接对被控对象施加控制作用。
②多级结构。
这种结构是在对分散的子系统实行局部控制的基础上再加一个协调级去解决子系统之间的控制作用不协调问题。
内容编辑播报关于大系统分析和设计的理论，包括大系统的建模、模型降阶、递阶控制、分散控制和稳定性等内容。
系统论原理
系统论原理系统论是一门研究系统的学科，它涉及到系统的结构、功能、行为和性质等方面的理论。
系统论的基本原理是系统整体性、系统的层次性、系统的开放性和系统的目标性。
系统论的研究对象可以是任何具有整体和部分、结构和功能、关系和环境等特征的事物或现象。
系统论的原理对于理解和解决现实生活中的复杂问题具有重要的指导意义。
系统的整体性是指系统是由各个部分组成的整体，整体的性质和行为不仅取决于各个部分的性质和行为，而且还取决于各个部分之间的相互作用。
系统的整体性原理要求我们不能片面地看待问题，而是要从整体的角度来分析和解决问题。
系统的层次性是指系统是由若干个层次组成的，每个层次都有其特定的结构和功能。
系统的层次性原理要求我们要从不同的层次来理解和分析系统，不能仅仅停留在表面现象的层面上。
系统的开放性是指系统与外部环境存在着物质、能量和信息的交换和相互作用。
系统的开放性原理要求我们要考虑系统与外部环境的关系，不能孤立地看待系统。
系统的目标性是指系统存在着一定的目标和目的，系统的结构和功能都是为了实现这一目标和目的。
系统的目标性原理要求我们要关注系统的发展方向和目标，不能忽视系统的内在目的。
系统论的原理不仅适用于自然界和社会现实中的系统，也适用于人类的思维和行为。
在科学研究、管理决策和工程设计等领域，系统论的原理都具有重要的指导意义。
通过运用系统论的原理，我们可以更好地理解和把握系统的本质和规律，从而更好地解决现实生活中的复杂问题。
总之，系统论的原理是一个非常重要的理论体系，它为我们理解和解决复杂问题提供了重要的方法和思路。
只有深入理解和运用系统论的原理，我们才能更好地认识和改造世界。
希望大家能够重视系统论的研究，不断拓展系统论的理论和应用领域，为推动科学技术和社会发展做出更大的贡献。
1.2 大系统理论
• 随着控制理论应用范围的扩大，从个别小系统的控制，发 展到若干个相互关联的子系统组成的大系统进行整体控制， 从传统的工程控制领域推广到包括经济管理、生物工程、 能源、运输、环境等大型系统以及社会科学领域。 • 大系统理论是过程控制与信息处理相结合的系统工程理 论，具有规模庞大、结构复杂、功能综合、目标多样、因 素众多等特点。它是一个多输入、多输出、多干扰、多变 量的系统。大系统理论目前仍处于发展理论继续向深度和广度发 展，出现了一些新的控制方法和理论。如（ 1 ）现代频域方 法 以传递函数矩阵为数学模型，研究线性定常多变量系统； （2）自适应控制理论和方法 以系统辨识和参数估计为基础， 在实时辨识基础上在线确定最优控制规律；（ 3 ）鲁棒控制 方法 在保证系统稳定性和其它性能基础上，设计不变的鲁 棒控制器，以处理数学模型的不确定性。
大系统理论
大系统理论william目前,关于大系统的定义存在着许多不同的看法。
一种观点认为:一个系统被称作大系统,如果由于计算上的或应用上的原因它能够被解栩或划分成许多相互关联的子系统或“小规模”系统。
另一种观点是:一个系统是大系统如果它的维数是如此之大以至于通常的建模、分析、控制、设计和计算技术在适当的计算尝试下不能够给出合理的结果。
关于大系统的定义问题,国外、国内都有许多不同的看法,因为不同学科,不同专业的人员对大系统有不同的理解。
随着人们对系统的分析、综合能力、管理、控制的水平、信息传递、处理手段的不同,大系统的概念也有所变化。
比如,对研究电子元件的人来说,大型电子计算机是个大系统。
但是,对研究现代的大规模计算机网来说,一台大型机只是其中一个小系统。
又如,在50年代,一台具有温度、压力、流量调节的锅炉机组,被认为是个大系统。
而现在,大系统通常是指综合自动化的车间、工厂或企业。
大系统的特点：规模庞大,结构复杂,功能综合,因素众多。
大系统一般存在这么两种基本的结构：递阶结构和分散结构。
递阶结构又可分为多层递阶控制结构和多级递阶控制结构。
前者是按大系统内控制的功能和决策的性质来划分的,后者是将组成大系统的各子系统及其控制器按递阶的方式分级排列而划分的。
这两类递阶结构各有其特点:多层递阶控制结构主要用于解决复杂的决策问题。
由于大系统常处于一种不确定的环境中,在决策时为了克服不确定性的影响,需要较长时间积累资料和经验,但是,决策的制定和执行却要求及时而迅速,否则控制就不能适应环境变化。
为了解决这种大系统理论及其思想、方法与应用矛盾,一般是采用多层递阶结构。
这一结构就是将复杂决策问题分解为子决策问题的序列,每个子决策问题有一个解,就是该决策单元的输出,同时也是下一决策单元的输入。
根据这个输入,再确定下一决策单元中的参数,从而确定下一决策单元的输出。
如此一层一层下去,形成决策层的递阶。
多级递阶控制结构的特点是同一水平的子系统形成“级”,上、下级构成隶属关系,上级对下级有协调权,它的决策直接影响下级的动作。
系统论八大原理是实
系统论八大原理是实►背景：系统论的八大原理：整体性，层次性，开放性，稳定性，突变性，自组织性和相似性。
科学家必须在庞杂的经验事实中抓住某些可用精密公式来表示的普遍特征，由此探求自然界的普遍原理。
-- 爱因斯坦原理的来源：事实和经验，原理是什么：公式，特征，原理的性质：普遍性，模型化，原理的作用：改造自然和社会，整体性1. 整体性原理：系统是由若干要素组成的具有一定新功能的有机整体，各个作为系统子单元的要素一旦组成系统整体，具有独立要素所不具有的性质和功能，形成的新的系统，且表现出整体的性质和功能不等于各个要素的性质和功能相加。
系统是一个整体，整体是系统的第一特征，且这个整体是有机的，非机械，非物理的，非线性的。
2. 我们身处在一个整体性的世界，从事物的存在，事物的演化，系统都具有整体性。
且系统内要素有非线性的相互关系构成了系统的整体性。
系统无处不在，整体无处不在，时时存在，事事存在。
3. 整体和部分，分析和综合系统的整体性原理，在系统和要素，整体和部分的对立统一中来把握系统的整体性。
又是总与分析和综合联系在一起。
分析：把整体分解为部分来认识，认识部分是分析的主要任务。
综合：把部分综合为整体加以认识，认识整体是综合的主要任务。
整体和部分是对立统一的，分析和综合是对立统一的，整体和部分是形式，分析和综合是行为，4. 原子论，整体论整体论相对立的是原子论，而非部分论。
原子论，高层次现象归结为低层次实体来解释，事物整体行为归结到部分来解释，事物的质就归结为量来解释。
高层次，整体，质低层次，部分，量层次性1. 层次性原理：组成系统的要素的差异包括结合方式的差异，使得系统组织在作用，结构与功能上表现出等级秩序性，形成了质的系统等级，层次。
层次，是等级，层次和等级特征之一秩序性，2. 系统组成的要素与子系统之间是有层次区分的，且系统的层次关系有相对性和多样性（时空尺度的古代，近代。
运动发展的生命运动和社会运动）层次性，相对性，时空性，运动性，一个系统的层级，不是绝对的，不是静止的，不是突然而来的。
系统理论的原理及其应用
系统理论的原理及其应用简介系统理论是一种跨学科的科学理论，主要研究系统的结构、行为和相互作用等基本原理。
本文将介绍系统理论的核心原理，并探讨其在各个领域的应用。
一、系统理论的基本概念系统理论的核心概念包括系统、子系统、边界、输入和输出等。
系统是由一组相互关联的部分组成的整体，在系统理论中，将系统看作一个整体，关注其整体的性质和行为。
而子系统则是系统中更小的部分，各个子系统通过边界互相连接，共同协作完成系统的功能。
边界是系统和外界之间的界限，通过边界的输入和输出，系统与外界进行信息的交流与传递。
输入指的是进入系统的信息、能量或物质，系统通过处理输入，产生输出。
输出则是系统对输入的响应，可以是经过加工、筛选、转换后的信息、能量或物质。
二、系统理论的原理系统理论的原理主要包括系统的层次性、互动性、适应性和目标导向性。
1. 系统的层次性系统理论认为系统具有层次结构，一个系统可以包含多个子系统，每个子系统可以进一步分解为更小的子系统。
这种层次结构使得系统的复杂性得以管理和理解。
2. 系统的互动性系统中的各个部分之间存在着相互关联和相互作用的关系。
一个系统的行为往往是由其内部各个部分之间的相互作用所决定的。
系统理论强调了系统整体与部分之间的相互依赖性和相互作用。
3. 系统的适应性系统理论认为系统具有适应性，即系统可以通过自身的调节和自组织能力来适应环境的变化。
系统的适应性使得系统能够在复杂和不确定的环境中存活和发展。
4. 系统的目标导向性系统理论认为系统具有明确的目标，在系统理论中，系统的目标通常被定义为输入经过处理后的输出。
系统通过不断调整和优化自身的结构和行为，以实现预定的目标。
三、系统理论的应用系统理论在各个领域都有广泛的应用，以下列举了其中几个典型的应用领域。
1.管理学系统理论为管理学提供了重要的理论基础。
在组织管理中，系统理论强调了组织的层次性、互动性和目标导向性，帮助管理者理解和解决组织中的复杂问题，优化组织结构和流程。
系统论的8大基本原理
系统论的8大基本原理系统论的基本原理系统论是研究系统的一般模式，结构和规律的学问，它研究各种系统的共同特征，用数学方法定量地描述其功能，寻求并确立适用于一切系统的原理、原则和数学模型，是具有逻辑和数学性质的一门科学。
系统论、信息论、控制论俗称老三论。
贝塔朗菲强调，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，系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的性质。
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。
正象人手在人体中它是劳动的器官，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，并优化系统的观点看问题。
系统论认为，开放性、自组织性、复杂性，整体性、关联性，等级结构性、动态平衡性、时序性等，是所有系统的共同的基本特征。
这些，既是系统所具有的基本思想观点，而且它也是系统方法的基本原则，表现了系统论不仅是反映客观规律的科学理论，具有科学方法论的含义，这正是系统论这门科学的特点。
1，系统的整体性原理系统整体性原理指的是，系统是由若干要素组成的具有一定新功能的有机整体，各个作为系统子单元的要素一旦组成系统整体，就具有独立要素所不具有的性质和功能，形成了新的系统的质的规定性，从而表现出整体的性质和功能不等于各个要素的性质和功能的简单加和。
从相互作用是最根本原因来看，系统中要素之间是由于相互作用联系起来的。
系统之中的相互作用，是大量线性相互作用，这就使得系统具有了整体。
对于线性相互作用，线性相互作用的各方实际上是可以逐步分开来讨论的，部分可以在不影响整体性质的情况下从整体之中分离出来，整体的相互作用可以看作各个部分的相互作用的简单迭加，也就是线性迭加。
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系统不可控
上世纪70-80年代，控制领域内已有很多关于结构可 控性的研究结果
C.T.Lin, Structural Controllability，IEEE Trans.on AC, 19(3):201-208, 1974 R.W. Shields, J.B.Pearson, Structural Controllability of Multiinput Linear Systems, IEEE Trans.on AC, 21(2):203-212, 1976 K. Glover, L. M. Silverman, Characterization of Structural Controllability, IEEE Trans.on AC, 21(4):534-537, 1976 C.T.Lin, System Structure and Minimal Structure Controllability, IEEE Trans.on AC, 22(5):855-862, 1977 S.Hosoe, K.Matsumoto, On the Irreducibility Condition in the Structural Controllability Theorem, IEEE Trans.on AC, 24(6):963-966, 1979 H.Mayeda, On Structural Controllability Theorem, IEEE Trans.on AC, 26(3):795-798, 1981 A.Linnemann, A Further Simplification in the Proof of the Structural Controllability Theorem, IEEE Trans.on AC, 31(7):638-639, 1986
结构可控性
在工作点线性化可得到线性方程
1 a11 x1 x 2 a21 x1 a22 x2 x 3 x a32 x2 a33 x3 bu
a11 A a21 0 0 a22 a32 0 0 a33 0 B b 0
S1 S2 S3
大系统模型简化
针对给定要求降低高价模型的阶次（信息集结） 时域方法 — 精确集结和模态集结：保留系统主特征值 — — 链式集结：保留系统与输出联系最直接的状态 奇异摄动：实现系统快慢时标的分离
频域方法 — Pade近似：实现低频拟合 — — 连分式法：实现高、低频拟合 Routh近似：保留稳定系统的稳定性
大系统理论中的动态系统结构分析
h1 h2
q in
f (h ) h 1 1 1 f (h , h , q ) h in 2 2 1 2
h3
f (h , h ) h 3 3 2 3
F (T ) T 1 1 1
T1
热风 冷风
Q
T2
T3
F (T , T , Q) T 2 2 1 2 F (T , T ) T 3 3 2 3
三角或块三角 单方向影响
× × × × × × 0 0 0 × 0 0 × 0 ×
对角加行 主-从式关系
大系统结构分解举例
建立邻接矩阵 利用可达矩阵找出回路
② ③ ⑧ ⑦
①
④
⑤
⑥
把回路压缩成节点组成集结 矩阵 调整行列得到下三角结构阵
x4
u4
可达性
x1 x2 x3 x4 x5 u1 × u2 × Rux u3 0 u4 × × × × × × × × × × 0 0 0 × × × ×
秩条件
× × S × × × × × 0 × 0 × 0 × × × × 0 0 0 × 0 0 0 ×
①④⑤ ②③⑧⑨ ⑥⑦⑩
把同一回路的节点归并在一起
把回路集结成节点，分析回路 之间关系
0 0 0 A 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0
1. 系统是输入可达的，即 Rux 无全零列 2.
=n gr A B
对于该例
0 0 A 0 0 0 B 0
Rux 0 × ×
x1 不可达
系统不可控
u1 x1
u2 x2
u3 x5
利用可达矩阵找出回路
× 0 0 × × T RR 0 0 0 0 0 0 0 × × 0 0 0 0 0 × × 0 0 0 0 × × 0 × × 0 0 0 0 × × 0 0 0 × × 0 0 0 0 0 0 0 × × 0 0 0 0 0 0 0 0 0 × × 0 0 × 0 0 0 0 × × 0 0 × × × 0 0 0 0 × × 0 × × 0 0 0 0 × × 0 0 0 0 0 × × 0 0 ×
经典大系统理论和方法的特点
理论：现代控制理论对高维问题的延伸 — 以线性系统理论为主要研究内容 — — 保持了现代控制理论精细、定量的研究特色 更像是高维多变量或关联系统的控制理论
方法：解决高维性和信息不完全性的思路 — 宏观分析方法：处理复杂结构 — — — 信息集结方法：纵向处理高维性 分解协调方法：横向处理高维性 利用局部信息的控制方法：处理信息不完全性
代数判据
C. T. Lin, IEEE TAC.,19(3):201-208, 1974 K. Glover and L. M. Silverman, IEEE TAC,21(4):534-537, 1976. M.Morari, G.Stephanopoulos, AlChE Journal, 26(2):232-246, 1980
网络科学工具与控制理论的结合将有助 于精确和解析地探索复杂网络可控性的 许多问题
经典大系统理论的 主要研究内容
以线性系统控制理论为主，研究： 大系统结构分析 模型简化 递阶控制 分散控制 大系统稳定性分析 重点克服高维性和信息不完全性带来的困难
大系统结构分析
针对由大量单元组成的系统，从宏观层面研究大系统静 态和动态结构特征 大系统的拓扑关系及分解方法 — 已形成了系统关联描述及结构分解的成熟方法 — 只解决“有”、“无”问题，不考虑关联强弱 动态大系统的结构性质 — 动态系统结构可控性、可观性的判断 — 主要针对线性系统理论进行结构化延伸
1 f1 ( x3 , x4 , u1 ) x 2 f 2 ( x3 , x5 , u3 , u4 ) x 3 f3 ( x3 , x4 , u4 ) x 4 f 4 ( x3 , x4 , u1 , u2 ) x 5 f5 ( x3 , u1 , u4 ) x
x3
A B 5 gr
结论：该系统结构可控
图论判据
结构可控
(A,b) 构成仙人掌(cactus)
C.T.Lin, Structural Controllability，IEEE Trans.on AC, 19(3):201-208, 1974
推广到类仙人掌(G-cactus)
K.Li, Y.Xi, G-Cactus and New Results on Structural Controllability of Composite Systems, Int.J.System Science, 27(12):1313-1326, 1996
大系统理论相关成果与复 杂网络研究的关系
大系统结构分解
目的：把复杂大系统分解为子系统，从 宏观上把握系统的组成特点并且 给出子系统间的有序影响关系
如何描述系统结构？
结构矩阵：反映系统各单元间的因果关系 有向图表示 邻接矩阵表示
① ② ③ ④
①
②
① ② ③
③
④
④
0 0 × 0
× × 0 0 × 0 0 0 0 × 0 0
几种典型结构
× × × × × × × × × × × × × × × × × ×
对角或块对角 完全可分解
Байду номын сангаас
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经典大系统理论 与复杂网络
席裕庚
上海交通大学自动化系 系统控制与信息处理教育部重点实验室
2012年10月13日
主要内容
1. 思考的起因：复杂网络结构可控性 2. 经典大系统理论的主要研究内容 3. 大系统理论相关成果与复杂网络研究 的关系 4. 几点思考
思考的起因: 复杂网络结构可控性
Hopcroft, J. E.& Karp, R. M. An n5/2 algorithm for maximum matchings in bipartite graphs. SIAM J. Comput. 2, 225–231 (1973).
⑨
⑩
邻接矩阵
0 0 0 A 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 A B 0 0 0
0 × × 0 × 0 0 0 0 × 0 × 0 0 × × 0 × × 0 0 0 0 × 0 × × 0 × × 0 0 0 × 0 0 × 0 0 ×