系统科学工程-3系统结构(精简版)

生命系统中的7种基本要素
(1)、核心要素 对系统的整体结构与行为进行控制与调整 的“首脑”或“领导核心”。如人体中的大 脑，企业中的领导班子，计算机中的中心控 制器(CPU)。
(2)、动力要素 为系统的运动提供动力和能源的“发动 机”，
(3)、基础要素 支撑系统的“骨架”和基础，作用是保持系统 整体的相对稳定，如房子的栋梁和地基、人的骨骼。 (4)、自复制要素
(7)、转换要素 转换要素担负着系统内部物质、能量、信 息的转换、处理工作。如消化系统
关键要素（元素）
关键是指能够起决定作用的元素：这样 的元素有可以分为两类： 处在关键位置的元素： 如开门的钥匙，战略要地，关键部门； 边界元素等等 处在关键时刻的元素： 如作物在不同阶段用不同的肥料；
特殊元素
相对于一般元素与要素而言，在系统中常常出 现一些“特殊”元素，它们通常并不起主要作 用，但常常充当“另类”，表现出“特立独行” 的特征，如造反的头头，特殊利益集团，人体 中的肿瘤，材料中的裂痕，杂质，空洞等。一 旦到了某些特殊场合（时间，地点）就可能 “突然”成为“领袖”，对系统的功能与演化 发挥关键作用。 正因为如此，它们的行踪值得引起“适度 地”关注。特别是在非常规的情况下，他们的 动向、趋势更值得严加“监视”。
பைடு நூலகம்
(1)、对偶构形
对偶型是由两个元素组成的构形，它的特点是： ①、它只有或只考虑两个元素的相互作用，即 使是一个复杂系统也把它“一分为二”简化为 两个元素构成的系统； ②、它不考虑中间环节和相互作用中的延迟， 否则就变成了多极作用。
从控制论的角度来看（图2—3），对偶中的 相互作用实际上就是反馈作用：
多级的星形，每个局部都构成星形(图2—5)。
(3)、环形构形
环形构形是由两个以上元素构成的首尾相连的环 形，如因果环、生态链、催化循环、超循环等。从形 态来讲可以把环形构形看作是在对偶构形中增加了某 些中间环节，因此，对偶构形中许多特征在环形构形 中仍然存在。除此之外，环形构形还有以下特征： ①、环形构形中的元素不少于3个，这已经具有 了 复 杂 系统的基本条件，因此它具有许多简单系统所没有的 特性，如自催化、混沌等，它都具有。
性态复习
1、性态描述与评价的前提：立场，视 角，方法，测度 2、定性描述的内容：属性功能价值， 稳定性，可控性，主动性 3、定量描述的内容：总量，特征，界 线 4、评价的内容：定价标准，排序
第三讲 系统结构与内部网络
人们认识事物的顺序是由外部现象 到内在原因，进而寻找变化发展的环境， 外部动力与内部机制，据此形成方案， 做出决策，最后实施。 结构分析要解决的根本问题是：外 部性态与内部构成的关系。也即结构与 功能的关系。
负熵：熵的减少
案例：管理中的秩序
企业中的内部制度 企业文化，原则，规矩 企业组织的结构（管部门间的关系） 企业联盟间的关系
四、构型
1、整体的构型反映了不同秩序之间的关系， 也就是“秩序的关系” 2、构形是指所元素的整体关系，其中包括： 比例，搭配，关联的方式，方位，图形，模 式。
系统的六种基本构型：
2、关联的性质与种类
关联性的性质可以分为不同种类： 相互作用的性质。如物理化学中的不同力的相互 作用 数学中的比例关系。如成分的比列与分布 生物的亲缘关系，竞争关系 社会中的不同社会关系，如工作，领导，朋友等 群体中的各种关系，如企业中人与人之间的关系 有不同的性质
协调，和谐，匹配
如何界定内部的协调，和谐？ 定性特征： 1、整体结构稳定，高效，功能最大化； 2、元素之间相互协同， 定量特征： 1、整体功能极值，优化 2、个体之间“无冗余”
自复制要素是系统个体的“复制器”，即制造 或产生出一个“与自己相似的个体”的机构。作用 是在系统个体消亡或更新换代中保留系统的基本信 息(遗传信息)。 (5)、边界要素 处在系统边界的元素，作用有两个，一是把系 统与外界隔开，二是作为系统与外界联系的纽带， 充当系统开放的门户和通道。
(6)、传输要素 传递信息与输送物质、能量，由各种线路 和管道所组成，许多系统的运行之所以不正常， 经常是由于内部传输线路不畅通所引起的。
3、关联的强度 关联强度是指关联的紧密程度，稳定， 强壮，抗损毁程度 强度可以量化 。如物体间相互作用的 强度。 系统科学中通常用元素间的物质、能 量、信息的交流量来刻画关联的强度。 如人与人，企业与企业，国与国之间 的贸易额，人员交流数量，成分，资源， 信息，物质交流的数量（流速与流量）
三、秩序
1. 2. 3.
4.
5. 6.
元素人如何影响系统？
1、元素的性质：取决于该元素在系统内 部承担的功能或扮演的脚色 2、元素的数量： 3、元素的种类 4、元素本身的构成，（元素与子系统）
2、要素
要素是系统中“举足轻重”的元素 是对整体性质和结构起主要和关键作用的元 素；
基本要素
基本要素： 同类系统共同拥有 系统存在全程相关 承担着系统内部的基本职能
②、环形构形中既然首尾相连，就在整体上无首尾之分， 只要从环中任何一点发出的作用，最终又回到它自己。 因此，环形从本质上讲是并行的。
环形构形最典型的例子有两个， 一个是艾根的“超循环”理论（图2—6） ， 一个是福雷斯特的“动力系统理论”。
福雷斯特的“动力系统理 论”。
系统中可以划分出若干个循环，其 中必有一个起主导作用，即由它来决定 和控制其他循环，全力找出主循环，就 可以抓住问题的关键。如学校中教与学 之间的信息流动，生命体中的血液循环 系统和神经网络。企业中的人流，物流， 信息流等。这是弗雷斯特的系统动力学 或动态系统理论的基本观点。
关联的界定
系统的元素之间可以有各种联系，但不是 所有的联系都对系统整体性发生影响， 其中两元素之间
直接关系整体属性的关系称 为（定义为）元素间的关联。
1、关联的数量
系统内部的关联总数原则上等于：
种类数乘以种内个数；
如果不考虑种类，关联数可以运用初等 数学中的排列组合法则，设n为元素个数， 最大关联数为：
元素间相对稳定的关联所形成的整 体构架”。
广义的结构：整体由什么构成和如何构 成的问题.
结构的概念与定义
结构是整体的构架”。
２、结构的实例
(1)、原子的结构：大家知道原子是由电子和原子核所组 成的，组成原子的相互作用主要是电磁相互作用。 (2)、生物体的结构。生物体有许多层次，根据米勒的《生命 系统理论》广义生命系统可以分为细胞、组织、器官、 个体、群体、国家、联合国等7个层次，每个层次的生 命体都有自己独特的结构。 (3)、社会的结构。研究一个社会或社会系统可以从政治、经 济、文化（意识形态）三个方面来进行，每个方面都有 它们特殊的结构问题。 (4)、企业内部的结构。企业是一个复杂的社会经济系统，在 它内部不仅包含多个部门、层次，还涉及多个方面、多 种功能等。 (5)、计算机的结构。 (6)、语言文字的结构。 (7)、科学的体系、理论的结构。
针对你所选择的案例，根据以上分析方 法，找出： 1、有哪些基本要素？它们各自承担了哪 些基本功能？ 2、有哪些关键要素？它们在什么时间， 地点其关键作用？ 3、这些要素之间有什么关系，当一个发 生变动时对其它的有哪些影响？
二、关联
整体构架就是由各种关联按特定的方 式组成的。具体可以分为四个层次： 元素之间一对一的特殊关系－－关联、 元素之间一对多的关联－－ 秩序 元素之间多对多的联系－－构架
系统与网络是观察世界的两个 不同视角
环 境 要素
整体，内部网络
系统边界 关联 其他系统
其他元素
外部网络连接 其他系统
本章内容：
引言：整体结构与内部网络的 基本问题 一、部件，元素，要素，子系 统 二、关联、秩序与层次 三、内部网络，构型 四、结构与功能的关系
引言、结构的含义与问题
狭义的结构：整体内部构成的方式（通 常是指静态连接方式） “结构是系统
1、序 －－关联的关联
系统内部的次序或秩序是元素组织方式或形式的 体现。 秩序也有数量，一个秩序对应一个“规矩” (1)、数学中的序: 最简单的秩序是区分前后（先后）的秩序 偏序、全序、良序，序数
图形的序－－对称元素的多少
(2)、物理学中的序－－对称性破 缺
对称性－－－变换中的不变性
“对称性破缺”就是对称元素的减 少。 对称与对称破缺是现代物理学 中两个最基本的概念。
结构的四个基本问题：
（1）整体与网络由哪些部件(元素， 节点)构成的？ （2）如何结合成为一个整体？ （3）整体构型与内部网络 (4)结构与功能的关系? （性态的内在原因，
怎样的结构式的整体属性优化？）
一、元素与要素
1、元素
(1)、组成部分是相对系统整体而言的，元素 是系统中不可再分的“基元 系统结构只涉及构成该系统的元素这“一 个层次”，而不涉及元素本身构造的“下一 层次”。
康托尔三分集
科赫（Koch）曲线
(5)、网状构形
网状构形是另一种重要的复合构形，自然界和人 类社会中的许多连接方式都是网络型的。随着现代信 息技术的高速发展，人类社会正在进入全新的网络社 会，这就激起了人们对网络构形极大的兴趣。
①、从局部看，网络是串联与并联的结合、是星形与环 形的复合。使它具有了它们所不具有的特性。如星形 的本质是串行，环形的本质是并行。这两种连接方式 各有特点，如并行计算的容错性大大高于串行计算等。 ②、从全局看，网络包含了所有的连接方式和所有的 构形。它具有其他构形所不具有的新的整体特征。
(2)、元素的属性
系统由若干元素所组成，同一事物 也能作为不同系统的元素。 系统赋予了元素的属性，事物在不 同的整体中表现出不同的属性。
元素存在的意义与价值与相对 于整体属性，功能价值而言的
元素的内部功效
元素对系统之所以必要，是因为它承担了特定 的内部功能。这些功能包括： 驱动系统活动，变换位置， 获取资源，排除废物 处理转换外来物的形态，造成自身构架 处理转换外来信息，用以调控自身和环境 保持构架和内部稳定，免除危害，以利高效运转 完成自复制功能，再造一个自我