开放复杂巨系统理论PPT课件
开放复杂巨系统理论
和性能的数学关系，即建立系统的数学模型。
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•把人与计算机结合起来，充分利用知识工程、专家系 统、智能机器长于逻辑运算、速度高、容量大、不怕 疲劳等特点，同时发挥人脑的洞察力、长于形象思维 的优点，使两者取长补短，相互激发，产生出更高的 智慧。
3
3.定性到定量的综合集成法
综合集成的实质是专家经验、统计数据和
信息资料、计算机技术三者的有机结合，构
2.2复杂巨系统
不同巨系统之间在规模上仍可能有显著区别，但 事实表明，在巨系统这个等级上，再按规模大小 进行分类已无实际意义。而按结构的复杂程度进 行分类，可以更好的把握系统。
系统规模大 花色品种多 多阶段 动态性 非线性 复杂巨系统
2.2复杂巨系统
总之，复杂巨系统的复杂一词并非泛泛而论，
第13章 开放复杂巨系统理论
谢建丽 120720080 管理科学与工程
Contents
1 系统的新分类
2
特殊的开放复杂巨系统
3
从定性到定量综合集成法
4
建立系统学新思路
科学技术体系的层次划分：
开放复杂巨系统
作为基础科学的
技术科学层次的 理论成果，亦称
开放复杂巨系统
理论，亦称开放 复杂巨系统学
为系统理论
成一个以人为主的高度智能化的人——机结
合系统，发挥这个系统的整体优势，去解决
问题。
4.1建立系统学新思路
信息学 运筹学 耗散结构 论 超循环论 混沌学
控制学
系统工程 与一般系 统论
协同学
微分动力 系统
形成一门关于一般系统的基础学科，即系统学
4.1建立系统学新思路
得到系统分类后，钱学森意识到系统学的对 象是巨系统，也有分支学科，原来设想的只是 简单巨系统学，还应有复杂巨系统学，他不可 能在现有系统理论的基础上经过综合建立起来， 由此而引出关于复杂巨系统学的研究。 在概括出“综合集成法”这个概念后，钱学森 对于建立系统学有了全新的想法。该方法是先 讲大的总观点，然后讲特例，但如何实践这个 纲领性德观点，尚无进一步的阐开放复杂巨系统理论开辟了复杂性研究
开放复杂巨系统
统科学研究中取得了进一步的发展。他与众多合作者切磋琢磨，相互激发，成为
最具创造力的研究者，是新概念、新思想、新方法、新思路的主要提出者。包括
大量有关系统研究的外文著作的翻译出版，都得益于钱学森的大力推动。
由于他的宣传推动和培养人才，也由于中国改革开放事业和社会主义现代化
在一起使用,如何在为更高层次系统服务的条件下集成? 这才是综合集成数据体系的关键所在,结合问题求
解,考虑其实现的手段如下:
1) 复杂问题的建模和模拟,全面的多解决方案建模几乎不太可能,从问题的实践层次和功能发生机制
出发,确立系列多解决方案模型可能比较有效。这一科学思想的有关理论“尽管还不完善、不成熟，却已经光芒四射，必
专家的经验知识,形成理解复杂问题的初步概括或者框架。以明确的初步框架为基础,从逻辑上应用各种数
据支撑技术———某种程度上也要从经验上———对其进行策略研究,分析其对时间和各种要素的敏感性、不确
定性。这样,一个与开放复杂巨系统有关问题的主体与环境就通过抽象的方法表现出来。这就是综合集成
研讨厅专家群体必须做的工作,数据、模型以及相关问题已有的研究成果,构成了复杂问题的数据体系,在与
聪明的专家结合后,辅助专家群体分析判断问题。数据体系,不仅仅是数据资料的信息化,关键是在已有数
据成果的基础为辅助专家群体理解复杂机制的建模与模拟。
复杂问题涉及到各种因素参数及其很多的方程,许多参数也在不断波动,有时也会变化很大,仅仅通过
数学静态模型,不能够很好的概括复杂问题的发展情况。事实上,模型既有用又存在局限性,借助模型所进
大部门中尚待建立的科学，即系统学和系统论。在此基础上，他深入探讨系统学
巨系统理论简介
开放复杂巨系统理论班级：06111205学号：1120121714姓名：李俊杰开放的复杂巨系统，是由我国科学家钱学森教授于1990年提出的概念，并认为复杂性问题实际上是开放复杂巨系统的动力学特性问题。
与国外提出的复杂性科学/复杂系统有异曲同工之妙。
其建立一个既有广泛的远程研讨人参加的、又有专家群体在中心研讨厅进行最终研讨决策的、大范围、分布式、多层次、自下而上递进式、人机动态交互性的研讨、决策体系。
所谓开放复杂巨系统，指的是具有下列特征的一大类系统：1系统规模巨大，即巨型性。
2系统组分彼此差异显著，花色品种多，即异质性。
3系统是按照等级层次方式整合起来的，即等级层次性。
4非线性相互作用，即非线性。
5系统和环境之间不断交换物质和能量信息，即开放性。
这类系统的动力学特性就是复杂性。
钱学森的复杂性研究的显著特点：1以马克思主义哲学，特别是实践论和矛盾论为指导。
2把复杂性研究放在建立系统学，完善系统科学体系的工作中，坚持用系统观点阐释复杂性，用系统方法处理复杂性问题。
已有两种系统分类方法：1非系统科学的系统分类，贴近现有学科分支的思路，着眼在系统的具体含义上，失去系统的本质。
2系统科学的系统分类，突出对象类型的系统意义，仅仅把对象作为系统来区分。
3钱学森对系统的分类。
依据是毛泽东的矛盾学说：系统（简单系统（大小）、巨系统（简单巨系统、复杂巨系统（一般、特殊（社会系统）巨系统按照规模大小，结构层次，是否出现自组织现象划分，包括整个社会，问题的范围和复杂程度是一般工程系统不具有的。
大系统控制论不能解决巨系统问题，而要用自组织概念。
复杂巨系统中复杂的具体内涵：组分的异质性、结构的多层次性、过程的多阶段性和动态性、相互关系和作用的非线性。
按照系统与环境关系对巨系统的分类：1简单环境中的简单巨系统，如贝纳德流，激光器；2复杂环境中的简单巨系统，如智能机器人；3简单环境中的复杂巨系统。
如人体系统，人脑系统；4复杂环境中的复杂巨系统。
复杂巨系统
复杂巨系统系统学的研究对象是各类系统。
根据组成系统的元素和元素种类的多少以及它们之间关联的复杂程度，把系统分为简单系统和巨系统两大类。
简单系统是指组成系统的元素比较少，它们之间关系又比较单纯，如某些非生命系统；巨系统是指组成系统元素的数目非常庞大的系统。
如果组成系统的元素非常多，但元素种类比较少且它们之间关系比较简单，这类系统称为简单巨系统，如激光系统。
如果组成系统的元素不仅数量大而且种类也很多，它们之间的关系又很复杂，并有多种层次结构，这类系统称为复杂巨系统，例如人体系统和生态系统。
在人体系统和生态系统中，元素之间关系虽然复杂，但还是有确定规律的。
另一类复杂巨系统是社会系统，组成社会系统的元素是人。
由于人的意识作用，系统元素之间关系不仅复杂而且带有很大的不确定性,这是迄今为止最复杂的系统。
规模巨大且结构复杂的系统.钱学森系统分类中的一类，其特点是系统不仅规模巨大，属巨系统范畴，而且元素或子系统种类繁多，本质各异，相互关系复杂多变，存在多重宏、微观层次，不同层次之间关联复杂，作用机制不清，因而不可能通过简单的统计综合方法从微观描述推断其宏观行为.人脑、人体、生物、生态、地理环境以及许多宇宙现象等都属于复杂巨系统，其中社会系统是特殊复杂巨系统开放的复杂巨系统，是由我国科学家钱学森教授于1990年提出的概念，并认为复杂性问题实际上是开放复杂巨系统的动力学特性问题。
与国外提出的复杂性科学/复杂系统有异曲同工之妙。
其建立一个既有广泛的远程研讨人参加的、又有专家群体在中心研讨厅进行最终研讨决策的、大范围、分布式、多层次、自下而上递进式、人机动态交互性的研讨、决策体系。
钱学森指出它是一个科学新领域，后来戴汝为概括它为一门21世纪的科学。
钱学森等提出从系统的本质出发对系统进行分类的新方法，并首次公布了“开放的复杂巨系统”这一新的科学领域及其基本观点。
从系统的本质出发，根据组成子系统及子系统种类的多少和他们之间的关联关系的复杂程度，可以把系统分为简单系统和巨系统两大类。
开放复杂巨系统课件
鲁棒控制
通过设计具有鲁棒性的控制策略 ，使得系统在面对不确定性和干 扰时仍能保持稳定和可靠的性能 。这种方法适用于具有强不确定
性和高风险的系统。
05 开放复杂巨系统 的应用案例
互联网病毒传播防御
1 2 3
互联网病毒传播的危害
互联网病毒传播具有广泛性、快速性和破坏性， 对个人、企业和社会都带来了严重威胁。
03
特点
复杂适应系统具有非线性、自组织、涌现性等特点，其行为和性质不能
简单地由其组成部分的特性和行为的线性叠加来解释。
复杂适应系统的特征
适应性
个体具有学习和适应环境变化的能力，能 够根据环境的变化调整自身的行为和特性 。
动态性
复杂适应系统是动态的，其行为和结构会 随时间而变化，具有历史依赖性和不可预 测性。
多尺度问题
开放复杂巨系统涉及的时 间和空间尺度非常广泛， 从微观粒子到宏观宇宙， 如何处理这些不同尺度之 间的问题也是一个难点。
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结合理论分析、计算机模拟和实际数据分析等多种方法来研究 复杂适应系统，以全面揭示其特性和行为。
04 开放复杂巨系统 的建模与分析
开放复杂巨系统的建模方法
基于力学定律的建模
利用力学定律，如牛顿运动定律、麦克斯韦方程等，对系统进行 建模。这种方法适用于具有明确物理意义的系统。
基于统计学的建模
通过分析系统的统计性质，如概率分布、相关函数等，建立数学模 型。这种方法适用于具有不确定性和随机性的系统。
01 02
定义
复杂适应系统（Complex Adaptive Systems, CAS）是由具有适应能 力的个体组成，且这些个体之间以及与环境之间通过相互作用和影响而 产生复杂、动态的系统。
开放的复杂巨系统及其方法论
开放的复杂巨系统及其方法论1.引言1.1 概述概述在当今复杂多变的社会环境中，我们面临着一个个巨大而复杂的系统，这些系统包括经济、社会、生态等各个领域。
这些系统的复杂性和开放性使得它们在运行和演变过程中充满了挑战和不确定性。
开放性是指这些系统与外界环境相互交换物质、能量和信息的能力。
无论是人们的日常生活，还是经济的发展和社会的进步，都离不开这种开放性的运作方式。
开放性使得系统能够获得外部资源和信息，同时也给系统带来了更多的变数和不确定性。
复杂性是指这些系统内部的各个组成部分之间相互作用和相互依赖的关系。
一个复杂系统中的任何一个元素的变化都会对其他元素产生影响，进而引发连锁反应。
复杂系统的行为往往难以准确预测，因为它们受到多种因素和因果关系的影响，其中一些因素和关系可能互相交织并且相互作用。
面对这样的复杂开放系统，我们需要一种系统性的方法论来进行分析和解决问题。
方法论是指一种科学的思维方式和分析方法，它能够帮助我们理解和处理复杂问题，提供有针对性的解决方案。
本文将探讨开放的复杂巨系统及其方法论。
首先，我们将介绍开放的复杂巨系统的基本概念和特征，以帮助读者对其有一个整体的认知。
接着，我们将介绍一些常用的方法论，包括系统思维、系统动力学、网络分析等，这些方法论可以帮助我们深入理解和应对复杂开放系统中的挑战和问题。
通过对开放的复杂巨系统及其方法论的探讨，我们希望能够提高我们对复杂系统的认知和理解能力，为解决实际问题提供科学有效的方法和思路。
同时，我们也将展望未来，探讨可能的发展方向和挑战，以期进一步推动复杂系统研究和应用的发展。
1.2文章结构2. 正文2.1 开放的复杂巨系统在介绍开放的复杂巨系统之前，我们先来了解一下什么是复杂巨系统。
复杂巨系统是指由许多相互作用和相互依赖的组成部分构成的庞大系统，这些组成部分之间的关系和行为是相当复杂且难以预测的。
与传统的封闭系统不同，开放的复杂巨系统与外界环境有着不断的信息和能量交换，这使得系统具有很高的适应性和灵活性。
复杂系统理论讲课讲稿
复杂系统理论（system complexity）
• 复杂系统理论（system complexity）是系统 科学中的一个前沿方向，它是复杂性科学 的主要研究任务。复杂性科学被称为21 世 纪的科学，它的主要目的就是要揭示复杂 系统的一些难以用现有科学方法解释的动 力学行为。与传统的还原论方法不同，复 杂系统理论强调用整体论和还原论相结合 的方法去分析系统。
研究方法
• 数学理论与计算机科学的结合 • 非线性分析结构 • 克服对立统一规律下，观察和分析事物简
单的两元结构思维
诺贝尔奖获得者普利高津的观点
• 他认为西方的经典科学更多地强调了还原论,而中 国的古典哲学强调的是整体性,现在是到了强调两 者结合起来的时候了,也就是说科学研究应当进入 由简单化向复杂性转化时代。为此,他提出了耗散 结构理论。
沌控制就是一种可能机制,但决不是惟一机 制
复杂性理论的启示
• 采用纯确定性或纯随机性观点来研究系统 都存在偏面性,对一个系统行为的研究需要 把这两种方法有机地统一起来
• 共适应性和突现性取代了传统的因果律
• 语境融合为系统自身的一部分，变化成为 自身发展不可或缺的要素
• 静态的横向或共时分析方法转向动态的纵 向或历时分析方法。
• 按照这种理论,一个复杂系统应当由大量互相作用 的基本单元组成。这个系统应当是开放的,可以与 外界环境进行物质、能量和熵的交换,从而使系统 在处于远离平衡态时表现出耗散结构,实现 由混 沌到有序的转化。
美国San涌现出各式各样的斑图 • 无序到有序过程是由混沌边缘来完成，混
开放复杂巨系统共37页PPT
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
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（2）系统组分彼此差异显著，花色品种多，即异质性；
（3）系统是按照等级层次方式整合起来的，即等级层次性；
（4）非线性相互作用，即非线性；
（5）系统和环境之间不断交换物质、能量、信息，即开放性。
钱学森把具有上述特性的系统称为开放复杂巨系统，把这 类系统的动力学特性称为复杂性。
2.4特殊的开放复杂巨系统
规模足够巨大，大到出现微观与宏观的层次划 分，必须充分考虑自组织现象，那就是巨系统。
2.2复杂巨系统
20世纪80年代前期，钱学森对普利高津等 人的理多论层成次果结寄构并予非厚一望切，巨系相信有了巨系统 等概念统，的把基已本有特征的，系不统同融巨系会贯通，综合起 来，建统立之统间一仍的有质框的架差，别就，不可以有效的描述 和处理可各能种用巨统系一的统理问论题对，所有但建立系统学的 实践表巨明系，统这做个出释同估。样计有过效分的解乐观了。
2.4特殊的开放复杂巨系统
从宏观上整体的看，社会系统的三种形态：
经济的社会形态
划分。
巨系统中会出现简单系统 中没有的现象，如自组织 现象，小系统和大系统只 有平凡行为，巨系统可能 表现出许多非平凡行为。
系统 属性
.1巨系统
概言之，对于巨系统，按照系统规模做粗略 的把握是必要的，但不是充分的，重要的还要 看系统是否出现宏观与微观的层次划分，是否 存在不可忽略的自组织现象。
2.1巨系统
按照规模
小系统
大系统
巨系统
规模通常是按照系统的组分数目N或分系统数目n 表示的，钱学森对“大”和“巨”的解释是分系 统数量达到几十，上百，这个系统称为大系统， 如果分系统数量极大，成万上亿，上百亿，那是 巨系统了。
2.1巨系统
结构
大系统一般也包含不 同层次，但没有形成 微观和宏观的层次划 分。而一切巨系统都 有宏观和微观的层次
处杂理性复的杂主性要问目题的
其一
其三
其二
意义：
开放复杂巨系统理论开辟了复杂性研究 的一条独特途径，既吸收了国外复杂性 研究的成果，又体现了现代科学和中国 古代文明的精华、现代中国革命和建设 的成功经验的结合。
1.系统的新分类
非系统科学
系统科学
封闭系统与开放系统、
• 如按组分的机制静特态系统与•动突态出系的统是、对象类型 性划分，有物理有系控制系统的与系无统控制意义，即撇
统、生物系统、社 系统开等组分的具体基质
会系统、或物质系
特性和组分之间相
统与心理系统、实
互作用的具体特性，
体系统与符号系统
仅仅把对象作为系
等。
统来区分。
1.系统的新分类
上述系统分类都是按照一定标准给出的两 分式划分，不是完备的系统分类。但系统 科学发展到今天，为建立它的完整科学体 系，特别是建立系统学这门基础理论，给 出系统的完备分类已成为必须解决的问题。
1.系统的新分类
典型的、完备的 系统科学分类
20世纪70年代，为解决有关建立系统科学体系和系统
学的问题，钱学森通过多年探索，给出如下的系统分类：
系统
巨系统 简单系统
简单巨系统 复杂巨系统
大系统 小系统
一般复杂巨系统 特殊复杂巨系统
2.特殊的开放复杂巨系统
巨系统 复杂巨系统 开放复杂巨系统
特殊的开发复杂 巨系统
2.2复杂巨系统
不同巨系统之间在规模上仍可能有显著区别，但 事实表明，在巨系统这个等级上，再按规模大小 进行分类已无实际意义。而按结构的复杂程度进 行分类，可以更好的把握系统。
系统规模大 花色品种多
多阶段 动态性 非线性
复杂巨系统
SUCCESS
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2019/8/20
2.2复杂巨系统
总之，复杂巨系统的复杂一词并非泛泛而论， 组分的异质性、结构的多层次性、过程的阶段 性和动态性、相互关系和作用的非线性，就是 钱学森所说的复杂性的具体内涵。
2.3开放复杂巨系统
对于复杂巨系统，开放将引起每个组分发生相应的 变化，产生许多新的分系统以便管理系统与环境的交换活动， 从而导致整个系统运行机制、行为方式和功能效益的改变，基 于这些考虑，钱学森进一步提出开放复杂巨系统的概念。
第13章 开放复杂巨系统理论
谢建丽 120720080 管理科学与工程
Contents
1
系统的新分类
2
特殊的开放复杂巨系统
3
从定性到定量综合集成法
4
建立系统学新思路
科学技术体系的层次划分：
开放复杂巨系统
作为基础科学的 开放复杂巨系统 理论，亦称开放 复杂巨系统学
技术科学层次的 理论成果，亦称 为系统理论
不同的开放复杂巨系统之间仍然有显著差异， 其中钱学森把社会看做特殊的开放复杂巨系统。社会系 统的这种特殊复杂性，表现在作为这种系统基本组分的 人，其自身就是开放复杂巨系统。由于以人为基本组分， 社会系统与环境的关系具有其他任何系统不具有的复杂 性； 社会系统具有的内在异质性特别发达； 社会系统非线性特别发达； 社会系统的动态性特别强烈； 社会系统的不确定性特别强烈。
如今天改革 开放中的中 国社会及其 国际环境都 是极其复杂 的
简单环境中的 复杂环境中的 简单环境中的 复杂环境中的
简单巨系统
简单巨系统 复杂巨系统
复杂巨系统
开放复杂巨系统
2.3开放复杂巨系统
所谓开放复杂巨系统，根据多年来钱学森在不同场合下的 论述，指的是具有下列特征的一大类系统：
（1）系统规模巨大，即巨型性；
钱学森关于系统概念认识的三次飞跃：
巨系统
复杂巨 系统
开放复杂 巨系统
2.3开放复杂巨系统
对开放性的深入研究，导致钱学森按照系统与环境关系对巨系统
作出如下完备分类：
如人体系统，
如贝纳德流， 激光器
如智能机器 人，环境复 杂多变，系 统却是简单 的
人脑系统， 对国际社会 交往极少的 封闭社会， 可看作简单 的环境
钱学森
从系统学到复杂性研究之路：
关注新兴的系统工程和运筹学， 特别是通过创立工程控制论对初 创时期的系统科学有了深入的把 握。
钱学森的复杂性研究显著特点：
• 和国外同行相比
把逐复步杂介性入研新究中放国在建建设 以特立科坚复的社提方《马别系学持杂方会供法矛克是统体用性方主理，盾思学系系，面义论成《论特主、的统用面事武为实》点义完工观系，业器他践为哲善作点统给的和研论指学系中阐方中发实究》导，统，释法国展行复和