系统工程导论课后习题答案

2.1什么是孤立系统、封闭系统和开放系统？试分别举例说明。

答：a.如果系统与其环境之间既没有物质的交换，也没有能量的交换，就称其为孤立系统。在孤立系统中，系统与环境之间是相互隔绝的，系统内部的能量和物质不能传至系统外，系统环境的能量也不能传至系统内，显然，客观世界是不存在这种孤立系统的；b.如果系统与其环境可以交换能量但不可以交换物质，称其为封闭系统。例如一个密闭的容器，可以与外界交换能量，但不能交换物质，可看作为封闭系统；c.如果系统与环境之间既有换，又有物质交换，就称其为开放系统。小至细胞、分子、大至生物、城市、国家等任何系统每时每刻都与环境进行着物质、能量及信息的交换，都是开放系统。

2.2什么是系统自组织现象？试描述一个具体的系统自组织现象。

答：系统中的元素在环境作用下，不依靠外力，发展形成有序结构的过程，称为系统自组织。19世纪末化学家利色根发现，将碘化钾溶液加入到含有硝酸银的胶体介质中，在一定的条件下，所形成的碘化银沉淀物会构成一圈圈有规律间隔的环状分布，这种有序的环称为利色根环。如激光的产生就是一个典型的自组织过程。

2.3中国科学家对系统科学与技术有过哪些贡献？

答：中国科学院于1956年在力学研究所成立“运用组”，即后来“运筹组”的前身。到1980年成立“系统科学研究所”，1980年成立“中国系统工程学会”，这些都标志着我国对系统工程研究发展的重视。1986年钱学森发表“为什么创立和研究系统学”，又把我国系统工程研究提高到系统工程基础理论，从系统科学体系的高度进行研究。我国学者钱学森于1989年提出“综合集成法”，是对系统工程方法论研究方面作出的新贡献。

2.4如何全面正确理解系统的整体性和“1+1>2”表达式？

答：系统的首要特征就是其整体性，系统不是各孤立部分属性的简单叠加，它还具有各孤立部分所没有的新的性质和行为。系统的整体性质有时通俗地表达为“1+1>2”，但实际情况是复杂的，也有可能等于2或小于2，这取决于系统的结构、各部分的属性及系统内协同作用的强弱。这主要是从系统的交通角度来理解的。

2.5耗散结构理论、协同学和混沌理论的主要观点是什么？有什么共同点与不同点？

答：a.散结构理论认为一个系统总是朝着均匀和无序的平衡态发展，系统的熵不断增大，直至达到平衡态，此时系统的熵最大，但对于一个开放系统，系统的熵却可能增长、维持或减小。b.协同学研究系统的各个部分如何进行协作，并通过协作导致系统出现空间上、时间上或功能上的有序结构。c.混沌是由确定性的发展过程中产生出来的一种随机运动。它不是简单的无序状态，在“杂乱无章”运动中又包含普适常数，包含自相似性。

共同点：三者讲的都是一个系统如何自发地形成有序结构的。不同点：混沌理论是从随机表象角度来讲的，耗散结构是从熵的角度来讲的，协同学是从各个部分如何进行协作。

3.0详细说明动态规划的中心思想。

动态规划是研究多段决策而提出来的一种数学方法，它的中心思想是所谓的“最优性原理”，这个原理归结为用一个基本地推关系式，从整个过程的终点出发，由后向前，使过程连续地转移，一步一步地推到始点，找到最优解。动态规划算法通常用于求解具有某种最优性质的问题。在这类问题中，可能会有许多可行解。每一个解都对应于一个值，我们希望找到具有最优值的解。动态规划算法与分治法类似，其基本思想也是将待求解问题分解成若干个子问题，先求解子问题，然后从这些子问题的解得到原问题的解。与分治法不同的是，适合于用动态规划求解的问题，经分解得到子问题往往不是互相独立的。若用分治法来解这类问题，则分解得到的子问题数目太多，有些子问题被重复计算了很多次。如果我们能够保存已解决的子问题的答案，而在需要时再找出已求得的答案，这样就可以避免大量的重复计算，节省时间。我们可以用一个表来记录所有已解的子问题的答案。不管该子问题以后是否被用到，只要它被计算过，就将其结果填入表中。这就是动态规划法的基本思路。具体的动态规划算

法多种多样，但它们具有相同的填表格式。

5.1传统的优化算法和现代优化算法包括哪些内容，两者之间的最大区别是什么？

答：传统的优化算法必须定义被优化系统的性能指标和约束条件；必须选择代表优化因素的独立变量；写出表示各种变量之间关系的数学模型。而现代优化算法是要解决优化问题中的难解问题，或者说是系统模型过于复杂无法用明确的解析方程来描述的问题。它是一种多学科综合性的解决问题方法。两者最大的区别是现代优化算法不再强调一定要求得最优解。

5.2对感兴趣的组合优化问题，比较遗传算法与其它优化算法的计算结果。P95

5.3遗传算法的主要步骤是什么？在应用遗传算法解决实际优化问题时应该注意的问题有哪些？

答：处理步骤：首先是对优化问题的解进行编码，编码的目的主要用于优化剖解的表现形式和利于之后遗传算法中的计算。第二是适应函数的构造和应用。适应函数基本上依据优化问题的目标函数而定。第三是染色体的结合。双亲的遗传基因结合是通过编码之间的交配达到下一代的产生。新一代的产生是一个生死过程，它产生了一个新解。最后是变异，新解产生过程中可能发生基因变异，变异使某些解的编码发生变化，使解有更大的遍历性。

应该注意的问题有：a.解的编码和解码。b.初始群体的选取和计算中群体的大小，群体的维数越大，其代表性越广泛，最终进化到最优解的可能性越大。但维数大的群体势必造成计算时间的增加，在一些应用中，群体的可以采用同遗传代数有关的变量，以使算法更有效。C.适应函数的确定。D.三个算子，种群选取、交配和变异。

5.5系统分解/协调的原则是什么？

答：无论是对约束条件进行分解协调还是对目标函数进行分解协调，其原则是将大系统细化而使系统更容易求得最优解，下级对上级进行分解，上级对下级进行协调。

6.1什么是决策科学？你知道哪些决策科学的代表性人物和代表性著作？

答：a.狭义地说，决策指的是在几种行为方案中作出选择；广义地讲，决策还包括在作出最后选择前所进行的一切思维活动。决策科学是作为关于思维、关于行动、关于人们切身利益的科学。B.如我国古代的《资治通鉴》、《孙子兵法》等著作，如谋士张良，诸葛亮等。6.2决策科学在人类历史发展过程中是如何发挥作用的？举例说明。

答：20世纪中叶，著名的“曼哈顿计划”、“阿波罗飞船计划”等重大系统工程行动极大地促进了管理决策科学的发展。相继形成了运筹学、控制论、信息论、系统工程、系统论等学科。20世纪后半叶，信息技术迅猛发展，人类社会进入了有史以来最为迅速的发展时期，以信息技术带动的新技术革命已惠及全球，它给人类社会带来的影响是广泛、深入、不可逆转和尚难充分预料的。

6.3你认为决策科学与技术发展的大趋势将会给人类社会带来哪些重大影响？

答：P107

6.4个人与集体在决策时应该如何应用决策模型，如何避免或减少失误？

答：a.决策者非唯一，所以重大问题的决策应大力推行科学化的民主程序决策，以避免重大失误；b.决策方法非唯一，由于决策信息不完全，决策环境不确定，而每一种决策方法都不是万能的，因此有必要在决策中采用多种理论和方法；c.决策结局非唯一，对于决策信息不完全程度较高、决策环境不确定性较大、方案实施时间很长的情况，最好引入竞争机制，多种决策方案同时在不同的范围供实施，在实施的实践中，进一步检验各种实施方案。

6.7什么是非结构化决策问题？如何对这类问题进行研究和决策？

答：凡是难以在决策前对决策环境和求解规划准确识别的问题，只能凭决策者的经验、直觉做出应变的决策，一般是无章可循的非程序决策，称为非结构化决策问题。通过采用决策支持系统对这类问题进行研究和决策。

6.8如果有北京、南京、武汉、上海、广州等五个城市可供某投资项目进行地点选择，试设