系统的概念

第一节系统的概念

一、系统的含义

系统这个词，人们并不陌生，它在我们的学习和生活中广泛存在。比如，人体就是一个系统，它由神经、呼吸、消化、循环、运动、生殖等许多分系统组成；学校可以看作是一个由教师、学生、管理人员、设施等部分组成的系统；多媒体教室也可以看成一个由电脑、投影器、音响设备、课桌椅、照明设备等组成的系统；宇宙则是由星系天体等许多系统组成的更大的系统。一台电脑、一个国家甚至整个社会都可以视为不同的系统。图6-1-1为银河系示意图。

图6-1-1 银河系示意图

台灯是由若干部分组成的：灯座、灯泡、灯罩、电源和开关等，这些部分相互联系、相互作用，形成了电灯发光照明的功能。其中任何一个部件出问题，都有可能导致台灯无法正常工作。这种由相互联系、相互作用、相互依赖、相互制约的若干元素（element）或部分构成的有机整体称为系统(system)。

在自然界和人类社会中，可以说任何事物都是以系统的形式存在的。我们可以把我们关心的问题都看成系统，血液循环系统是指把血液送到人或动物全身的血管系统和心脏；运输系统是指运送货物的人员、机器、组织机构以及公路、铁路、水路和航空线路；武器系统是指武器和相关设备、武器和设备的使用方法与使用武器及设备的人员。

要构成系统，必须有三个条件：

（1）要有两个或两个以上的元素才能构成系统；

（2）要素之间要相互联系、相互作用，按一定方式形成一个整体；

（3）要素之间的联系和作用必须产生整体功能，并且整体的功能是其要素或部分所没有的。

二、元素和子系统

元素是构成系统的最小部分或基本单元。例如原子是构成分子的元素，分子是构成物质的元素。元素具有不可分性，例如句子作为一个系统，元素是单词；机器作为系统，元素是不能再分的零件。所谓不可再分，是相对于所属系统而言，离开这个系统，元素本身又可认为是更小元素构成的系统。最小的系统有两

个元素构成，称为二元系统。一般系统有多个元素组成，叫做多元素系统。

根据辩证唯物主义的观点，系统与元素的辩证关系表现在：

1．系统是整体，元素是部分，系统与要素的关系是整体与部分的关系。它们相互依存，互为条件。没有系统，也就无所谓元素；反之，没有元素，也就无所谓系统。

2．系统与元素是相互联系和相互作用的。一方面，系统对元素起支配作用、主导作用，系统的性质与功能制约着元素的性质与功能。例如，电脑的特性与功能，支配和决定它的组成部分的特性和功能。用于大型运算的电脑系统，对它的中心处理器的主频要求很高；制作动画的电脑系统，则对它的显示系统的分辨能力要求很高。另一方面，系统对要素也有依赖性。元素的变化会影响系统的变化。比如一个球队，主力队员的变化会影响整个球队的战斗力。

3．系统与元素的区分又是相对的，在一定条件下可相互转化。每一个系统对于更大一级的系统是一个元素，而这个系统的每一个元素又各自构成一个系统，所以子系统具有两重性，它除了子系统自身的地位与属性外，还同时具有元素的地位与属性。

在教学过程中，教师要强调如何运用系统思想和方法解决实际问题，学习了要素和子系统的概念后，区分要素是一项重要工作。一是区分要素的层次结构，即哪些定为一级要素，哪些定为二级要素，哪些不必再往下划分。例如，军这个系统，师是它的一级要素，团是它的二级要素。二是决定要素的取舍。即找出那些对系统性质、功能、发展、变化有决定影响的部分作为要素加以研究，次要的因素则可以忽略。

三、系统的分类

为了更方便地讨论和研究系统问题，人们用不同的方法对系统进行了分类：

(1)依据系统的形成来源，系统可分为自然系统与人造系统。

自然系统即由“自然物”(物质或客观规律)所形成的系统。如地球的岩石圈、生物圈和大气层等。人造系统是人类为达到某种目的而建造的，例如钟表、自行车、机床、计算机集成制造系统、工厂、学校、城市等。

(2)依据系统存在的形式，系统可分为实体系统与抽象(概念)系统。

实体系统是以诸如矿物、生物、机械、能量和人等实体为元素所构成的系统。例如工厂、军队、学校等。抽象(概念)系统是以诸如概念、原理、原则、方法、制度、程序等理性的元素所构成的系统。例如一本书、一场演讲、知识体系、社会道德、宗教体系等。现实中的系统往往是实体系统和概念系统的复合系统。

(3)依据系统与环境的关系，系统可分为开放系统与封闭系统。

开放系统即系统与外部环境有交换的系统。例如一个商业系统就与社会有物质、能量、信息的交换。从理论上说，封闭系统是与外部环境无任何形式交换的系统。但由于事物总是运动变化的，实际上没有不与外部环境发生任何联系的系统，即严格的封闭系统是不存在的。不过，在一定的时间内不依赖于外部而且具有稳定运行能力的系统，即可近似地看作一个封闭系统。例如在较长时间内不需要人的干预就能按程序完成其功能的自动机(一只上紧了发条自行运转的钟表、一台计算机控制的自动机床等)。

(4)依据系统存在的状态，系统可分为静态系统和动态系统。

四、系统的基本特性

（一）整体性

整体性是系统最基本的性质，也是系统分析最基本的思想方法。

系统是个整体，虽然它是由各个要素组成的，但不是各个要素的简单相加，而是这些元素按一定的结

构、为实现系统目标所构成的一个整体。当各个元素构成一个整体之后，系统就产生出—种整体的功能，即系统的功能。这种整体功能不是各元素所单独具有的，相对于各元素而言，是一种质变。例如收录机是收音机和录音机结合而构成的一个系统。收录机不仅具备收音机和录音机所单独具备的收音功能和录音功能，而且它还具备一种新的系统整体功能，即在收音的同时能自动地通过电路进行内录。这种内录功能就不是收音机和录音机功能的简单相加。

系统功能大于组成系统的各部分功能之和，这就是我们常说的“2>1+1”。例如钢筋混凝土结构的强度就大于钢筋、水泥、沙石的强度之和；没有梵高弟弟梵高就出不了成果；没有赫歇尔妹妹则赫歇尔不能成为伟大的天文学家；没有阿贝尔的老师对阿贝尔全力辅助就

没有阿贝尔的成就；没有孟母和伽罗华之母的悉心培养就没有孟子、伽罗华的杰出才能；人们常说“三个臭皮匠等于一个诸葛亮”，研究表明，人的双眼视觉功能大大超过两只眼睛视觉功能简单相加之和，这些例子都反映了整体功能大于部分之和。反面例子如“三个和尚没水喝“，“一着不慎，全盘皆输”其原因是部分的变化会影响到整体的变化，甚至还会对全局产生决定性的影响。

在教学过程中要提醒学生，做任何事，都要重视整体效果，必要的时候，要舍得抛弃部分而保存整体。传说，法国著名雕塑家罗丹曾经给作家巴尔扎克雕了一座塑像，受到大家的赞扬，人们特别对雕塑上巴尔扎克的那双手赞不绝口，都说太逼真了，罗丹听到后，毫不犹豫地从雕像上砍掉那双手，其目的在于使人们注意雕像的整体而不去再注意那双手。

（二）相关性

相关性指系统内各要素之间存在着某种相互依赖和相互制约的特定关系，某一要素的变化会影响另一些要素的变化。正是由于这些特定关系把各种要素有机地结合在一起，形成一定的结构，才使系统显示出整体功能和综合行为。以一所中学学生的学习成绩系统为例，这个系统由语文、历史、地理、数学、物理、化学、生物、外语、体育等学科成绩组成。显然，数学成绩下降常会影响物理、化学等科成绩下降；而外语成绩上升往往会同时带动语文等其他学科成绩上升。又如导弹系统，以其总质量、速度、火箭推力、雷达功率等因素作为要素，这些要素也是互相依赖和互相制约的，譬如导弹的总质量会影响火箭推力，因为总质量决定了火箭燃料的装载量；反过来，火箭推力又影响着导弹的总质量。再如一个农业区的生态系统由有益鸟类、农业害虫和农作物组成。害虫种类、数量的变化会影响农作物的收成；有益鸟类又能控制害虫的生长。如果在一个农业区把麻雀打光，就可能引起虫害，甚至造成大面积的农作物欠收。

系统中要素的这种相关性在系统论和控制论中也叫耦合，指的是各要素之间的因果关系链，即一个要素的存在与变化和另一个要素的存在与变化之间的关系。相关的内容有物质流、能量流、信息流。比如，一个生产系统，原材料的传送、加工是物质流；电、热等能源的输送是能量流；为了协调运转，实施的各项计划、指令、控制信号等是信息流。两个要素(A，B)之间的相关性有四种形式：正向相关A→B；反向相关A←B；双向相关A<->B；无关联(作为一种特殊的联系形式)。

系统作为一个整体，并具备一定的功能，都要通过要素之间的联系来实现。系统中各要素都有确定的功能，各要素之间不同形式的联系又会产生出新的、不同于要素本身功能的功能。这些新的功能是我们感兴趣的，人工系统就是通过联系创造出新的功能满足人们的需要。例如，只有10个阿拉伯数字，若不联系，只能表示10个数目，一经联系，就可表示无限多的数目。万千物质世界只是1000多种元素相互联系、相互作用的结果。人脑有成百亿细胞，每个细胞与其它细胞又有成千种联系，这种难以想象的复杂联系，引起了不同的属性和高级功能的出现。

在教学中应引导学生在认识了系统要素相关性基础上，在理解和观察事物时，要从事物的内部和外部联系上看问题，从全局和整体上把握事物，这样才能进行科学的系统分析，选择最佳方案，进行科学决策。