自然辩证法科学技术哲学第十章系统科学方法论

②、从人对系统的认识程度进行划分，可划分为： 1)、黑系统：指人们当前对其要素和结构还一无所知的系统；
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2)、白系统：指人们对其要素和结构已经知道得很清楚 的系统； 3)、灰系统：指人们对其要素和结构的认识若明若暗的 系统。
③、从系统所处的状态划分，可划分为： 1)、平衡态系统：指系统内部无差异的系统； 2)、近平衡态系统：指系统内部有差异但这种差异只能 使线性相互作用表现出来的系统； 3)、远离平衡态系统：指系统内部差异明显从而使非线 性相互作用表现出来的系统。
综合分析后的结论是：第三方案最能确保在短期内最 经济地完成阿波罗计划的全部目标。所以，决定采取第三 方案。结果，在1969年7月16日通过发射阿波罗11号飞船， 终于成功地把两名宇航员送上月球，并如期完成考查任务 后于7月24日返回地面。
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二、控制论方法
从方法论上看，控制论方法的基本原理概括起来 大致有如下三条。
（2）、系统方法的基本原则 ①、整体性原则 ②、动态原则 ③、最优化原则 ④、模型化原则
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例：美国的“阿波罗计划”
1961年5月25日，美国政府宣布了20世纪60年代末实现 人员登月计划，同时成立了阿波罗计划办公室。办公室根据 指定目标收集大量资料，经过一段时间的已经论证，作出方 案比较，最后为实现登月宇宙飞行提出三个备选方案，给决 策者选择。
1、根据系统的输入——输出来刻画系统的行为
环境对系统的作用在 控制论中被概括为“出入”， x1 如物质、能量和信息等的 X(t) x2
输入；系统对环境作用的 响应称之为“输出”，系统的
xm
系统
y1 y2
Y(t)
yn
输出集合及其变化，实际上是系统的行为。控制论就是用一
组分别表示输入和输出的时间函数来描述或刻画系统的行为
第十章 系统科学方法论
引言：系统科学的产生及其发展 第一节 系统论、控制论和信息论方法 第二节 自组织理论方法
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引言：系统科学的产生及其发展
系统的概念萌芽于古代。
作为一门独立科学形态的系统科学，在二十世纪 四十年代前后才开始发展起来，是生物学、统计 物理学、神经生理学、心理学、数理逻辑、自动 控制、电子技术和无线电通讯等多种学科和技术 相互渗透的产物。从系统科学各个分支和流派的 理论渊源来看，主要是通过如下三条途径产生和 发展起来的：
此外，还可以从其他各种角度进行多种划分。
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2、系统方法及其基本原则
（1）、什么是系统方法？ 所谓系统方法，就是按照事物本身的系统性，把对象
放在系统的形式中加以考察的一种方法。即从系统的观点 出发，始终着重从整体与部分（要素）之间、整体与外部 环境的相互联系、相互作用、相互制约的关系中，综合地、 精确地考察对象，以达到最佳地处理问题的一种方法。
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“自稳”和“自组”控制原理，为我们认识和把握自然 界和社会系统中的各种自稳和自组现象提供了一种有效模式。 例如，科学发现或技术发明都有其自组控制机制，而科学解 释或技术改进都有其自稳控制机制。
不管是负反馈还是正反馈，反馈控制方法的一般原理， 可用反馈控制图表示如下：
干 扰
输入 控制器
控制信号 执行机构 控制作用 控制对象 输出
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3、通过正反馈进行自组控制
在机器、生物、人类和社会系统中，常常存 在着另一类“自组控制现象”。这种自组控制常 常表现为系统对原来稳定态的偏离和对一个新的 未知的稳定态的探索过程，而这个过程是基于一 种正反馈机制完成的。
如电子线路中振荡器的起振过程、生物从鱼 类进化到两栖类等。
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上述控制中，我们可以从方法论上概括出如下的“通
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二、从研究人工技术系统客体的技术科学中 所产生的控制论、信息论和系统工程等
1948年，美国数学家维纳（N.Wiener）出版了 《控制论》一书，宣告了控制论这门科学的正 式诞生。
1948年，美国贝尔电话研究所数学家申农 （C.E.Shannon）发表了《通讯的数学理论》 一文，标志着信息论的诞生。
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2、通过负反馈进行自稳控制
反馈是指系统的输出反过来作用于输入，从而影响再输 出的过程。如果加强了再输出，称为正反馈；如果减弱了再 输出，则称未负反馈。这里讲负反馈。
在机器、生物、人类和社会系统中，常常存在着一类 “自稳控制现象”。这种自稳控制现象表现为两种情况：
（1）、系统对某一预定目标值（稳定态）的追求。
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不管那种定义，对系统概念的理解应包括如下几点：
①、系统是由两个以上的要素组成的。 ②、系统的各个要素之间存在着特定的关系，形成一定的 结构。 ③、系统的结构使它成为一个有特定功能的整体。 ④、功能是在系统与外部环境的相互作用中表现出来的， 系统总是存在于一定的环境之中。
要素、结构、功能和环境，都是完备地规定一个系统所必 须的。
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输入
黑箱
输出
说
明
黑
箱
结
构
黑箱方
和 机
法示意 理图：来自考察黑箱可供选择的黑箱模型 是
确立黑箱模型
否 应用
现代控制论又进了一步，它对一个未知其内部结构的系统不满足于找出 反映它的输入、输出关系的数值表，而且还要进一步找出输入、输出和 系统状态变量之间的关系，建立它们的数学模型即系统状态方程，从而 更有效地刻画系统的行为，这种方法就是系统辨识。
及其规律的。如果把系统的输出坐标Y(t)看作是对输入值 X(t)作变换的结果，则X(t)与Y(t)之间的关系可以写为：
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Y(t) = T[X(t)]
或[y1(t),y2(t),······,yn(t)]=T[x1(t),x2(t),······,xm(t)] 其中T为变换算子。控制论方法就在于考察系统的输入集合 ｛X(t)｝和输出集合｛Y(t)｝的因果关系，考察当环境给予 系统某一输入时系统会出现什么样的输出的规律性，从而刻 画出系统的行为及其规律性。这就是用系统的输入—输出来 刻画系统的行为的方法论原理。
“黑箱方法”和“系统辨识方法”就是从这条基本原理 中派生出来的具体方法。所谓黑箱是指这样一种系统，我们 只能得到它的输入和输出值，而不知道它的内部结构是什么。 黑箱方法就是在系统的内部结构不知道或不可能知道的情况 下，通过研究系统的输入—输出关系，即给系统以某种输入 看它会出现什么输出，从而推出有关系统行为的一些规律性 结论。只要考察足够长的时间，而且必要的话还可以借助功 能模拟方法建立它的模型做一些主动实验，那么就可以充分 地了解这个系统，从而由输入的某些已知变化去预测输出的 相应变化，并通过模型的结构推知原型结构情况之一、二。
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（2）、系统的分类
对于系统的分类，可以从各种不同的角度进行划分，从 而可以划分为许多各种不同的类型，如： ①、从系统与环境的关系进行划分，可划分为： 1)、孤立系统：指与环境交换的物质和能量很少以至对研究 目的来说可以忽略不计的系统； 2)、封闭系统：指与环境仅有能量交换的系统； 3)、开放系统：指与环境既有物质交换又有能量交换的系统。 [2)和3)在物理学上统称为开放系统]
过正反馈进行自组控制”的原理：如图，如果当环境对系
统的干扰超过某一临界值时，系统原来的稳定态受到严重 的破坏，这时系统试图通过负反馈恢复到原来的稳定态已 无意义。系统为了要维持自己的正常职能达到对环境干扰 的适应，就必须改变这个
系统的结构及其行为方式， E2
即系统必须“重组”其内部
E
•
约束力，根据反馈回路探
索出新的稳定态 E 的位
E
置，使系统在该状态点上
稳定下来，从而达到对环
境干扰的适应。
0
E1
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显然这种探索新的未知的稳定态 E 的过程， 实际上是偏离原来的稳定态 E 的过程，因此在 这种控制过程中用到的反馈回路是正反馈回路。 系统在探索新的稳定态时，由于这种新的稳定态 的位置是未知的，因此系统犹豫不决地奔走在各 种状态之间，即系统的调节不是呈现出一种确定 型，而是一种马尔可夫随机型。当它没有找到这 个新的稳定态点时，它总会继续改变它所处的状 态，直到它碰到这个新的稳定态位置时为止。所 以这种自组控制呈现出一种“边试边改”的特征， 这儿的“试”应该是多次的持续不断的试，而不 是单独一次的试。这种“边试边改”就是“探 索”，就是“选择”。
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三、从研究非生物界物理系统客体的物理学中 所产生的非平衡理论，如耗散结构和协同学
比利时物理学家普利高津（I.Prigogine）经 过二十多年的研究，于1969年提出了“耗散结 构理论”。
德国物理学家哈肯(H.Haken)提出了“协同 学”。1971年他提出协同的概念，1976年系统 地论述了协同理论，发表了《协同学导论》， 还著有《高等协同学》等。
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2、从难易程度看，第一方案要求研制大型运载火箭； 第二方案要求研制贮箱系统、液氧传输系统和大型月球着 陆舱，还要解决载人飞行器与无人飞行器对接问题；第三 方案要求研制月球轨道交接技术和载人飞行器。结论是第 三方案比较容易。
3、从费用和进度上看，根据保守的计算，第三方案可 能比前两方案提前几个月完成，而且研制费用可以比前两 方案低10﹪。
第一种方案：直接登月方案；
第二种方案：地球轨道会合方案；
第三种方案：月球轨道会合方案。
决策者对这三种方案，从技术因素、工作进度、成本 费用和研制难易程度等方面进行经济技术可行性分析比较：
1、在技术因素中，分别考虑了性能、制导精度、通讯 与跟踪、飞行成功率等问题。结论是第一方案在性能、制导 精度、通讯与跟踪方面最佳，第二方案的飞行成功率最差， 仅有第一、第三两方案的2/3的可能性，性能亦最难提高。 第三方案的性能与飞行成功率和第一方案相等，其他方面均 不及第一方案，但优于第二方案。
统的稳定态E点 已知而
系统现时的状E(态t) 尚未 达到这一点时，或者当系 统已达到稳定E点 但因 内外扰动的影响致使系统 又偏离了原来的稳定态时， 系统通过控制机构和负反 馈回路，根据系统的实际 状态E(t) 与稳定态E 偏 离的信息反馈，对系统的 行为进行控制，使它达到 或恢复到原来的稳定态E 。