系统自组织概述
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
无序:系统组分之间混乱、无规则的组合,在运动转化上的无 规律性。
有序概念利用偏序关系来区别两个系统之间的差别;系统组分
之间具有某种偏序关系,则系统是有序的。
2020/4/6
第10页
理解序概念应注意以下几点:
(1) 有序、无序是相比较的结果
状态有序一定是相对于另一个状态而言的。
(2) 系统之间比较是否有序总是依据某个规则
自组织是复杂系统演化时出现的一种现象。
•与他组织的联系与区别 •自组织过程前后系统状态的特点,如何用有序、无序来标识 •自组织理论 •自组织的形式
2020/4/6
第1页
一、自组织与他组织
1、组织
组织是指“按照一定目的、任务和形式加以编制”,属于一类 特殊的演化过程。同时,把组织过程所形成的结构也称为组织。组 织结构具有以下特点:
乱无章的运动,系统在水平方向上仍然是对称的无序状态。
2020/4/6
T1
第6页
继续加热时,上下温度梯度加大,T1>T2 ,从下往上的热量流与温 度梯度力之间为非线性关系,系统逐渐远离平衡态。当温度梯度大
到某个阀值时,系统性质发生突然改变,依靠流体内分子碰撞传递
能量的无序状态消失,系统呈现出规则的运动花样,所有流体分子
2020/4/6
第9页
二、两种有序原理
1、序的一般概念
自然科学认为序是对两个元素之间关系的确定。数学上严格定 义偏序,指一种具有传递性、反对称性和自反性的二元关系。
子系统之间有偏序关系的两个系统可以比较其有序程度。进一 步用有序、无序来描述系统的状态。
有序:系统组分之间有规则的联系与转化,即系统组分之间存 在类似数学的偏序关系。
体微团的不同运动,目前无法解释。系统温度差达到临界值后系统
状态发生突变,也无法分析外界控制与系统响应之间的关系,称为
系统自组织。此时,外界作用不称为控制,而称为实现自组织的条
件。
2020/4/6
第8页
有时,同一个现象,既可以说成是自组织现象,用自组织理论 来处理;也可以说成是他组织现象,用控制论来处理。
利用演化方程分析系统组织的过程时,通常无法采用分析 其演化轨道的方法,而是对方程进行定性分析,讨论方程解的 个数、状态的稳定性,讨论参量变化如何影响系统状态稳定性 发生的条件。
对组织过程分析,组织分为两类:一类是系统之外有一个 组织者,完成组织行为,实现组织结构,称为他组织;另一类 是在一定的外界条件下,系统“自发地”组织起来,形成一定 的结构,如蚂蚁、蜜蜂的社会组织,生物链组织,称为自组织 。
规则不同,其有序、无序的程度则不同,会得到完全不同的结 果。从导电性看,铝、锗(zhe)、氮气是有序排列;从密度看铝、锗 、氮气不是有序排列,而锗、铝、 氮气是有序排列。
(3) 有序、无序在一定条件下可相互转化
是系统的演化行为,出现质变。可以通过系统有序程度的变化 来分析系统的演化。
2020/4/6
能够分析出外界控制与系统响应之间关系的系统,称为他组织 系统,否则为自组织系统。目前看来是自组织系统,将来可能是他 组织系统。如贝纳尔对流。
自组织是系统存在的一种形式,是系统在一定环境下最易存在 最稳定的状态。对于生态系统,人们应使自己的行为限制在生态系 统的自组织范围内活动。在经济系统中,必须符合经济规律,使经 济系统处在自组织状态。
(1) 相对于组织前的状态,其有序程度增加,对称性降低。 组织的有序结构与在系统科学中讨论的系统状态的有序、对称 性等性质可建立对应关系,这样可以从系统科学角度,从状态有序 无序变化来分析组织结构。 (2) 组织过程是系统发生质变的过程。 量变:状态随时间变化的函数关系形式不发生变化; 2020质/4/6变:系统状态突变,突变前后状态变量的数量、形式改第变2页。
开始有规律地定向运动,水平水平方向上的对称性被破坏。从侧面
看如图5-1所示。
T2
T1 图5-1 立面图
从侧面看,形成一个个环,现象地成为贝纳尔蛋卷。
2020/4/6
第7页
从顶面向下看,是一个个正六边形,流体从六边形中心流上来,又 从六个边流下去,如图5-2所示。
图5-2 平面图
上下温度差在水平方向上并没有变化,却在水平方向上造成流
从效果上看,自组织与他组织相同;从发生的原因看,两者有 根本的差异。直接原因在系统之外的为他组织,多为人工系统。
由于系统划分不同,影响系统演化的原因可能是外部环境,也 可能是内部因素。当系统环境确定后,无法找出环境如何影响系统 组织状态的出现,无法分析相互之间的控制与响应关系,此时看成 为自组织。如贝纳尔对流。
人工控制作用取决于:(1) 控制的内容、大小和形式等;(2) 被
控制对象的响应机制。控制论的研究对象。
2020/4/6
第4页
3、自组织
在系统实现空间的、时间的或功能的结构过程中,若没有外界 的特定干扰,仅是依靠系统内部的相互作用达到的,称为系统的自 组织。特定干扰是指外界施加作用、影响的形式、特点与系统所形 成的新结构和功能之间存在直接的联系。
2020/4/6
第5页
贝纳尔对流实验:取一薄层流体,上下各放置一块金属平板以 使其温度在水平方向上无差异。从下对流体加热,下上平面温度分 别为T1和T2。
T2
未加热时,系统处于平衡态, T1=T2 ,各处温度相同,流体内分子 作杂乱无章的运动,系统在水平方向上是对称的。
T1 T2
刚开始加热时,上下温度梯度不大,T1≈T2 ,从下பைடு நூலகம்上的热量流与温 度梯度力之间为线性关系,系统处于平衡态, 流体内分子仍然作杂
第11页
2、对称性与有序
有序可以是空间的、时间的或功能的有序,不同种类的有序是 根据不同规则来确定。
系统科学对无生命系统的有序性分析是通过对称性来实现的。 某系统或运动以一定的中介进行变换时,若变换后结果保持不 变,则称该系统或运动在一定的中介变换下是对称的。系统状态发 生变化时,若从无序均匀分布状态变化为有序结构,对称性降低, 即对称破缺。 可以用对称性的高低来表示系统有序程度的多少,用对称破缺 来表示系统状态的突变。 空间对称分为形象对称和结构对称。旋转、反射、平移等操作 使事物位置发生变化,但变化前后的状态未发生改变,则称对此操 作2是020对/4/6称的。如正方形经中心且垂直图形的轴旋转π/2,π后对称第。12页
2020/4/6
第3页
2、他组织
他组织有一个系统以外的组织者,设定目标,有预定的计划、 方案等,从而实施系统,达到预定的目标。
组织者与被组织者(系统)的关系是控制、管理的关系。对不包 含人的系统的控制过程称为控制;对包含人的系统的控制过程称为 管理。
控制要区分自然与人工控制作用。
自然界控制作用就是系统与自然环境之间的各种因果关系,不 是控制论的研究对象。