系统科学方法

五、系统方法的程序步骤
1、摆明问题
对问题和有关情况进行全面的研究和阐述，明 确研究对象的范围、性质并将其作为一个系统来 加以考察。系统地了解构成问题的各方面及各种 影响因素，为进一步的研究提供科学依据。
2、目标选择
根据摆明的问题和研究的任务，确定 系统要达到的总目标，这是考虑其它问 题的出发点。根据系统研究所要达到的 总目标，提出各种技术指针和经济效果 等，并进一步提出达到总目标的具体标 准（得出目标函数）。
1）信息与物质、能量既有联系又相互区别
2）客观世界的任何物质都可以成为信源，都可以 产生和发出信息
二、信息的固有特征
1、信息的可识别性
由于信息反映了物质和能量在空间结构和时间顺 序上分布不均匀的状态，因而人们可以对信息进行 识别。通过感官进行的是直接识别；通过各种探测 手段进行的为间接识别。对不同的信息源，可以用 不同的识别方式。
② 从组成部分的相互关系上考察整体的功能
“整体大于部分之和” “整体小于部分之和”
“整体大于部分之和”
拿破仑分析 马木留克骑兵和 法兵作战的力量 对比： 马 法 3 ＞ 3 100 ＝ 100 300 ≤ 300 1500 ＜ 1000
2、最佳化原则
① 整体效应
最佳目标 最佳设计 最佳控制 最佳运动 最佳效果
2、系统方法为人们提供了制定系统最 佳方案，以实行优化组合和优化 管理的手段。
① 合理调配人、财、物，实现优化组合和优化管理 ② 系统方法兼有确定目标和实现目标两项功能 ③ 系统方法兼有研究现状和预测未来的两种功能
④ 系统方法可以综合运用信息论、控制论等系统科学 的 理论和方法，借助电子计算机建立信息网络系统， 实 现决策管理科学化。
3、系统方法为科学认识提供了新的 思维模式
系统方法把不同物质形态的研究对象看成具 有共同性质和运动规律的系统加以研究，不仅 突破了不同质的事物和不同学科的界限，而且 找到了从一个领域过渡到另一个领域的途径， 为不同学科领域的研究者提供了共同语言，从 而加强了科学整体化的趋势，促进了自然科学 和社会科学的统一和科学家同哲学家的联盟。
7、信息的可传输性
凡是信息都可以通过一定的信道和载体进行传输。从信 源（发信者）到信宿（收信者）是信息的空间传输；从过去 到将来，是信息的时间传输。信息存储，实质是时间传输的 延续。不同的材料、能量构成的信道，可以传输同一个内容 的信息；不同的信息可以通过同一种信道传输。个人间的信 息传输，主要靠语言、表情、动作等；社会性活动的信息， 则主要通过报刊、告示、广播、电视以及其它通信工具（如 吹军号、打旗语、放信号弹等）进行传输。传输的速度和效 益取决于传输手段和通信工具。目前最先进的通信技术是光 导纤维通信和人造卫星通信，这两种通信技术容量大，传输 速度快，效果可靠。
都江堰水利工程示意图
都江堰渠首的三大主体工程
都江堰渠首工程主要有鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道、宝瓶 口进水口三大部分构成，科学地解决了江水自动分流、自动排 沙、控制进水流量等问题，消除了水患，使川西平原成为“水 旱从人”的“天府之国”。
鱼嘴分水工程
“鱼嘴”是都江堰的 分水工程，因其形 如鱼嘴而得名，它 昂头于岷江江心， 把岷江分成内外二 江。西边叫外江， 俗称“金马河”， 是岷江正流，主要 用于排洪；东边沿 山脚的叫内江，是 人工人工引水渠道， 主要用于灌溉。
5、系统选择
运用多种技术手段，根据模拟 和仿真的事实、资料对各方案进 行比较，找出最佳方案。在寻找 最佳方案中，可以不断调整系统 的结构，直到找出最优化的方案。
6、决策
系统最优化的方案往往不只一个，而有多个。比如 一个生产系统，有的方案产量高，有的方案成本低。 除了定量目标之外，有时还应考虑定性目标，如政治 情况、社会情况、人们的心理状况等。这就需要由决 策者根据全面的要求，权衡利弊得失，进行决策，从 多个最优化的方案中选出一个或几个系统方案进行试 用。
三、系统方法的作用
1、系统方法提供了认识、解决复杂系统的有效手段。
阿波罗登月计划
阿波罗登月计划
1957年前苏联首次发射人造卫星及载人卫星成功后，美国 制定阿波罗登月计划急起直追。在这个行动中，动员了四十 二万科学家、国内外一百二十所大学和研究机构、两万多家 企业，为时十一年，耗资二百四十四亿美元，生产部件三百 万件，研究和解决了上万个课题，终于实现了预期目标，把 宇航员送上月球。对这样一个十分庞大而复杂的项目，人们 始终从整体出发来处理各个问题，使每一个问题的解决都服 从于整体的总目标；精确定量，以保证各个环节在时间、空 间上紧密配合。为此大量使用电子计算机进行计划、生产、 科研和行政管理，关键是运用系统方法进行有效的组织管理。
四、系统方法的应用
广泛应用于自然科学、技术科学、社会科学、 环境科学、医学、管理科学、军事科学等多 种领域。
例
某城市筹建一座焦化厂，预计每年可提供 5 万m3 煤气， 这些煤气的用途？运用系统方法进行研究： ① 明确研究对象的范围、性质并作一个系统考察 ② 确定系统要达到的总目标 ③ 可行性研究，制订出若干个可行性方案 ④ 对方案进行模拟或计算机仿真 ⑤ 根据模拟数据、结果找出最佳方案 ⑥ 按最佳方案确定系统的组成，建立系统各部分关系 上例 经可行性研究，提出三个可行性方案 ① 炼钢，保持原产量不变，节煤 1 万吨/ 年 ② 化肥生产 ，节煤 1.5万吨/ 年 ③ 居民用做燃料，节煤 3 万吨/ 年
②多级优化（确定最佳目标之后，把整个系统按照
不同等级和层次结构运用模型和计算机等技术手段，作逐 级优化处理。 如：葛洲坝水电站包括若干个子系统（栏洪、灌溉、 发电、航运等ห้องสมุดไป่ตู้。
葛洲坝水电站
3、动态原则 动态性是指系统的状态是随着时间而变化的。动态 性原则就是把系统视为动态系统，在动态中协调部分与 部分、部分与整体之间的关系。系统、系统的各种联系 都是随着是时间而发展变化的。这要求我们在考察系统 时，注意系统产生、发展全过程的每个历史阶段上联系 的具体性，并从中预测其前景。要在运动中把握联系， 不能静止地研究联系。在动态中考察系统的内、外联系 的全过程，才能认清系统的本质。
2、信息的可转换性
信息的可转换性。信息可以从一种形态转换为 另一种形态。比如：物质信息可以根据需要转换为 语言、文字、图表等信息形式，也可以转换为电子 计算机的代码、电信、广播、电视信号，而代码和 信号又可以转换为语言、文字、图表、图像等等。 认识了这个特征，我们就可以扩展接受知识和传播 信息的渠道和范围。
宝瓶口
宝瓶口，是 前山(今名灌口 山、玉垒山)伸 向岷江的长脊上 凿开的一个口子， 它是人工凿成控 制内江进水的咽 喉，因它形似瓶 口而功能奇持， 故名宝瓶口。
都江堰水利工程
都江堰水利工程
都江堰的修建很大程度上得益于岷江的天然河道在鱼嘴 处和宝瓶口处的两个弯曲。现代水利科学中有一个“弯道环 流”的原理，说的是由于河流中的水是分层的，上层水清， 下层水浊，清水流得快，因而先行冲向凹岸，再带着从凹岸 冲下的泥沙下沉折向凸岸，浊水流得慢，遇到上述折回的水 因而流动受阻，流向又受凹岸的折射而偏向凸岸，泥沙就在 凸岸沉积下来。鱼嘴和宝瓶口的修建选择在两个弯曲河道处， 正好利用了水流的上述规律，使得清水径直冲入内江河道， 浊流则折入外江。
7、实施计划
根据决策中所选的方案进行实 施。如果在实以验中比较顺利， 或遇到的困难不大，略加修改即 可实施。如果问题较多，就需要 回到前面几个步骤中的一个，重 新做起。
信息论
一、信息的含义及其本质
1、信息的含义 在中国文史资料中，信息一词最早出自唐 诗《碧云集》的“暮春怀故人”
“梦断美人沉信息， 目穿长路倚楼台。”
5、信息的可压缩性
人们对信息可以进行加工、整 理、分析、综合、概括、归纳， 使它更加浓缩、精炼。
6、信息的可替代性
信息已经成为现代人类社会能够进行交换和创造 价值的东西，是生产力、竞争力的一个重要因素。 信息的正确利用，可以替代资金、劳动力和物质材 料。如果在生产领域中掌握了信息，就可以减少资 金、劳动力和原材料的消耗，降低成本，提高产品 质量，提高劳动生产率。如果在流通领域中及时获 得了市场信息，就可以合理组织货源，打开销路， 既不积压又不“断档”，最佳地搞好购、销、调、 存，提高经济效益。
3、信息的可存储性
信息可大量存储在人脑、计算机和书 刊等中。动物的信息存储叫记忆，人脑 的记忆系统由长期记忆和短期记忆两部 分组成，计算机也有内存储器和外内存。 随着科学技术的发展，录音、录像等技 术的产生，更增大了信息存储的范围。
4、信息的可扩散性
由于信息传输工具的现代化、 传输渠道的多样化以及信息形态 的可转换性，信息得以迅速扩散。 比如：奥运会的盛况，通过电视、 广播或报纸可以在当天扩散到全 国、全球。
系统是开放的、动态的活系统
要把系统看成是不断发展变化的过程
一个人的成 长分为儿童、少年、 青年、壮年和老年几 个阶段。
4、模型化原则
在运用系统方法研究规模庞大、因素繁多、结构复杂的 研究对象时，遵循模型化原则，以期事半功倍。模型化原则 是指人们在研究复杂系统时，首先要建立系统模型，在该模 型上确立研究的边界范围，借助模型便捷地揭示和定量描述 系统的联系和规律。特别是高速电子计算机的出现，给模型 化手段注入了勃勃生机。人们借助计算机，作出各种模拟。 比如，星体内部温度的推测、可控反应堆温度场分布、航天 飞机飞行和返回时的复杂流场等，以及核反应堆在地震等特 种条件下的安全性分析。只有运用模型化研究才能达到预期 目的。系统方法运用的模型通常有实物模型（如城市规划）、 理论概念模型（如力学上的质点）、数学模型（如对孤立波 相互作用的数值模拟）、物理模型等。
2、信息的本质
① 学者的不同观点 1）认为信息是独立的物质实体，它以“信息场”的形态存 在 2）认为信息是非物质的精神的东西，是纯粹的精神活动 3）认为信息不仅是物质的，而且有时也是观念的 4）认为信息既非物质，也非精神，而是某种“第三者” 5）认为信息是物质的普遍属性或存在方式
② 信息是物质的普遍的基本属性
最佳设计的实例
系统的优化同系统的整体性是密切联系的使整体达到最 优是系统优化原则的核心。如，一千多年以前，汴梁皇城失 火，宫殿烧毁。大臣丁渭奉宋真宗的旨意，主持修复工程。 他提出的施工方案，很有系统方法的特色。首先，把皇宫前 面的大街挖成大沟，就地取土烧砖；然后引汴水入沟，使所 需其它建筑材料能用船直接运入工地；宫殿建成后，再把废 物填入沟中，修复原来的大街。这个杰出的施工方案，是把 全部修复工程作为一个整体来对待的，根据整个工程内部各 部分工程的联系、次序，进行了合理安排，从而避免了从远 处取土、向远处运废料的浪费，利用了当时水运比陆运方便 等条件。丁渭事实上是考虑了整体的“最佳化”，制定了一 个最优施工方案。
3、系统综合
根据总目标进行可行性研究，制 定出实现总目标的若干个可行性方 案，比如技术方案、政策与控制手 段等，并且明确提出实施每一种方 案时采取的手段和衡量它是否取得 成功的标准，从而形成系统的整体 概念。
4、系统分析
设计出以上各可行性方案 的模型，对系统做实际模拟或 电子计算机仿真，对各种方案 进行分析和研究，了解和把握 各种方案的优点与缺点。
“飞沙堰”溢洪道
飞沙堰的作用主要是当内江 的水量超过宝瓶口流量上限时， 多余的水便从飞沙堰自行溢出； 如遇特大洪水的非常情况，它还 会自行溃堤，让大量江水回归岷 江正流。另一作用是“飞沙”， 岷江从万 山丛中急驰而来，挟 着大量泥沙，石块，如果让它们 顺内江而下，就会淤塞宝瓶口和 灌区。飞沙堰真是善解人意、排 人所难，将上游带来的泥沙和卵 石，甚至重达千斤的巨石，从这 里抛入外江（主要是巧妙地利用 离心力作用），确保内江通畅， 确有鬼斧神功之妙。
系统科学方法
系统论
系统论
一、系统和系统方法 1、什么是系统？
贝塔朗菲说：“系统是处在一定相互联系中并与环境发生关系 的各组成部分的总和”。
2、系统方法 系统论是奥地利生物学家贝塔朗菲创立的。
二、系统方法的基本原则
1、整体性原则
① 从要素间的协同作用上了解部分对整体的影响作用
都江堰位于四川成都平原西部的岷江上，建于公元 三世纪，是中国战国时期秦国蜀郡太守李冰及其子率众 修建的一座大型水利工程，是全世界至今为止，年代最 久、唯一留存、以无坝引水为特征的宏大水利工程。２ ２００多年来，至今仍发挥巨大效益，李冰治水，功在 当代，利在千秋，不愧为文明世界的伟大杰作，造福人 民的伟大水利工程（2000年被联合国教科文组织列入了世界文化遗产）