第五讲系统科学方法论.

⑶ 负效应：这种效应表示系统效应小于各要素
效应之和，即
SE<AE+BE+CE+ ……。
4、系统论中的基本原理
层次性原理：由于组成系统的诸要素的差异包括 结构方式上的差异，从而使系统组织在地位与作 用、机构与功能上表现出等级秩序，形成了具有 值的差异的层次性。 从发展的眼光看，系统的层次性即是系统发展 的连续性和阶段性的统一。正确地把握和运用系 统的层次性原理，把它转化为认识方法，具有重 要的现实意义。
（1）社会生产力发展，出现了规模庞大、技 术复杂的大型工程和企业——复杂结构系统， “复杂巨系统”。
（2）科技、生产有机联系起来，形成一个大 系统，它们之间相互影响，相互依赖。要实现 对系统的有效控制，就须定量、精确地揭示整 个系统的运动规律。
（3）人们作用于劳动对象的方式发生了变革。 单靠人的精力和体力去操作大机器越来越困
信宿为能够排除不定度的最大信息量Ｉ（P）； 用其描述系统的运动过程，是反映系统由无序向 有序状态运动。
3、熵理论
（4）二者关系： H（X）是系统混乱程度的度量，而负熵恰
是解除不定度所需信息的度量；要使混乱的系 统有序化就需要一定量的信息，系统从无序到 有序所增加的负熵的量也恰好就是系统热力熵 所减少的量。
2、关于信息含义特性等
在认识论研究中，由于强调认识主体与客体的关系， 所以把信息定义为“认识主体所感知（或所表述） 的事物运动的状态和方式”。
小结：信息概念的多样化，使人们很难为信息下一 个反映全部内涵的定义。只要知道某个功能是指哪 个层次的信息，就不致在信息研究和应用中产生歧 义。
在本体论研究中，由于研究信息与物质运动的关系， 故把信息定义为“事物运动的状态及其存在方式”。
功能：功能是指系统具有的活动能力以及系统 在达到预期目的的过程中与外部环境相互联 系和相互作用中表现出来的性质、能力和功 效，是系统内部相对稳定的联系方式、组织 秩序及时空形式的外在表现形式。
环境：环境是指系统以外并与系统发生联系、 存在着相互作用的客观事物或事物组成的整 体。是一个相对的概念。
3、系统的描述
2、关于信息含义特性等
通讯理论中，申农把信息定义为“事物不确定性 的消除程度”抓住了信息的随机性和统计性这一 本质。
在控制论研究中 ，维纳把信息定义为“系统组 织程度的标记”，这实际上反映了信息的组织结 构特征和反馈控制功能。
在系统论研究中，着重考虑系统的开放性和封闭 性的关系，把信息与熵联系起来，定义信息为负 熵，揭示了信息的有序性本质。
2、系统论的基本范畴
系统、要素、结构、功能、层次
系统 ：系统是由相互作用、相互依赖的 若干组成部分组合而成的、具有 特定功能 的有机整体。 系统的基本特征：
系统是由若干要素组成的； 这些要素相互作用、相互倚赖； 由于要素间的相wenku.baidu.com作用，使系统作为一个整 体具有特定的功能。
2、系统论的基本范畴
难→人—机系统。
系统科学理论的产生
（4）信息的作用明显增强，只靠人脑来 处理信息不能适应“信息爆炸”。→信息 理论和方法迅速发展。
（5）二战要求以最新技术、最短时间生 产大量新武器，人自然地接触到系统的特 征和规律。
如此看来，人类科学都是逼出来的。
系统科学理论的包括：“老三论”
系统论：研究系统类型、一般性质和一般 运动规律的科学。其体系包括系统学，系 统方法学和系统工程学。
关系如下式： 情报∈ 知识 ∈ 信息
3、熵理论—熵增熵减
信息熵的理解—热力熵与负熵
（1）信息熵的提出： 概率相等：H=logn 个体信息：H=-log pi越小,H越大! 平均:H=-∑Pilog pi→热力熵→即信源的平均信息
量。 （２）信源—热力熵Ｈ（Ｘ）
信源输出的平均信息量；系统无组织程度的度量 （３）信宿—负熵Ｈ（Ｙ）
消息
信 号
信号
消息
信源
编码
信道
解码
信宿
噪声
4、通信系统的理论
（１）信源、信宿问题 （２）信道理论：
A、有效性（信息的数量出发） 信息传输率=以最大通信速度传递最大的信息量。 处理技术有：
a、压缩信源 b、信道复用：
时分多路通信 频分多路通信
4、通信系统的理论
B、信息传输的可靠性处理——质量指标 信息传输的质量下降原因 处理技术有： a、均衡技术： b、抗干扰技术： 内部：抑制设备内部的噪声影响；
孙子兵法：政治、天时、地利、将帅、法制全局 去制定作战方案。
（２）初期的系统理论 ：泰勒的《科学管理原理》 明确提出系统管理的思想。
1、系统论的产生与发展
（３）现代系统论的产生 ：贝塔郎菲（美） 1945 发表论文：“关于一般系统论”，1968年编著 出版了《一般系统论的基础、发展》，全面阐述 了其系统论思想。
结构描述：结构描述亦称内部描述，是指用各状 态变量及它们之间的相互关系，亦即用一组状态 方程来描述一个系统。这时，一般先列出各状态 变量的一阶微分方程，然后考虑各变量间的相互 关系，得出联立方程。如有必要，则应用矩阵表 示，得出状态方程的矩阵形式。
功能描述：功能描述亦称外部描述或输入-输出 描述。在功能描述中，通过各要素的输入-输出 关系，求得整个系统的输入-输出关系。某一要 素（或系统）的输入转换为其输出的机制，通常 用所谓的传递函数来表示。
（2）一般信息论：也是研究通信问题，但包括 了噪声理论、信号滤波与预测、调制和信息； 理等问题；
（3）广义信息论：不仅包括1.和2.，而且包括 所有与信息有关的领域。
1、信息论的产生与发展
对信息论的产生起决定性作用的是美国数 学 家 申 农 （ C.E.Shannon ） 和 维 纳 （N.Wiener）的研究工作。
马克思：把复杂社会大系统划分为三个基本子系 统，即生产结构系统、政治法律系统、意识形态 系统，深刻分析这些系统及各系统内诸要素之间
的相互作用，揭示了社会发展变化的规律性。
1、系统论的产生与发展
（１）古代的系统思想：古代医学：脉象、经脉、 气血、阴阳互补说；病症、病人、环境联系起来。
农事：种子、土壤、肥料、灌溉、季节之间的辩 证关系；
1、信息论的产生与发展
度量信息量的公式： H(x)= -k∑ni=1P(xi)logP(xi) 式中H(x)表示信息事件x的平均信息量，k为
常数，xi表示信息事件，P(xi)表示信息事件发生 的概率，n表示信息事件总数。
申农于1948年发表的《通讯的数学理论》一文， 标志着信息论的正式诞生。
1、信息论的产生与发展
H(Y)=H(X)-H(X/Y)-条件熵
3、熵理论
A、无干扰：I（P）=H（Y）能全部消除 信宿的不定性。 B、有干扰：I（P）=H（X）-H（X/Y） 信宿对信源的不定度不能完全消除。 C、完全干扰状态：H（X）=H（X/Y）
I（P）=0
4、通信系统的理论
通信系统的简单构成 仙农的信息通讯模型
第二篇 信息资源管理方法论
第五讲 系统科学理论与方法
（一）教学目的：掌握系统科学基本概念、 基本理论及方法，了解系统工程方法。
（二）教学重点：通信理论、自组织理论 （三）教学难点：系统工程理论方法 （四）课时安排：6课时 （五）作业：见后
（六）教学内容
（六）教学内容
一、系统科学理论的产生 二、老三论 三、自组织理论（新三论） 四、系统科学方法 五、系统工程方法
统一体所表现出来的基本特性。用系统效应（SE) 衡量整体性。一般说来，系统效应有三种情况：
⑴ 正效应 ：这种效应表示系统效应大于各要素
效应之和，即
SE>AE+BE+CE+ ……。
其中AE、BE、CE、等分别表示要素A、B、C等 的效应。
⑵ 0效应： 这种效应表示系统效应刚好等于各 要素效应之和，即 SE=AE+BE+CE+ ……。
信息论：研究信息本质和运动规律的科学 理论。信息论是研究通讯和通讯系统中的 信息传递的共同规律的科学，是一门应用 数理统计方法研究信息和信息传递和变换 的科学。
控制论: 研究各种系统的控制规律的科学。
系统科学理论的包括：“新三论”
耗散结构论、协同论、突变论（超循环 论）
二、老三论
（一）系统论
（４）现代系统论的发展 ： 贝塔郎菲的一般系统 论，普利高津（比利时自由大学教授）1969年 提出的耗散结构理论；哈肯（西德）1976年提 出的“协同学”理论；法国数学家托姆于1972 年提出的“突变论”。
（５）系统工程学的研究 ：美贝尔公司“系统工 程学”，兰德公司“系统分析”方法——系统工 程的产生与发展，也为系统理论的创立作出了重 要贡献。
4、系统论中的基本原理
目的性原理 ：组织系统在与环境的相互作 用中，在一定的范围内其发展变化不受或少 受条件变化或途径经历的影响，坚持表现出 某种趋向预先确定的状态的特性。
稳定性原理 ：在开放的环境下，系统具有 一定的自我稳定能力，能够在一定的范围内 自我调节，从而在变化的环境中保持和恢复 系统的有序状态，保持和恢复系统的结构和 功能。
维纳对信息论的产生也做出了重大的贡献。他和 申农分别独立地建立了统计信息量概念，提出了 度量信息的数学公式。而且特别论证了控制系统 中的信息作用
发展阶段：在申农的狭义信息论的基础上，又产 生了广义信息论。广义信息论是以各种系统的信 息为研究对象，广泛地研究信息的本质和特点， 以及信息获取、计量、传输、储存、处理、控制 和利用的一般规律。
一、系统科学理论的产生
“老三论” “新三论”
又称信息科学理论方法，都是围绕系统 这个对象，但是又是以信息为研究手段的 分析研究方法。
系统科学理论的产生
二战以后，产生把对象作为系统来考察 的系统理论：系统论、信息论、控制论。
六十年代，耗散结构论、协同论、超循 环理论又相继问世。
系统科学理论的产生
（二）信息论
信息论是专门研究信息的本质和运动规律的科学 理论。它以信息和信息系统为对象，不仅要研究 信息的基本特征和运动规律，而且要研究运用这 些规律去构建高效的信息系统的方法。
4、系统论中的基本原理
关于信息论，有着多种解释。按照涉及面的宽 窄，可以把信息论分外三种：
（1）狭义信息论：主要研究信息的信息量，信 道容量以及信息的编码问题。也就是申农 （Shannon.C.E）信息论。
要素：要素是构成系统的不可缺少的必要成分。 要素有一般要素、基本要素和最基本要素的区 分。
联系： 联系是指要素构成为系统的媒介。系 统论中比较注意耦合联系，甚至把联系与耦合 相互通用。
结构：结构是指系统内部各个组成要素之间 的相对稳定的联系方式、组织秩序以及时空关 系的内在表现形式。
2、系统论的基本范畴
信息的特性
⑴ 信息和物质、能量一起构成统一的世界。 ⑵ 信息是物质固有的根本性质，整个宇宙中到处
存在着信息。 ⑶ 信息只有在物质和事物的运动和变化中才能产
生出来。 ⑷ 信息是物质相互作用过程中的一种反映形式 ⑸ 信息是物质之间和主客体之间相互联系的一种
“中介”形式。
信息的特性
⑹ 信息运动具有自身的规律性 ⑺ 信息的能动性。 ⑻ 信息的累积性和长期的价值性。 ⑼ 信息、知识和情报的区别。这三者的
在数学上，所谓传递函数是指输出拉普拉斯变换 与输入拉普拉斯变换之比。
3、系统的描述
结构描述和功能描述的关系：一般地说， 系统的结构描述与功能描述可以相互转 化，既可以由状态方程求出传递函数， 亦可以由传递函数求出状态方程（这种 变换称作系统的实现）。
4、系统论中的基本原理
整体性原理：整体性是系统各要素作为一个有机
系统的稳定性是整体的稳定性，不是个别要 素、部分、层次的稳定性。系统的稳定性是 系统在非平衡态下的保持自身有序性的特性。 系统的稳定性是相对的，而发展是绝对的。
4、系统论中的基本原理
相关性（关联性）原理 ：是指系统中要素 与要素、要素与系统、系统与环境、结构 与功能之间的相互倚存和相互制约的关系。
4、系统论中的基本原理
开放性原理 ：系统具有不断地与外界环境进行 物质、能量、信息交换的性质和功能，系统向环 境开放是系统得以向上发展的前提，也是系统得 以稳定存在的条件。 在当今的社会，任何一个系统都不可能把自 己完全封闭起来，否则它将无法生存。但如果不 加选择地对外开放，那么这样的系统最终会被其 他的系统取而代之，自己也就消亡了。