自组织系统
系统论——精选推荐
系统论起源发展系统思想源远流长,但作为⼀门科学的系统论,⼈们公认是美籍奥地利⼈、理论⽣物学家L.V.贝塔朗菲(L.Von.Bertalanffy)创⽴的。
他在1932年提出“开放系统理论”,提出了系统论的思想。
1937年提出了⼀般系统论原理,奠定了这门科学的理论基础。
但是他的论⽂《关于⼀般系统论》,到1945年才公开发表,他的理论到1948年在美国再次讲授“⼀般系统论”时,才得到学术界的重视。
确⽴这门科学学术地位的是1968年贝塔朗菲发表的专著:《⼀般系统理论:基础、发展和应⽤》,该书被公认为是这门学科的代表作。
贝塔朗菲临终前发表了《⼀般系统论的历史与现状》⼀⽂,探讨系统研究的未来发展。
此外,它还与拉维奥莱特合写了《⼈的系统观》⼀书。
系统论认为,整体性、关联性,等级结构性、动态平衡性、时序性等是所有系统的共同的基本特征。
这些既是系统所具有的基本思想观点,⽽且它也是系统⽅法的基本原则,表现了系统论不仅是反映客观规律的科学理论,具有科学⽅法论的含义,这正是系统论这门科学的特点。
贝塔朗菲对此曾作过说明,英语System Approach直译为系统⽅法,也可译成系统论,因为它既可代表概念、观点、模型,⼜可表⽰数学⽅法。
他说,我们故意⽤Approach这样⼀个不太严格的词,正好表明这门学科的性质特点。
随着世界复杂性的发现。
在科学研究中兴起了建⽴复杂性科学的热潮。
贝塔朗菲指出,现代技术和社会已变得⼗分复杂,传统的⽅法不再适⽤,“我们被迫在⼀切知识领域中运⽤整体或系统概念来处理复杂性问题”。
普利⾼津断⾔,现代科学在⼀切⽅⾯,⼀切层次上都遇到复杂性,必须“结束现实世界简单性”这⼀传统信念,要把复杂性当作复杂性来处理,建⽴复杂性科学。
正是在这种背景下,出现了⼀系列以探索复杂性为⼰任的学科,我们可统称为系统科学。
系统科学的发展可分为两个阶段:第⼀阶段以⼆战前后控制论、信息论和⼀般系统论等的出现为标志,主要着眼于他组织系统的分析;第⼆阶段以耗散结构论、协同论、超循环论等为标志,主要着眼于⾃组织系统的研究。
系统自组织理论
第四章系统的自组织自组织是系统科学的一个重要概念,它是复杂系统演化时出现的一种现象。
1. 自组织与他组织1.1 组织①动词:按照一定目的、任务和形式加以编制,组织是一个过程;②名词:组织过程所形成的结构。
1.2 特点①组织结构相对于组织前的状态讲,其有序程度增加,对称性降低,相互位置关系确定,例:砖头——房屋,人员——团队。
②组织过程是系统发生质变的过程,是系统有序程度增加的过程。
系统演化两种方式:量变:数量的积累,函数关系式不变(倘若存在)。
质变:根本性质的变化,状态变量个数、函数关系都可能发生改变。
1.3 分类①他组织系统外有一组织者,整个系统的组织行为按照组织者的目的、意愿进行,在组织者的设计、安排、协调下,系统完成组织行为,实现组织结构,平时讲的组织大多是这一类。
根据系统“死或活”(是否包含人),他组织称为控制(系统中不包含人)或管理(系统中包含人),这两者都涉及到反馈。
正反馈起到激励作用,负反馈起稳定作用。
②自组织系统外不存在组织者,系统在一定外界条件下,“自发地”组织起来,形成一定的结构,如蚂蚁、蜜蜂的群组织。
从效果上看,他组织和自组织现象一样,都是系统达到了一定的目的,区别在于达到目的的原因不同。
对于他组织,原因在于系统之外。
例,全班人员排序(体重或身高),孩子搭积木、插塑;而自组织其直接原因在于系统的内部,与外界无关。
例,物种进化是由系统内部基因的遗传和突变功能造成的。
1.4 环境的作用任何系统都是在一定的环境中存在,离开了环境,系统失去了存在、演化的可能性,哲学上讲“内因是事物变化的根据,外因是事物变化的条件”,“外因”指系统的环境,外因和内因缺一不可。
例,鸡孵蛋(内因,鸡蛋;外因,适宜的温度)。
系统对环境的依赖性,随着环境的变化,系统也发生相应的变化。
例,“水的沸点是1000C”对或错?严格地讲,此话错!因为没有指明外界环境的压力。
“在1标准大气压下,水的沸点是1000C”,而随着周围环境的压力变化,水的沸点也相应变化,高山上水的沸点低于1000C。
非线性非平衡系统的自组织
2. 熵与宇宙 克劳修斯说过: 宇宙越是达到最大的极限状态, 克劳修斯说过:“宇宙越是达到最大的极限状态, 作出继续变化的机会就越少,到最后, 作出继续变化的机会就越少,到最后,宇宙将处于一个 无法改变的死亡状态” 无法改变的死亡状态”。 3. 熵与信息
信息量应该是信息所带来的“惊异度”的一种量度。 信息量应该是信息所带来的“惊异度”的一种量度。一个系 统的状态越是无序,出现的概率越大,它可能给予的信息就越少。 统的状态越是无序,出现的概率越大,它可能给予的信息就越少。
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“耗散结构”理论的要点: 耗散结构”理论的要点: 耗散结构 要点 (1) 系统必须是开放的。 系统必须是开放的。 (2) 系统必须远离平衡。 系统必须远离平衡。 7. “协同学”理论 协同学” 协同学 只要是一个由大量子系统构成的系统, 只要是一个由大量子系统构成的系统,在一定条件 下,它的子系统之间通过非线性的相互作用就能够产生 协同现象、相互竞争和相干效应, 协同现象、相互竞争和相干效应,形成一定功能的自组 织结构,表现出新的有序状态。 织结构,表现出新的有序状态。 区别和联系: 耗散结构论与协同论二者的区别和联系 耗散结构论与协同论二者的区别和联系: 哈肯的协同论侧重分析过程自组织的演化; 哈肯的协同论侧重分析过程自组织的演化;耗散结 构理论来分析系统中的演化与外界的关系更为明确。 构理论来分析系统中的演化与外界的关系更为明确。
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5. 熵与城市 城市就是一种自组织系统,它每天都要输入食品、 城市就是一种自组织系统,它每天都要输入食品、 燃料、其他日用品和负熵,同时要输出产品和废物, 燃料、其他日用品和负熵,同时要输出产品和废物,这 样才能生存下去, 才能保持一种稳定的有序结构。 样才能生存下去 才能保持一种稳定的有序结构。 6. 熵与管理科学 管理的本质是自组织的功能之一, 管理的本质是自组织的功能之一,我们可把对象视 为人工自组织系统。所谓管理科学化, 为人工自组织系统。所谓管理科学化,就是要适时适势 地引入适当的信息流和物质流,降低对象的熵值, 地引入适当的信息流和物质流,降低对象的熵值,提高 组织的有序度。 组织的有序度。
自组织网络
自组织网络自组织网络是一种无需中央控制的网络结构,它是由相互作用节点组成的,每个节点都能够相互通信和交换信息。
自组织网络是一种分布式系统,也被称为自组织分布式系统。
自组织网络的主要特点是去中心化和自治性,也就是说它不需要任何中央控制器或管理机构来维护网络的稳定性和安全性,每个节点都能够自主管理和调控自己的行为,自组织网络的拓扑结构是动态的,它可以根据网络内的运行情况自动优化,保证网络的可靠性和稳定性。
自组织网络的发展历程可以追溯到上世纪七十年代末期,当时,美国国防部开始研究一种新型的通信协议,旨在实现去中心化、自治性和抗故障性等特点,这就是后来成为“互联网”的技术基础。
随着计算机技术和通信技术的不断进步,自组织网络得到了广泛应用,例如无线传感网络、移动自组织网络、P2P网络、社交网络等等。
自组织网络可以解决在传统的网络和中心化系统中存在的一些问题,例如网络拥塞、单点故障、数据安全性等等,特别是在缺少基础设施或网络环境复杂的情况下,自组织网络可以发挥更大的作用。
自组织网络的基本原理是节点之间的相互连接和信息交换,它是由每个节点的自治性和协作性共同构成的。
每个节点可以根据预设的规则对其他节点的行为进行判断和选择,以保证网络运行的效率和稳定性。
自组织网络的拓扑结构通常是多层次和复杂的,它可以通过节点间的信息交流和协作来达到稳定状态。
在自组织网络的应用场景中,每个节点都可以扮演不同的角色,例如传感器节点、路由节点、存储节点等等,它们通过协作来共同完成网络的功能和服务。
自组织网络的主要特点有以下几个方面:1、去中心化和自治性:自组织网络不依赖任何中央控制器和管理机构来维护网络的稳定性和安全性,每个节点都可以自主管理和调控自己的行为,并与其他节点协作完成网络的各类任务。
2、动态性和灵活性:自组织网络的拓扑结构是动态的,节点之间的连接关系和网络的结构可以根据当前的运行状态和环境变化来自动调整和优化,保证网络的可靠性和性能稳定性。
《现代生态学》试题与课堂笔记
考试:现代生态学题量:10题,时长30分钟,总分100分,60分及格姓名:祝小方平安1【多选】生态服务的基本类型有()• A.供给服务• B.调节服务• C.文化服务• D.文化服务【参考答案】A,B,C,D2【多选】生物系统过程三要素指()• A.网络关联• B.过程强度• C.反应速率• D.时间动态【参考答案】B,C,D3【判断】气候因子属于非生物因子()• A.正确• B.错误【参考答案】A4【单选】()是图灵提出的一种抽象的计算模型,基本思想是用机器模拟人们用纸笔进行数学运算的过程• A.“图灵机”• B.“分形理论”• C.混沌理论• D.“耗散结构理论”【参考答案】A5【判断】大胆假设加上缜密的逻辑思维,就能得出准确的实验结果()• A.正确• B.错误【参考答案】B6【单选】“在不同的空间尺度和等级层次上认识研究对象”指生态学认识论原则的()• A.进化观• B.层次观• C.综合观• D.整体观【参考答案】B7【判断】鱼类聚群行为说明了系统的自相似特征()• A.正确• B.错误【参考答案】B8【单选】在我国苔原地带中,典型代表动物是()• A.斑马• B.牛羊• C.驯鹿• D.北极熊【参考答案】C9【多选】生命系统的基本属性有( )• A.维度• B.结构• C.过程• D.功能【参考答案】B,C,D10【判断】著名物理学家薛定谔提出了“耗散结构理论”()• A.正确• B.错误【参考答案】A一、绪论1.主要内容——介绍现代生态学的基础理论、整体框架、学科分支、前言成果,以及学科独有的思维方式。
——另者还分析交叉问题,包括生态学与经济学、社会学以及文化的交叉。
2.现代生态学:在横向上与多学科交叉;在纵向上与时俱进。
3.知识体系:基础理论、实验生态学、学科方法论。
(1)主要介绍前沿的方向、热点,比如等级层次中的区域生态学和全球生态学;(2)还有可持续性科学,比如基本人权中的人均排碳,这不仅关于科学研究,还与国家决策、民族复兴相关;(3)人类自然耦合性(coupling of human and natural system)。
自组织生态系统
自组织生态系统自组织生态系统是由相互作用、相互依赖的多个物种形成的一个和谐、稳定的系统,它们在一起协同作用。
生态系统是一个开放的复杂系统,它的任何功能都需要外部能量来维持,即需要不断地从环境中摄取能量。
从某种意义上讲,生态系统就是处于边界状态下的耗散结构。
这些状态称为相干时间,通常被认为是耗散过程的前沿。
随着边界状态的演变,系统内产生出自组织特征,使系统可以在更大的空间尺度上重建,但是边界也发生改变,因而在系统内又引发新的耗散过程,这就是系统的自组织性。
自组织过程对于维持生态系统的结构、功能和生命过程非常重要。
自组织过程包括两种方式:一种是不同层次的系统相互作用的“元素”之间的直接作用;另一种是系统的局部尺度(例如在个体水平或个别细胞的水平上)和宏观尺度(~lW~组织水平)之间的相互作用。
自组织使得生态系统具有高度的弹性,在面临环境变化时可以较快地自我调节和适应。
“居者有其屋”是社会的基本要求。
实现住宅的多样化和商品化,保证供给,是住宅业走向市场的必由之路。
城市住宅作为房地产业的一个重要分支,不仅与经济发展和居民住房条件密切相关,也是房地产业发展和城市建设的重要基础。
住宅具有社会性,住宅业具有市场性,这两点对促进我国住宅市场的发展十分重要。
近几年来,住宅建设蓬勃发展,取得了很大成绩。
据估计, 2002年全国住宅竣工面积达1.5亿平方米,比2001年增长24.2%;全国城镇共有住宅78. 4万套,比2001年增长29.8%;人均住房面积由2001年的13.9平方米提高到14. 6平方米。
首先,由于大规模兴建住宅小区,开发了大量的经济适用住宅,这极大地满足了广大居民对居住的需求。
其次,随着经济的发展和人民生活水平的提高,城市居民的消费观念也发生了深刻变化,住宅建设从追求数量转向追求质量。
我国绝大多数城市已把改善居住条件作为住宅建设的主要目标,在一些中心城市逐步形成了一批以优质、高档为主要特征的居住小区。
第3章:环境规划学的理论基础(2)
一、可持续发展与可持续发展观
实现可持续发展
以自然资源永续利用为前提的可持续发展 模式 清洁生产与可持续发展 生态技术 做到环境资源商品化,促进可持续发展Biblioteka 一、可持续发展与可持续发展观
可持续发展观
强调持续性 体现公平性 追求协同发展 推崇人与自然和谐
可持续发展作为时代的最强音,它既要 作为环境规划的指导思想,又要成为环 境规划的最终目标。对持续发展的最求, 应贯穿于环境规划的始终。
第三节
复合生态系统
一、复合生态系统理论 二、复合生态系统的结构与功能 三、复合生态系统的特性 四、复合生态系统与环境规划的关系 五、复合生态系统对环境规划的指导作 用
一、复合生态系统理论
环境问题的实质都是生态问题; 现在人们生活的环境明显不同于自然环境, 它受人类活动的太多的影响――单纯的生态 学理论不完全适用于这个人类生存的环境。 因此我国生态学家马世骏1981年提出复合生 态系统理论:人类社会是以人的行为为主导, 自然环境为依托,资源流动为命脉,社会体 制为经络的人工生态系统,人类赖以生存的 社会、经济、自然三大系统是一个整体,是 个复合生态系统。
一、复合生态系统的结构和功能
(一)复合生态系统的结构
社会、经济、自然三个相互作用,相互依赖的子系统共同构 成一个庞大的复合生态系统。 自然子系统以生物结构及物理结构为主线,以生物环境的协 同共生及环境对人类生活的支持、缓冲及净化为特征,它是 复合生态系统的自然物质基础; 社会子系统以人口为中心,包括年龄结构、智力结构和职业 结构等,通过产业系统把它们组成高效的社会组织; 经济子系统和物质的输入输出,产品的供需平衡以及资金积 累速率与利润 ,是促进社会进步环境保护的必要条件。 这种子系统之间相互联系、相互制约的关系,即构成 了复 合生态系统的结构。它决定着复合生态系统的运行机构和发 展规律。
自组织原理
自组织原理结课论文摘要:一般来说,组织是指系统内的有序结构或这种有序结构的形成过程。
德国理论物理学家H.Haken认为,从组织的进化形式来看,可以把它分为两类:他组织和自组织。
如果一个系统靠外部指令而形成组织,就是他组织;如果不存在外部指令,系统按照相互默契的某种规则,各尽其责而又协调地自动地形成有序结构,就是自组织。
自组织现象无论在自然界还是在人类社会中都普遍存在。
一个系统自组织功能愈强,其保持和产生新功能的能力也就愈强。
例如,人类社会比动物界自组织能力强,人类社会比动物界的功能就高级多了。
关键词:八个自组织原理正文:(一)涌现原理:所谓涌现原理,通常是指多个要素组成系统后,出现了系统组成前单个要素所不具有的性质,这个性质并不存在于任何单个要素当中,而是系统在低层次构成高层次时才表现出来,所以人们形象地称其为“涌现”。
系统功能之所以往往表现为“整体大于部分之和”,就是因为系统涌现了新质的缘故,其中“大于部分”就是涌现的新质。
系统的这种涌现性是系统的适应性主体之间非线性相互作用的结果。
涌现是一种从低层次到高层次的过渡,是在微观主体进化的基础上,宏观系统在性能和机构上的突变,在这一过程中从旧质中可以产生新质。
“系统科学中,有一条很重要的原理,就是系统结构和系统环境以及它们之间关联关系,决定了系统整体性和功能。
也就是说,系统整体性与功能是内部系统结构与外部系统环境综合集成的结果,也就是复杂性研究中所说的涌现(E-mergence)。
”涌现过程是新的功能和结构产生的过程,是新质产生的过程,而这一过程是活的主体相互作用的产物。
自下而上式、自发性,涌现性是自组织必备的和重要特征。
(二)非线性原理:所有已知系统,当输入足够大时,都是非线性的。
因此,非线性系统远比线性系统多得多,客观世界本来就是非线性的,线性只是一种近似。
对于一个非线性系统,哪怕一个小扰动,象初始条件的一个微小改变,都可能造成系统在往后时刻行为的巨大差异。
自组织理论
目录
1.自组织理论概述 2.自组织理论历史背景 3.自组织理论建立与发展 4.自组织理论研究启示 5.自组织理论对管理思想发展的影响
1.自组织理论概述
什么是组织?组织是怎样形成的?
生物体 有自己的组织,社会集团和银河系也有自己的
组织。组织产生的过程实际上是一个系统从无联系的
激光
自然光——频率、位相、偏振方向不同 激光——同频率、同相位、同偏振方向
粒子数反转
受激辐射
具有自组织特征
自组织的 典型现象 ——远离平衡态的非线性系统中的现象
自组织现象——某一系统 中自发形成的时空有序结 构或状态。
贝纳德对流
T2 > T1
液体
T1
T2
均匀加热
在一水平容器中放一薄层 液体,从底部徐徐均匀地加热, 开始液体没有任何宏观的运动。 当上下温差达到一定的程度, 液体中突然出现规则的六边形 对流图案。
贝纳德对流
1900年,法国 科学家贝纳德 (E.Benard)做 了一个著名的 对流实验。
B—Z反应
(1)化学钟
50年代初,俄国化学家别洛索夫用柠檬酸、 溴酸钾、硫酸作配剂,用铈盐作催化剂进行实 验,发现柠檬酸在稀释的硫酸中被溴氧化,铈 离子在3价4价间振荡,溶液在无色透明至淡黄 色间周期变化。这是一种时间周期性的化学反 应。又称化学钟反应。
1963年,从莫斯科大学生物化学系毕业的 扎鲍廷斯基对别洛索夫的配方做了一些修改, 主要是用铁盐代替了铈盐,使颜色更鲜艳地从 蓝变红。
(2)化学波
“BZ反应”除了 溶液颜色周期性变化 外,还表现为多种多 样的波动,这又是一 种空间周期性。
信息由中心向外 传播,空间对称性发 生破缺。
系统集成及优化的新思路
系统集成及优化的新思路系统集成及优化的新思路1. 引言随着科技的不断进步和应用的广泛普及,企业和组织的系统集成和优化变得越来越重要。
系统集成是将多个独立的系统或组件整合为一个完整的解决方案的过程,而系统优化则是通过改进和调整系统的性能和效率来提高其工作效果。
本文将探讨系统集成和优化的新思路,帮助企业和组织更好地实现他们的目标。
2. 从简到繁,由浅入深的系统集成和优化我们来探讨系统集成的基本原理和方法。
系统集成可以分为硬件集成和软件集成。
硬件集成通常涉及不同的设备、传感器和网络的整合,而软件集成则涉及不同的应用程序、数据库和系统之间的连接和交互。
在系统集成的过程中,我们需要考虑系统的架构设计、接口定义和数据传输等方面的问题。
在系统集成的基础上,我们可以进一步探讨系统优化的方法。
系统优化应该从整体的角度出发,综合考虑各个组成部分的性能和效率。
通过对系统的性能进行评估和分析,我们可以识别出瓶颈和问题,并通过优化算法和调整参数来改进系统的性能。
还可以采用智能化的方法,如机器学习和人工智能,来实现系统的自动优化和调整。
3. 系统集成和优化的新思路随着科技的不断发展,系统集成和优化也在不断演进。
以下是一些最新的思路和方法:3.1. 多模态集成传统的系统集成通常是单模态的,即只集成同一种类型的设备或应用程序。
然而,现实的场景往往涉及多个模态的数据和设备,如传感器、摄像头、语音识别等。
一个新的思路是将多模态数据和设备进行集成,实现更全面、准确和有用的信息提取和分析。
3.2. 边缘计算和云端处理的结合随着物联网和大数据的快速发展,边缘计算和云端处理成为了系统集成和优化的关键技术。
边缘计算通过在设备附近进行数据处理,减少了传输延迟和带宽消耗;而云端处理则提供了强大的计算和存储能力。
结合边缘计算和云端处理,可以实现数据在终端设备和云端之间的灵活、高效和安全的传输和处理。
3.3. 自适应和自组织的系统传统的系统集成和优化通常需要人工的干预和调整。
自然辩证法第二章系统自然观
目 录
• 系统自然观概述 • 系统的基本属性 • 系统自然观的方法论意义 • 系统自然观的应用领域 • 系统自然观的未来发展
01 系统自然观概述
系统概念与特征
01
系统是由相互联系、相互作用的若干要素所组成的 具有特定结构和功能的有机整体。
02
系统具有整体性、层次性、关联性和动态性等特征。
总结词
强调层次性
详细描述
层次性方法论是指将自然划分为不同的层次 ,从宏观到微观,从低级到高级进行研究。 这种方法论有助于揭示不同层次之间的联系 和差异,理解不同层次在自然系统中的作用 和地位。层次性方法论有助于深入理解自然 现象的多样性和复杂性,促进对自然系统的
多维度认识。
动态性方法论
总结词
强调动态性
是系统适应外部环境变化的重要手段。
自组织性
总结词
自组织性是指系统在没有外部干预的情 况下,能够通过内部要素的相互作用和 演化,自发地形成有序的结构和功能。
VS
详细描述
自组织性是系统的一个非常有趣的特性, 它表明系统具有自我完善、自我发展的能 力。这种能力使得系统能够在没有外部干 预的情况下,通过内部要素的相互作用和 演化,形成更加有序、更加复杂的结构和 功能。自组织性是系统应对外部环境变化 、保持稳定和发展的重要机制之一。
在可持续发展的背景下,系统自然观可以帮助我们更好地理 解和应对气候变化、生态保护、资源利用等全球性OR WATCHING
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04 系统自然观的应用领域
生态系统的保护与修复
生态系统保护
系统自然观强调生态系统的整体性和 相互依赖性,因此需要采取措施保护 生态系统免受破坏和污染。这包括保 护生物多样性、维护生态平衡和恢复 受损生态系统等。
经济系统的机制和自组织
经济系统的机制和自组织
经济系统的机制与自组织是昝廷全(1996)提出的系统经济学的重要基础概念。
所谓经济系统的机制, 是指它的结构与功能之间的关系。
经济系统的结构指经济元之间的各种经济关系, 亦即经济系统的软部。
所谓经济系统的功能, 指经济系统与环境之间的关系。
假设有某一经济系统(S) , 它的功能就是指S 与它的环境(E)之间的关系, 也可以看成是S 与 E 构成的扩展经济系统(S′)的软部,S′可以表示为S′=({S, E },{S 与E 之间的关系})。
则经济系统S 的功能即为S′的软部。
从原则上讲, 经济系统的结构是实现某种功能的前提和保证, 而功能是经济系统内部结构的外在表现。
某一特定经济系统的机制, 即它的结构与功能之间的关系, 取决于特定经济系统的具体情况。
通过改变经济系统的结构, 达到实现完善功能的目的。
中国目前实行的经济改革就是要改变现有的经济结构, 以改善中国经济的运行功能。
反过来说,一定的功能又有利于建造出新的经济结构。
经济系统机制的最重要表现形式之一就是自组织。
所谓经济系统的自组织, 是指当发生扰动或涨落时, 其自动调节内部结构的能力。
经济系统自组织的外在表现就是经济系统的稳定性。
知道了经济系统的稳定性自然就知道了它的不稳定性以及发生演化的条件等。
参考文献:
[1]昝廷全.系统经济学研究:经济系统的基本特征[J].经济学动态,1996,11:10-15
[2]昝廷全.系统经济学探索[M].北京:科学出版社,2004
[3]昝廷全.系统经济学史记:1988-2012[M].北京:科学出版社,2014。
[原创]协同学——大自然构成的奥秘
协同学——大自然构成的奥秘《系统科学哲学》课程论文 09科学技术哲学陈良坚、林秀芬、林凯雯一、协同学理论的产生1、协同学理论的提出耗散结构理论指出了新结构诞生的条件。
但是未回答新结构是一种怎样的结构,以及这种新结构究竟是如何产生的。
于是,德国科学家哈肯(H.Haken)接过了系统科学的这一接力棒。
他创立了协同学,回答了在系统演化的突变点上,各子系统是如何通过自组织而形成新的有序结构的。
2、协同学的产生过程哈肯在20世纪60年代致力于激光研究,由于受到激光现象的启发,他于1969年开始转向协同学理论的创思和构建。
他首先发现,热力学不能提供任何关于结构产生的原理和机制,同时他证明了统计物理学的结构有错误——即当一个远离平衡系统从无序走向有序时,熵不一定减少,甚至可能增加!因此,用熵描述自组织想象太粗糙了。
所以,为了能够在原则上解释有序结构乃至生命结构的形成,协同学这个新理论就建立起来了。
哈肯在20世纪60年代致力于激光研究,由于受到激光现象的启发,他于1969年开始转向协同学理论的创思和构建。
他首先发现,热力学不能提供任何关于结构产生的原理和机制,同时他证明了统计物理学的结构有错误——即当一个远离平衡系统从无序走向有序时,熵不一定减少,甚至可能增加!因此,用熵描述自组织想象太粗糙了。
所以,为了能够在原则上解释有序结构乃至生命结构的形成,协同学这个新理论就建立起来了。
哈肯在1971年首次提出“协同”概念,1976年发表了《协同学导论》,1988年出版《高等协同学》,这标志着协同学作为一门新兴横断学科的诞生。
哈肯所著《协同学:大自然构成的奥秘》一书,通俗而又生动地阐述了协同学的要义,说明协同学与仿生学不同,协同学不是简单的分析、模仿生物器官的功能,而是从更普遍和一般的角度,探讨有序结构形成的奥秘,不仅探索无生命世界,而且更关心生命世界。
在19年中,他主编了近20本有关协同学的专著,推动协同学由孕育、诞生走向成熟。
自然辩证法期末考试30题
自然辩证法期末考试30题1.什么是系统?系统自然观的主要内容有哪些?系统是“处于一定的相互关系中并与环境发生关系的各组成部分(要素)的总体(集)。
系统自然观是研究自然界发展的一般规律,【主要包括】:人类自然观的发展;自然物质系统的辩证法原理,及其运用这一原理和方法经营事业实现无废循环;自然界物质系统演化的辩证法、基本特征;自然界物质系统运动的源泉(或机理、基本形式);物质系统层次结构的辩证法;生物进化的普遍规律;生命起源的辩证法;人类起源的辩证法;现代自然科学的发展与人类自然观的变革;人类与自然界的关系。
2.简述自组织理论的基本思想及其世界观方法论意义。
自组织理论是由耗散结构、协同论、分形理论、超循环理论、突变论和混沌理论所构成的“复杂理论”体系。
它从各个不同角度阐明了自组织是自然界物质系统自行有序化、组织化和系统化的过程。
一个远离平衡态的开放系统通过其与外部环境进行物质能量和信息的交换,能够形成有序的结构,或从低序向高序的方向演化。
开放性、远离平衡态、非线性相互作用和涨落,是自然系统演化的自组织机制。
自然界的演化,既不是单调地走向有序和进化,也不是单调地走向无序和退化。
有序与无序的不断转化,进化与退化的不断交替,使自然界处于永恒的物质循环之中。
其方法论意义在于:。
第一、耗散结构理论解决了达尔文进化论和热力学第二定律在自然界演化方向上的矛盾。
第二、协同论解决了自组织系统的多自由度和多演化方程的问题,可以有效地确定自组织系统在走出不稳定点后会出现怎样的新结构。
第三、突变论改变了思考问题的方式,注重研究当条件发生变化时质变的改变方式的改变。
它将质变的方式分为飞跃和渐变两种方式。
它提供了许多突变模型,表明如果系统的势函数具有一个以上的势谷,那么系统就可以具有一个以上的选择结构,事物的质变就可能具有两个或两个以上的前途和方向。
第四、超循环理论提供了循环利用物质、能量和信息,以获得最大产出比的科学依据和解决创造性产生的问题。
人工智能三大流派
符号主义(Symbolism)是一种基于逻辑推理的智能模拟方法,又称为逻辑主义(Logicism)、心理学派(Psychlogism)或计算机学派(Computerism),其原理主要为物理符号系统(即符号操作系统)假设和有限合理性原理,长期以来,一直在人工智能中处于主导地位,其代表人物是纽威尔、肖、西蒙和尼尔森。
早期的人工智能研究者绝大多数属于此类。
符号主义的实现基础是纽威尔和西蒙提出的物理符号系统假设。
该学派认为:人类认知和思维的基本单元是符号,而认知过程就是在符号表示上的一种运算。
它认为人是一个物理符号系统,计算机也是一个物理符号系统,因此,我们就能够用计算机来模拟人的智能行为,即用计算机的符号操作来模拟人的认知过程。
这种方法的实质就是模拟人的左脑抽象逻辑思维,通过研究人类认知系统的功能机理,用某种符号来描述人类的认知过程,并把这种符号输入到能处理符号的计算机中,就可以模拟人类的认知过程,从而实现人工智能。
可以把符号主义的思想简单的归结为“认知即计算”。
从符号主义的观点来看,知识是信息的一种形式,是构成智能的基础,知识表示、知识推理、知识运用是人工智能的核心,知识可用符号表示,认知就是符号的处理过程,推理就是采用启发式知识及启发式搜索对问题求解的过程,而推理过程又可以用某种形式化的语言来描述,因而有可能建立起基于知识的人类智能和机器智能的同一理论体系.符号主义学派认为人工智能源于数学逻辑. 数学逻辑从19 世纪末起就获得迅速发展,到20 世纪30 年代开始用于描述智能行为. 计算机出现后,又在计算机上实现了逻辑演绎系统。
符号主义的代表成果是1957年纽威尔和西蒙等人研制的成为“逻辑理论家”的数学定理证明程序LT。
LT的成功,说明了可以用计算机来研究人的思维过程,,模拟人的智能活动。
以后,符号主义走过了一条启发式算法——专家系统——知识工程的发展道路,尤其是专家系统的成功开发与应用,使人工智能研究取得了突破性的进展。
生物系统的自组织现象
三、为何生物系统采取倾向于聚集中心 的偏好性 ?
Fig. 7. Two different methods to apply directed variation to ES. (a) DVES. (b) PDVES.
三、为何生物系统采取倾向于聚集中心 的偏好性 ?
二、可能的机理
可能在演化进程中,变异(或联结)具有 倾向于聚集中心的偏好性
即引起演化的变异不是纯随机的, 趋向聚集中心的变异概率更大
二、可能的机理
BA模型(Barabási, Albert ) 机理:“线性偏好联结”特性 网络中某顶点,其最近邻顶点数称为“度”d
一个新顶点加入,连接到“k ”度的顶点的概 率正比于k k0 k,0 为一常数
生物系统的自组织现象 与可能的机理
李衍达 2004.5
一、系统的自组织现象
参数出现与尺度无关的特性 代谢网络 物种间协同进化 Internet —— BBS ID-networks
一、系统的自组织现象
1) ID-network
中的度 d 与 聚集度 dc
的概率分布
1
一、系统的自组织现象
MCEM可模拟生态系统的进化幕 即生态系统各个进化阶段: 各段之比为 3 : 15 : 10 : 4 : 6,与实际相符
太古宙早期(38-35亿年前) 太古宙至早元古代(35-20亿年前) 中元古代(20-10亿年前) 晚元古代(10-6亿年前) 显生宙(6亿年前至现代)
一、系统的自组织现象
进化代数/10000
图5 生态系统各阶段的平均进化程度
一、系统的自组织现象
表1 生态系统进化阶段(幕)
自组织理论的概念、方法和应用
自组织理论的概念、方法和应用自组织理论是当代哲学、物理学、生物学、经济学等多个领域共同的重要课题。
本文将详细介绍自组织理论的概念、方法及其在实际应用中的重要作用。
自组织理论主要研究系统在一定条件下,如何通过相互作用和演化,自行产生有序结构和特定功能。
它强调的是系统的自主性、自组织能力和演化机制。
在自组织理论中,系统中的各个元素之间相互作用、相互影响,通过特定的自组织方式,使得整个系统逐渐形成有序的结构和功能。
动力学方法:主要研究系统内部元素之间的相互作用及其对系统整体性能的影响。
通过建立动力学模型,分析系统的演化过程,研究其稳定性和敏感性。
统计学方法:研究系统中大量微观粒子在一定条件下的集体行为。
通过统计分析,了解系统整体性质和规律,探究微观粒子的个体特性和对系统的影响。
信息论方法:研究系统中信息的传递、处理和储存。
通过信息分析,揭示系统内部的相互作用和演化机制,理解信息的自组织过程。
自组织理论具有广泛的应用领域,如生物学、经济学、社会学等。
例如,在生物学中,自组织理论可以解释生物体的生长和演化过程;在经济学中,自组织理论可以研究经济系统的波动和演化;在社会学中,自组织理论可以探究社会的演化和发展。
自组织理论作为跨学科的理论体系,为我们提供了一种全新的视角来审视系统的演化和有序结构的形成。
通过深入研究和应用自组织理论,我们可以更好地理解和掌握自然现象和社会现象的内在规律,进一步推动人类文明的发展。
未来,随着科学技术的不断进步和研究的深入,自组织理论将会在更多的领域得到广泛应用。
随着计算能力的提升和数据获取的便利,我们将能够构建更为精确和复杂的自组织模型,深入探究系统演化的内在机制。
如何将自组织理论与现有的理论体系进行有机结合,以便更好地解释和预测现象,将是未来科学研究的重要方向。
自组织理论在未来的发展前景广阔,将继续为人类认识世界提供有力的工具。
国际竞争力是一个国家在经济、技术、文化等方面与世界其他国家的比较优势。
自组织系统
自组织系统一、引言自组织系统,作为一种自组织理论的应用实践,正在逐渐受到人们的关注。
自组织系统是一种复杂系统领域的重要研究对象,它强调系统内各部分之间的交互和协同,通过自发性的组织和调整实现整体功能的协调和优化。
二、自组织系统的基本原理自组织系统的基本原理在于系统内部各部分之间的相互作用和自我调整能力。
系统中的个体或部件通过相互作用和信息交流,在系统整体上形成一种自组织的结构,从而实现系统功能的发挥和适应环境的能力。
三、自组织系统的特征1. 自发性自组织系统具有自发性的特征,系统内部的组织和调整是基于内部规则和机制的,而不是外部指令或控制。
2. 分布式自组织系统通常是分布式的,系统内部的部件或个体之间具有相互作用和信息交流的能力,从而实现整体功能的协调和优化。
3. 弹性自组织系统具有一定的弹性,能够在外部环境变化时自发地调整结构和功能,实现系统的适应性和生存能力。
四、自组织系统的应用领域自组织系统的理论和方法在各个领域都有广泛的应用,包括生物学、社会学、信息科学等。
在工程领域中,自组织系统被广泛运用于机器人控制、智能交通、智能制造等方面。
在生物学领域中,自组织系统研究有助于理解生物体内部的自组织结构和功能。
五、自组织系统的挑战与展望1. 挑战自组织系统的研究还存在许多挑战,包括自组织性和稳定性的保持、动态性与异质性的处理等问题。
此外,自组织系统的建模和分析方法也需要不断完善和发展。
2. 展望随着技术的不断发展,自组织系统的研究将迎来更广阔的发展空间。
未来,自组织系统有望在智能物联网、智能城市等领域发挥更大的作用,为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
结语自组织系统作为一种新兴的理论和方法,正逐渐引起人们的关注和重视。
通过对自组织系统的研究和应用,我们有望更好地理解复杂系统的本质和规律,推动科技创新和社会发展的进程。
希望在未来的研究中,自组织系统能够发挥更大的作用,为人类社会带来更多的福祉和进步。
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自组织系统即能自行演化或改进其组织行为结构的一类系统.在一般系统论中,其最广泛的含义是指:该系统能在与环境相互作用条件下,通过自身的演化而形成新的结构和功能。
通俗的说,就是能通过本身的发展和进化而形成具有一定的结构和功能的系统。
社会自组织是社会发展到某一临界状态时,由于创新力或破坏力的作用,原有的社会组织突然失去了平衡,造成组织崩溃,人类在无意识状态下按照趋利避害的原则重新形成新组织,达到新的平衡的过程。
社会自组织是在没有掌握社会发展变化规律的条件下,自发形成的。
社会自组织能否发生,取决于三个方面的因素:一是社会环境或者说环境局限是否发生了改变;二是对具体人来说,社会单元的成本效用比的变化是否达到了某一临界状态;三是激发因素影响力的大小。
1、成本效用比是社会自组织的遗传密码在一定的社会条件下,由具体人组成的某一社会单元获得某一物的的成本效用比小于原社会单元获得同样物的的成本效用比,则社会处于自组织发生的临界状态。
在一定的激发因素的影响下,原社会单元内部各组成结构将会发生分解,然后通过相互作用重新组合,形成成本效用比更低的社会单元。
成本效用比是社会自组织形成和稳定的关键因素。
如果相对于所在环境,原社会单元的成本效用比是合理的,那么即使在强大的激发因素的作用下,原社会单元暂时分解,但只要激发因素消失,社会将会回复到原社会单元。
如果新的社会单元的成本效用比是不合理的,即使在激发因素的作用下暂时形成了,这种新的社会单元也不能长久。
“人民公社的大锅饭制度”在中国虽然曾经辉煌一时,但由于其成本效用比不合理,最终不得不瓦解。
如果自组织形成的新的社会单元比原单元的成本效用比更低,则具有更强的生命力,会被更多的具体人所接受,原有的社会单元就会被新的社会单元形所取代;如果相近,则可能被部分取代。
2、激发因素是社会自组织发生的重要条件没有激发因素的作用,原社会组织单元往往因为对未来的不确定性风险过分担心而表现出相当强的惰性。
“利不百,不变法”,就是这种惰性的一种极端表现。
在激发因素的诱引、示范或压迫作用下,具体人往往会对现在社会单元的成本效用比与未来将形成的社会单元的成本效用比进行比较,经过利害权衡后进行选择。
具体人虽然具有计算能力,但由于信息不确定,不可能对未来社会单元的成本效用比作出精确的估算。
因此,防范风险是影响具体人自组织决策的重要因素之一。
人们比较倾向于无风险地仿照成功的范例。
因此,社会自组织往往通过由点到面而逐步扩散。
社会自组织现象虽然在社会上不断地发生,但由于风险预估不准确,后悔也经常出现。
当后悔不再出现,社会单元就基本稳定下来。
3、技术环境的变化是社会自组织发生的原生动力在采猎社会,弱肉强食是一般的社会规则。
以强人为核心组成暴力集团,通过暴力形成独占一方的势力范围是社会自组织的一般规则。
在农牧社会,社会自组织的核心分化为二,一种是以强人为核心的社会自组织,一种是以农耕技术为核心的社会自组织。
而后者逐渐演变为社会更加核心的自组织形式,前者则演变为保证后者能够得到顺利实现的工具。
如果后者不能履行其保证功能,则会被其他暴力组织替代。
科学假说科学假说:根据已知的科学事实和科学原理,对所研究的自然现象及规律提出一种假定性的推测与说明,它是自然科学理论思维的重要形式。
科学假说的特征:(1)科学性:以一定的科学事实为依据,以一定的科学理论为前提。
(2)假定性:在资料不足,认识不完备情况下的假定。
(3)易变性:对同一现象可以有不同的假说,随科学实践的发展而修正、变化更新。
科学假说作用科学研究的目的是要解决科学问题。
为了解决一定的科学问题,人们根据已知的科学事实和科学原理,对所研究的问题及其相关的现象作出一种猜测性的陈述或假定性的说明。
这种猜测性的陈述或假定性的说明,就是假说。
根据所要回答的问题的不同,科学假说分为三种类型:一类是由可观察事实的普遍性而提出来的问题,由此而提出经验定律的假说;一类是关于如何理解某种现象而提出来的问题,为此就要提出理论和原理定律的假说;还有一类是为了解释理论和观察事实之间的矛盾而提出可能存在某种未知事实的预测。
其实,这三种类型并不是互相独立的,严格地说,应该看作是假说的三个组成部分,第一类是关于某一类现象的普遍性概括,第二类是关于这种普遍性的理论说明,而第三类则不过是这种理论假说结合一定的事实所作出的推论。
显然,在这各个部分中,理论原理是整个假说核心。
假说同理论有着基本相同的结构和功能,但它不同于理论,它对事物未知本质和规律的认识是根据已知的科学知识和科学事实推想出来的,具有一定猜测性质,它是否把握了客观真理,还有待于实践的检验。
然而,假说又不同于一般的推测,它是以确实可靠的科学事实和经得起实践检验的科学原理为根据合乎逻辑地推论出来的。
因此,它又与简单的幻想和随意的猜测不同,具有科学性。
假说是科学性和猜性或假定性的辩证统一。
通向科学理论的桥梁。
科学是沿着假说—理论—新假说—新理论……的途径,不断地向前发展的。
(能量子假说)激发思维创造性的媒介。
凭借假说的形式进行大胆的探索,提出创新见解.不同假说的“争鸣”有利于学术的繁荣。
争论有利于揭露矛盾、启发思考、相互补充,从而更全面更深刻。
(氧化说与燃素说、波动说与微粒说、渐变论与灾变论;热素说→热传导、卡诺循环)科学范式托马斯·库恩在《科学革命的结构》中提出“范式”的概念。
库恩对科学发展持历史阶段论,认为每一个科学发展阶段都有特殊的内在结构,而体现这种结构的模型即“范式”(PARADIGM)。
范式通过一个具体的科学理论为范例,表示一个科学发展阶段的模式,如亚里士多德的物理学之于古代科学,托勒密天文学之于中世纪科学,伽利略的动力学之于近代科学的初级阶段,微粒光学之于近代科学的发达时期,爱因斯坦的相对论之于当代科学。
范式具有实用主义的倾向,它保证了在一个特定的历史时期内某些问题具有特定的解,赋予围绕这些问题而展开的研究以崇高的价值。
因此,它具有收敛型思维的特点。
从社会学的角度来看,范式即共同体,如科学家共同体、文学家共同体、现代网络诗人共同体(呵呵,不过现在网络诗人好象还没形成共同体)。
说白了点,范式就是某一个历史时期为大部分共同体成员所广泛承认的问题、方向、方法、手段、过程、标准等等。
合理性是相对于范式而言的。
从范式以外看到的明显谬误在范式中却是合理的。
这有点像相对主义,但比相对主义高明。
范式虽然是可比的,但是它们之间并无优劣之别。
科恩的科学范式论与心理科学革命科恩根据范式概念提出他的科学发展模式理论。
在科学发展观上,科恩既反对逻辑实证主义的科学发展的“逐渐积累”观,也反对波普的批判理性主义关于科学发展是“不断推翻的增长”的观点。
他相信科学发展的实际过程是一个进化与革命、积累与飞跃、连续和中断的不断交替的过程,而且科学发展的历史明显地体现了这个过程。
科学发展一般经历四个时期:(1)前科学时期;(2)常规科学时期;(3 )反常和危机时期;(4)科学革命时期。
在科学史上,科学革命的典型例子,如天文学中的哥白尼革命,化学中的拉瓦锡革命,物理学中先有牛顿革命而后有爱因斯坦革命。
新范式最终战胜并取代了旧范式,这就标志着科学革命时期的结束,而进入了新的常规科学时期。
在新的常规科学时期中,新的范式成了该学科的科学共同体的共同信念。
科学研究在新范式的指引下继续积累地前进,但是到了后来,又出现了许多反常现象,陷入新的科学危机,而引起新的科学革命,并实现从新的范式到更新的范式的转变,而进入更新的常规科学时期。
科学发展就是通过这几个环节的不断循环往复而不断前进的。
科恩的科学发展动态模式可以简单表示为:前科学时期→常规科学时期→反常和危机→科学革命→新的常规科学时期……。
科恩认为,一切科学的发展都是按照这个科学革命的规律发展的。
二、范式革命与行为革命科恩的范式论是否可以成功地重建心理科学发展史?范式革命是否可以有效地说明心理科学革命?西方心理学史家对此有不同的意见。
帕勒牟、加德纳和库享等人持肯定态度,利黑和舒尔兹等人则持否定态度。
持肯定态度的学者认为,按照科恩的科学发展模式,从冯特开始,心理学经历了心理主义、行为主义和认知主义三个范式科学时期。
其间伴随着两次危机和革命:第一次是20世纪初的心理主义范式的危机,导致1913年的行为革命;第二次是五六十年代的行为主义范式的危机,导致1956―1965年的认知革命。
心理心义范式是心理学的第一个范式,以冯特等人为代表。
这一范式把心理学界定为心理生活或意识的科学,内省法是其主要研究方法。
行为主义范式是以华生等人为代表,它把心理学界定为行为科学,客观的行为研究是其基本方法。
认知主义范式则使心理学的研究对象又重新回到心理过程上来。
巴斯认为,大多数心理学派从元理论上讲都具有认知倾向,它们的存在都有助于认知革命的产生。
他甚至把精神分析、格式塔心理学、勒温的场论心理学、皮亚杰的认知发展理论都视为“原型”认知心理学。
〔1〕当然,真正的认知革命是指信息加工认知心理学。
对科恩的范式革命理论持反对态度的学者认为,对心理学史作这种简单的划分和重建,并不能说明心理学历史发展的实际过程。
而且,心理学史上的行为革命和认知革命也不是科恩意义上的真正的科学革命。
科恩的科学革命是指抛弃旧范式建立新范式,那么行为革命也必然是抛弃旧的心理主义范式,建立新的行为主义范式。
但是,在1913年以前,心理主义是否构成心理学的统一范式,使心理学成为常规科学时期?也就是说,心理学在研究对象、方法、理论上是否一致?诚然,从研究对象上讲,冯特时代的心理学家们都同意心理学是研究心理生活或意识的科学,但在对意识的具体理解上却发生了分歧。
冯特、铁钦纳以为心理学是研究意识内容,布伦塔诺、斯顿夫以为心理学是研究意识活动或意识机能。
这就是心理学史上著名的内容心理学和意动心理学之争。
而曲尔佩和麦塞尔则提出二重心理学,试图把意识内容和意识活动调和起来。
他们认为心理学的对象有两项:一为心理内容,二为心理机能。
在研究方法上,冯特和铁钦纳比较一致,都坚持实验内省法,即在严格的控制条件下对意识经验的直接报告或回忆。
布伦塔诺则认为心理学的方法是对我们自己心理活动的内部知觉(英文为Innerperception,德文为Wahrnehmung),而不是内省即内部观察(英文为Inner observation,德文为Beobachtung)。
这里必须指出的是,由于德文Wahrnehmung(内部知觉)和Beobachtung(内部观察)都可译为英文的Introspection(内省),所以在心理学史著作中,通常误以为布伦塔诺的心理学方法也为内省法。
实际上布伦塔诺曾明确指出:内部知觉和内部观察“这两个概念必须区分开来,内部知觉的特征之一就是它从来不能变成内部观察”〔2〕布伦坦诺还进一步指出,内省即内部观察,实际上是不可能的。