04 2013 第四讲 系统科学思维方法(1)
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有天地,然后万物生焉
生生之谓易 易有太极,是生两仪,两仪
生四象,四象生八卦。
刚柔者,立本者。 刚柔相推而成变化。 天行健,君子以自强不息; 地势坤,君子以厚德载物。
《易》 —五行学说
相生关系
火生土,土生金,金生水,水 生木,木生火。
相克关系
木克土,土克水,水克火,火 克金,金克木。
制约关系
金抑制木克土;火抑制金克木; 水抑制火克金;土抑制水克火; 木抑制土克水。
系统思想发展脉络概括
系统思想是进行分析与综合的辩证思维工具,它在 辩证唯物主义那里取得了哲学的表达形式,在运筹 学等学科那里取得了定量的表述形式,在系统工程 那里获得了丰富的实践内容。
古代农事、工程、医药、天文方面的实践成就,以 及建立在这些成就之上的古代中国和古希腊朴素的 唯物主义自然观(以抽象的思辨原则来代替自然现 象的客观联系);
–第一,使系统思想定量化,成为一套具有数学理论、 能够定量处理系统各组成部分相互联系的科学方法。
–第二,为定量化系统思想的实际应用提供了强有力的 计算工具——电子计算机。
二、系统思想的产生与发展——现代
• 科学的定量的系统思想的形成,又根本上来源于社 会实践的需要。
–例如,在军事活动中,因为战争中决策的成败关系到 国家民族的生死存亡。第二次世界大战是定量化系统 方法发展的催生婆。 –这次战争在方法和手段上的复杂程度较以往的战争有 很大增长,交战双方都需要在强调全局观念、从全局 出发合理使用局部、最终求得全局效果最佳的目标下 ,对所拟采取的措施和反措施进行精确的定量分析, 才有希望在对策中取胜。运筹学。
二、系统思想的产生与发展——现代
• 这样一种强烈的需要,以极大的力量把一大批有才 干的科学工作者吸引到拟定与评价战争计划、改进 作战技术与军事装备使用方法的研究工作中; • 其结果是,定量化系统方法及强有力的计算工具电 子计算机的出现,并成功地应用于作战分析。
• 战后,定量化系统方法开始广泛地用来分析工程、 经济、社会领域的大型复杂系统问题。一旦取得了 数学表达形式和计算工具,系统思想方法就从一种 哲学思维发展成为专门的科学。
第四讲 系统科学思维方法
系统思想的产生与发展概述
一、科学思维的历史演变 二、系统思想的产生与发展 三、系统科学的体系结构
一、
二、系统思想的产生与发展——古代系统思想
系统观念,源远流长,但作为科学的系统思想则形成 于20世纪中叶。系统科学(systems science)作为一 个大门类的新兴学科,经历了孕育、形成和发展的漫 长过程。 系统思想(system thought)就其基本涵义来说,就是 关于事物的整体性的观念、相互联系的观念、演化发 展的观念。 系统思想来源于古代人类社会实践经验。古代人在同 自然打交道的过程中,为系统理论积累了丰富的思想 资料。 在古代农业、军事、工程、医药、天文等方面,自觉 不自觉地应用了许多系统思想。
简评
古代朴素唯物主义哲学思想虽然强调对自然 界整体性、统一性的认识,却缺乏对这一整
体各个细节的认识能力,因而对整体性和统
一性的认识是不完全、不深刻的。
二、系统思想的产生与发展——近代初期
• 15世纪下半叶,近代科学逐渐兴起,力学、天文学 、物理学、化学、生物学等科目,逐渐从混为一体 的自然哲学中分离出来,获得日益迅速的发展。近 代自然科学发展了研究自然界的独特的分析方法, 包括实验、解剖和观察,把自然界的细节从总体的 自然联系中抽出来,分门别类地加以研究。 • 这种考察自然界的方法移植到哲学中,就形成了形 而上学的思维范式。形而上学的出现是有历史根据 的,是时代的需要,因为在深入的、细节的考察方 面,它比古代哲学是一个进步。在300多年的历史时 期中,对科学、技术、文化的蓬勃发展起了不可磨 灭的重要作用。
– 可见,在近代科学技术和文化发展的基础上,到了 19世纪,系统思想进一步从经验上升到哲学,从思 辨进展到定性论述。
二、系统思想的产生与发展——现代
• 科学的定量的系统思想,是在现代科学、技术、文 化发展的基础上形成的。 • 现代科学技术对于系统思想方法来说,有两个重要 贡献(这两个贡献都是在20世纪中期实现的):
中医——黄帝内经
孙子兵法
兵者 国之大事 死生之地 存亡之道 不可不察也
• • •
故经之以五事,校之以计,而索其情: 一曰道,二曰天,三曰地,四曰将,五曰法…… 曰:主孰有道?将孰有能?天地孰得?法令孰行 ?兵众孰强?士卒孰练?赏罚孰明?吾以此知胜 负矣。
二、系统思想的产生与发展——古代希腊 “我们要正确地提出和评价现代系统思想, 则不能把它们看作一时时髦的产物,而应 该把它看作与人类思想史交织发展的一种
二、系统思想的产生与发展——古代中国
“中国文明对人类,社会和自然之间的关系 有着深刻的理解……中国的思想对亍那些 想扩大西方科学范围和意义的哲学家和科 学家来说,始终是个启迪的源泉”。
普里高津(I. Prigogine)《从混沌到有序》
《易》 阴阳学说
《易经》(《周易上经》)伏羲氏8、周文王64 《周易》 《易传》(《周易大传》)孔子
简评
形而上学撇开总体的联系来考察事物和过程, 蕴含着极大的局限性;随着人们对客观事物认
识的不断扩展和深化,这种局限性日益显露出
来,并障碍堵塞了人们从了解部分到了解整体 、从分析具体细节到洞察普遍联系的道路。
二、系统思想的产生与发展——19世纪
• 19世纪上半叶,自然科学取得了一系列伟大成就。 特别是能量转化定律、细胞学说、和进化论,使人 类对自然过程的相互联系的认识有了很大提高。 • 恩格斯指出:
近代自然科学的兴起,以及由此产生的形而上学的 自然观(把自然界看作彼此不相依赖的各个事物或 各个现象的偶然堆积);
系统思想发展脉络概括
19世纪自然科学的伟大成就,以及建立在这些成就 基础上的辩证唯物主义自然观(以实验材料来说明 自然界内部联系的统一整体,其中各个事物、现象 是有机地相互联系、相互依赖、相互制约的); 20世纪中期现代科学技术的成就,为系统思想提供 了定量方法和计算工具。
• 简评
– 19世纪的自然科学“本质上是整理材料的科学,是 关亍过程、关亍这些事物的发生和发展以及关亍联 系的科学”,基亍此,马克思、恩格斯辩证唯物主 义自然观认为,物质世界是由无数相互联系、相互 依赖、相互制约、相互作用的事物和过程所形成的 统一整体。这种关亍物质世界普遍联系及其整体性 的思想,也是系统思想。
协同学
分形理论 突变理论 超循环理论 混沌理论
哈肯(H. Haken)
曼德尔布罗特(B. B. Mandelbrot) 托姆(R. Tom) 艾根(E. Eigen) 洛仑兹(E. N. Lorenz )
系统科学图谱
制图:吴彤
化解关系
火化解木克土;土化解火克金; 金化解土克水;水化解金克木; 木化解水克火。
工程 ——都江堰(公元前256年左右)
• 都江堰整体工程结构主要由渠首工程、附属 工程和灌渠系统工程等三大工程组成。 • 渠首工程又由鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪 道、宝瓶口引水口三大主体工程组成; • 附属工程由百丈堤、内外金刚堤、人字 堤等组成; • 灌渠系统工程主要由内江总干渠、沙黑 总干渠、金马河干渠等组成。 • 这样构成了一个多结构、多层次、多关系的 复杂系统工程。
现象,从某种意义上可以说,自最古时代
起,在欧洲哲学中就存在系统的概念”。
贝塔朗菲(L. v. Bertalanffy)
“普通系统论的历史与现状”
古代中国和古代希腊的唯物主义思想家,都从承认统一 的物质本原出发,把自然界当做一个统一体。 古希腊辩证法奠基人之一赫拉克利特(Heracleitus), 在《论自然界》中说:“世界是包括一切的整体”。 古希腊唯物主义者德谟克利特(Democritus)的一本没 有流传下来的著作名为《宇宙大系统》。 古希腊亚里士多德的四因说;15世纪以后出现的整体性 思想;哥白尼的太阳中心说;恩格斯“世界不是一成不 变的事物的集合体,而是过程的集合体”等等,都体现 了系统思想。
这就是系统思想如何从经验到哲学到科学,从思辨 到定性到定量的大致发展情况
二、系统科学的体系结构
• 系统科学是一个科学群,不是一个单一的科学门类。 该学科发展到今天,从纵向上大体分为四个层次,这 四个层次也是从具体到抽象的逻辑顺序划分的。
–第一个层次:系统工程技术
• 例如,钱学森早在美国求学的时候,主要研究的是系统工程技术,关于 导弹飞行控制、卫星个层次:系统技术科学 –第三个层次:系统基础科学 –第四个层次:系统科学哲学
• 系统科学从横向上可以分为若干分支,主要有一般系 统论、信息论、控制论、耗散结构理论、协同学、突 变论、超循环理论、自组织理论、灰色理论、混沌理 论、博弈论、分形理论、复杂网络理论,等等。
系统科学群
控制论 信息论 系统论 耗散结构 维纳( N. Weiner) 申农( C. E. Shannon) 贝塔朗菲(L. V. Bertalanffy) 普里高津(I. Prigogine)
–由于这三大发现和自然科学的其他巨大进步,我们 现在不仅能够指出自然界中各个领域内的过程之间 的联系,而且总的来说也能指出各个领域之间的联 系了。这样,我们就能够依靠经验自然科学本身所 提供的事实,以近乎系统的形式描绘出一幅自然界 联系的清晰图画。描绘这一幅总的图画,在以前是 所谓的自然哲学的任务。