第13章系统科学方法_164609787

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系统方法的作用和特点


世界本来是复杂的，系统方法为人们提供了新的思维方式， 是认识、调控、改造、创造复杂系统的有效手段。 世界是一个具有统一性的整体，系统方法突破了传统的学 科界限，从系统性角度探讨种种客观研究对象的共性，从 而对助于促进学科间的交叉，有利于建立起统一的世界图 景和文化图景。 系统方法吸取了整体论从整体上看问题的长处，以及原子 论、还原论深入分析的优点，注意克服它们各自的片面之 处，试图将两者整合起来，在新的高度体现着部分和整体、 分析和综合相结合的辩证法。
解释：为什么系统必须是开放的？



如果是一个独立的封闭的系统：根据热力学第二定律，一个孤立 系统的熵自发地趋于极大，因此，不可能自发地产生新的有序结 构。 对于一个开放系统来说：熵(S)的变化则可以分为两部分，一部 分是系统本身的熵产生(dis)，这一项永远是正的；另一部分是 系统与外界交换物质和能量引起的嫡流(des)，这一项可正可负。 整个系统熵的变化dS就是这两项之和， dS＝des十dis 根据熵增加原理，dis≥0 (平衡态dis＝0)，而d es可以大 于或小于零。 如果des小于零，其绝对值又大于dis，则 dS＝des十dis＜0 这表明只要从外界流入的负熵流足够大，可以抵消系统自身的熵 产生，使系统的总熵减少，从而使得系统从无序走向有序，即系 统进化。
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信息与熵
系统的信息量，是有序、组织化程度的度量。 而系统的熵（entropy），是其混乱度、无 组织程度的度量。 所以，信息和熵是负数关系。 一个系统要使它有序，是增加它的信息量，还 是减少它的信息量？比如，关于SARS与社会 稳定，是隐瞒疫情信息，还是公开疫情信息， 哪个效果好？实践证明，信息透明，效果好。
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3 信息方法
Bell的申农创立。 什么是信息？是物质，是意识？信息就是信息。 信息的本质在于系统的“不确定性”的消除。 信息是认识主体接收到的，可以消除对事物认识 不确定性的新消息、新知识。

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从耗散结构的观点看开放政策
封闭的国家，闭关锁国，从理论上讲，是熵增 的，混乱度增加的。实践证明，闭关锁国，只 能导致贫穷落后，甚至挨打。 开放政策，使国家成为开放系统，这样才可能 进步。所以，我们要有国际交流，要做国际贸 易，要吸引外商投资，要加入WTO。要适应 全球化趋势。实践证明，我国实行对外开放政 策，是卓有成效的。
反应
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4 黑箱方法
所谓黑箱，是指内部要素和结构尚不清楚的系统。 清楚一些是灰箱，完全清楚是白箱。例： 人类认识的过程，就是一个从黑箱，到灰箱到白 箱的过程。 如何认识黑箱？ 以对原子的认识为例。

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认识原子黑箱
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阿波罗计划
阿波罗工程计划要求在1969年把人送上月球， 组织了20 000多个公司，120多所大学，动 用420 000人，耗资300多亿美圆。对这样 一个内容庞杂、规模巨大、成本高昂的“大科 学”项目，如何合理设计、组织、安排人力、 物力、财力、设备资金，以期最经济地、最有 效地达到预定的目标？ 这是以往任何一种传统方法都不能胜任的。阿 波罗计划的如期完成，关键在于运用了系统方 法进行有效的组织管理。（具体介绍，见魏宏 森：《系统科学方法论导论》，PP 82-86）

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维纳与控制论
1935年8月到1936年5月，维纳在清华大学 电机系和数学系任教。 1948年维纳出版《控制论》 （Cybernetics,龚育之），标志着控制论这 门学科的正式诞生。 （宋健：控制论在中国（清华）产生？） 1954年，钱学森在美国首创工程控制论。 控制论后来又渗透到经济和社会研究领域，形 成了经济控制论和社会控制论。
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都江堰
宝瓶口 内江
飞沙堰
鱼嘴
岷 江
外江
评论
“都江堰，一座自然造化與科學美妙相結合的 渾然天成的水利工程。雖然它建於2200多年 之前，卻反映了先進的科學技術。都江堰工程 雖然是人工構築物，卻順應天時地利，展示了 中國古代天人合一的自然觀。” 都江堰工程是我国古代系统思想的自发运用， 是系统工程的典范。 但，我们不可能要求古人将他们的实践经验， 上升为系统科学理论。
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耗散结构理论揭示：系统走向进化的条 件
第一，系统必须是一个开放系统。 第二，系统应当远离平衡态。 第三，系统内部各个要素之间存在非线性的相互 作用。 第四，系统从无序向有序演化是通过随机的涨落 来实现的。

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再举例：一举而三役济
沈括（宋代）在《梦溪笔谈》中记载： 北宋皇宫被焚，皇帝令大臣丁谓限期重建。丁谓 经过实地考察，把工程作为一个整体来计划，提 出最优解决方案： 在皇城大道上挖土烧砖备料，形成河道后引进汴 水； 用船把建筑材料运入工地； 皇宫建好后，用工程垃圾填埋河道，修筑原来的 大道。 就这样，多快好省地完成了任务。

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2 系统分析方法
系统分析方法，是为确定系统的组成、结构、功 能、效用，而对系统的构成要素、过程和关系进 行考察的方法。 比如，对国家创新系统（NIS）的研究。

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信息传输的模式 1

单向模式（联系打电报的过程）
信源
编码
信道
解码
信宿
噪声
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信息传输的模式 2

反馈回路模式
信源
编码
信道
解码
信宿
噪声
反馈
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Байду номын сангаас箱方法的步骤
建立观察者与黑箱之间的耦合系统。 有选择地给黑箱输入； 观测黑箱的输入。 建立可供选择的黑箱模型。 对黑箱模型进行选择和检验。 确定黑箱的模型。 应用该模型。

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第13章 系统科学方法
1 2 3 4 5 系统科学和系统科学方法 系统方法 信息方法 黑箱方法 耗散结构理论及其方法论意义
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1 系统科学与系统科学方法
先讲两个例子： 1 都江堰工程：系统科学自发应用的杰作 2 曼哈顿工程：应用系统科学管理的典范
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例子
医学影像技术： B超 CAT， 核磁共振等。
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5 耗散结构理论及其方法论意义
耗散结构理论是自组织理论中的一部分。什么是自组 织？什么是他组织？举例来说：市场经济是自组织， 计划经济是他组织。自然界从原始火球Big bang演 化到如今，是一个自组织的过程，不是上帝的创世纪。 自组织的过程，包括： 第一，有非组织到组织的过程演化； 第二，由组织程度低到组织程度高的过程演化； 第三，在相同组织程度上由简单到复杂的过程演化。

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参考书
魏宏森：《系统科学方法论》，人民出版社， 1983年。 吴彤：《自组织方法论研究》，清华大学出版社， 2001年。

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系统科学的主要贡献者
控制论 ——维纳（ N Weiner） 信息论 ——申农（ C E Shannon, Bell Lab） 系统论 ——贝塔朗菲（L V Bertalanffy） 耗散结构——普里高津（I Prigogine） 协同学 ——哈肯(H Haken) 分形理论——B B Mandelbrot 突变理论—— Rene Tom 超循环理论—— E Eigen 混沌理论 ——集体智慧的结晶？



在20世纪以前，原子是一个黑箱。如何揭开原子结构 之黑箱？ Rutherford的a粒子散射实验，从今天的眼光来看， 就是黑箱辨识方法的应用。 给原子一个输入，即用a粒子轰击原子。它产生什么 输出呢？大量的a粒子几乎毫无阻挡地直线穿过原子； 少数发生了散射，极少数回弹了回去。 根据输入和输出，构造原子的结构：原子很空；有一 个很重很中的核，核很小很小。这就是原子的太阳系 模型。

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耗散结构的概念
耗散结构则是一种“活”的结构，它需要与外界 不断进行物质和能量的交换，依靠能量的耗散才 能维持其有序状态。 生命是耗散结构，人体是耗散结构，国家也是耗 散结构。

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都江堰工程：自发应用系统科学的杰作
都江堰是战国时（公元前250年）秦国太守李冰父子主持 修建的。 它由三个部分组成： “鱼嘴”分水工程， “飞沙堰”分洪排沙工程、 “宝瓶口”引水工程。
都江堰水利工程的三个子工程融为一个整体。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”。

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系统科学及系统科学方法
系统科学方法：运用系统科学的观点和理论，去 分析问题和解决问题。 那么，什么是系统科学呢？系统科学是一个学科 群。包括：系统论、信息论、控制论、自组织理 论；而自组织理论又包括：耗散结构理论、协同 学、突变论、超循环理论、分形理论和混沌理论。 相应地系统科学方法是方法群。 系统科学是二战后期及其后，发展起来的。一是 军事上的需求，比如高射炮打飞机、破解密码； 二是学科的交叉综合。
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系统科学方法原则
整体性:将对象看作有机整体，强调局部与全局、 个别与一般、分析与综合的协调。 动态性:将对象看作动态的活系统，联系其历史、 现状与发展趋势，注意阶段性与连续性的结合. 优化原则:统筹兼顾，大力协同，“多利相衡取其 重，多害相衡取其轻”进行综合优化和系统筛选。 模型化:把真实系统抽象为模型，通过模拟实验、 仿真实验，求得优化的结果。
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木桶原理及其运用



如果木桶是由若干长短不一的板子组成，那么，这个 木桶的盛水量取决于哪块板子？是最长的，还是最短 的？木桶的盛水量当然取决于最短的板子。 那么，如果要提高木桶的盛水量，我们应该从哪里入 手？ 推论：我们可以把一个组织（如学校、企业）看作木 桶。如何提高组织的功能？这就要分析它的短处在哪 里？改进它，从而提高组织的功能。 温家宝的版本：一支舰队，决定它速度快慢的，不是 航行最快的船只，而是那艘最慢的船只。如果我们改 善了困难群体的生活状况，也就改善了整个社会的生 活状况。（2007年3月16日人大记者招待会）