系统论、信息论、控制论
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① 理由：由于系统工程研究的对象复杂，包含自然界和社会经 济各个方面，而且研究对象本身的问题有时尚不清楚，如果 是半结构性或非结构性问题，也难以用结构模型定 量表示。 因此，系统开发的最初阶段首先要明确问题的性质，特别是 在问题的形成和规划阶段，搞清楚要研究的是什么性质的问 题，以便正确地设定问题，否则，以 后的许多工作将会劳而 无功。造成很大浪费。 方法： A. 直观的经验方法。头脑风暴法。总结人们的经验，集思 广益，通过分散讨论和集中归纳，整理出系统所要解决 的问题。 B. 预测法。德尔菲法、情景分析法、交叉影响法、时间序 列法等。系统要分析的问题常常与技术发展趋势和外部 环境的变化有关，其中有许多末知因素，这些因素可用 打分或主观概率方法来处理。
霍尔三维结构分析
5. 系统方案的优化选择 ① 在系统的数学模型和目标函数已经建立的情况下，可用最 优化方法选择便目标值最优的控制变量值或系统参数。 ② 所谓优化，就是在约束条件规定的可行域内，从多 种可行 方案或替代方案中得出最优解或满意解。实践中要根据问 题的特点选用适当的最优化方法。目前应用最广的仍是线 性规则和动态规则，非线性规则的研究很 多，但实用性尚 有待改进，大系统优化已开发了分解协调的算法。 ③ 组合优化适用于离散变量，整数规则中的分枝定界法，逐 次逼近法等的应用也很广泛。多目标优化 问题的最优解处 于目标空间的非劣解集上，可采用人机交互的方法处理所 得的解，最终得到满意解。当然，多目标问题也可用加权 的方法转换成单目标来求解，或按目标的重要性排序，逐 次求解，例如目标规则法。
④
霍尔三维结构分析
2. 建立价值体系或评价体系： ① 评价体系需明确的问题：评价指标如何定量化，评价中的主观 成分和客观成分如何分离，如何进行综合评价，如何确定价值 观问题等。 ② 行之有效的价值体系方法：
A. 效用理论。该理论是从公理出发建立的价值理论体系，反映了人的 偏好，建立了效用理论和效用函数，并发展为多属性和多隶属度效 用函数。 B. 费用/效益分析法。多用于经济系统评价，如投资效果评价、项目 可行性研究等。 C. 风险估计。在系统评价申，风险和安全性评价是一个重要内容，决 策人对风险的态度也反映在效用函数上。在多个目标之间有冲突时， 人们也常根据风险估计来进行折衷评价。 D. 价值工程。价值是人们对事物优劣的观念准则和评价准则的总和。 案例—要解决的问题是否值得去做，解决问题的过程是否适当，结 果是否满意等。以生产为例，产品的价值主要体现在产品的功能和 质量上，降低投入成本和增加产出是两项相关的准则。价值工程是 个总体概念，具体体现在设计、制造和销售各个环节的合理性上。
模型库支持群决策
霍尔三维结构分析
二．时间维（工作进程）对于一个具体的工作项目，从制定规划起一直 到更新为止，全部过程可分为七个阶段： ① 规划阶段 调研、程序设计阶段，目的是谋求活动规划与战略 ② 拟定方案 提出具体的计划方案 ③ 研制阶段 作出研制方案及生产计划 ④ 生产阶段 生产出系统的零部件及整个系统，并提出安装计划 ⑤ 安装阶段 将系统安装完毕，并完成系统的运行计划 ⑥ 运行阶段 系统按照预期的用途开展服务 ⑦ 更新阶段 即为了提高系统功能，取消旧系统而代之以新系统， 或改进原有系统，使之更加有效地工作 三．知识维（专业科学知识） ① 系统工程除了要求为完成上述各步骤、各阶段所需的某些共性 知识外，还需要其他学科的知识和各种专业技术，霍尔把这些 知识分为工程、医药、建筑、商业、法 律、管理、社会科学和 艺术等。 ② 各类系统工程，如军事系统工程、经济系统工程、信息系统工 程等。都需要使用其它相应的专业基础知识
系统论
•社科 •工程 •法律 •医学 •教育 •环境
规划 计划 研制 生产 安装 运行 更新
• • • • • • • 问目系系最决实 题标统统优策施 形选综分化 计 成择合析 划
A.D.Hall 三维结构方法
霍尔三维结构分析
一． 逻辑维（解决问题的逻辑过程）运用系统工程方法
解决某一大型工程项目，一般可分为七个步骤： 1. 明确问题：
霍尔三维结构分析
6. 决策"决策就是管理"，"决策就是决定"，人类的决策管理活 动面临着被决策系统的日益庞大和日益复杂。 ① 决策有个人决策和团体决策、定性决策和定量决策、单目标决 策和多目标决策之分。战略决策是在更高层次上的决策。在系 统分析和系统综合的基础上，人们可 根据主观偏好、主观效 用和主观概率做决策。决策的本质反映了人的主观认识能力， 因此，就必然受到人的主观认识能力的限制。 ② 近年来人们日益重视决策支持系统，系统分析者将各种数据、 条件、模型和算法植入决策支持系统中，该系统甚至包含了有 推理演绎功能的知识库，使决策者在做出主观决策后，力图从 决策支持系统中尽快得到效果反应，以求得到主观判断和客观 效果的一致。决策支持系统在一定条件下起到决策科学化和合 理化的作用。但在真实的决策中，被决策对象往往包含许多不 确定因素和难以描述的现象。群决策有利于克服某些个人决策 中主观判断的失误，但群决策过程比较长。为了实现高效率的群 决策，在理论方法和应用软件开发方面，许多人做了大量工作。 如多人多目标决策理论、主从决策理论、协商谈判系统、冲突分 析等，有些应用软件已实用化。
霍尔三维结构分析
7. 制定计划有了决策就要付诸 实施，实施就要依靠严格的 Hale Waihona Puke Baidu效的计划。
案例：以工厂为例，为实现 工厂的生产任务和发展 战 略目标，就要制定当年的生 产计划和未来的发展规划。 厂内还要按厂级、车间级和 班组级分别制定实施计划。 案例：一项大的开发项目， 涉及设计、开发、研究和施 工等 许多环节，每个环节 又涉及组织大量的人、财、 物。在系统工程申常用的计 划评审技术(PERT)和关键路 线路(CPM)在制定和实施计 划方面起了重要的作用。
霍尔三维结构分析
D. 可靠性工程。系统可靠性工程是研 究系统中元素的可靠性和由多个元 素组成的系统整体可靠性之间的关 系。一般讲，可靠的元件是组成可 靠系统的基础，然而，局部的可靠 性和整体可靠性间并非简单的对应 关系，系统工程强调从整体上来看 问题。在40年代，冯.罗伊曼 (Von Neumann)开始研究用重复的不那么 可靠的元件组成高度可靠系统的问 题，并进行了可靠性理论探讨。钱 学森教授也提出，现在大规模集成 电路的发展便元器 件的成本大大降 低，如何用可靠性较低的元器件组 成可靠性高的系统，是个很有现实 意义的问题。近年来，己采用的可 靠性和安全性评价方法有FTA或ETA 等树 状图形方法。
冯· 诺依曼
霍尔三维结构分析
4. 系统综合 ① 系统综合是在给定条件下，找出达到预期目标的手段 或系统结构。一般来讲，按给定目标设计和规划的系 统，在具体实施时，总与原来的设想有些差异，需要 通过对问题本质的深入理解，作出具体解决问题的替 代方案，或通过典型实例的研究，构想出系统结构和 简单易行的能实现目标要求的实施方案。 ② 系统综合的过程常常需要有人的参与，计算机辅助设 计（CAD）和系统仿真可用于系统综合，通过人机的 交互作用，人的经验知识，使系统具有推理和联想的 功能。近年来，知识工程和模糊理论已成为系统综合 的有力工具。
霍尔三维结构分析
3. ① 系统分析 不论是工程技术问题还是社会环境问题，系统分析首先要对所 研究的对象进行描述，建模的方法和仿真技术是常采用的方法； 对难以用数学模型表达的社会系统和生物系统等，也常用定性 和定量相结合的方法来描述。 ② 系统分析的主要内容涉及： A. 系统变量的选择。用于描述系统主事状态及其演变过程的是 一组状态变量和决策变量。系统分析首先选择能反映问题本 质的变量，并区分内生变量和外生变量，用灵敏度分析法可 区别各个变量对系统命题的影响程度，并对变量进行筛选。 B. 建模和仿真。在状态变量选定后，要根据客观事物的具体特 点确定变量间的相互依存和制约关系，即构造状态平衡方程 式，得出描述系统特征的数学模型。 在系统内部结构不清 楚的情况下，可用输入输出的统计数据得出关系式，构造出 系统模型。系统对象抽象成模型后，就可进行仿真，找出更 普遍、更集中和更深刻反 映系统本质的特征和演变趋势。 实用的大系统仿真软件：随机服务系统的GPSS软件，复杂社 会经济系统仿真的系统动力学 (SD)软件等。
控制论
一． 控制论的缘起：
1. 自从1948 年诺伯特· 维纳发 表了著名的《控制论——关于在 动物和机中控制和通讯的科学》一书以来，控制论的思想和 方法已经渗透到了几乎有的自然科学和社会科学领域。维纳 把控控制论制 论看作是一门研究机器、生命社会中控制和通 讯的一般规律的科学，更具体地说，是研究动态系统在变的 环境条件下如何保持平衡状态或稳定状态的科学。他特意创 造“Cybernetics”这个英语新词来命名这门科学。“控制论” 一同最初来源希腊文“mberuhhtz”，原意为“操舵术”，就 是掌舵的方法和技 术的思。在柏拉图（古希腊哲学家）的著 作中，经常用它来表示管理人的艺术。 1834 年，著名的法国物理学家安培写了一篇论述科学哲理的 文章，他进行科学分类时，把管理国家的科学称为“控制 论”，他把希腊文译成法“Cybernetigue”。在这个意义下， “控制论”一词被编入19 世纪许多著词典中。维纳发明“控 制论”这个词正是受了安培等人的启发。
②
霍尔三维结构分析
③ 结构模型法。复杂问题可用分解的方法，形成若干 相关联的相对简单的子问题，然后用网络图方法将 问题直观地表示出来。常用的方法有解释结构模型 法 、决策试验法、图论法等。其中，用图论中的 关联树来分析目标体系和结构，可以比较各种替代 方案，在问题形成、方案选择和评价中很有用。 多变量统计分析法。用统计理论方法所得到的多变 量模型一般是非物理模型，对象也常是非结构的或 半结 构的。统计分析法中比较常用的有因子分析 法、主成份分析法等，成组分析和正侧分析法也属 此类。此外，还有利用行为科学、社会学、一般系 统理论和模糊理论来 分析，或几种方法结合起来 分析，使问题明确化。
贝尔电话公司LOGO变化史
申农的信息量公式 H(x) = ΣP(xi)h(xi) = —ΣP(xi)·log2P(xi) h(xi) = —log2P(xi)，表示某状态xi的 不定性数量或所含的信息量。若P(xi)=1， 则h(xi) =0；若P(xi)=0，则h(xi) =∞ ；当ｎ=2，且P1=P2=1/2时，H(x)= 1比特。因此可见一个等几率的二中择一的 事件具有1比特的不定性或信息量。
系统论
美籍奥地利人、生物学家贝塔朗菲于1934年发表了《现代 发展理论》，提出：数学和模型研究之生物学方法以及 “机体系统”概念。系统论是逻辑和数学领域，它的任务 在于确立适用于系统的一般原则。 1956年贝塔朗菲发表了《一般系统论：基础、发展和运 用》，将机体系统引入到心理、社会和文化等领域，使系 统论更趋完善。 系统论的主要思想：（1）系统论原理，系统的构成和重 要特征、系统的类型和一般特征、系统环境和系统结构分 析、系统运行规律和系统生命周期，实践中就是坚持整体 最优化的原则。（2）系统方法，包括结构法、功能方法、 历史方法等。（3）系统工程，属系统科学的技术层面。 美国学者霍尔的三维结构图方法
信息论
1. 系统和信息的关系：人们 能够对系统进行研究并预 测其未来的发展态势，是 由于能够正确感知并有效 处理系统传送给我们的信 息。 信息：是物质具备的一种 属性，是物质之间联系的 一种形式；意识是信息运 动的过程；意识对物质的 反映过程是信息过程。
2.
申龙 信息论创始人
信息论
3. 信息论：美国贝尔电话研究所 的申龙1948年《通讯的数学理 论》（贝尔系统技术杂志）奠 定了信息论的基础。他与魏维 尔合著《信息论》。主要研究 通讯过程中信息的度量、提取、 存储、变换、传递、检测和识 别的规律与方法，实质内容： 一是关于信源、编码、信道、 信宿问题。二是关于滤波理论 和调制问题，是比较侧重科学 技术的学问。这一理论后被广 泛应用于物理学、化学、生物 学、心理学和管理学等学科， 形成信息科学。
霍尔三维结构分析
5. 系统方案的优化选择 ① 在系统的数学模型和目标函数已经建立的情况下，可用最 优化方法选择便目标值最优的控制变量值或系统参数。 ② 所谓优化，就是在约束条件规定的可行域内，从多 种可行 方案或替代方案中得出最优解或满意解。实践中要根据问 题的特点选用适当的最优化方法。目前应用最广的仍是线 性规则和动态规则，非线性规则的研究很 多，但实用性尚 有待改进，大系统优化已开发了分解协调的算法。 ③ 组合优化适用于离散变量，整数规则中的分枝定界法，逐 次逼近法等的应用也很广泛。多目标优化 问题的最优解处 于目标空间的非劣解集上，可采用人机交互的方法处理所 得的解，最终得到满意解。当然，多目标问题也可用加权 的方法转换成单目标来求解，或按目标的重要性排序，逐 次求解，例如目标规则法。
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霍尔三维结构分析
2. 建立价值体系或评价体系： ① 评价体系需明确的问题：评价指标如何定量化，评价中的主观 成分和客观成分如何分离，如何进行综合评价，如何确定价值 观问题等。 ② 行之有效的价值体系方法：
A. 效用理论。该理论是从公理出发建立的价值理论体系，反映了人的 偏好，建立了效用理论和效用函数，并发展为多属性和多隶属度效 用函数。 B. 费用/效益分析法。多用于经济系统评价，如投资效果评价、项目 可行性研究等。 C. 风险估计。在系统评价申，风险和安全性评价是一个重要内容，决 策人对风险的态度也反映在效用函数上。在多个目标之间有冲突时， 人们也常根据风险估计来进行折衷评价。 D. 价值工程。价值是人们对事物优劣的观念准则和评价准则的总和。 案例—要解决的问题是否值得去做，解决问题的过程是否适当，结 果是否满意等。以生产为例，产品的价值主要体现在产品的功能和 质量上，降低投入成本和增加产出是两项相关的准则。价值工程是 个总体概念，具体体现在设计、制造和销售各个环节的合理性上。
模型库支持群决策
霍尔三维结构分析
二．时间维（工作进程）对于一个具体的工作项目，从制定规划起一直 到更新为止，全部过程可分为七个阶段： ① 规划阶段 调研、程序设计阶段，目的是谋求活动规划与战略 ② 拟定方案 提出具体的计划方案 ③ 研制阶段 作出研制方案及生产计划 ④ 生产阶段 生产出系统的零部件及整个系统，并提出安装计划 ⑤ 安装阶段 将系统安装完毕，并完成系统的运行计划 ⑥ 运行阶段 系统按照预期的用途开展服务 ⑦ 更新阶段 即为了提高系统功能，取消旧系统而代之以新系统， 或改进原有系统，使之更加有效地工作 三．知识维（专业科学知识） ① 系统工程除了要求为完成上述各步骤、各阶段所需的某些共性 知识外，还需要其他学科的知识和各种专业技术，霍尔把这些 知识分为工程、医药、建筑、商业、法 律、管理、社会科学和 艺术等。 ② 各类系统工程，如军事系统工程、经济系统工程、信息系统工 程等。都需要使用其它相应的专业基础知识
系统论
•社科 •工程 •法律 •医学 •教育 •环境
规划 计划 研制 生产 安装 运行 更新
• • • • • • • 问目系系最决实 题标统统优策施 形选综分化 计 成择合析 划
A.D.Hall 三维结构方法
霍尔三维结构分析
一． 逻辑维（解决问题的逻辑过程）运用系统工程方法
解决某一大型工程项目，一般可分为七个步骤： 1. 明确问题：
霍尔三维结构分析
6. 决策"决策就是管理"，"决策就是决定"，人类的决策管理活 动面临着被决策系统的日益庞大和日益复杂。 ① 决策有个人决策和团体决策、定性决策和定量决策、单目标决 策和多目标决策之分。战略决策是在更高层次上的决策。在系 统分析和系统综合的基础上，人们可 根据主观偏好、主观效 用和主观概率做决策。决策的本质反映了人的主观认识能力， 因此，就必然受到人的主观认识能力的限制。 ② 近年来人们日益重视决策支持系统，系统分析者将各种数据、 条件、模型和算法植入决策支持系统中，该系统甚至包含了有 推理演绎功能的知识库，使决策者在做出主观决策后，力图从 决策支持系统中尽快得到效果反应，以求得到主观判断和客观 效果的一致。决策支持系统在一定条件下起到决策科学化和合 理化的作用。但在真实的决策中，被决策对象往往包含许多不 确定因素和难以描述的现象。群决策有利于克服某些个人决策 中主观判断的失误，但群决策过程比较长。为了实现高效率的群 决策，在理论方法和应用软件开发方面，许多人做了大量工作。 如多人多目标决策理论、主从决策理论、协商谈判系统、冲突分 析等，有些应用软件已实用化。
霍尔三维结构分析
7. 制定计划有了决策就要付诸 实施，实施就要依靠严格的 Hale Waihona Puke Baidu效的计划。
案例：以工厂为例，为实现 工厂的生产任务和发展 战 略目标，就要制定当年的生 产计划和未来的发展规划。 厂内还要按厂级、车间级和 班组级分别制定实施计划。 案例：一项大的开发项目， 涉及设计、开发、研究和施 工等 许多环节，每个环节 又涉及组织大量的人、财、 物。在系统工程申常用的计 划评审技术(PERT)和关键路 线路(CPM)在制定和实施计 划方面起了重要的作用。
霍尔三维结构分析
D. 可靠性工程。系统可靠性工程是研 究系统中元素的可靠性和由多个元 素组成的系统整体可靠性之间的关 系。一般讲，可靠的元件是组成可 靠系统的基础，然而，局部的可靠 性和整体可靠性间并非简单的对应 关系，系统工程强调从整体上来看 问题。在40年代，冯.罗伊曼 (Von Neumann)开始研究用重复的不那么 可靠的元件组成高度可靠系统的问 题，并进行了可靠性理论探讨。钱 学森教授也提出，现在大规模集成 电路的发展便元器 件的成本大大降 低，如何用可靠性较低的元器件组 成可靠性高的系统，是个很有现实 意义的问题。近年来，己采用的可 靠性和安全性评价方法有FTA或ETA 等树 状图形方法。
冯· 诺依曼
霍尔三维结构分析
4. 系统综合 ① 系统综合是在给定条件下，找出达到预期目标的手段 或系统结构。一般来讲，按给定目标设计和规划的系 统，在具体实施时，总与原来的设想有些差异，需要 通过对问题本质的深入理解，作出具体解决问题的替 代方案，或通过典型实例的研究，构想出系统结构和 简单易行的能实现目标要求的实施方案。 ② 系统综合的过程常常需要有人的参与，计算机辅助设 计（CAD）和系统仿真可用于系统综合，通过人机的 交互作用，人的经验知识，使系统具有推理和联想的 功能。近年来，知识工程和模糊理论已成为系统综合 的有力工具。
霍尔三维结构分析
3. ① 系统分析 不论是工程技术问题还是社会环境问题，系统分析首先要对所 研究的对象进行描述，建模的方法和仿真技术是常采用的方法； 对难以用数学模型表达的社会系统和生物系统等，也常用定性 和定量相结合的方法来描述。 ② 系统分析的主要内容涉及： A. 系统变量的选择。用于描述系统主事状态及其演变过程的是 一组状态变量和决策变量。系统分析首先选择能反映问题本 质的变量，并区分内生变量和外生变量，用灵敏度分析法可 区别各个变量对系统命题的影响程度，并对变量进行筛选。 B. 建模和仿真。在状态变量选定后，要根据客观事物的具体特 点确定变量间的相互依存和制约关系，即构造状态平衡方程 式，得出描述系统特征的数学模型。 在系统内部结构不清 楚的情况下，可用输入输出的统计数据得出关系式，构造出 系统模型。系统对象抽象成模型后，就可进行仿真，找出更 普遍、更集中和更深刻反 映系统本质的特征和演变趋势。 实用的大系统仿真软件：随机服务系统的GPSS软件，复杂社 会经济系统仿真的系统动力学 (SD)软件等。
控制论
一． 控制论的缘起：
1. 自从1948 年诺伯特· 维纳发 表了著名的《控制论——关于在 动物和机中控制和通讯的科学》一书以来，控制论的思想和 方法已经渗透到了几乎有的自然科学和社会科学领域。维纳 把控控制论制 论看作是一门研究机器、生命社会中控制和通 讯的一般规律的科学，更具体地说，是研究动态系统在变的 环境条件下如何保持平衡状态或稳定状态的科学。他特意创 造“Cybernetics”这个英语新词来命名这门科学。“控制论” 一同最初来源希腊文“mberuhhtz”，原意为“操舵术”，就 是掌舵的方法和技 术的思。在柏拉图（古希腊哲学家）的著 作中，经常用它来表示管理人的艺术。 1834 年，著名的法国物理学家安培写了一篇论述科学哲理的 文章，他进行科学分类时，把管理国家的科学称为“控制 论”，他把希腊文译成法“Cybernetigue”。在这个意义下， “控制论”一词被编入19 世纪许多著词典中。维纳发明“控 制论”这个词正是受了安培等人的启发。
②
霍尔三维结构分析
③ 结构模型法。复杂问题可用分解的方法，形成若干 相关联的相对简单的子问题，然后用网络图方法将 问题直观地表示出来。常用的方法有解释结构模型 法 、决策试验法、图论法等。其中，用图论中的 关联树来分析目标体系和结构，可以比较各种替代 方案，在问题形成、方案选择和评价中很有用。 多变量统计分析法。用统计理论方法所得到的多变 量模型一般是非物理模型，对象也常是非结构的或 半结 构的。统计分析法中比较常用的有因子分析 法、主成份分析法等，成组分析和正侧分析法也属 此类。此外，还有利用行为科学、社会学、一般系 统理论和模糊理论来 分析，或几种方法结合起来 分析，使问题明确化。
贝尔电话公司LOGO变化史
申农的信息量公式 H(x) = ΣP(xi)h(xi) = —ΣP(xi)·log2P(xi) h(xi) = —log2P(xi)，表示某状态xi的 不定性数量或所含的信息量。若P(xi)=1， 则h(xi) =0；若P(xi)=0，则h(xi) =∞ ；当ｎ=2，且P1=P2=1/2时，H(x)= 1比特。因此可见一个等几率的二中择一的 事件具有1比特的不定性或信息量。
系统论
美籍奥地利人、生物学家贝塔朗菲于1934年发表了《现代 发展理论》，提出：数学和模型研究之生物学方法以及 “机体系统”概念。系统论是逻辑和数学领域，它的任务 在于确立适用于系统的一般原则。 1956年贝塔朗菲发表了《一般系统论：基础、发展和运 用》，将机体系统引入到心理、社会和文化等领域，使系 统论更趋完善。 系统论的主要思想：（1）系统论原理，系统的构成和重 要特征、系统的类型和一般特征、系统环境和系统结构分 析、系统运行规律和系统生命周期，实践中就是坚持整体 最优化的原则。（2）系统方法，包括结构法、功能方法、 历史方法等。（3）系统工程，属系统科学的技术层面。 美国学者霍尔的三维结构图方法
信息论
1. 系统和信息的关系：人们 能够对系统进行研究并预 测其未来的发展态势，是 由于能够正确感知并有效 处理系统传送给我们的信 息。 信息：是物质具备的一种 属性，是物质之间联系的 一种形式；意识是信息运 动的过程；意识对物质的 反映过程是信息过程。
2.
申龙 信息论创始人
信息论
3. 信息论：美国贝尔电话研究所 的申龙1948年《通讯的数学理 论》（贝尔系统技术杂志）奠 定了信息论的基础。他与魏维 尔合著《信息论》。主要研究 通讯过程中信息的度量、提取、 存储、变换、传递、检测和识 别的规律与方法，实质内容： 一是关于信源、编码、信道、 信宿问题。二是关于滤波理论 和调制问题，是比较侧重科学 技术的学问。这一理论后被广 泛应用于物理学、化学、生物 学、心理学和管理学等学科， 形成信息科学。