第8章开放的复杂巨系统

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2021年3月31日
三、开放的复杂巨系统
管理学院Βιβλιοθήκη 1、巨系统随着社会经济、生态环境等系统成为研究对象，人们发现还存 在比大系统的规模大得多的系统。1970年代末，钱学森在论述社会 系统工程时指出：“这不只是大系统，而是‘巨系统’，是包括整 个社会的系统。” 强调这类问题的范围之大和复杂程度之高是一般 系统所没有的。这是学术界第一次提出巨系统概念。
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3、开放的复杂巨系统
系统研究强调系统对环境的开放性。控制论等技术科学把开放 性表述为系统的输入、输出和干扰；自组织理论把开放性表述为控 制参量数对系统的影响和涨落的作用。
但随着系统研究的深入发展，随着人类对工业文明造成的环境 污染、资源匮乏、生态破坏的严重后果的认识，人们发现关于系统 开放性的现有表述还很不够，有必要重新认识系系统与环境的关系 ，进一步发展系统科学的开放性理论。
把复杂性当作复杂性处理，是复杂性研究的方法论原则。这并 非否定复杂性研究也需要简化，而是强调存在不同的简化路线或指 导思想。复杂性问题要求性质不同的简化路线，即必须在保留系统 产生复杂性之根源的前提下进行简化。
普利高津提出“结束现实世界简单性”的命题，圣菲研究所要
建立复杂性科学，目的都是强调把复杂性当作复杂性处理这个新的
平衡态、线性关系、可逆过程只能产生简单性，远离平衡态、 非线性关系、不可逆过程是产生复杂性的根源。
复杂性是自组织的产物，在远离平衡、非线性、不可逆的条件 下，通过自发形成耗散结构这种自组织而产生出物理层次的复杂性 ，在此基础上才可能通过更高形式的自组织产生出生命、社会等层 次的复杂性。
认为“物理学正处于结束‘现实世界简单性’信念的阶段”’ ，用复杂性科学表述正在兴起的新型科学。
现代科学技术的发展表明，不能把复杂性全部归结为认识过程 的不充分性，必须承认存在客观的复杂性，即使已被人们认识并找 到解决办法，它仍然是复杂的。
复杂性研究必须注重各种特定的可以检验的机理，分门别类进 行研究。但单纯用定量化、形式化方法描述和解决复杂性问题只是 对传统还原论方法的修正，不可能使科学方法论实现革命性变革。 反映出复杂性研究的不成熟，尚未找到真正克服现有科学方法论局 限性的有效途径。
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(4)复杂性研究不能从严格界定复杂性概念开始，应从研究各种 具体的复杂系统入手，寻找解决这些复杂系统的有效方法，不断积 累经验和知识，待条件成熟后再作概括性研究，建立理论体系。
(5) 提出“所谓‘复杂性’实际是开放的复杂巨系统的动力学， 或开放的复杂巨系统学”’。从一开始就把复杂性研究明确纳入系 统科学范围，这是钱学森有别于国外学者的一大特点。
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但有几项试图超越传统的思路，在复杂性探索中有重要启迪作 用，值得稍加讨论。
(1) 分层复杂性概念
西蒙的分层复杂性概念是1962年提出来的。
1)把等级层次结构与复杂性明确联系起来，从4个方面给复杂性 以系统阐述。
2)从系统演化的角度讨论复杂性，论证复杂系统的结构是在演 化过程中“涌现”出来的。
科学方法论原则。
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鉴于复杂性尚无统一定义，我们先就几类特殊的复杂性来分别 说明这个原则。
(1)把非线性当作非线性处理。
经典的简单性科学包含许多非线性问题，基本的处理办法是把 问题线性化。
线性化无疑把问题大大简化了，但同时也就把非线性产生的许 多非平庸特性(如自激振荡、分岔、突变、混沌等)给简化掉了。
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第八章 开放的复杂巨系统
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介绍钱学森等提出的复杂巨系统理论。
•关于复杂性 •把复杂性当作复杂性处理 •开放的复杂巨系统 •从定性到定量综合集成方法 •综合集成研讨厅体系
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一、关于复杂性
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1、定量方法的缺陷
传统的理解，简单与复杂是相对的，一旦被认识就变得简单。
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二、把复杂性当作复杂性处理
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科学研究对象从简单性和简单系统转向复杂性和复杂系统，要 求在方法论上实现根本的转变。
经典科学相信客观世界本质上是简单的，复杂性是披在简单性 之上的面纱。因此，在面对复杂的问题时，总是设法把复杂性简化 掉，即把复杂性当作简单性处理，这样处理必然把产生复杂性的根 源简化掉，得到的结果不再能够反映对象的固有特性。
按照上述定义，系统规模是一个模糊语言变量，它的基本变量
可以取任何正整数，规模小、规模大、规模巨大等是基本语言值。
按照规模得到小系统、大系统、巨系统三个基本类别，只是一种模
糊的分类，彼此之间不存在截然分明的界限。大体上说，由几个、
十几个元素或子系统组成的是小系统，由上百个、上千个元素或子
系统组成的是大系统，如果元素或子系统数量极大，成万上亿，上
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2、复杂巨系统
巨系统在客观世界中广泛存在。不同巨系统之间在规模上仍可 能有显著差别。在巨系统这个等级上，再按照系统规模来分类已无 实际意义，需要按照复杂性对系统进行分类。
从系统结构看，一方面是系统组分和种类的多少，另一方面是 系统组分之间关联关系的复杂程度和层次结构。在巨系统中，如果 系统组分种类不多，相互关系又比较简单，应称为简单巨系统，如 贝纳尔流和激光系统。
人脑系统，由于记忆、推理和思维功能以及意识作用，其输入 一输出反应特性极其复杂。其微观结构在细胞层次上正在逐步研究 清楚，但在宏观层次上却涌现出思维、意识等极为复杂的整体功能 ，它的机制至今尚未探明。应把人脑作为复杂巨系统，把微观与宏 观结合起来进行研究。
系统理论和方法是发展的，不同类型的系统要用不同的方法。 大系统理论不能用来解决巨系统问题，简单巨系统理论不能用来解 决复杂巨系统问题。
简单巨系统，由于组分数量非常多，从组分间相互作用出发， 直接综合成整个系统运动特性的处理方法是不行的。
把亿万个分子组成的巨系统功能略去细节，用统计方法概括起
来，取得了成功。这就是哈肯和普利高津建立自组织理论所用的方
法，即从微观到宏观的统计综合方法。
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在巨系统中，如果组分种类繁多(几十、上百、上千或更多)， 并有层次结构，它们之间的关联方式又很复杂(如非线性、不确定性 、模糊性、动态性等)，这就是复杂巨系统。这类系统无论在结构、 功能、行为和演化方面都非常复杂，在时间、空间和功能上都存在 层次结构。
为此，钱学森等提出开放的复杂巨系统概念，积极探索建立开 放的复杂巨系统理论。“开放的” 新的内涵：
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(1)具有主动适应和进化的含义
“开放的”不仅意味着系统一般地与环境进行物质、能量、信 息的交换，接受环境的输入和扰动、向环境提供输出，而且还具有 主动适应和进化的含义。
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(5)把模糊性当作模糊性处理。
事物类属的不分明性即亦此亦彼性，称为模糊性。对于模糊性 ，有两种截然相反的处理方法。
经典的方法是强行划定界限，人为地使每个对象都有明确的类 属，即把模糊性简化为精确性来处理。
另一种方法是承认事物固有的模糊性，用元素对集合的隶属度 逐步变化来反映事物从属于某类到不属于该类的逐步变化，以模糊 集合作为模糊事物的基本数学模型。
必须采取全新的简化方法，在保留非线性的前提下寻找描述非 线性的简化方法。
非线性科学就是把非线性当作非线性来研究的科学，也必须在 把非线性当作非线性的前提下进行必要的简化处理。
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(2)把远离平衡态当作远离平衡态处理。 经典科学视平衡态为系统的唯一正常状态，把非平衡态理解为 干扰因素造成的非正常状态，力求将平衡态下获得的结论线性地推 广于非平衡态。 普利高津发现，系统在平衡态及其附近只能表现出简单的平庸 行为，在远离平衡态时才能够表现出各种非平庸的复杂行为。 突破平衡态物理学观点的束缚，把远离平衡态当作远离平衡态 处理，创立了耗散结构论，给自组织现象以深刻的理论说明。
3)按照层次结构组织起来的系统的动态性质，把复杂性与系统 动力学特性联系起来。
这些思想对其后的复杂性研究起了积极的推动作用。
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(2) 自组织观点
普利高津、哈肯等人用演化的、自组织的观点解释复杂性。
普利高津提出，复杂性存在于一切层次，不同层次的复杂性既 有差别，又有同一性，物理层次已经具备“最低限度的复杂性”。
百亿，万亿，那就是巨系统。
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组分数目多到巨型规模，就使系统的整体行为相对于简单系统 来说可能涌现出显著不同的性质。
巨系统通常有宏观与微观的层次划分，系统在这两个层次上的 行为特性有性质上区别，这是不同于小系统和大系统的重要特点。
巨系统是一个新的科学概念，代表系统思想的新高度，一种新 的系统观点。对象性质的不同必然要求不同的研究方法。巨系统问 题要求建立巨系统理论和方法。
从方法论看，这就是把模糊性当作模糊性来处理。依靠这种科 学方法论，札德(L.A.zadeh)创立了有深远影响的模糊理论 。
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在军事系统工程和航天系统工程成功实践的基础上，从1970年 代末开始，钱学森努力把系统方法推广应用于社会生活各方面，提 出建立和发展社会系统工程。但组织管理社会系统的社会工程技术 要比工程系统工程复杂得多，前者绝不是后者的简单推广。这里也 需要在应用中坚持把复杂性当作复杂性来处理的原则，反对那种为 建立漂亮数学模型而对实际问题作强制性简化的主观主义做法。