chapter2 系统科学的基本概念

关联方式主要是因果关联（数学和 逻辑关系），表现形式有树状结构和网 状结构两种。
系统具有层次性是系统结构的重要特征
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系统的树状结构
树状结构示意图
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系统的网状结构
网状结构示意图
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系统的网状结构
扁平化的网状结构示意图
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网络系统及层次性
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系统的层次与复杂性
系统的复杂性由它所具有的层次的多少决定。
2)世界统一的历史性：全部世界是一个完整的历 史发展过程；(科学发展观) → 价值观、人生观
3)世界系统的创新性：一切事物都是通过不同的 要素相互作用和搭配组合而创生出的具有整体性的系 统。 (科学方法论)
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爱因斯坦说：“创造性思 维好像是一件组合的事。”
熊比特认为：“创新是将技 术发明应用到经济活动中所引起 的生产要素和生产条件的重新组 合，即新的生产功能的建立。
3、系统功能是系统的一种特定的性能。
系统
环境
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系统的结构与功能
①结构
稳定性 层次性 相对性 可变性
表现
基础
③结构和功能的关系
同构同功 异构异功 同构异功 异构同功
②功能
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系统结构与功能的关系
一种流行观点认为，结构与功能有对应关系， 结构决定功能。这是一种简化提法，容易引起 误解。从系统本身看，功能由组分（元素）和 结构共同决定。
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简单巨系统(线性的巨系统) 复杂巨系统
系统单元数量巨大，而且组分之间的关联方式 复杂（如非线性、不确定性、模糊性、动态性、适 应性等）的巨系统。
人的大脑作为一个巨系统，空间占有虽十分有限， 但所包含的神经元约1011数量级。从人脑系统行为 特性看，是一个典型的复杂巨系统。
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开放的复杂巨系统 系统与环境进行物质、能量、信息的交换，
系体 统
生
生物
群 体
态 系
圈
夸粒原 分 克子子 子
聚集态
行恒 星 总 星星 云 星 系系 系 系
微观
常观
宇观
空间
14
国际组织 国家 社会组织 家庭
15
组织 水平
文化
科学
知识 语言 符号
国际组织 国家 社会组织
社会 有机 无机
生 物细 大胞 分器
细 胞
组 织
子
家庭 器 官个
系体 统
生
生物
群 体
态 系
统
简单巨系统
巨 系 统
一般复杂巨系统
复杂巨系统
特殊复杂巨系统
元素或子系统数量极大，成万 上亿、上百亿、万亿
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巨系统 60年代末提出了大系统概念和大系统理论。
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。
70年代末，钱学森在论述社会系统工程时第 一次提出巨系统概念。巨系统的行为特性不同 于小系统和大系统。
系统的各层次之间存在紧密的联系，但本层次 的性质并不是下一层次性质的简单叠加。
由低层次的要素组成高层次的过程中，系统 将产生新的原来层次没有的性质，这个过程称 为涌现。
复杂性科学的研究热点
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3、系统的 结构与功能
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结构是组分与组分之间关联方式的总和。根
据关联方式的形式，系统可以分为两类：一类是由 “单向作用”联系形成的简单系统，一类是由“相 互作用”联系形成的复杂系统。
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在40年代末以后，由于控制 论、系统论、信息论的提出,人们 发现了由相互作用联系构成的 有机系统结构, 比较这两类系 统。人们发现，集中化系统在社 会经济系统中存在着许多弱点 和不足。
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单向作用管理结构的弊病
上下等级森严；横向隔绝无关； 动点少而集中；行为机械简单。
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相互作用与有机化管理
创新是通过对各种要素和条件的有机联系 与重新组合来建立具有特定功能的新系统的思 维与实际的过程。
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a
n
b
d
c
整体
整体性：就是大于要素之和的性质
整体性也就是创新性，就是1+1>2
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2、系统的 概念及特性
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钱学森对系统的描述性定义： 系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分 （元素）结合成的具有特定功能的有机整体，记为
A BAB
由单向作用构成 的系统其行为表 现出机械性（简 单性、被动性和 线性作用）。
由相互作用构成的系统其 行为表现出有机性和自组 织性 （复杂性、非线性
作用、自动性、自调节、 自复制、自创生）。
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电冰箱电路的相互作用造成了系统的自动化调节行为
输入 (电源) + －
工作系统
-18°C
输出 (降温)
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3）静态系统与动态系统
静态系统是指决定系统特性的因素不随时间 推移而变化的系统。没有绝对的静态系统。
动态系统是指决定系统特性的因素不随时间 推移而变化的系统，如：人体系统、企业系统等。
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4）开放系统与封闭系统
开放系统指系统与环境之间进行物质、能量 或信息交换。封闭系统则相反，即系统与环境互 相隔绝，它们之间没有任何物质、能量或信息交 换。
圈
夸粒原 分 克子子 子
聚集态
行恒 星 总 星星 云 星 系系 系 系
源自文库
微观
常观
宇观
空间
16
科学
知识
逻辑语言
符号
E＝mc2
1101010001010100010…
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系统的世界观
1)世界普遍的系统性：世 界是系统的，处处是系统。每 一层次的每一事物都是具有结 构性、动态性和整体性的系统；
(科学世界观)
• 随机性：微涨落放大，更能体现系统从无序到有序或 从有序到混沌的自发性；
• 涌现性(突现性)：通过整体与局部的关系，研究系统整 体的涌现行为，更能体现系统结构与行为演化的目的 性。
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钱学森关于系统的分类
小系统 由几个、十几个元素或子系统组成
简单系统
系
大系统 由上百个、上千个元素或子系统组成
生 物细 大胞 分器
细 胞
组 织
子
家庭 器 官个
系体 统
生
生物
群 体
态 系
圈
夸粒原 分 克子子 子
聚集态
行恒 星 总 星星 云 星 系系 系 系
微观
常观
宇观
空间
9
个体
生理 系统
器官
组织
细胞
分子
10
蛋白质
生物 大分子
核酸 DNA
群体 系统
11
大型肉食动物
爬虫类
大型昆虫 小型昆虫
小型肉食动物
小型肉食动物 水生植物与微生物
1）自然系统与人工系统
原始的系统都是自然系统。如：天体、海洋、 生态系统等。
人工系统都存在于自然系统之中，如：人造 卫星、海运船只、机械设备、生产管理、物流系 统等。
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2）实体系统与概念系统
实体系统是指以矿物、生物、能量和人等实 体为构成要素组成的系统。如：机械系统、计算 机系统等。
概念系统是指以概念、原理、原则、方法、 制度、程序等非物质实体为构成要素所组成的系 统，如：管理系统、教育系统、国民经济系统等。
系统的功能还与环境有关。组分（元素）、 结构、环境三者共同决定系统的功能。
功能发挥过程对结构有反作用，促使结构改 变。
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4、系统的 分类
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系统的分类
□ 自然系统与人工系统 □ 实体系统与概念系统 □ 动态系统和静态系统 □ 控制系统与行为系统 □ 开放系统与封闭系统 □ 简单系统与复杂系统
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信息反馈
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计划经济的单向作用机制 计划 指令 生产 产品 配售
消费者１ 消费者２
市场经济的相互作用机制
生产
产品
资金
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消费者
消费者n
贸易 主体n
贸易 主体a
贸易 主体b
贸易 主体d
贸易 主体c
系统的行为、功能
维纳等人的观点，系统行为是系统相对于它的 环境作出的任何变化。即一个系统从外部探知 的一切变化，均称为它的行为(子系统的行为 包括它相对于母系统作出的变化)。
基元：即系统的基本元素，是系统的最小单元， 具有单一性和不可再分性。
系统的组成部分（组分）可以是基元，也可以 是子系统。
任何一个系统都可以分解为一系列的不同层 次的子系统/基元，而它本身又从属于一个更 大系统的子系统。
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系统的结构：组分及组分之间的关联方 式的总和。根据组分在时间、空间上的 不同关系，可以分为时间结构、空间结 构和时空结构。
系体 统
生
生物
群 体
态 系
圈
夸粒原 分 克子子 子
聚集态
行恒 星 总 星星 云 星 系系 系 系
微观
常观
宇观
空间
3
137亿年前，全部宇宙集中
宇 宙 于一点，约有一个鸡蛋大 大爆炸
4
地球
１０７ｃｍ
地壳
地幔
核
大气层
内核
水层
夸克
１０－１７ｃｍ
5
基本粒子
１０－１3ｃｍ
聚集态
１－1００ｃｍ
分子
１０－７ｃｍ
原子
１０－8ｃｍ
行星系统
１０８－１０１０ｃｍ
6
木星 土星
天王星 海王星
地球 火星
水星 金星
恒星系(太阳系)
１０１４ｃｍ
10亿公里
7
星云系(银河系)
１０23ｃｍ
10万光年
星云系团
１０25ｃｍ
8
总星系
２×１０２８ｃｍ
200亿光年
组织 水平
文化
科学
知识 语言 符号
国际组织 国家 社会组织
社会 有机 无机
社会的演变方向 复杂性增加
□ 空间狭窄 □ 时间缩短 □ 普遍联系加强
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系统规模大
复杂系统的外部表现 系统行为复杂
系统规模大同时行为复杂
复杂系统的内在表现
• 开放性：考虑系统与其环境之间的物质、能量或信息 交换，更能反映客观世界的真实性；
• 非线性：具有多解、多稳态，能够描述稳定性交换， 更能追踪客观世界的多样性；
这里定义的物质、能量和信息全面开放的系 统，物理学尚无专门定义。
系统与环境之间具有边界，系统边界如何划 分？
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5）简单系统与复杂系统
现代化与复杂性
构成客观世界的三个基本要素——物质、能量和信 息不断丰富，其结果使得事物之间的相互联系加强，整 个世界朝着复杂性不断增加的方向发展，这是不依人的 主观意志为转移的客观规律。
发展过程。 (5) “系统”的运动具有明确的特定目标。
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系统的基本特性: □ 多元性 □ 整体性 □ 层次性
系统的其它特性 □ 稳定性（相对性） □ 有序性（时间序、空间序） □ 动态性（动态平衡） □ 开放性
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1)系统的整体性
系统的整体性就是强调“整体功能大于各部 分功能之和” ，即
“1＋1>2”
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作业
1. 选择一个你所熟悉的系统问题说明：(1)系统的组
S = < E ，R >
其中 E（Elements）为系 统 S（Systems）中所有 元素构成的集合，R （Relationship）为系统 中所有关系的集合。
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系统的五个要点:
(1) 系统是由若干元素组成的； (2) 这些元素相互作用、相互依赖； (3) 由于元素间的相互作用，使系统作为
一个整体具有特定的功能。 (4) 系统是运动和发展变化的，是动态的
ABAB
单向作用
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相互作用
单向作用与集中化系统的结构与行为
AB
发条 摆 擒纵器
人手
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从几十万年前到20世纪40年 代，人类制造的工具和机器 都是用单向作用建立起来的
齿轮组
秒针 分针 时针
由单向作用联系构成的组织管理中的 集中化系统（科层系统、官僚系统等）
机械系统、封建吏制、军队系统、图书检索、计算机文件管理
接受环境的输入和干扰、向环境提供输出，而且 还不断适应和不断进化。
人类社会系统是一个巨系统（如中国人口的微 观组分（人）为13亿，即1.3´109），是一个典 型的开放的（特殊）复杂巨系统。
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从小系统 大系统 巨系统 复杂巨系 统 开放的复杂巨系统是事物发展的必然
结果，也是系统认识发展的必然结果。因 此，关于系统的思想源于系统，并随着系 统的发展而发展。有了不断发展的系统思 想，才有了不断发展的系统理论、方法和 工程实践。
第二章 系统科学的基本概念
通过本章的学习，您将
1、了解系统的基本概念及特性； 2、了解系统的结构与功能； 3、了解系统的分类。
1
1、科学的 世界图式和 系统理念
2
现代科学的世界图式
组织 水平
文化
科学
知识 语言 符号
国际组织 国家 社会组织
社会 有机 无机
生 物细 大胞 分器
细 胞
组 织
子
家庭 器 官个
大型鱼类
肉食昆虫 微生物和贝类
小型鱼类
粪便和尿
尸体
微生物和贝类
生态系统：森林、草原、海洋、高山、农业、城市……
12
生物圈：
地球海拔平 面向上、下 各11公里的 薄薄的一层。
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组织 水平
文化
科学
知识 语言 符号
国际组织 国家
社会组织
社会 有机 无机
生 物细 大胞 分器
细 胞
组 织
子
家庭 器 官个
系统具有整体的结构、整体的特性、整体的 状态、整体的行为、整体的功能等。
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系统的整体性及其种种表现
(1) 多 个 要素的搭 配组合可 以创生出 新的整体 系统。
天下万物 生于有， 有生于无
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(2)相同要 素的不同 联系组合 可以创生 出多种整 体系统。
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2)系统的层次性
系统的功能：系统行为所引起的环境中某些事 物的有益变化。被改变了的外部事物，叫作系 统的功能对象。
一般系统都有多种功能。环境中的功能对象 往往不只一种，同一系统对不同对象有不同功 能。
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系统的功能具有如下特性
1、系统功能只有在系统与环境的相互作用过 程中才能体现。
2、系统功能比系统结构具有更大的可变性。