系统论

自动化和计算机科学的发展,引起物质生产方式系统组织 性的复杂性;


信息论和信息技术的发展引起社会生活方式的复杂性;
认识手段的改进,人们对科学研究对象的复杂性的探索; 社会经济系统的复杂化引起的管理对象的复杂性。 ……

如此等等的复杂性,迫使人们摒弃以往的简单性原理,
简单性科学,简单性思维,还原论方法,正如马赫所说:科 学理论的简单性是以牺牲自然现象的完整性而获得的。
Hermann Hakenn：synergetics
Haken通过对激光的研究总结出一般性的结 论——协同导致有序，创立了协同学。协同 学中除了很多概念和耗散结构理论是一致的 以外，指出平衡态的结构不一定是无序结构， 不远离平衡态也可以出现有序结构。当子系 统之间没有形成协同时，系统呈现不出整体 性质，系统是无序的。当子系统之间形成协 同时，系统就呈现出一定的有序结构。
弹的起爆深度；
控制论
维纳(N.Wiener)把生物学、生理学和行为科学与机 器控制中的伺服系统理论相结合，把“在动物和机 器中控制和通讯的科学”定义为控制论。反馈的概 念是维纳控制理论的核心，通过反馈发现行为与目 标的偏差,根据偏差调整行为来达到目的。
四大分支：工程控制论、经济控制论、生物控制论 和社会控制论。
遗传算法
Holland在研究自适应系统稳定性时,提出了遗传算法,遗传算法是 一种优化技术,它模仿自然界生物进化思想(继承、进化、优胜劣 汰)而得出的一种全局优化算法。近年来,遗传算法已经成为国际 上跨学科的热门话题,不仅在人工智能、组合优化以及工程技术 中都有重要的作用,而且已开始应用于经济与工程管理系统中。 同时也出现了一些用遗传算法定量分析经济学问题的研究论文, 还有的学者利用遗传算法确定经济预报的主导指数,取得了很好 的结果。把遗传算法与模糊逻辑相结合更具有广泛的研究和应用 前景。模糊遗传系统不是简单的系统计算,它是一种非常复杂的 非线性、非确定性智能计算模型,具有并行计算的优点,在预测与 决策中具有重要的应用价值,这方面的工作还不十分成熟,国外一 些学者正在做这方面的工作。
40年代出现了：
系统科学理论
系统论
运筹学
控制论
信息论
系统科学ห้องสมุดไป่ตู้程运用
系统工程
系统分析
管理科学
运筹学
我国古代的运筹学思想，如齐王赛马，丁谓修皇 宫等，后在二战期间，因军事战略战术的需要 得以发展起来。
（1）布置防空雷达，建立最有效的空防
预警系统；
（2）提高空炸机对地面目标的命中率； （3）如何布置深水炸弹，及确定深水炸
三、中国的系统科学研究与应用
1、20世纪50年代中期
钱学森、许国志把运筹学从西方带到中国，组建中国最早 的运筹学研究组。50年代末期，中国科学家开始将运筹学 应用于国民经济发展。 华罗庚从运筹学方法中提炼出“优选法”和“统筹法”
2、70年代以后出现了新的系统科学研究热潮，
80年代组建系统科学或系统工程研究所，在一些大学设置 系统工程或管理工程专业，培养系统工程、管理工程专业 的本科生、硕士生、博士生 大型国家项目——国家经济发展战略研究.如：南水北调工 程 中国导弹和航天等复杂系统的规划、研究、设计、制造、运 行中，系统工程得到广泛的应用。
1、因素众多、涉及面广：多因素、形态多种多样 性； 2、联系紧密、结构复杂：多联通性、多层次性、 交叉结构； 3、联系紧密、动态多变、随机性强：不稳定性、 分化、无序与有序互动、随机性； 4、非线性、非加和性:自组织进化、混沌、分形; 因果关系的反直观性：突现、涌现、分岔。
（四）复杂性研究的主要方向
耗散结构理论揭示了系统宏观系统运动的 规律性，即只要系统是开放的，则必然会 与外界发生能量、物质和信息等的交换， 这种交换使系统的熵不断减少，从而导致 系统由无序演化为有序。基于耗散结构的 自组织理论，揭示了自然界从低度有序向 高度有序演化的规律性，这种自组织现象 可以推广到生物科学和社会科学领域。
神经网络
自从Culloch和Pitts提出了神经元的数学模 型,Hebb提出了学习规则,就兴起了对人工神经 网络的研究,许多学者为此开展了多方面的探索, 取得了很大的进展。从方法论上讲,人工神经网 络具有自学习和自组织能力,具有大量可调参数 和高度非线性并行计算能力,它允许输入数据不 太准确,允许对系统模型的公式化表示不清楚, 因此国外一些学者把经济预测问题转化为模式 识别问题,通过模拟人脑思维提高预测能力。
4、科学的定量的系统思想
贡献： （1）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； （2）为系统思想的实际运用提供了 强有力的计算工具——电子计算机
二、系统科学的形成发展
1、上世纪40～60年代系统科学的形成和发 展
Bertranffy一般系统论原理，为系统论奠定了理论基础。 贝塔朗菲(L.VonBertalanffy)从生物和生命现象出发, 研究了有机体开放系统模型,提出了具有普遍意义的 “一般系统论”。他指出了系统的开放性、整体性、 目的性、动态性、有序性和有机关联性等。他定性地 说明了这些观点,也曾努力地用定量方法描述,以便使 一般系统论成为一门逻辑与数学的科学,但没有成功。
3、系统科学方法论的发展

“综合集成法” 、“灰色系统理论”、“泛系分析”、“物元分析” 等。
4、系统科学发展展望

60年代贝塔朗菲提出由系统科学与数学系统论、系统技术、系统哲 学构成广义系统论的设想；

70年代萨缪尔森提出将系统论、控制论、信息论综合成一门新学科
80年代初钱学森提出建立系统科学学科体系的思想，他认为系统科 学应当是与自然科学、社会科学、数学具有同等地位的科学体系，因 此应当具有工程技术、技术科学、基本理论和哲学4个层次。
3、80年代以来的发展——非线性科学和
复杂性研究。
混沌理论
（1）系统对初始值具有敏感性； （2）系统长时期演化行为具有不确定性； （3）确定论的系统中可以产生非确定性。
关于资本市场混沌特性的研究
分形理论
以欧氏几何和黎曼几何为背景建立起来的传统数学，在 规则、光滑形状或有序系统的研究中，起着重要的作用。 然而，对于自然界和科学实验中出现的凹凸而不圆润、 破碎而不连续、粗糙而不光滑的形状，传统的几何语言 却无能为力，甚至是错误的抽象。美籍法国数学家曼德 尔布罗特（Mandelbrot）于1975年创立了一种新的数 学语言——分形几何（Fractal Geometry），弥补了传 统几何的不足。这种语言适合于数学、自然界和科学实 验中那些形形色色的实体。这些实体没有规则、光滑图 形的形式美，却有着无穷嵌套的结构和韵律美；没有规 则图形的那种匀齐性和对称性，但在尺度变换上却表现 出对称性。
2、中国古代和古希腊哲学思想的系统概念
用自发的系统概念考察自然现象（唯物主义哲学观） 把自然界当作一个统一体 赫拉克利特：《论自然界》中，世界是包括一切的 整体 德谟克里特：系统思想是通过其对宇宙构成的认识 表达出来的，独立、不变、不可分的原子是构成宇 宙的基本粒子。《宇宙大系统》 《道德经》、南宋的陈亮的理学，“理一分殊”体 现整体与部分的关系。
2、70～80年代的发展
西方主要系统流派 Russell Ackoff：运筹学派 Jay W.Forrester：系统动力学派 Petter Allen ：复杂系统进化学派 I. Pringoging：耗散结构理论学派 Hermann Hakenn：协同论学派 R. Thom：突变论学派 Pringoging：dissipative structure theory 研究偏离平衡态的热力学问题，发现了远离平衡态的稳定结构，提出了 耗散结构理论。认为热力学第二定律以及统计力学所揭示的孤立系统在 平衡态和近平衡态条件下的规律，但在开放且远离平衡的情况下，系统 通过和环境进行物质和能量交换，一旦某个参量变化达到一定的阈值， 系统有可能从原来的无序状态自发转变到在时间、空间和功能上的有序 状态。在远离平衡下所形成的新的有序结构称为“耗散结构”。
1、复杂性本身的研究

复杂性度量，复杂性自身起源问题。 复杂性研究方式。
2、复杂性认识的研究
3、复杂性与其他问题的关系
复杂性与信息,复杂性与进化、适应等。
4、计算复杂性研究 5、复杂性的科学哲学研究 6、研究复杂性的纲领、理论和方法
（五）认识复杂性的新学科———系统科学
3、近代系统思想的发展
15世纪下半叶，形而上学思维方式出现。自然科学 各门类从自然哲学中分离出来，从细节着手分门别 类加以研究。局限性：着眼于细节而缺乏对事物整 体的考察。 19世纪（能量转化、细胞、进化论）对自然过程的 相互联系的认识有了很大的提高。对各学科之间相 互联系的认识加强了。马克思、恩格斯：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体。（系统思想）

顾基发认为系统科学应当包括5个方面的内容，即系统概念、一般系 统理论、系统理论分论、系统方法论、系统方法应用。
学科内容、统一的学科体系有待完善与建立

四、复杂性科学简介
（一）简单性曾是科学追求的最高目标
1、从古希腊的先哲们开始,简单性一直是科学追求的 最高目标
试图把自然现象的复杂性认识归结到寻求一种本原。
分形，又称碎形，是指具有自相似特性的现象、图像或者物理过程等。 分形学诞生于1970年代中期，属于现代数学中的一个分支。分形学的创 始人是美国的曼德勃罗（B.B.Mandelbrot），他在1982年出版的《大自 然的分形几何学》（The Fractal Geometry of Nature）是分形学的经典 著作。 分形一般有以下特质： 分形有无限精细的结构，即有任意小比例的细节 分形从传统的几何观点看如此不规则，以至于难以用传统的几何语言来 描述 分形有统计的或近似的自相似的形式 分形的维数(可以有多种定义)大于其拓扑维数 分形可以由简单的方法定义，例如迭代 Mandelbrot集合是分形几何中的经典集合，它是一个在复平面中通过对 方程式 z = z2 + c 进行迭代产生的图形。Julia集合是分形几何中的另一 个经典集合。其他著名的图形还有Kohn雪花和Sierpinski三角形。 由于需要大量的数学运算，研究分形必须借助于计算机。 分形算法可以用来生成山脉、树木等自然界中的场景。也有人研究使用 分形理论的数据压缩算法。
复杂系统理论(1)
基本内容
一、绪论 二、系统概念与演化 三、连续动态系统 四、离散动态系统 五、系统的自组织和 简单巨系统 六、复杂适应系统 七、系统科学的工程 技术
第一章 绪论
一、古今系统思想概述
1、中国古代人类实践中的系统思想 古 代 书 籍 中 的 系 统 思 想 ： 《 地 员 篇》、《诗经》、《黄帝内经》 古代工程：都江堰 古代人民对天体、农事、工程、医 药方面的成就

普利高津说复杂性在我们对自然描述的各个层次上都
起着根本的作用。 据有人统计,复杂性已成为科学技术领域中使用频率极 高的词汇,在大不列颠的字典中至少有878个条目,962 处涉及复杂性概念。


复杂性研究已成为20世纪中叶以来科学研究最热门的
课题,它体现了人类认识史科学史上的重大转折。
（三）系统复杂性特征
泰勒斯的水，赫拉克里特的火，德谟克利特的原子与空虚，亚 里士多德的四因论……,
2、伽利略相信自然界是简单的 3、牛顿从三定律演绎自然界一些运动规律 4、爱因斯坦因：万有引力与电磁相互作用通过几何 化方法把它们统一起来。
（二）复杂性研究是人类科学史上的重大转折
20世纪30年代以来, 涌现出形形色色的复杂性事物：
另外，协同学还提出了用于简化模型的序参 量和支配原则，“役（yi）使原理”。协同 学对于建立方程模型、进行稳定性分析、描 述系统演化行为和阐明自组织机制等方面， 都有严格的分析和论证,较一般系统论和耗散 结构理论的定量化程度要高。 然而，对于生命领域的复杂巨系统，尤其是 社会系统，被视为协同学精华的微观方法不 再有效。另外，哈肯也承认协同学对研究混 沌是力不从心的。