系统科学概论

系统科学简介
陈
忠
上海交通大学管理学院 管理科学与工程系 教授, 教授,博士生导师


本讲内容
引言、 引言、为什么要学系统科学？ 为什么要学系统科学？ 一、科学与科学精神 二、系统的概念与定义 三、系统科学的理论体系 四、系统科学的起源与发展


引言： 引言：为什么要学系统科学
了解一门有趣， 了解一门有趣，有用， 有用，有启迪的现代 科学； 科学； 接受一次科学思想与精神的熏陶 学会一些思考问题， 学会一些思考问题，解决问题的思路 与方法


学习系统科学的意义
系统科学是现代科学的重要组成部分，和典型代表，学习 它不仅能丰富我们的知识，更能提升我们的思想素质 和工作能力， 和工作能力，帮助我们看问题： 1、站得更高（会当临绝顶，一览众山小） 2、看得更远（不仅现在而且未来） 3、更全面（不仅局部而且整体） 4、更深入（不仅表面而且内层）， 5、更细致，更定量 6、更实用，更高效。

一、科学与科学精神
人们到处在谈论和宣扬科学，运用科学的成 果，提倡科学精神，和科学发展观，但是，现 在的情况不容乐观： 打着科学的旗号干着各种各样的坏事，公众的 科学水平已下降到一个“新低” 科学被片面理解和解释，失去了本来的意义和 价值 科学精神被歪曲阉割，五四的口号变味 需要一个新的“科学启蒙运动”


科学探索是人类的生活方式
科学研究不是“科学家的专利”，而是人 类的本性。

科学起源于人类的探究本能 科学探索与生产实践是密不可分的两个 环节，在社会活动中到处都有探索的成 分 科学活动是人类的生活方式


科学是什么？
科学是一种工具？是各门学科的知识体系?(格 致，学科) 科学是人类探索未知世界的社会活动 科学是一种有目的、有计划的理性的社会活动 科学以认识客观未知世界，发现新的现象与规律 为目的（求真），科学的“可证伪”性 科学文化的重要组成部分，其成果以论文、专著 等形式表达的理论、原则、程序 科学家通常属于一个或多个流派，社团


科学精神：追求与捍卫
科学精神是一种文化素养 1、求真精神； 2、创新精神； 3、平等，民主精神； 4、自由探索的精神 5、怀疑一切的精神 6、献身精神


当代科学的新特点
面对更加复杂，不确定性的问题 更加注重思维方法和方法论的创新 更加强调人，特别是人的智能和悟性； 更加提倡合作共赢，遵守科学研究的社 会道德规范 更加关注科学的社会功能与价值，提升 人类幸福与社会进步


创新与科学创新
“前无古人”，但并非所有看起来是新的 东西都是创新的结果 后有来者 有科学依据和基本 增加社会福利


二、系统与系统科学
系统是具有整体性的事物，系统科学是关 于事物整体及其环境的科学。

系统科学从局部、整体、全局和环境的角 度观察分析事物结构功能、探索事物发展演化 的规律。

对事物的系统分析为决策提供科学依据， 因而特别适用于社会经济中范围广泛、关系众 多的复杂问题。

系统科学—研究整体的科学
系 统 科 学 是 关 于 事 物 整 体 及 其 环境 的 科 学，她从局部、整体、全局和环境的特殊视角 探索事物发展演化的规律，并据此为决策提供 科学依据，因而特别适用于社会经济中范围广 泛、关系众多的复杂问题。

系统科学个是现代科学中一个新兴的横断学科 群


一种新的知识体系
系统观念与哲学思想 系统理论（概念，原理，模型） 系统方法与技术，技巧 系统工程


一幅新的世界图景 新的世界图景
系统科学在21世纪将： 世纪将： 改变世界图景， 改变世界图景， 革新思维方式， 革新思维方式， 成为科学技术的思想基础。

成为科学技术的思想基础 我们这里要强调的是“一幅世界图 景，两个视角”也就是系统的视角与网络 的视角


一个新的科技武器
1、全面（见树木也见森林） 2、深入（深入到事物内部） 3、细致（定性与定量相结合） 4、发展，动态地看待事物 5、站在整体的高度看问题


系统思想并不神秘
人们的日常生活，待人接物中，大家 熟悉的成语故事中有很多系统思想。

但 是系统科学又不仅仅如此，从上世纪四 十年代正式创立以来，经过半个多世纪 的发展，现在已经成为一门相对完整的 “现代学科体系”，其中不仅包含大量的 科学知识，还包含了许多行之有效的方 法思路。

甚至被人们认为是“二十一世纪 的“科学思维方法”。

几个关于整体体的故事
1、飞机能飞起来？飞机零件却飞不起 来？ 2、三个和尚与三个臭皮匠的区别 3、在看待事情时人与动物有什么不 同？ 4、为什么距离产生美感？


瞎子摸象的故事说明了什么？


1. 整体与部分
柏拉图关于生命的猜测:隐德利希 亚里士多德的命题:整体不同于部分之和 大于部分和？(团结就是力量) 小于部分和？(三个和尚没水吃) 等于部分和？(GDP的计算) 还是不同于部分和？(突现,涌现,)


2、整体与环境
系统存在于环境之中， 系统存在于环境之中，它受环境的 影响， 影响，也作用并改变环境。

也作用并改变环境。

是时势造英雄还是英雄造时势？ 为什么要加入WTO? 为什么要适应环境？ 如何适应市场环境 我们从环境中得到了什么？ 我们对环境产生什么影响？


环境的层次性
环境的层次性： 环境的层次性： 大环境（ 大环境（宏观环境）－－ 宏观环境）－－认识 ）－－认识， 认识，适应 中环境（ 中环境（中观环境）－－ 中观环境）－－影响 ）－－影响， 影响，改造 小环境（ 小环境（生存环境）－－ 生存环境）－－利用 ）－－利用， 利用，控制 环境的分类： 环境的分类：自然， 自然，社会， 社会，文化， 文化，群体 物质环境与精神环境 文和环境与问题域


3、系统的三大判据
如何判定一些事物与否组成为一个系 统？有三个基本条件： 对外（环境）是否表现出不同于元素的 整体？（有哪些？如何量度？） 内部元素之间有没有相对稳定的整体关 联，秩序，构架？ 与环境和其他事物有没有确定的时间， 空间，属性的边界？
• • •


4、系统科学的四大问题
每一门科学都会围绕一个核心的问题来 展开， 展开，系统可的核心问题就是关于整体 的问题， 的问题，具体来讲也就是： 具体来讲也就是： 1、系统的整体性问题 2、整体的结构问题 3、系统的演化问题 4、系统的价值实现问题


系统的整体性
整体的一般属性 整体的基本功能 整体的特殊价值


整体的结构 整体的结构
： 整体由什么组成？ 部分如何组成整体？ 整体怎样分层？ 结构与属性的关系


整体的演化
变化，演化，进化 演化的判据与标度 演化的过程与阶段 演化的环境与条件 演化的动力与机制


整体的价值： 整体的价值：评价与价值实现
评价是使用系统的基础，是从主体或使 用者的角度确定系统对实现某特定目标 的功效。

评价的主体与对象 评价的目的 评价的指标与尺度 评价的体系 评价的方法


5、系统公理
构成公理 N≥2 系统由多个元素与要 素所组成。

（三生万物） 演化公理：ds／dt≥ 0 系统的变化是 不可逆的（热力学第二定理） 突现公理：S≠∑s 整体不同于部分和 （亚里士多德） 有限公理：e×e＝ 0 边界的边界为零 （质朴性原理）


三、系统科学的体系
1、基础性
2、前沿性
3
综合性
4 实用性


系统观念，系统哲学
系统视角：整体观 网络视角：关联观 认识论 方法论


系统理论，系统原理
运行规律 演化路径 外部环境，动力 内部机制，动力 微观活力，能量


系统技术，系统方法
方案，路径 策划，设计 运筹学 控制论 信息论 智能管理


系统工程，系统程序
思维逻辑 行动步骤 知识结构


四、系统科学从猜想到科学
系统思想的渊源： 系统思想的渊源： 系统观产生于人类（ 系统观产生于人类（智人） 智人）与 动物的分界。

动物的分界。

大约250万年之前
远古时代的系统思想，表现在对自然 与神的崇拜


古代的系统思想
古代系统思想的集中表现：哲学，工 程，医学，战争； 事物的组成，变化的动力，演化的规 律，人的地位 中国古代的系统思想 西方古代的系统思想


近代的系统思想
从培根，达芬奇，伽利略到牛顿 笛卡尔的方法论 黑格尔的质疑 朴素唯物论与经验主义


系统科学的孕育与萌芽
十九世纪下叶的三个进化论 概率论与偶然性宇宙观的兴起 通信与控制 二十世纪上叶的两次世界大战争 从物理学到生物学


3.2 老三论:现代系统科学的兴起
20世纪40年代末以技术科学为特点的 40年代末以技术科学为特点的“老3论” 一般系统论 （General Systems Theory） Theory） 1937年 1937年 V.贝塔朗菲 V.贝塔朗菲Von 贝塔朗菲Von Bertalanff） Bertalanff） 控制论(Cybernetics)（ Cybernetics)（Kolmogonofu） Kolmogonofu） 1948年 1948年 N.维纳 N.维纳（ 维纳（N.wenner） N.wenner） 1952年 1952年《人有人的用处》 人有人的用处》
一书出版， 一书出版， 1962年 1962年《控制论》 控制论》一书第二版出版 Theory) 1948年 1948年 （C.Shenno） C.Shenno）发表《 发表《通信的数学理论》 通信的数学理论》
信息论(Information
C.申农 C.申农


老三论的特点与局限
老三论只是一种历史的“标志”，并不代 表系统科学创生的全貌； 老三论则重于技术领域，而基本上没有 涉及系统演化的论文问题 老三论中没有包含系统工程的内容，但 这是系统科学的一个重要部分 老三论本身也有待发展


3.3新三论:现代系统理论的产生
耗散结构理论（Dissipative Structures Theory） 1945～1969［比］普里高津（I.Prigogine） 协同学（Synergetics） Synergetics） 1968～1972 ［德国］ 哈肯（H.haken) 超循环理论(hypercycle theory ) 1971,［德国］ 艾根·Eigen&P.Schuster发表 Eigen&P.Schuster发表 A Principle of
Natural SelfSelf-Organization
突变论Catastrophe theory ［法国］托姆Thom Thom


新三论的特点与局限
新三论也只是一种“标志性提法”，实际 上是一个学科群 新三论侧重于系统创生，而更重要的是 系统演化的全过程 新三论没有包含自组织的内部机制。

新三论的遗留问题后来很快被非线性与 复杂性研究所弥补


3.4 非线性科学的兴起
美国洛斯阿拉莫斯国家试验室、 美国洛斯阿拉莫斯国家试验室、非线性科学研 究中心主任Compbel990 究中心主任 Compbel990年提出非线性科学的 Compbel990 年提出非线性科学的4 年提出非线性科学的 4 大范例： 大范例： 1、拟序结构： 拟序结构：孤立波的研究 Soliton 。

2、确定性混沌（ 确定性混沌（Chaos） Chaos）与分形( 与分形(Fractal)。

Fractal)。

3、复杂图形： 复杂图形：全局拟序结构 Pattern。

Pattern。

4 、 自适应、 自适应 、 自学习、 自学习 、 自组织、 自组织 、 神经网络、 神经网络 、 遗 传算法与基因算法。

传算法与基因算法。

1987 年 Bak、 Bak、 汤 超 、 Wiesenfeld 的 SelfSelforganized criticality--criticality--- SOC， SOC，沙堆模型。

沙堆模型。

3.5复杂系统理论与复杂性科 学
20世纪 20世纪90 世纪90年代以复杂性态为研究对象的复杂性 90年代以复杂性态为研究对象的复杂性 科学在更大的范围内覆盖了非线性科学研究的 内容。

内容 。

出现了一批以美国圣菲研究所（ 出现了一批以美国圣菲研究所 （ SFI） SFI） 为代表的研究机构， 为代表的研究机构，作出了引人注目的贡献， 作出了引人注目的贡献， 极大地扩展和丰富了现代系统理论。

极大地扩展和丰富了现代系统理论。

复杂适应系统研究 社会经济系统研究 智能系统研究


3.6 复杂网络的研究
复杂网络研究兴起于新的世纪之交： 两篇著名论文 小世界网 无标度性 生物与社会网络研究













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