系统论、信息论,控制论

系统论，信息论，控制论
第一章系统论产生的历史概况
第一节现代系统论的产生
一、什么是系统论
系统论是研究客观现实系统共同的特征、本质、原理和规律的科学。

它所概括的思想、理论、方法，普遍地适用于物理、生物、技术和社会系统。

系统论最明显的特征是具有新科学思想和方法论的意义，它主张从整体出发去研究系统与系统、系统与要素以及系统与环境之间的普遍联系。

它从揭示系统的整体规律上，为解决现代科学技术、社会和经济等方面的复杂问题，提供了新的理论武器。

系统论的思想渊源是辩证法，它强调从事物普通联系和发展变化中研究事物。

现代系统论不仅从哲学角度提出了有关系统的基本思想而且通过科学的、精确的数学方法，定量地描述系统机制及其发展变化过程。

所以，系统论的原理及方法具有普通的适用性。

二、系统论思想的产生过程
一般系统论创始人是美籍奥地利生物学家贝塔朗菲(L.V.Bertalanffy，1901--1972),系统论作为一门科学，产生于本世纪20--30年代。

贝塔朗菲创立系统论是有—个历史过程的，他是生物学家，他的系统论思想的形成与当时的生物学界的学术争论以及他本人亲自参加这场讨论有关。

在生物学史上，一直存在着机械论与活力论之争。

机械论在生物学中表现为一种简化论和机械决定论，他们用分析方法把生物简化为物理的和化学的问题，纯粹用物理的、机械的和化学的原因来说明一切生命的生理现象和心理过程，即一种原因产生一种结果，反之亦然。

法国18世纪唯物论学者拉·梅特立是机械论最典型的代表人物之一。

他的主要著作《人是机器》就是把人这种高级生物看成是一架机器，人就是出各种零件组成的机器。

活力论则认为在生物体内部存在着一种特殊的“活力”，它支配着整个生命过程，活力论者断言：“在有机界与无机界之间隔着一道不可逾越的鸿沟；因为有机界是由一种支配着生物体内全部物理化学过程的、有一定目的的超物质的(超自然的）力量所产生的”。

德国的杜里舒是新活力论的代表，他分别用半个和两个完整的海胆做实验，结果都能生产出一个正常的海胆来。

因此他证明：不同的原因可以产生出同一结果来。

他认为这种异因同果律是与物理学定律相矛盾的。

杜里舒的实验结果对机械决定论是一个沉重打击。

生物学上这场争论在30世纪20-30年代达到了激化的程度。

贝塔朗菲的一般系统论思想就是在这样的历史背景下孕育形成的。

作为生物学中的机械论在这场争论中有自己的独立见解，他认为生物学中的机械论与活力论都不可取，他不同意双方的观点。

1924—1928年贝塔朗菲多次发表文章，强调要把有机体当作一个整体或系统来考虑，并且认为科学的主要目标就在于发现种种不同层次上的组织原理。

他表述了系统论的思想，提出了生物学中的机械论概念。

1932年贝塔朗菲发表了《理论生物学》一书，较完整地提出来
生物机体系统思想，他认为“因为活的东西的基本特征是组织，对各部分和各过程进行研究和传统方法不能完整地描述活的现象，这种研究没有告诉我们关于各部分和过程的协调关系。

因此，生物学的主要任务应当是发现在生物系统中(在组织的一切水平上)起作用的规律。

”1934年贝塔朗菲发表了《现代发展理论》—书。

提以用数学和模型来研究生物学的方法，提出机体系统论概念。

到此，贝塔朗菲的系统论思想已有了一个刍型，他说：“我们相信，寻找理论生物学基础的尝试会根本上改变世界的面貌。

”他认为“这种观点，在作为研究的方法论的基础时，可以称为“机体生物学”，在用于解释生命现象的概念时，可以称为‘机体系统论’。

”(《普通系统论的历史和现状》)这些思想以后发展成为一般系统论的纲领。

三、贝塔朗菲的几个基本观点
贝塔朗菲在机体论中提出来几个基木观点，这与他的一般系统论的创立有密切关系。

他的几个基本观点是：
1、系统观点。

他认为一切有机体都是一个整体，一个系统。

2、动态观点。

他认为一切生命现象本身都处于积极的活动状态，活的东西的基本特征是组织。

3、等级观点。

他认为各种有机体都是按严格的等级组织起来的，各有自己的特征和特点。

遗憾的是，贝塔朗菲的机体论及其提出的新思想、新观点，当时尽管获得某些学者的赞赏(如李约瑟)，但却招致生物学界权威人士的责难。

1937年贝塔朗菲在芝加哥大学查尔斯·莫利斯主持的哲学讨论会上，第一次提出一般系统论概念，但由于当时的压力，没有发表。

1945年3、4月间，贝塔朗菲在《德国哲学周刊》18期上发表了《关于一般系统论》的文章，但很快毁于战火，几乎未被人们所知。

四、系统论的正式诞生
第二次世界大战后，1947--1948年，贝塔朗菲在美国讲学的过程中，明确地阐述了他多年倡导的系统论思想。

他集中指出：“存在着适用于综合系统或子系统的模式、原则和规律，而不论其具体种类、组成部分的性质和它们之间的关系或“力”的情况如何。

我们提出了一门称为普通系统论的新学科。

普通系统论乃是逻辑和教学的领域，它的任务乃是确立适用于‘系统’的一般原则。

”(《普通系统论的历史和现状》)到这时，系统论才作为一门新兴学科而出现。

这是系统论诞生的一个标志。

从当时情况看，一些新学科，如控制论、信息论、决策论、博奕论、图论、网络理论、现代组织论等，如雨后春笋，破土而出，这对系统论的创立也起了很大作用。

贝塔朗菲确信一般系统论的思想是符合现代科学新潮流的。

电子计算机的诞生和应用，为系统论的思想方法和定量分桥，解决各种现实的系统问题，提供了强有力的计算工具。

1968年3月，贝塔朗菲在加拿大埃德第顿·阿伯增大学发表了《一般系统论的基础、发展和应用》一书，根据战后系统方法在各方面的应用所取得的实际成果，进一步历史地系统地阐明了一般系统论的思想。

全书共十章，是目前能见到的比较全面地论述系统论的完整著作。

1972年是贝培朗菲临终的一年，他还发表了《一般系统论的历史和现状》一文，试图突破人们对一般系统论的“技术”上，“数学”上的理解，而对一般系统论重新加以定义。

以上就是贝塔朗菲创立系统论的简单历史过程。

可以看出，系统论的产生并不是偶然的，是经过了几十年的酝酿，走过了曲折艰难的道路才创立起来的，是在时代的新思想、新潮流的激励下产生出来的。

第二节“系统”思想发展简史
“系统”思想并不是贝塔朗菲创立系统论时才有的。

人类有史以来，随着生产实践的发展，随着社会文明进步，系统观念、系统思想也逐渐发展起来。

系统思想在人类历史发展中和社会进步中有着深远的思想渊源。

可以分时期来考察——下。

一、古代朴素的系统思想
在原始社会，人们就有了“系统”思想的萌芽。

古代人靠观测天象，以日、月、星辰来计时，推算农时，进行生产耕作。

他们把日、月、星辰和生产、生活联系起来，看成是不可分割的整体，看成彼此相互联系的一个系统。

中国古代舱八卦思想，就是把天(乾)、地(坤)、山(艮)、泽(兑)、水(坎)、火(离)、风(巽)、雷(震)八种东西看成是世界上万事万物的根源，它们相生相克自成一个系统。

老子在《道德经》中也指出：“天下万物生于有，有生于无”，“道生一，一生二，二生三，三生万物”。

这里就包含了万物之间相互联系的系统思想。

战国时期杰出的唯物主义思想家荀况曾提出：“列星随旋，日月递怊，四时代御，阴阳大化，风雨傅施，万物各得其和以生，各得其养以成”(《荀于·天论》)。

他把宇宙看作是有规律的统一体，是“和以生”“养以成”的有功能作用的整体。

荀况还提出来：“水火有气而无生，草木有生而无知，禽兽有知而无义，人有气、有生、有知亦且有义，故最为天下贵也。

”(《荀子·王制》)他把无机界与有机界联系起来，看到了从无生命到有生命的出现是—个发展过程，是—个系统。

我们的祖先不仅有丰富的系统思想，而且最可贵的是在改造大自然的实践中，实际应用系统思想征服自然，战胜灾害，为民造福，表现出古代劳动人民和知识分子的巨大才能。

中外闻名的我国古代大型水利工程都江堰，就是一个突出例子。

都江堰是战国时期修建的，距今已有两千多年的历史。

它的总体工程包括“鱼嘴”----眠江分水工程，“飞沙堰”----分供排沙工程和“宝瓶口”----引水工程等三大主体工程和120个附属渠堰工程，形成一个协调运转的系统工程体系。

都江堰的工程设计非常巧妙，构思新奇，突出表现了整体系统思想。

各部工程巧妙配合，上下衔接，各自充分发挥作用，构成总体的有机系统，在总体上发挥出巨大的功能作用。

都江堰几千年以来服务于生产，为民造福，取得了很大改益，现代的水利工程专家们也为之惊叹折服。

北宋时期著名学者、科学家沈括，在他的著作《梦溪笔谈》中曾记载着—个有名的事件叫“一举而三役济”。

说的是北宋时期大臣丁谓负责修建皇宫，为了提高施工速度，解决上方木石的运送问题，他想了一个巧妙办法，先挖一条人工渠道，挖出的土方用在建筑上，再把汴水引入人工渠，使远方运来的木石建筑材料通过人工渠很快运到工地上，从而加快了施工进度。

工程充毕后，再把残砖烂瓦碎材灰土填入沟中，又恢复了原来的街道平路。

这个施工办法使取土、运料、处理废土这三件事一下子都办了，节省大量费用和时间。

这是古代人系统思想在实践中应用并收到最好效益的生动例证。

古代朴素的系统思想在古希腊的哲学思想中也有反映。

古希腊朴素辩证法奠基人赫拉克利特在《论自然界》一书中就说过：“世界是包括一切的整体”。

哲学家德谟克利特的名著就叫《宇宙大系统》，这是“系统”一词最早出现在著作名称上。

古希腊伟大的思想家亚里斯多德很早就提出“整体大于它的各部分的总和”这一论点，这一思想是现代系统论重要原理之一。

可见，古代人不论在农业生产上、水利工程上，还是在医药、天文、战事上，都不同程度地反映出朴素的系统思想并自发地把这种思想应用于改造客观世界的实践。

这正如思
格斯所说的：“人们远在知道什么是辩证法以前，就已经辩证地思考了。

”(《反杜林论》第140页)
二、近代系统思想的发展
15世纪下半叶，近代科学开始兴起。

在研究方法上形成一种分门别类、各自独立地进行研究的方法，在思想上形成形而上学的思维方式。

但是，在这一时期中，提出系统思想、观点和理论的学者、哲学家和科学家，也不乏其人。

德国数学家、逻辑学家和哲学家莱布尼兹(1646--1716)认为，任何事物都是在联系中显现出来的，都是在系统中存在的。

他在《单子论》一书中提出：“单子是事物的元素”，“是一种组成复合物的单纯实体。

”他的许多论点与现代系统论的创立以及对控制论的形成都产生了重大影响。

维纳称莱布尼兹为控制论的哲学“守护神”。

贝塔朗菲赞扬莱布尼兹说，“莱布尼兹的单子等级看来与现代系统等级很相似。

”
德国古典哲学奠基人康德(1724--1804)，把人类知识理解为有秩序、有层次、有一定要素组成的统一整体。

他说：“直观与概念构成我们一切知识的要素”(《纯粹理性批判》)，他还强调整体高于部分，各部分只有在与整体联系的情况下才存在，如果把手从躯体上切下来就不成其为手了。

黑格尔(1770--1831)的哲学体系本身就是一个大系统。

他以绝对精神为核心构造一个庞大的体系，从逻辑阶段开始，到自然阶段再到精神阶段，通过绝对精神的运动发展，分阶段分层次地形成一个庞杂的哲学系统。

尽管黑格尔哲学是唯心主义的，他的哲学体系是主观臆造成的，但其中包含着丰富的系统思思。

三、马克思、恩格斯的系统思想
马克思和恩格斯是马克思主义创始人，马克思主义是科学，它本身就包含了系统思想的丰富内容。

辩证法是系统论的根源，辩证唯物论是马克思主义理论基础，马克思、恩格斯的著作充满了系统观点和思想，最突出的是《资本论》这部伟大科学著作，它以资本主义社会为对象，把它作为—个大系统来研究，从它的基本要素商品出发，深刻地剖析了这一个大系统的各个方面，揭露出资本主义社会的剥削本质，创立了剩余价值学说，揭示出资本主义社会发生、发展和灭亡，社会主义必然胜利的社会发展规律。

《资本论》是运用系统思想分析社会大系统的典型，是马克思、恩格斯系统思想的集中反映。

现代系统论的学者们，把马克思作为系统思想理论的开创者，是有一定道理的。

恩格斯在《费尔巴哈与德国古典哲学的终结》中分析19世纪中叶自然科学上的三大发现时指出；“出于这三大发现和自然科学的其它巨大的进步，我们现在不仅能够指出自然界中各个领域间的过程之间的联系，而且总的说来也能指出各个领域之间的联系了，这样，我们就能依靠经验自然科学本身所提供的事实，以近乎系统的形式描绘出一幅自然界联系的清晰图画。

”
从以上简单的历史考察，可以看到，现代系统论的产生是有它的历史思想渊源的，它既源于古代近代人类在实践基础上总结积累起来的系统思想，它又是现代科学技术飞跃发展的必然产物。

第二章系统论的主要内容、概念和基本原理
第一节系统论的主要内容
一、贝塔朗菲的一般系统论
系统论内容涉及面广，没有一个规范体系，但作为一门学科，从结构上，它的内容主要包括系统概念、系统思想、系统原理和系统方法。

贝塔朗菲的《—般系统论》，内容也较广泛。

按他自己的说法，系统论开始是以研究生物机体做起的，他反对机械决定论，他从系统观点出发去解释生物现象，在这方面的理论叫作“机体系统论”。

他说：“因为我是研究生物的，我持别感兴趣首先是关于‘开放系统’即象任何‘活的’系统那样与环境发生交换的系统的理论。

”(《普通系统论的历史和现状》)所以，贝塔朗菲地一般系统论开始所研究的内容还是只对生物领域。

后来在研究中不断地发展，扩大研究面，从而渗入很多领域，涉及的对象也越来越多，到目臆系统论所研究的主要内容可以概括为下面所讲的内容。

二、对各门具体科学中的系统问题研究
各门具体科学，如生物学、数学、物理学、哲学及社会科学等，都存在着系统问题，从系统理论上揭示各门学科的内在规律性，推动各门学科的发展，这是重要研究内容之一。

特别是数学系统的研究，因为它可以准确地应用数学语言，进行定量分析把理论严格地演绎出来。

贝塔朗菲认为：“开放系统的理论是被广泛应用于物理、化学、生物过程模拟、生理学、动态药理学等的普通系统论的一部分。

三、对系统的原理、原则的研究
研究运用于—切系统或特定子系统的原理原则。

贝塔朗菲指出：“存在着适用于一般化系统或子系统的模式、原则和规律而不论其具体种类，组成部分的性质和它们之间的关系或‘力’的情况如何”，“普通系统论乃是逻辑和教学的领域，它的任务乃是确定总的适用于‘系统’的一般原则。

……使这些概念适用于研究‘系统’的一切学科，并确立它们的逻辑一致性。

”
四、系统方法的研究
系统方法的研究，主要是在现代化技术中和在解决社会问题方面的实际应用问题。

系统论在发展过程中向其它学科渗透，特别是系统方法的应用和研究更显得突出。

在工程技术中，如水利、机械、土木建筑、电力、电子、冶金、化工，现代高技术中的空间技术、材料、能源、计算机、光导通信、生物工程、激光、遥感遥控等，—在军事中的导弹系统、核武器、国防预警系统、导航系统、军事通信、兵种配备、战略战术研究等，在社会领域如经济管理，社会管理，行政管理，以及科研、教育、文化艺术系统等，系统方法的研究具有广阔天地。

特别在科学研究和哲学社会科学研究中，系统方法研究越来越发挥大的作用。

五、研究“系统哲学”问题
什么是“系统哲学”？通常理解为研究系统的本体论和系统的认识论问题，研究系统的辩证法问题。

这样系统论就更加接近哲学了。

但是，贝塔朗菲首次提出“系统哲学”问题时，他是有自己的主张和看法的。

他认为“由于系统成为新的科学范式(区别于经典科学的分析性，机械论的线性因果关系的范式)而产生的世界观方面的变化，这是系统哲学所要研究的问题。

”(以上所引贝氏原话，均出自《普通系统论的历史与现状》)按照他的解释，这种“系统哲学”是一个庞大体系，包括系统的本体论，系统的认识论，系统哲学的人文主义方面和系统哲学的价值观等等。

他称“系统哲学”是一种“新的自然哲学”和“现代科学的哲学”，“它完全区别于认为世界是‘盲目的自然法则’的王国这一机械论的观点。

”贝塔朗菲在这里把系统哲学思想与机械论的观点对立起来，这是正确的。

但是，他强调只有所谓“系统哲学”才是与机械论根本对立的哲学派别，换句话说，只有他的“系统哲学”才是反对机械论的。

这种看法是片面的和狭隘的。

他歪曲了哲学发展的历史事实。

事实上正是马克思主义哲学，唯物辩证法才是彻底克服机械论的缺点，机械论的观点划清界限并与之相对立的科学世界观。

第二节系统论的基本概念
系统论有它自己的概念和范畴，这里我们就其最基本的一些概念加以介绍。

一、系统
系统这一概念是系统论中最基本最重要的概念。

理解这一概念对全面掌握系统论这门学科是十分重要的。

系统是客观事物的一种反映和概括，我们在工作和生活中，时时与各种系统打交道。

比如人体本身就有很多系统如各组织系统、神经系统、血液循环系统、呼吸系统、消化系统等，它们共同组成人体这个整体大系统。

宇宙也是—个大系统它由各天体、星系、总星系等许多部分所组成，构成宇宙这个大系统。

宏观领域中存在着各种系统，如社会系统进济系统、教育系统等等。

在微观领域中同样存在着各种系统如分子、原于、基本粒子等都是系统。

那么究竟什么是系统?系统论关于系统这一概念的定义是什么?
系统论创始人贝塔朗菲对系统概念的定义是：“相互关联的元素的集合。

”(《一般系统论》第46页)，“处在—定相互联系中与环境发生关系的各组成部分的整体，”(《普通系统论的历史和现状》)后来广大学者在研究系统论过程中又相继对系统这一概念作了一些新的补充和描述。

系统“相互作用着的成分的综合。

”(苏联H.N.茹可夫《科学知识结构中的一般系统论和控制论》)。

系统是“客体具有的一种处于某些预先给定的关系之中的属性。

”(苏联B.H.萨多夫斯基《评A.N.乌耶莫夫的(系统方法和一般系统论）》）。

“十分概括地说，我们可以把一个系统分为它的若干元素(数、原子、细胞等等)，它们之间有一定的关系。

”(民主德国G·克劳斯《从哲学看控制论》)。

这反映了国外学者对系统这个概念的不同看法。

我国著名学者钱学森，根据他多年的研究成果，提出关于系统概念的定义是：“由相互作用和相支依赖的若干组成部分结合的具有特定功能的整体。

”(钱学森、许国志、王寿云《组织管理的技术--系统工程》)从国内外学者对系统概念的定义中，我们看到一个共同点，他们都指出系统是由组成部分结合而成的整体。

现在，我们综合各种定义的特点，把系统概念定义如下：
系统就是由相互联系和相互作用的若干要素组成的具有特定功能和运动规律的有机整体。

系统是一个有机整体，整体性是系统的最显著特点之一，因此任何一个系统，它的构成必须具备三个条件：
①要有两个以上的要素组成系统，单一要素不能组成系统；
②要素之间相互联系，相互作用，具有规律性；
③要素之间的联系与作用必须在整体上产生效应，即产生整体功能。

这三个条件是构成一个系统必须具备的条件，缺一不可。

系统概念是一个大概念，它包含着丰富的内容和一些特点，下面做些具体分析，
1、普遍性。

在自然界和人类社会中，任何事物都是以系统形式存在的。

大到宇宙，小到基本粒子，都是系统的客体，地球、动物、植物，一个人，一个社会，一种物体也都是系统客体。

所以系统是普遍存在的。

任何事物都处在一定的系统之中，没有不属于任何系统的事物。

某一事物跳出这一系统必然落入另一系统之中，所以系统是客观事物存在的一种普遍形式。

2、客观性。

世界是客观存在的物质世界，系统就是客观存在着的各种物质体系。

虽然，主观系统是在人们的思维领域中，但人也是客观存在的，某人的主观系统对其他人来说是客观存在的，思维归根到底也是物质客观存在的反映。

因此系统是客观存在的。

3、规律性。

任何一个系统都是客观物质存在的一种体系，而客观物质存在都有自身的运动规律，也就是系统本身有发展变化的运动规律。

没有规律的系统是不存在的。

因此，系统是有规律性的。

上述三个特点说明系统是与物质不可分的，是与物质运动不可分的。

4、相对性。

系统的相对性是由“非系统”概念来的。

系统是普通存在的，为什么提出非系统这一概念？是否矛盾?不矛盾。

因为一切事物都处在某一系统之中，但这不等于一切事物都处于一切系统之中。

有些事物从这一角度看不是系统而从另一角度看则是系统。

如一堆乱放的砖瓦石料，从建筑角度看不是系统，但从力学和引力学角度看，却是一个重力和引力系统。

因此，系统观念具有相对性。

这种相对性也表现在时间上，如有些事物在某段时间中是一个系统，而在另一段时间则不是一个系统。

系统的相对性也是系统的重要特点之一。

二、要素(元素、单元、成分、子系统)
要素就是构成系统的组成部分。

一个系统由许多要素组成，系统是整体，相对系统来说要素只是整体中的一个成分。

系统与要素互为条件，相互依存，没有系统也就无所谓要素，当然，没有要素也就构不成系统。

系统与要素是一个整体，但要素在系统中并不是消极的作为简单成分而存在的，它与系统之间相互联系，相互发生作用。

要素与系统在一定条件下可以相互转化。

每一个系统对于更大一级的系统来说它是一个要免而一个系统的每一个要素又各自构成一个系统，因此，要素又称“子系统”。

子系统具有二重性，它既具有系统的属性，又只有要素的地位和属性；它有相对的独立性，是一个系统同时又是一个要素而包括在母系统之中，因此，一系统在另外条件下可以成为子系统，反。