物质系统层级结构
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下向因果链的存在,则保证了从高层次规 律出发对加入高层系统的低层现象进行解释和 预言的可能性。
上向因果链与递进性解释
• 递进性解释
从低层系统的规律出发,考虑低层系统过 渡到高层系统的相干条件以及环境因素, 对高层系统的行为特征作出递进性解释。 • 逻辑要素 低层规律 低层过渡到高层的相干条件 环境陈述
• 逐级集约
子系统之间的联系相对微弱 进入上层的信息是集约了的信息,是与整体有关 的信息,而不包括仅与子系统内部活动有关的信 息。 高层系统形成所需要的信息条件不比底层系统严 格,反而较为宽松,也较易满足。 物质+能量+较少的信息=聚合高层系统
信息逐级集约与行为逐级控制
• 信息的逐级集约------逐级控制 • 控制等级
信息及其逐级集约
• 信息
申农:狭义的信息 消除认识上的不确定性 维纳:控制论角度 组织性的量度 负熵 普里戈金:(广义的信息 ) 相干性 对环境的适应
信息论的创始人:数学家申农
• 1948年,《贝尔系统技术杂志》发表申农
的论文《通讯的数学原理》奠定了现代信 息论的基础。由于控制论,电子计算机和 通信技术的相互结合,信息论正在获得迅 速的发展。特别是信息论与生物化学、分 子生物学、计量社会学和计量心理学等领 域相结合,使信息论成为现代科学问题的 有力武器。
低层过渡到高层的相干条件
• 化学键:元素
化合物
• DNA双螺旋结构:有机小分子 生命大分子
• 超循环理论:生命大分子
生命
下向因果链与扩展性解释
• 扩展性解释
加入高层,自由度减少,活动范围受限、 活动方式受选择,新特点。 • 逻辑要素 高层规律 低层子系统的结构条件 环境陈述 • 扩展性解释 低层偶然,高层必然
信息论的始人:数学家申农
申农认为,信息论的基本内容,就是研究信源、 信宿、信道和编码问题,他对信息论的贡献很多, 主要有五点:一是他第一次从理论上阐明了通讯 的基本问题,提出了通讯系统的模型;二是提出 了度量信息量的数学公式;三是初步解决了如何 从信息接受端提取信息源发来的消息的技术问题; 四是提出了如何充分利用信道的信息容量,如何 在有限的信道中以最大的速率传递最大的信息量 的基本途径;五是初步解决了如何编、译才能使 信源的信息充分表达、信道的容量被充分利用的 问题。
第三节 物质系统的层级结构
理解复杂系统的基本方式
一个较为复杂的系统都是按层次结构组织起来的, 即每个物质系统都是较高一级系统的一个要素,同 时它作为较高一级系统的要素本身,通常又是较低 一级的系统,这样便形成了自然界物质系统的层次 性(如下图)。
总星系
星系团 星系 宇观
非生命世 界物质系 统的层次
2、相干性:层层相干,层层有新质突现
层次结构中的相干性关系是物质系统间的横向 关系。
处于同一层的子系统之间相互限制、相互协同。 只有通过相干性关系,它们才能结合起来构成 高一级系统,导致纵向层次间质的差异。
2、相干性:层层相干,层层有新质突现
随着每一个新物质层次的形成,总会有新质的 突现和新功能的问世。 层级的增加以结构的简化为代价,为底层系统 并入高层系统的活动模式创造条件。理解复杂现 象
西蒙 信息集约化 内部参数(内部约束条件:黑箱) • 短时记忆容量 • 短时记忆进入长时记忆的固结时间(5-8秒 /块) • 记忆的组织形式
如何解释短时记忆容量有限
• 1956年,美国心理学家George ler明确
提出,短时记忆容量为7±2个组块。 • 当外界信息通过感官进入记忆系统中的短 时贮存系统时需要对信息进行有意识的处 理。实验表明:短时记忆贮存系统一般接 收7+2个单位的量。这个单位被称为 “chunk”,即组块,它既可是单个字,也 可以是词、词组,甚至是句子。
过聚合方式产生的。
• 选择聚合方向,提供聚合“原料”,加快聚合速
度 高层系统解体,低层子系统的稳定性依然存在 进化速度快,成功几率高 (组合式家具,拆分拼装) 层级结构普遍存在 ;多层级的层级结构罕见
•
(三)层级结构中的信息流
• 信息及其逐级集约 • 信息逐级集约与行为逐级控制
• 信息逐级集约与问题逐级简化
-23
尺度范围(10k厘米) k 28 20 —— 23 6 —— 14 8 —— 10 -5 —— 7 - 8 —— - 6 - 8 —— - 7 - 13 —— - 12 10
- 13
地上物体 分 原 子 子
原 子 核 基本粒子
克
厘米
(一)层次结构的基本特征
层次结构指的是,若干要素经相互作用构 成的系统,再通过新的相互作用而构成新系 统的逐级构成的结构关系。
恒星
行星 地面上的宏观物体 分子 原子 原子核 (基本)粒子 微观 宏观
夸克
生物圈 生态系统 生物群落
生命世界的 基本物质系 统层次
种群 生物个体
系统
器官 组织 细胞 生物大分子
物质各层次的质量范围和尺度范围 层 次 质量范围(10n克) n 总 星 系 星 恒 行 系 星 星 55 36 —— 45 32 —— 35 24 —— 30 - 15 —— 24 - 22 —— - 15 - 23 —— - 21 - 23 —— - 21 0 —— 10
如何解释短时记忆容量有限
• 如何解释短时记忆容量有限这一短时记忆的特点
呢? 1.Waugh、Norman和Atkinson等倾向于从贮存 空间及其有限的槽道来说明。 2.Baddeley等(1975)认为短时记忆的容量取决 于人在2秒钟内能够复述的信息的数量。 3.Klatzky(1975)木匠工作台原理。木匠工作台 既要放料又要工作,二者必然存在一个权衡关系, 短时记也是如此,它既要贮存,又要加工,实际 上是一个工作记忆。
在这种关系中,参与构成的系统称为低层 系统,构成后的新系统称为高层系统。
1、构成性:由下而上逐级构成
层次结构的一个显著特征是,低层系统对高层系 统具有构成关系:低层系统必须是高层系统的构 成部分,而高层系统也只能以低层系统为存在基 础。 层次结构中的构成性关系是物质系统之间的纵向 的或垂直的有序关系,即子系统与母系统、各个 子系统之间的相互包含和相互作用,它反映出不 同层次之间是相互依存的。 多极构成、多级环境、多级功能
2、结合度递减的存在论意义
• 层级结构存在的必要条件
只有结合度递减,下层子系统才会以单体稳定的 方式发生相干效应,从而造成上层系统的出现。
• 上层系统稳定存在的范围较下层系统狭小 • 低层系统在宇宙中的分布远远超过高层系
统。
3、结合度递减的进化论意义
• 复杂物质形态大多是在稳定低层系统的基础上经
逐级构成,逐级递进;逐级相干,逐级集约 (依赖于层级结构中结合度逐级递减)
(二)层次结构的结合度
1、结合度极其递减趋势
结合度:泛指相互作用的强度,可以用势能、 结合能、键合力、信息量加以计量。
交换物质能量---空间临近程度 交换信息 ----压缩时空
一般随着层次由低向高推进,结合的紧密程 度由大到小而递减: 从将夸克结合为基本粒子的力量到将中子和 质子结合为原子核的核交换力;从将原子核 与电子结合 的电磁力到将原子结合为分子的 共价键或离子键;从将化学分子结合为生命 大分子到将多细胞结合为生命整体;直至维 持生物群落和生态系统的力量,不但具有巨 大的强弱差异,而且是依次递减的。
如何解释短时记忆容量有限
• 心理学家通过实验得出结论:改变组块的
容量可以增加记忆容量。如果出示一级无 关的汉字,学生大约能记住5、6个字,如 果对汉字加以重组形成词,那么学生可以 记住5、6个词,其中汉字的字数已超过5、 6个了。因此要扩大短时记忆的容量,比如 如果要增加阅读速度,就应该以词组或短 语、句子为单位阅读。
•
每个子系统独立消除内部行为的不确定性 子系统之间关系不确定性的消除 控制方式: 集中控制 整体优化 时滞长 成本高 应变差 分散控制 整体协调差 反映及时 灵活 递阶控制 取长补短
信息逐级集约与问题逐级简化
• “黑箱化”
把下层子系统的特征简化为内部约束条件
• 把上层系统的制约简化为外部环境条件
在神经心理学之前研究认识过程
(四)层级间的因果链
因果链:因果关系的传递方式。 长程链、复合链、反馈链
层次结构中存在着双向因果链: 其一,低层系统及其相干性关系作为原因,可 以在高层系统中引起一定的结果,决定高层系 统的特点和规律,此乃其上向因果链。
其二,高层系统对低层系统的支配、影响和 限制,这是其下向因果链。
上向因果链的存在,提供了从低层次规律 入手认识高层次现象的可能性;
双向因果链:
• 低层对高层的基础性作用
递进性解释
• 高层对底层的支配调节作用
扩展性解释
短时记忆信息缓冲原理
•
短时记忆由若干槽道构成。每一个槽道相当于一个信息 通道。来自感觉记忆的信息单元分别进入不同的槽道。缓 冲器的复述性加工有选择地将槽道中的信息进行复述。被 复述的槽道中的信息将进入长时记忆中。而没有被复述的 槽道中的信息将被清除出短时贮存区而丧失。 各槽道中的信息保持的时间是不一样的。信息在槽道中 保持的时间越长,越有可能进入长时记忆中,也越有可能 被来自感觉记忆的新的信息冲挤掉。 相对而言,长时记忆才是一个真正的信息贮存库, 但 其中的信息也有可能因消退、干扰和强度丧失等原因而产 生遗忘。
上向因果链与递进性解释
• 递进性解释
从低层系统的规律出发,考虑低层系统过 渡到高层系统的相干条件以及环境因素, 对高层系统的行为特征作出递进性解释。 • 逻辑要素 低层规律 低层过渡到高层的相干条件 环境陈述
• 逐级集约
子系统之间的联系相对微弱 进入上层的信息是集约了的信息,是与整体有关 的信息,而不包括仅与子系统内部活动有关的信 息。 高层系统形成所需要的信息条件不比底层系统严 格,反而较为宽松,也较易满足。 物质+能量+较少的信息=聚合高层系统
信息逐级集约与行为逐级控制
• 信息的逐级集约------逐级控制 • 控制等级
信息及其逐级集约
• 信息
申农:狭义的信息 消除认识上的不确定性 维纳:控制论角度 组织性的量度 负熵 普里戈金:(广义的信息 ) 相干性 对环境的适应
信息论的创始人:数学家申农
• 1948年,《贝尔系统技术杂志》发表申农
的论文《通讯的数学原理》奠定了现代信 息论的基础。由于控制论,电子计算机和 通信技术的相互结合,信息论正在获得迅 速的发展。特别是信息论与生物化学、分 子生物学、计量社会学和计量心理学等领 域相结合,使信息论成为现代科学问题的 有力武器。
低层过渡到高层的相干条件
• 化学键:元素
化合物
• DNA双螺旋结构:有机小分子 生命大分子
• 超循环理论:生命大分子
生命
下向因果链与扩展性解释
• 扩展性解释
加入高层,自由度减少,活动范围受限、 活动方式受选择,新特点。 • 逻辑要素 高层规律 低层子系统的结构条件 环境陈述 • 扩展性解释 低层偶然,高层必然
信息论的始人:数学家申农
申农认为,信息论的基本内容,就是研究信源、 信宿、信道和编码问题,他对信息论的贡献很多, 主要有五点:一是他第一次从理论上阐明了通讯 的基本问题,提出了通讯系统的模型;二是提出 了度量信息量的数学公式;三是初步解决了如何 从信息接受端提取信息源发来的消息的技术问题; 四是提出了如何充分利用信道的信息容量,如何 在有限的信道中以最大的速率传递最大的信息量 的基本途径;五是初步解决了如何编、译才能使 信源的信息充分表达、信道的容量被充分利用的 问题。
第三节 物质系统的层级结构
理解复杂系统的基本方式
一个较为复杂的系统都是按层次结构组织起来的, 即每个物质系统都是较高一级系统的一个要素,同 时它作为较高一级系统的要素本身,通常又是较低 一级的系统,这样便形成了自然界物质系统的层次 性(如下图)。
总星系
星系团 星系 宇观
非生命世 界物质系 统的层次
2、相干性:层层相干,层层有新质突现
层次结构中的相干性关系是物质系统间的横向 关系。
处于同一层的子系统之间相互限制、相互协同。 只有通过相干性关系,它们才能结合起来构成 高一级系统,导致纵向层次间质的差异。
2、相干性:层层相干,层层有新质突现
随着每一个新物质层次的形成,总会有新质的 突现和新功能的问世。 层级的增加以结构的简化为代价,为底层系统 并入高层系统的活动模式创造条件。理解复杂现 象
西蒙 信息集约化 内部参数(内部约束条件:黑箱) • 短时记忆容量 • 短时记忆进入长时记忆的固结时间(5-8秒 /块) • 记忆的组织形式
如何解释短时记忆容量有限
• 1956年,美国心理学家George ler明确
提出,短时记忆容量为7±2个组块。 • 当外界信息通过感官进入记忆系统中的短 时贮存系统时需要对信息进行有意识的处 理。实验表明:短时记忆贮存系统一般接 收7+2个单位的量。这个单位被称为 “chunk”,即组块,它既可是单个字,也 可以是词、词组,甚至是句子。
过聚合方式产生的。
• 选择聚合方向,提供聚合“原料”,加快聚合速
度 高层系统解体,低层子系统的稳定性依然存在 进化速度快,成功几率高 (组合式家具,拆分拼装) 层级结构普遍存在 ;多层级的层级结构罕见
•
(三)层级结构中的信息流
• 信息及其逐级集约 • 信息逐级集约与行为逐级控制
• 信息逐级集约与问题逐级简化
-23
尺度范围(10k厘米) k 28 20 —— 23 6 —— 14 8 —— 10 -5 —— 7 - 8 —— - 6 - 8 —— - 7 - 13 —— - 12 10
- 13
地上物体 分 原 子 子
原 子 核 基本粒子
克
厘米
(一)层次结构的基本特征
层次结构指的是,若干要素经相互作用构 成的系统,再通过新的相互作用而构成新系 统的逐级构成的结构关系。
恒星
行星 地面上的宏观物体 分子 原子 原子核 (基本)粒子 微观 宏观
夸克
生物圈 生态系统 生物群落
生命世界的 基本物质系 统层次
种群 生物个体
系统
器官 组织 细胞 生物大分子
物质各层次的质量范围和尺度范围 层 次 质量范围(10n克) n 总 星 系 星 恒 行 系 星 星 55 36 —— 45 32 —— 35 24 —— 30 - 15 —— 24 - 22 —— - 15 - 23 —— - 21 - 23 —— - 21 0 —— 10
如何解释短时记忆容量有限
• 如何解释短时记忆容量有限这一短时记忆的特点
呢? 1.Waugh、Norman和Atkinson等倾向于从贮存 空间及其有限的槽道来说明。 2.Baddeley等(1975)认为短时记忆的容量取决 于人在2秒钟内能够复述的信息的数量。 3.Klatzky(1975)木匠工作台原理。木匠工作台 既要放料又要工作,二者必然存在一个权衡关系, 短时记也是如此,它既要贮存,又要加工,实际 上是一个工作记忆。
在这种关系中,参与构成的系统称为低层 系统,构成后的新系统称为高层系统。
1、构成性:由下而上逐级构成
层次结构的一个显著特征是,低层系统对高层系 统具有构成关系:低层系统必须是高层系统的构 成部分,而高层系统也只能以低层系统为存在基 础。 层次结构中的构成性关系是物质系统之间的纵向 的或垂直的有序关系,即子系统与母系统、各个 子系统之间的相互包含和相互作用,它反映出不 同层次之间是相互依存的。 多极构成、多级环境、多级功能
2、结合度递减的存在论意义
• 层级结构存在的必要条件
只有结合度递减,下层子系统才会以单体稳定的 方式发生相干效应,从而造成上层系统的出现。
• 上层系统稳定存在的范围较下层系统狭小 • 低层系统在宇宙中的分布远远超过高层系
统。
3、结合度递减的进化论意义
• 复杂物质形态大多是在稳定低层系统的基础上经
逐级构成,逐级递进;逐级相干,逐级集约 (依赖于层级结构中结合度逐级递减)
(二)层次结构的结合度
1、结合度极其递减趋势
结合度:泛指相互作用的强度,可以用势能、 结合能、键合力、信息量加以计量。
交换物质能量---空间临近程度 交换信息 ----压缩时空
一般随着层次由低向高推进,结合的紧密程 度由大到小而递减: 从将夸克结合为基本粒子的力量到将中子和 质子结合为原子核的核交换力;从将原子核 与电子结合 的电磁力到将原子结合为分子的 共价键或离子键;从将化学分子结合为生命 大分子到将多细胞结合为生命整体;直至维 持生物群落和生态系统的力量,不但具有巨 大的强弱差异,而且是依次递减的。
如何解释短时记忆容量有限
• 心理学家通过实验得出结论:改变组块的
容量可以增加记忆容量。如果出示一级无 关的汉字,学生大约能记住5、6个字,如 果对汉字加以重组形成词,那么学生可以 记住5、6个词,其中汉字的字数已超过5、 6个了。因此要扩大短时记忆的容量,比如 如果要增加阅读速度,就应该以词组或短 语、句子为单位阅读。
•
每个子系统独立消除内部行为的不确定性 子系统之间关系不确定性的消除 控制方式: 集中控制 整体优化 时滞长 成本高 应变差 分散控制 整体协调差 反映及时 灵活 递阶控制 取长补短
信息逐级集约与问题逐级简化
• “黑箱化”
把下层子系统的特征简化为内部约束条件
• 把上层系统的制约简化为外部环境条件
在神经心理学之前研究认识过程
(四)层级间的因果链
因果链:因果关系的传递方式。 长程链、复合链、反馈链
层次结构中存在着双向因果链: 其一,低层系统及其相干性关系作为原因,可 以在高层系统中引起一定的结果,决定高层系 统的特点和规律,此乃其上向因果链。
其二,高层系统对低层系统的支配、影响和 限制,这是其下向因果链。
上向因果链的存在,提供了从低层次规律 入手认识高层次现象的可能性;
双向因果链:
• 低层对高层的基础性作用
递进性解释
• 高层对底层的支配调节作用
扩展性解释
短时记忆信息缓冲原理
•
短时记忆由若干槽道构成。每一个槽道相当于一个信息 通道。来自感觉记忆的信息单元分别进入不同的槽道。缓 冲器的复述性加工有选择地将槽道中的信息进行复述。被 复述的槽道中的信息将进入长时记忆中。而没有被复述的 槽道中的信息将被清除出短时贮存区而丧失。 各槽道中的信息保持的时间是不一样的。信息在槽道中 保持的时间越长,越有可能进入长时记忆中,也越有可能 被来自感觉记忆的新的信息冲挤掉。 相对而言,长时记忆才是一个真正的信息贮存库, 但 其中的信息也有可能因消退、干扰和强度丧失等原因而产 生遗忘。