第1章 系统

第1章
系统
1.2 系 统 的 特 性
1.2.1 系统的整体性
系统整体性指的是，系统是由若干要素组成的具有
一定新功能的有机整体。 整体与部分的关系：
各个部分简单凑合在一起； 各个部分有机地结合在一起，即有一定的结构，各个部分相互
联系，相互制约，构成有机整体——系统。此情况下，“部分”
只有在“整体”中才能体现它具有的意义
系统
这样划分系统，可以帮助我们在构造系统时由浅入深，
阶段明确，步骤清楚。研制信息系统的过程，是一个“具 体—抽象—具体”的过程。
通过对现行系统进行初步调查，明确新系统的目标和功能框架， 这就是概念系统，或称为概念模型。 在系统分析阶段，通过对现系统的详细调查，并参考对新系统的 目标要求(即概念模型)，构造出新系统的逻辑模型。 在论证和确定逻辑模型的基础上设计出来的物理模型，系统实施 阶段的结果则是交付用户一个可实际运行的系统，即实体系统。
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信息论+控制论+系统论
1948年，美国数学家香农(Shannon) 和维纳(Wiener)相继提出信息 论和控制论，与系统论形成三大论。 信息论: 研究的是如何认识信息和度量信息 控制论：利用信息交换和反馈来实现系统的有目的的最佳控制
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1.3.4 复杂系统理论热潮 自组织理论学派
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这个定义可以从三个方面理解：
系统是由若干元素组成的
这些元素可能是一些个体、元件、零件，也可能本身就是一个 系统(称为子系统)。 例如，鼻、咽、喉、气管、支气管、肺等器官构成人的呼吸系 统。呼吸系统又是人体(系统)的一个子系统。
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系统有一定的结构
一个系统是其构成元素的集合，这些元素相互联系、相互制 约。系统内部各要素之间相对稳定的联系方式、组织秩序及时空 关系的内在表现形式，就是系统的结构。 例如，钟表由齿轮、发条、指针等零部件按一定的方式装配 而成，但一堆齿轮、发条、指针随意放在一起却不能构成钟表。
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欧洲文艺复兴运动以后，近代科学开始获得长驱直 入的发展，望远镜、显微镜、气压计、温度计、摆钟 等相继发明和制造出来。这些发明为人类深入认识客
观世界的各个局部提供了十分有效的手段。
力学、天文学、物理学、化学、生物学等科目逐渐 形成独立的学科。机械论成为近代科学的一大特征。 机械论立足于一个重要原理：分析还原原理。
自然系统 (起 源 ： 宇 宙 的 起 源 及 进 化 过 程 ) 包括人，他能创造出
人工物理系统 (起 源 ： 人 和 目 的 )
人工抽象系统 (起 源 ： 人 和 目 的 )
人类活动系统 (起 源 ： 人 的 自 我 意 识 )
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自然系统 (起 源 ： 宇 宙 的 起 源 及 进 化 过 程 ) 包括人，他能创造出
系统处于平衡状态时各种物理量在平均值附近存在涨落，涨落造 就了系统的进化和复杂性。
复杂适应系统理论学派
基本思想是：将系统的组成元素统称为主体，主体能完成自身行
为，这些行为可以利用一组“刺激-反应”贵州来描述 。
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本章内容回顾
系统概念 系统特性 系统思想发展
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人工物理系统 (起 源 ： 人 和 目 的 )
人工抽象系统 (起 源 ： 人 和 目 的 )
人类活动系统 (起 源 ： 人 的 自 我 意 识 )
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从物理学中描述的亚原子系统，到地球上的山川河流、
生命系统，直至银河系统，都是自然系统。
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自然系统 (起 源 ： 宇 宙 的 起 源 及 进 化 过 程 ) 包括人，他能创造出
且一旦形成则不易改变。
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自然系统 (起 源 ： 宇 宙 的 起 源 及 进 化 过 程 ) 包括人，他能创造出
人工物理系统 (起 源 ： 人 和 目 的 )
人工抽象系统 (起 源 ： 人 和 目 的 )
人类活动系统 (起 源 ： 人 的 自 我 意 识 )
人工抽象系统，如数学、诗歌和哲学，它们代表着人类有 序的有意识的产品。它们本身是抽象系统，有了书、磁带、 蓝图等人工物理系统作为载体，才为人们所把握。它们也 是与某个目的有关而存在的，例如为了扩大知识。
象中灵感突来，等等。
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1.3 系统思想的发展
现代系统理论诞生于 19 世纪 40 年代。它的产生和 发展，彻底改变了世界的科学图景和当代科学家的思 维方式，是继相对论和量子力学之后的又一次伟大的 科学革命。它既是现代科学高度发展的产物，又是人 们原始思维的延续。今天的系统理论中的许多观点， 可以一直追溯到有文字记载的最始端。也许在文字发 明之前，人类就已经自觉不自觉地用原始的系统方式 看待周围的自然界了。回顾系统的渊源，有助于深入
人体由各种器官组成，但各个器官简单拼合在一起不是一个活人。
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系统有一定的功能
功能是指系统与外部环境相互联系和相互作用中表现出来的
性质、能力和功效。系统的组织方式，正是为了适应这种功能和 目的要求。 如呼吸系统的功能是进行体内外的气体交换。信息系统的功 能是进行信息收集、传递、储存、加工、维护和使用，辅助决策， 帮助企业实现目标。
理解系统理论的内涵，掌握其实质。
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1.3 系统思想的发展
1.3.1 古代朴素的系统思想
古希腊哲学家亚里士多德--“整体大于部分之和” 。 春秋时期孙武所作的《孙子兵法》运用系统思想从全面战略
高度来讨论战争，提出了与现代“综合国力论”相似的理论，用 动态系统运筹观点对战争进行了淋漓尽致的分析。 公元前250年，李冰父子主持修建的都江堰，是一个宏大的
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人工抽象系统 (起 源 ： 人 和 目 的 )
人类活动系统 (起 源 ： 人 的 自 我 意 识 )
人类活动系统是有目的的人类活动的集合。这类系统起源 于人的自我意识。人类活动系统与自然系统、人工物理系 统的根本差别在于，后者一旦显现出来，就再也不能是别 的样子，而人类活动系统往往不会有惟一的(可检验的)认 识，观察者可根据其世界观不同而有不同的理解。
系统在与环境的相互作用中，在一定的范围内，其发 展变化表现出坚持趋向某种预先确定的状态。目的， 即预先确定的目标，引导着系统的行为。
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1.2.4 系统的突变性 系统的突变性，是指系统通过失稳从一种状态进入 另一种状态的一种突变过程。
突变是一种普遍的自然现象和社会现象。如自然
现象中火山爆发、寒流突至，工程现象中桥梁坍塌、 河堤决口，社会运动中战火突起、股票暴涨，精神现
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黑格尔---身体上割下来的手 亚里士多德 整体>部分 “三个臭皮匠，赛过诸葛亮” 不协调 整体<部分 “三个和尚没水吃”
系统部分之间的联系方式决定系统整体特性
石墨 VS 金刚石
系统与环境的关系
系统与环境的有机关联，即系统的开放性是系统向上发展的
前提，也是系统稳定存在的条件。
人工物理系统 (起 源 ： 人 和 目 的 )
人工抽象系统 (起 源 ： 人 和 目 的 )
人类活动系统 (起 源 ： 人 的 自 我 意 识 )
人工系统包括：人工物理系统、人工抽象系统和人类
活动系统三种类型。
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自然系统 (起 源 ： 宇 宙 的 起 源 及 进 化 过 程 ) 包括人，他能创造出
这种方法引导人们自觉、主动地控制讨论问题的层次 和范围，在每个具体时刻，都集中力量于应当注意的
层次，暂不顾下一层的细节，以免分散精力。当这一
层的问题弄清楚之后，再根据需要深入到下一层次的 某些细节中去。这样，“黑箱”逐步变为“灰箱”，
最后变为“白箱”。
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1.2.3 系统的目的性
系统的目的性是系统发展变化时表现出来的特点。
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认为只要把研究对象分解开来，对各部分孤立地研 究，再把各部分的认识综合起来，就可得到整体的认
识。切克兰德称分析还原原理“标示了西方知识传统
之特征”，“统治西方科学方法达350年之久”。 这种偏重于分析的方法有一定的局限性，它只能孤 立地掌握世界的部分属性，不能掌握世界的整体性质。 在这种历史条件下，系统思想被搁置起来也不难理解
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1.1.2 系统的分类
按系统的复杂程度分类
博尔丁(Boulding)按复杂程度把系统分成9个等级
信息系统
超越系统 社会文化系统 人 动物 低级有机体 开放系统 控制装置 钟表机构 框架结构
人类社会 及宇宙系统
生物系统
物理系统
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按系统的起源分类 按系统的起源不同，可以分为自然系统和人工系统。
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概念系统(conceptual system)是最抽象的系统。它是人们根据
系统目标和以往的知识构思出来的系统雏形。它虽然不很完善，
也有可能不能实现，但它表述了系统的主要特征，描绘了系统的
大致轮廓。

从抽象程度讲，逻辑系统(logical system)介于概念系统与实体
系统之间。
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按系统的抽象程度分类
按系统的抽象程度，可分为概念系统、逻辑系统
和实体系统。

实体系统 又称为物理系统(physical system)，是最具体的
系统。它是完全确定的系统，其组成部分是完全确定的存在物。
如果是计算机系统，那么机器型号、终端数目、分布位置、 软件方面的操作系统、编程语言等等都已完全确定。
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按系统与环境的关系分类
按照系统与环境间的相互关系，可将系统分为开放
系统与封闭系统两类。
开放系统是指与其环境之间有物质、能量或信息交换的系统。
封闭系统与环境没有任何物质、能量和信息的交换。 系统具有边界，边界划分系统与环境。边界可以帮助我们理解 开放系统与封闭系统的区别。封闭系统具有不可贯穿的边界，而 开放系统的边界具有可渗透性。
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1.1 系 统 的 概 念
1.1.1 系统是什么
诸如自然界的生物系统，农业的灌溉系统，人体的消化系统、
呼吸系统、神经系统，计算机的操作系统、数据库管理系统，人 类社会的行政系统、教育系统，等等。
定义
系统是由相互联系和相互制约的若干组成部分结合成的、具
有特定功能的有机整体。
人工物理系统 (起 源 ： 人 和 目 的 )
人工抽象系统 (起 源 ： 人 和 目 的 )
人类活动系统 (起 源 ： 人 的 自 我 意 识 )
人工物理系统起源于人类的某个目的，是为某个目的
设计出来的，它的存在也是为了服务于该目的的。 锤子、电车、空间火箭是人工物理系统。人为了钉钉
子而设计和制造了锤子。锤子有一定的物理形态，而
防洪灌溉系统工程 20世纪80年代世界上又掀起“孙子”热，将其思想运用于军 事之外的管理领域。
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1.3.2 系统思想的淹没 人们在同大自然的抗争中，逐渐感觉到系统思维还
不是寻找生存、改造自然最有效的武器，对分散、零
碎的实际问题并不那么卓有成效。 面对具体的现实世界，人们只能将一时难以搞清的 事物采取各个击破的方法，一部分一部分地去研究。 系统思想和方法便逐渐退到次要的位置。
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1.2.2 系统的层次性 系统的层次性指，由于组成系统的诸要素的种种差 异，使系统组织在地位和作用、结构和功能上表现出
等级秩序性，形成具有质的差异的系统等级。
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“黑箱”方法是指在认识的某一个阶段，把某种认 识对象看作一个封闭的箱子，我们只了解外界对它的
输入、输出，而暂时不打开这个箱子了解其内部结构。
了。
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1.3.3 现代系统思想的兴起 19世纪下半叶以来，科学技术进入全面发展的新时期。 机械论 vs 活力论
活力论认为生命物质与非生命物质之间存在着一条不可逾越的鸿 沟，生命现象不能还原为基本的物理、化学过程。
系统论
贝塔郎菲把生命看作一个有机整体，主张用机体论来代替活力论 和机械论，1937年，第一次提出了一般系统论概念。 系统论：利用信息来实现系统最优化