第五講系統與系統理論

陳發俊副教授安徽醫科大學人文社會科學學院7/7/20231系統論1、系統學——一般系統論2、系統方法——運籌學3、系統工程7/7/20232一、一般系統論簡介“系統〞概念的內涵“系統〞的特征系統的分類物質系統的層次結構7/7/20233“系統〞概念的內涵把極其復雜的研究對象稱為系統，即由相互作用和相互依賴的假設干組成局部結合成具有特定功能的有機整體，而且這個系統本身又是它們附屬的更大系統的組成局部。〔錢學森〕7/7/20234“系統〞概念的內涵系統是處于一定相互聯系中的與環境發生關系的各組成成份的總體。貝塔朗菲〔一般系統論創立者〕“相互作用〞指的是，假設干要素〔P〕處于假設干關系〔R〕中，以致一個要素P在R中的行為不同于它在另一關系R’中的行為。如果要素的行為在R和R’中并無差異，那么就不存在相互作用，要素的行為就不依賴于R和R’。貝塔朗菲，?一般系統論：根底開展和應用?林康義等譯，清華大學出版社1987年6月，P51〕7/7/20235對系統概念內涵的分析物質系統是由兩個或兩個以上的物質要素構成的。這些共存于一個統一體中的要素是具有一定的差異性的，甚至是異質的。例這些共存于一個統一體中的要素是通過相互聯系，即通過相互影響，相互制約，相互作用構成統一的整體。如果各局部之間互不相干，那么不能構成系統。例這些相互聯系的物質要素所構成的統一整體是具有特定功能的統一整體。這里的功能主要指的是整體功能，是不能簡單地復原為其構成要素的功能的。7/7/20236對系統概念內涵的分析這種特定的功能，是物質系統與其外部環境系統的相互聯系中顯示出來的，也就是說物質系統的特定功能是在物質系統與物質系統的相互聯系中表現出來的。7/7/20237對系統概念內涵的分析某一物質系統的環境系統是相對于我們考察對象的范圍而言的，把一定區域的物質要素所構成的統一整體視為一個物質系統的話，這個區域之外的全部要素所構成的系統就是該物質系統的環境系統。7/7/20238和實生物?國語·鄭語?中錄史伯之言：“先王以土與金木水火雜以成百物，是以和五味以調口，剛四支以衛體，和六律以聰耳，……聲一無聽，色一無文，味一無果〔美〕，物一不講〔媾〕。〞〔一種音調不能譜成動聽的樂曲，一種顏色不能形成好看的紋飾，一種味道的飯菜吃不飽肚子，同一種性別的動物難以交配〕講的是“和異而生物〞。7/7/20239和實生物古希臘哲學家赫拉克里特也提出過十分相似的思想：“自然也追求對立的東西，它是用對立的東西制造出和諧，而不是用相同的東西，例如將雌雄相配，而不是將雌配雌、將雄配雄；聯合相反的東西造成協調，而不是聯合——致的東西。藝術也是這樣做的，顯然是模仿自然。繪畫在畫面上混合著白色和黑色、黃色和紅色的成分，造成酷肖原物的形象。音樂混合音域不同的高音和低音、長音和短音，造成一支和諧的曲調。書法混合元音字母和輔音字母，拼寫出完整的字句。返回7/7/202310例漢高祖劉邦得天下之后，在一次聚會時，問眾卿：“皆言其情，吾所以有天下者何？項氏所以失天下者何？〞高起、王陵對曰：“陛下使人攻城略地，所降下者，因以與之，與天下同利也。項羽妒賢嫉能，有功者害之，賢者疑之，戰勝而不與人功，得地而不與人利，此其所以失天下也。〞劉邦總結說：“運籌帷幄之中，決勝于千里之外，我不如子房；鎮國家，撫百姓，給餉饋，不絕糧道，吾不如蕭何；連百萬之眾，戰必勝，攻必取，吾不如韓信。三人皆人杰，吾能用之，此吾所以取天下也。項羽有一范增而不能用，此所以為我擒也。〞劉邦總結的很有道理，他手下的這三位大將，各有其長，在劉邦的領導下，能有機地結合起來，充分發揮作用，所以能取得勝利。這是“合異生物〞的典范。return7/7/202311系統的特征整體性有機關聯性動態性有序性預決性7/7/2023121.系統的整體性所謂整體性，是針對機械論的系統觀而提出的。無論哪種觀點，都不否認系統是由其組成局部〔要素或子系統〕構成的。7/7/2023131.系統的整體性如果認為系統的性質或特點是其組成局部的性質或特點的簡單總和〔代數和，或說具有可加性〕，那么是一種機械的系統觀。系統論的觀點是：整體大于各孤立局部之和〔亞里斯多德的著名悖論命題〕。7/7/202314系統的整體性“整體大于局部之和〞的含義：組合性〔constitutive〕特征不能用孤立局部的特征來解釋。因此，復合體特征與其要素相比似乎是“新加的〞或“突現的〞。然而，如果我們知道了一個系統所包含的所有組成局部以及它們之間的各種關系，那么就可能從組成局部的行為推導出這個系統的行為。三個臭皮匠，賽過諸葛亮。協同出現新功能，不是各自獨立簡單相加。7/7/202315系統的整體性按照一般系統論的觀點，系統決不是其各個局部的簡單相加，而是各個局部的有機結合。為了理解一個系統，就不僅需要了解其各個局部，而且需要了解各個局部之間的相互關系和相互作用。只有從各個局部的相互關系和相互作用中，才能發現系統的一般方面、發現其一致性和同態性，發現系統的規律。貝塔蘭菲認為，這一點正是系統思想的核心。他甚至以此給出了一般系統論的一個定義：一般系統論是關于"整體"的一般科學。7/7/202316

科學自然觀邏輯數學方法經驗社會技術、文化要素

BA科學的有機系統整體7/7/202317２．系統的有機關聯性有機關聯性原那么： 一是系統內部諸要素的有機關聯；二是系統同外部環境的有機關聯。7/7/202318２．系統的有機關聯性一般系統論所研究或處理的系統根本上都是開系統。開系統與外界有物質的、能量的、信息的交換，有相應的輸入和輸出以及量的增加或減少。系統的這種性質很重要。7/7/202319系統的有機關聯性(continue)系統內部諸要素之間的有機關聯可以用數學語言加以描述。〔仍不完備〕ｄＱｉ／ｄｔ＝ｆｉ〔Ｑ1，Ｑ2，……Ｑｎ〕〔ｉ＝1,2,…n〕Ｑｉ表示系統中某元素的某種量。聯立方程組說明，任意的一個Ｑｉ量的變化都要受到所有的Ｑ的制約。反之，任一Ｑ的變化也會影響到其它量。系統是一個由相互關聯的要素構成的整體。7/7/202320?紅樓夢?第七十四回：

抄檢大觀園賈探春：“可知咱們這樣大戶人家，假設從外頭殺來，一時是殺不死的。這可是古人說的‘百足之蟲，死而不僵’，必須先從家里自殺自滅起來，才能一敗涂地呢!〞7/7/202321系統的有機關聯性醫學美學的“真、善、美〞關系真——準確、有效善——治病救人、解除痛苦美——不留創傷、傷口美觀7/7/202322３．系統的動態性任何系統都隨時間不斷地變化，另外從生物學的角度看，動態也是系統保持靜態的前提。例如：生命有機體保持體內平衡的根底之一是新陳代謝的存在。有機關聯性——各要素間空間的分布動態性原那么——時間上的變化。7/7/202323３．系統的動態性一方面，系統內部的結構分布不是固定不變的，而是隨時間變化的。另一方面，系統的開放性質，有機關聯性質強調的是系統同外界進行物質、能量、信息的關聯和交換。7/7/202324系統的動態性動態可以表現為相對的穩態，穩態不是靜態，而是含有動態的一種運動狀態。如“漸進分異〞，“發育〞等概念都有運動的含義。7/7/202325系統的動態性任何系統都是開放系統，開放系統每時每刻都處于物質、能量、信息的交換、流動之中。開放系統是系統處于動態的條件，動態又是開放系統的必然表現。7/7/202326４．系統的有序性無序是系統熵最大的一種狀態，用物理學語言描述之，就是熱力學系統分子最均勻的狀態。遠離無序的狀態就是有序狀態。系統從無序到有序標志著系統的組織性或組織化程度的增長。系統的組織性與系統內部要素的有機關聯性及其動態過程都有關系。系統的有機關聯性所表現出的結構、層次以及系統的動態性所表現的漸進分異的方向性，都使系統具有有序性的特點。7/7/202327○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎無序狀態有序狀態7/7/202328５．系統的預決性〔finality,或目的性〕系統的預決原那么，又被稱為終極原那么或者目的原那么。這就是說，系統的有序是具有方向性的，系統的這種方向性又受到系統的目的性或者預決性制約。7/7/202329５．系統的預決性〔finality,或目的性〕一般系統論認為，系統的有序性不是為有序而有序的，而是按一定方向而有序，不僅如此，這種方向是由一定的預決性或目的性所支配的。7/7/202330系統的預決性〔finality,或目的性〕貝塔朗菲認為，一個系統不僅要由實際條件來決定，而且要受所到達的最后狀態所制約。這也就是說，一個系統的開展方向，不但受到實際狀態和條件的影響，而且取決于對未來狀態的預測。因此，在研究一個系統時，其變化不僅可以從實際狀態方面來表示，而且可以從其距離到達穩定狀態的目標有多遠來表示。7/7/202331系統的分類①根據物質系統與其環境相互聯系的程度——孤立系統、封閉系統與開放系統。〔從物質、能量交換方面看〕②根據物質系統自身組織程度的上下——有序系統和無序系統7/7/202332系統的分類③根據構成物質系統要素的多少以及要素與要素之間構成方式的復雜程度——簡單系統和復雜系統④根據物質系統空間域的大小——微觀〔細胞、分子以下〕系統、宏觀系統、宇觀系統〔指星系以上〕。7/7/202333系統的分類⑤根據人類在物質系統構建中的地位和作用，——天然系統和人工系統。⑥根據物質系統狀態參量和時間的關系——動態系統和靜態系統。7/7/202334四、物質系統的層次結構每一個物質系統是其要素的系統，同時也是更大系統的要素。這就是所謂的物質系統的層次。7/7/202335四、物質系統的層次結構自然界物質系統的層次具有無限性，即層次是無窮的。物質的無限可分不應理解為無休止地機械分割，而應理解為層次的無限性〔量的無限擴張和質的無限多樣性〕。7/7/202336四、物質系統的層次結構例如：原子－分子－分子團－細胞－組織－器官－系統－人－家庭－社團－人類－地球生態－地球……〔每一環節都是一個關節點〕7/7/202337上下層次間的關系①高層系統是由低層系統構成的，各要素相互作用產生了整體結構及功能。②低層系統并不因高層系統的產生而消失。7/7/202338上下層次間的關系③要素處于系統中因受到制約，性質有所改變。④結合度隨層次增設而降低。因此，在處理高層次問題時可以把低層次系統〔要素〕當作黑箱來考慮。7/7/202339ABS2S1S7/7/202340系統的結合度問題的啟示?資治通鑒?： ——初命晉大夫魏斯、趙籍、韓虔為諸侯。解放戰爭時期國民黨打敗仗與蔣介石的越權指揮企事業單位行政管理問題7/7/202341作業搜集一個與自己專業有關的應用系統理論的實例，并論述。下次課堂討論7/7/202342二系統工程除一般系統論外〔generalsystemtheory〕外，系統論還應包括系統工程和系統方法——運籌學〔systemsengineeringandoperationalresearch〕，后二個方面的知識具有較強的可操作性和實踐意義。7/7/202343古代系統工程的典范－都江堰7/7/202344都江堰的分水排沙原理7/7/202345系統方法——運籌學運籌學是關于決策問題的科學，研究范圍十分寬泛，大致可歸并于以下８個方面。①分配問題。對資源、人員、設備、時間等進行有效地分配。②庫存問題。太多那么積壓，太少那么脫銷，軍用物質更如此。7/7/202346運籌學研究的問題③排隊問題。以翻開水為例說明之。有四個人排隊在一個水龍頭下接開水，這四個人分別帶1、2、3、4個水瓶，如果拿4只水瓶的人先沖，按沖每瓶水2分鐘計算，依次沖完需要8×4＋6×3＋4×2＋2×1=60分鐘〔相當于一個人等60分鐘的時間〕。而如果讓只帶一只水瓶的人先沖，依次沖完那么只需要2×4＋4×3＋6×2＋8×1=40分鐘。

7/7/202347運籌學研究的問題④順序問題。公共效勞系統要考慮的問題。如何安排效勞設施的秩序。如醫院就醫順序。⑤更新問題。汽車的報廢。設備更新。⑥路線問題。最有效路程。推銷員走幾個城市最正確路線