自組織理論

自組織理論目錄1.自組織理論概述2.自組織理論歷史背景3.自組織理論建立與發展4.自組織理論研究啟示5.自組織理論對管理思想發展的影響1.自組織理論概述 什么是組織？組織是怎樣形成的？生物體有自己的組織，社會集團和銀河系也有自己的組織。組織產生的過程實際上是一個系統從無聯系的狀態，排除了許多別的可能聯系方式只取某一種或某幾種聯系方式的過程。比如，把混亂的人群排成隊，就是一種組織過程，這個過程的意義無非是原來每個人都可任意處在空間各點，而一旦排了隊，可取位置的可能性就比原來大大地縮小了。一個組織的確定意味著事物從無聯系的狀態進化到某種特定狀態的過程。或者說是從混亂無序發展到有序的過程，是一個建立聯系的過程。自然界有各種各樣的組織過程，德國著名物理學家哈肯認為：從組織的進化形式來看，可以把它分為兩類：自組織和他組織。如果不存在外部指令，系統按照相互默契的某種規則，各盡其責而又協調地、自動地形成有序結構，就是自組織。自組織系統無需外界指令而能自行組織、自行創生、自行演化，即能自主地從無序走向有序。如果一個系統靠外部指令而形成組織，就是他組織。舉例說，在老師的督促下學習是“他組織”，學生自愿積極努力學習則是“自組織”被逼相親是“他組織”，而自由戀愛則是“自組織”自組織現象無論在自然界還是在人類社會中都普遍存在。天上的星星，地上的山川，人間的家庭，社區和市場，物理世界的雪花與云層，生物世界的各種物種，它們在沒有外界強加特定的干預和指令的條件下，依靠各部分的相互協調，而獲得相對穩定的秩序，形成有組織的行動，我們將這種現象稱為自組織。

自組織現象經典案例：

1.旋渦自然界中存在的大量旋渦，都是自組織系統，當火星局部區域風足夠大時，能將表面塵埃舉起，形成塵暴。在塵暴區內，大氣被額外加熱更急劇地上升，周圍空氣急速補充，加強對抗活動，形成很強的地面旋風，吹起更多塵埃。這些塵埃微粒，自動結合在一起，作整體有序運動，呈現出旋渦狀。地球上的龍卷風具有奇特的外貌。通常，它上部是一塊烏黑或濃灰的積雨云，下部是漏斗狀的云柱，它其實是一種類似臺風而規模不大的強烈的空氣旋渦。發生在水面上的稱“水龍卷”，陸地稱“陸龍卷”，都有小、快、猛、短的特點。龍卷風的形成一般都與局部地區受熱引起上下強對流中氣體分子的自組織有關。同理，臺風，又稱熱帶風暴，它的漩渦狀也是由大量分子在熱力及動力不穩定的條件下，通過自組織而形成的有序運動，呈現出旋渦狀結構。實際上，與氣流的流動過程相類似，液體的流動只要有某種壓力差和對流存在，哪怕是輕微的，就會發生自組織過程，造成旋轉的趨勢，可能形成旋渦。交替漲落的潮水，在海洋上造成旋渦。在奔騰的江河上，不時可看到一個個急轉的旋渦。日常生活中，水流形成的各種各樣的相似旋渦特征，無一不是遵從自然界的一條基本規律：大量微觀子系統，通過自組織形成有序運動，出現宏觀的旋渦狀相似特征。自組織現象經典案例：2.激光20世紀60年代出現的激光是一種遠離平衡條件下的典型宏觀有序結構。哈肯在研究激光的發射機理過程中發現，當外加電壓較小時，激光器猶如普通電燈，光向四面八方發射，發出無規則的自然光。當外加電壓達到某一特定的閾值時，會突然出現一種全新的現象，即受激原子好像聽到“向右看齊”的命令，發射出相位和方向都一致的單色光，就是激光這表明激光的內部狀態完全改變了原來是無規則振蕩的原子發射系統，現在完全自組織方式發生同相振蕩。這種從無序自然光向有序激光的演化，是在非平衡條件下系統進行自組織的又一突出例子。激光激光——同頻率、同相位、同偏振方向自然光——頻率、位相、偏振方向不同粒子數反轉受激輻射具有自組織特征自組織理論自組織的典型現象——遠離平衡態的非線性系統中的現象自組織現象——某一系統中自發形成的時空有序結構或狀態。貝納德對流液體均勻加熱T2T1T2T1>

在一水平容器中放一薄層液體，從底部徐徐均勻地加熱，開始液體沒有任何宏觀的運動。當上下溫差達到一定的程度，液體中突然出現規則的六邊形對流圖案。自組織理論貝納德對流

1900年，法國科學家貝納德(E.Benard)做了一個著名的對流實驗。自組織理論B—Z反應50年代初，俄國化學家別洛索夫用檸檬酸、溴酸鉀、硫酸作配劑，用鈰鹽作催化劑進行實驗，發現檸檬酸在稀釋的硫酸中被溴氧化，鈰離子在3價4價間振蕩，溶液在無色透明至淡黃色間周期變化。這是一種時間周期性的化學反應。又稱化學鐘反應。

1963年，從莫斯科大學生物化學系畢業的扎鮑廷斯基對別洛索夫的配方做了一些修改，主要是用鐵鹽代替了鈰鹽，使顏色更鮮艷地從藍變紅。（1）化學鐘自組織理論（2）化學波

“BZ反應”除了溶液顏色周期性變化外，還表現為多種多樣的波動,這又是一種空間周期性。

信息由中心向外傳播，空間對稱性發生破缺。對稱破缺——生命的基本特征，自組織特征。自組織理論簡單思考題下列不屬于自組織現象的是（）?A各種具有不同功能器官組成的人體

B美國硅谷IT產業帶C西雙版納原始森林的生態系答案：B；分析：從組織的進化形式來看，可以把它分為兩類:他組織和自組織。如果一個系統靠外部指令而形成組織，就是他組織;如果不存在外部指令，系統按照相互默契的某種規則，各盡其責而又協調地自動地形成有序結構，就是自組織。自組織現象還有許多，不再一一枚舉。這些自組織現象的共同規律是：（1）通常只有某個系統參量達到一定閾值，新狀態才突然出現；（2）新狀態具有更豐富的時間和空間結構；（3）只有不斷從外界提供能量，這些結構才能繼續維持下去；（4）新結構一旦出現，不容易因為外界條件的微小改變而消失。2.自組織理論歷史背景基于對天體的演化、生物的進化、社會的發展以及人類語言和思維的變化的深入觀察與研究，一些新興的交叉學科從不同的角度對自組織的概念給予了解說：從系統論的觀點來說，自組織是指一個系統在內在機制的驅動下，自行從簡單向復雜、從粗糙向細致方向發展，不斷地提高自身的復雜度和精細度的過程。從熱力學的觀點來說，自組織是一個系統通過與外界交換物質、能量和信息，而不斷地降低自身的熵含量提高其有序度的過程。不可逆性分子物理熱力學過程的不可逆性：系統的演化具有時間箭頭——熵增的方向。演化的世界靜止的世界力學系統熱力學系統自組織理論從進化論的觀點來說，自組織是指一個系統在“遺傳”、“變異”和“優勝劣汰”機制的作用下，其組織結構和運行模式不斷地自我完善，從而不斷提高其對于環境的適應能力的過程。達爾文的生物進化論的最大貢獻就是排除了外因的主宰作用，首次從內在機制上，從一個自組織的發展過程中來解釋物種的起源和生物的變化。進化論與退化論平衡態熱力學的熱寂說

熱力學系統總是由非均勻、對稱性少的狀態向熵極大的、均勻的、對稱性多的平衡態演化。

——退化

生物系統總是從簡單、單一和均勻向復雜、多樣和不均勻演化。

——進化達爾文的進化論：自組織理論從社會發展的觀點來說：馬克思的五種社會形態（原始社會、奴隸社會、封建社會、資本主義社會和共產主義社會(社會主義社會是它的第一階段))的依次更替的演進理論是關于社會歷史的自組織理論；而人類的制造過程是他組織的，也是一個提高產品有序度，降低其熵含量的過程。與他組織相比較，自組織系統的行為模式具有以下特征：（1）信息共享。系統中每一個單元都掌握全套的“游戲規則”和行為準則，這一部分信息相當于生物DNA中的遺傳信息，為所有的細胞所共享。（2）單元自律。自組織系統中的組成單元具有獨立決策的能力，在“游戲規則”的約束下，每一個單元有權決定它自己的對策與下一步的行動。（3）短程通信。每個單元在決定自己的對策和行為時，除了根據它自身的狀態以外，往往還要了解與它臨近的單元的狀態，單元之間通信的距離比起系統的宏觀特征尺度來，要小得多，而所得到的信息往往也是不完整的。（4）微觀決策。每個單元所作出的決策只涉及它自己的行為，而與系統中其他單元的行為無關；所有單元各自的行為的總和，決定整個系統的宏觀行為；自組織系統一般并不需要涉及整個系統的宏觀決策。（5）并行操作。系統中各個單元的決策與行動是并行的，并不需要按什么標準來排隊，以決定其決策與行動順序。（6）整體協調。在諸單元并行決策與行動的情況下，系統結構和“游戲規則”保證了整個系統的協調一致性和穩定性。（7）迭代趨優。自組織的宏觀調整和演化并非一蹴而就，而是在反復迭代中不斷趨于優化；事實上，這類系統一般無法達到平衡，而往往處在遠離平衡態的區域進行永無休止的調整和演化；一旦靜止下來，就表示這類系統的“死亡”。3.自組織理論建立與發展：20世紀中期以來，當代自然科學的前沿出現了“耗散結構論”(DissipativeStructureTheory)、“協同學”(Synergetics)、“突變論”(Morphogensis)、“超循環論”(HypercycleTheory)、“混沌理論”(ChaosTheory)和“分形理論”(FractalTheory)等一批新興學科，但其基本思想和理論內核可以完全由耗散結構理論和協同學給出。建立與發展：耗散結構論：耗散結構論是伊里亞·普里戈金(IlyaPrigogine)教授于1969年在“理論物理學和生物學”國際會議上正式提出。耗散結構是一個遠離平衡態的非線性的開放系統通過不斷地與外界交換物質和能量，在系統內部某個參量的變化達到一定的閾值時，通過漲落，系統可能發生突變即非平衡相變，由原來的混沌無序狀態轉變為一種在時間上、空間上或功能上的有序狀態。這種有序結構，由于需要不斷與外界交換物質或能量才能維持，因此稱之為“耗散結構”(dissipativestructure)。耗散結構的特征耗散結構——系統通過不斷與外界進行能量與物質交換所形成的時空有序結構。平衡結構——不受外界影響，宏觀結構不變，如晶體。1、時空有序結構2、對稱破缺——對稱性降低Benard對流：空間平移對稱性破缺B—Z反應：空間平移和時間平移對稱性破缺激光：時空對稱性破缺自組織理論3、非線性相互作用——流與力的關系為非線性4、狀態突變——分岔Benard對流：

T較小時流力線性關系

T較大，達到或超過臨界值時，流與力的線性關系被破壞。非線性關系導致對流結果。控制參量

T反應物濃度泵浦功率無序有序自組織理論分岔與耗散結構熱力學平衡態較高的對稱性耗散結構對稱性降低（破缺）耗散結構的對稱性破缺是由分岔引起的。熱力學平衡態失穩分岔非平衡定態失穩分岔遠離平衡態自組織理論耗散結構產生的條件1、開放開放系統的熵變為——系統內各種過程的熵變——系統與外界進行物質與能量交換引起的熵變（熵流）當且因——系統無序有序自組織理論條件2、遠離平衡態普里高津：“非平衡是有序之源。”3、非線性相互作用非線性是產生系統新的性質和功能的前提。例：洛侖茲大氣對流方程非線性項非線性項4、漲落許多系統動力學方程為非線性的。自組織理論建立與發展：協同學：1977年，德國科學家哈肯出版了《協同作用學導論》一書，創立了協同學。協同論是一門專門研究系統進化普遍規律的科學。它研究子系統構成的系統是如何通過協作從無序到有序演化的規律。“協同”思想有兩個最基本的觀點：①“協同效應”是核心概念。即“協同導致有序”；②“自組織”是協同思想的硬核。支配原理影響系統行為的兩類變量：快變量——在臨界點附近阻尼大、衰減快的一類參量；慢變量——在臨界點附近阻尼趨于0的慢的一類參量。協同學的支配原理：在系統達到臨界點時，快變量受慢變量的支配，慢變量決定和控制著快變量，從而導致新的結構的產生。自組織理論建立與發展：突變論：突變論作為現代數學的一門新興分支學科，是20世紀70年代由法國數學家勒內·托姆提出的。突變論指出系統的熵可以增加也可以減少。這種熵增熵減可以在宏觀無限小的時間內突然發生。突變熵減少產生的有序性，可以抵消、戰勝自然界某些自發熵增趨勢，有可能造成有序性的發展。突變論的研究內容

突變論的研究內容是：研究從一種穩定組態躍遷到另一種穩定組態的現象和規律。在自然界和人類社會活動中，除了漸變的和連續光滑的變化現象外，還存在著大量的突然變化和躍遷現象，如水的沸騰、巖石的破裂、橋梁的崩塌、地震、細胞的分裂、生物的變異、人的休克、情緒的波動、戰爭、市場變化、經濟危機等等。突變論試圖用數學方程描述這種過程。自組織理論突變分岔系統突變時可從一種穩定狀態進入不穩定狀態，隨參數的再變化，又使不穩定狀態進入另一種穩定狀態，還可以從一種形態分岔到多種可能狀態。突變論給出了系統狀態的參數變化區域。如非線性系統常常隨參數的變化而狀態分岔。自組織理論建立與發展：混沌論：“混沌”一詞最初是一個哲學概念，源于古中國的”混沌初開無所不包”的意思。目前主要指在確定性系統中出現的“無序性”、“無規性”和“不可預測性”，是描述復雜性和不能根據初始狀態預知其未來的運動狀態的動力學系統的理論。在近階段，混沌理論標志了人類對客觀世界的認識已進入了一個新階段：不僅對“非此即彼”的明晰形態，而且對“亦此亦彼”的過渡性形態都能進行研究。混沌現象

湍流雷諾實驗木星大紅斑障礙物后的流體自組織理論單擺不計空氣阻力，在自然坐標系下，擺球的切向運動方程為mg

令得擺球的運動微分方程自組織理論忽略空氣阻力，擺球與地球系統機械能守恒可解得或寫為由該式可以畫出單擺在相空間的情況。自組織理論理想擺球運動相圖O

在無阻尼，無外力下，在物理量

和

張成一個二維平面相空間中，單擺相圖：自組織理論小角度擺動時或利用得相軌跡為橢圓，擺球做簡諧振動。

大角度擺動時，擺球相軌跡仍為閉和曲線，但曲線不再是橢圓，即擺球此時的運動不是簡諧的。自組織理論有阻尼小角度擺動相圖運動方程方程的解相圖擺角與時間的關系自組織理論確定的外界影響下單擺相圖有阻尼單擺相圖確定外力超過一定大小時單擺相圖自組織理論洛侖茲大氣對流方程60年代初，美國數學家洛倫茲(E.Lorens)在氣象部門工作。他把將大氣對流與貝納德液體對流聯系起來，利用流體力學中的納維葉-斯托克斯(Navier-Stokes)方程、熱傳導方程和連續性方程，處理貝納德對流，推導出描述大氣對流的微分方程，即著名的洛倫茲方程。

x-對流的翻動速率，

y-比例于上流與下流液體之間的溫差，

z-是垂直方向的溫度梯度，

s-無量綱因子,稱為Prandtl數,

b-速度阻尼常數,

r-相對瑞利數r=R/RC。

自組織理論

相曲線不閉和、不相交——運動為非周期性的，而且具有不可預測的隨機性。其中xz與xy是非線性項。右圖是洛倫茲方程計算結果在計算機屏幕上畫出的相圖。自組織理論系統狀態演變對初值極端敏感，相圖中兩個任意靠近的點經過足夠長時間，在吸引子上宏觀的分離開，對應截然不同的狀態——由于實際上對初值的測量不可能絕對精確，這種不確定性在一定條件下被放大，導致不可預測的結果——蝴蝶效應。蝴蝶效應自組織理論建立與發展：超循環論：20世紀70年代德國化學家艾根(ManfredEigen)提出了“超循環”概念。并于1977年出版了《超循環：自然的自組織原理》一書。“超循環”(HyPercycle)理論，是一門研究生物信息起源的理論，是直接建立生命現象的數學模型。艾根他們觀察到生命現象都包含許多由酶的催化作用所推動的各種循環，而基層的循環又組成更高一層次的環，即“超循環”也可以出現再高層次的超循環。自組織理論建立與發展總結：清華大學的吳彤教授認為：（1）耗散結構理論是解決自組織出現的條件環境問題（2）協同學基本上是解決自組織的動力學問題（3）突變論從數學抽象的角度研究了自組織的途徑問題（4）超循環論解決了自組織的結合形式問題（5）分形理論和混沌理論，則是從時間序與空間序的角度研究了自組織的復雜性和圖景問題。在這樣的定位下，不同的方法論不存在邏輯沖突，它們是一個序列，是一個研究自組織各個方面和全過程的方法論集合體，它們各自在整體的自組織方法論中有自己的“生態龕”。自組織理論以新的基本概念和理論方法研究自然界和人類社會中的復雜現象，并探索復雜現象形成和演化的基本規律。從自然界中非生命的物理、化學過程怎樣過渡到有生命的生物現象，到人類社會從低級走向高級的不斷進化，等等，都是自組織理論研究的課題4.自組織理論研究啟示：經濟系統的自組織理論1.計劃經濟是一種有組織的行為，而市場經濟是一種自組織行為。在市場經濟中，國家的宏觀調控政策起到一種控制參數的作用，但它不是唯一的控制參數，因為自組織經濟還取決于開放的程度，取決于國內經濟與國際經濟環境間的相互作用。我國提出的改革開放政策，其中，“開放”就是使我國變為一個適合于自組織經濟結構產生的開放系統，“改革”就是在尋求個體與個體、企業與企業、集團與集團之間的合作與競爭中創造序參量，使我國的經濟走向有序與繁榮。我國加入WTO，為我國經濟與國際經濟協同發展創造了一個條件。在城市中經常看到飯店挨飯店，商店挨商店，商業一條街，小吃一條街，鞋城、服裝城等。這些競爭對手為什么自發地集中在一個地方？經濟中的合作與競爭在商業活動中表現最為明顯。原因是通過競爭與合作會使這個地方具有更大的吸引力，招攬更多的顧客。在這種合作中，他們之間又施以計謀，進行競爭，以期獲得支配地位，如提高服務質量，引進流行時裝，使商品種類繁多，物美價廉等。在一定條件下，有的商店計謀獲得成功，吸引了這個商業中心的大部分顧客。這就是說，漲落不斷放大，使其成為有支配地位的序參量，但這樣的地位不會一勞永逸，在激烈競爭中有可能被其他商店取代。和商店常常聚集在一起的機制類似，我們不難理解為什么城市越來越大的道理。漲落并不無條件地發展為序參量的，只有當控制參數達到分支點附近才有可能。經濟現象非常復雜，控制參數也不止一兩個。在分支處，可以有種種穩定的經濟結構并存，有的對應經濟繁榮，有的則對應經濟衰退。國家制定宏觀調控政策，使各種產業在合理的競爭法則下協調發展，就有可能使漲落發展為序參量，形成布局合理的產業結構。

2.經濟中一只“看不見的手”

美國經濟學家亞當·斯密第一次在經濟學中提出了自組織的思想，協同的概念，這就是著名的“看不見的手”。亞當·斯密在《國富論》里提出一個著名的觀點，即由于每人都力圖應用他們的資本，使其生產品能得到最大的價值。一般的說，他并不企圖增進公共福利，他所追求的僅僅是他個人的利益，斯密寫道：

“在這場合，像其他許多場合一樣，他受著一只看不見的手的指導，去盡力達到一個并非他本意想要達到的目的。也并不因為事非出于本意，就對社會有害。他追求自己的利益，往往使他能比在真正出于本意的情況下更有效地促進社會的利益。”亞當·斯密在這里提出了一個重要問題，即資本主義經濟的自發調節機制問題，為什么人們追逐他自己利益的隨機行為卻導致了一個協同的目標，表現出社會經濟系統的組織結構和有序化，從而保證這種體制的生存和發展呢？這些也就是西方經濟學里微觀理論的基本課題，它一直激勵著亞當·斯密的后繼者們的才智和創造力，從而去回答經濟學的三個基本問題：生產什么？如何生產？為誰生產？關鍵是經濟系統從無序到有序的結構、功能和機制。對此，薩繆爾森在其《經濟學》中作了陳述：“競爭機制是一架精巧的機構，通過一系列的價格和市場，發生無意識的協調作用。它也是一臺傳達信息的機器，把千百萬不同個人的知識和行為匯合在一起。雖然不具有統一的智慧，它卻解決著一種可以想象到的牽涉到數以千計未知數和關系的最復雜的問題。沒有人去設計它，它自然而然地演化出來；像人類的本性一樣，它總在變動。但是，它經受了任何社會組織最基本的考驗——它可以生產。”亞當·斯密，英國蘇格蘭哲學家和經濟學家。1740年進入了牛津大學貝利奧爾學院，1746年離開牛津大學。1748年開始于愛丁堡大學演講授課。年近30歲時第一次闡述了經濟哲學的“明確而簡易的天賦自由制度”，他后來將這些理論寫入被簡稱為“國富論”的《國民財富的性質和原因的研究》一書里。《國富論》是第一本試圖闡述歐洲產業和商業發展歷史的著作，在1776年出版。5.自組織理論對管理思想發展的影響所謂管理就是對管理對象施加一種影響和約束，使之達到希望出現的效果。一般管理系統所包含的子系統數量少，相互關系簡單，運動規律相對清楚，可以使用比較精確的管理手段加以控制。受一般系統管理思想影響所形成的傳統管理模式是：從外部來對系統加以設計、組織和控制，這種模式可稱為“他組織”的模式，迄今包括人類的制造系統在內的幾乎所有的人造系統都是采用“他組織”的模式。然而對復雜管理系統而言，卻出現了以下三個方面的困難：（1）由于不能完全了解直接影響管理對象的所有因素與信息而產生的各種不確定性；（2）由于全球信息化、經濟一體化和文化的碰撞、融合，使管理的環境變得異常多變，系統的邊界變得模糊；（3）由于管理系統各組分之間存在不可忽略的非線性相互作用，在宏觀上涌現出來的全局復雜性等等。總之，現代管理系統的復雜性主要表現在：系統生存環境的隨機多變，難以預測的不確定性；系統本身及其子系統與外界有物質、能量和信息交換的開放性；系統固有的非線性。面對這些復雜問題，以往的傳統控制方式與管理模式都是難以駕馭的。系統自組織理論的建立與發展，給管理學界帶來了新的思路——“自組織”化的思路自組織理論應用于管理的基本思想就是系統的組成部分與整體之間既有相互聯系，又有一定的自主性，能在沒有上層組織的控制下，在其所處的特定層次上適應環境和處理問題，但又不是完全獨立的單元。整體又能接受來自上層整體的指導，某種程度上受上層整體的控制。自主的特性保證了整體的指導，某種程度上受上層整體的控制。自主的特性保證了整體是穩定的，具有抗干擾性的彈性，能夠在內外干擾下保持適應能力并生存下來。而對上層整體的服從又確保了更大整體的有效運轉。自組織管理模式中最重要的兩個概念是“自治”和“協調”。自組織理論告訴我們：在復雜的條件下，系統可能同時表現出“多中心”（即擁有幾個控制中心和組織中心）、“無中心”（即以無政府的方式通過自發的相互作用運轉）和“單一中心”（即同時還有一個最高的決策中心）。因此，應該按照“非中心化思維”來進行管理。由于它主要是從個體出發，采取自下而上的研究策略，所以又稱為“基于個體的思維范式”。舉例來說，計劃經濟體現了自上而下的“中心控制思維方式”，而市場經濟則建立在“基于個體思維范式”的基礎上，商品生產者根據價值規律的指示相互作用也能自發地形成宏觀經濟秩序。由此觀之，根據自組織理論來觀察管理，所得出的結論是：用中央集權的辦法來進行管理不會有好的效果，但無政府主義也不是行之有效的辦法。一切健康的經濟和健康的社會都必須保持秩序與混亂之間的平衡。在自下而上組織而成的，具有靈活