第八章系統(tǒng)科學(xué)與交叉學(xué)科的重大進(jìn)展第一節(jié)傳統(tǒng)系統(tǒng)科學(xué)第二節(jié)自組織與探索復(fù)雜性

第一節(jié)傳統(tǒng)系統(tǒng)科學(xué)

20世紀(jì)40年代前后誕生了系統(tǒng)論、信息論和控制論。它們既是學(xué)科，又是科學(xué)方法論。

系統(tǒng)論關(guān)注：系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和行為信息論關(guān)注：系統(tǒng)的信息活動(dòng)及相關(guān)問(wèn)題控制論關(guān)注：系統(tǒng)的控制及其機(jī)制

橫斷科學(xué)的特點(diǎn):

撇開(kāi)各種事物的現(xiàn)象、運(yùn)動(dòng)形式及發(fā)展過(guò)程的具體特性，用抽象概括的方法抓住它們的某一共同側(cè)面、共同屬性及共同規(guī)律加以研究，揭示的是多種學(xué)科領(lǐng)域間的共同屬性和相互聯(lián)系。

系統(tǒng)論

創(chuàng)始人:貝塔朗菲（1901—1971）是美籍奧地利生物學(xué)家、哲學(xué)家，出生于奧地利，曾執(zhí)教于維也納大學(xué)。第二次世界大戰(zhàn)后前往加拿大任渥太華大學(xué)、艾伯塔大學(xué)教授。晚年移居美國(guó)，在紐約州立大學(xué)布德羅分校任教并從事科研工作，一般認(rèn)為他是系統(tǒng)論的創(chuàng)始人。1937年他在美國(guó)芝加哥大學(xué)的一次討論會(huì)上，首次提出“一般系統(tǒng)論”的概念，但是直到1945年才公開(kāi)發(fā)表題為“關(guān)于一般系統(tǒng)論”的論文。1968年他出版了《一般系統(tǒng)論；基礎(chǔ)、發(fā)展、應(yīng)用》一書(shū)，全面總結(jié)了自己40年來(lái)對(duì)一般系統(tǒng)論的研究，該書(shū)被認(rèn)為一般系統(tǒng)論的經(jīng)典性著作。

系統(tǒng)論分為:

1、一般系統(tǒng)論側(cè)重研究一般系統(tǒng)的理論和方法,運(yùn)用整體性、有序性、目的性、動(dòng)態(tài)性、關(guān)聯(lián)性等概念來(lái)研究各系統(tǒng)的一般規(guī)律

2、系統(tǒng)技術(shù)著重研究系統(tǒng)方法的應(yīng)用，包括系統(tǒng)分析和系統(tǒng)工程等

系統(tǒng)概念和分類(lèi)系統(tǒng)由相互制約的各要素構(gòu)成具有特定結(jié)構(gòu)和功能并與環(huán)境發(fā)生關(guān)系的整體。

系統(tǒng)分類(lèi)

1、按組成要素分為：自然系統(tǒng)人工系統(tǒng)復(fù)合系統(tǒng)

2、按在時(shí)空中的存在狀態(tài)分為：動(dòng)態(tài)系統(tǒng)靜態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)

3、按與外部環(huán)境的關(guān)系分為：開(kāi)放系統(tǒng)封閉系統(tǒng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間相互聯(lián)系和相互作用的方式，也可以理解為系統(tǒng)內(nèi)部要素的秩序。系統(tǒng)的功能系統(tǒng)在與外部環(huán)境相互聯(lián)系和相互作用的過(guò)程中所具有的行為、能力和功效。系統(tǒng)論的基本原理1、整體性原理

2、有序性原理

3、動(dòng)態(tài)性原理

4、關(guān)聯(lián)性原理

系統(tǒng)方法

即系統(tǒng)方法論。它運(yùn)用系統(tǒng)觀點(diǎn)，綜合考察研究對(duì)象，使處理問(wèn)題達(dá)到最優(yōu)化。系統(tǒng)工程方法——霍爾三維結(jié)構(gòu)模式：時(shí)間維（七個(gè)階段）、邏輯維（七個(gè)階段）和知識(shí)維（各類(lèi)專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能）

系統(tǒng)方法：企業(yè)戰(zhàn)略系統(tǒng)系統(tǒng)思維：企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)系統(tǒng)方法：城市水系統(tǒng)大型工程戰(zhàn)略管理系統(tǒng)信息論

創(chuàng)始人

申農(nóng)(C.E.Shannon)（1916-2001）。美國(guó)科學(xué)家。1948年申農(nóng)的“通訊的數(shù)學(xué)理論”（ThemathematicalTheoryofcommunication)，長(zhǎng)達(dá)數(shù)十頁(yè)的論文，成了信息論正式誕生的里程碑。回顧20世紀(jì)的信息革命風(fēng)暴，把信息論的創(chuàng)始人稱(chēng)為偉大的科學(xué)家并不為過(guò)。確實(shí)，他對(duì)人類(lèi)貢獻(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了一般的諾貝爾獲獎(jiǎng)?wù)摺?/p>

申農(nóng)的名言："IjustWonderedhow

thingswereputtogether."

信息的基本概念

定義

研究信息的本質(zhì)、特征，并用數(shù)學(xué)和物理的方法研究信息的產(chǎn)生、獲取、變換、計(jì)量、傳輸、接收等方面規(guī)律一門(mén)學(xué)科。信息——具有新內(nèi)容或新知識(shí)的消息

信息基本特征

1、客觀性

2、資源性

3、有序性

4、擴(kuò)張性

5、知識(shí)性

6、其他

狹義信息論

通信系統(tǒng)模型:

信源——編碼——信道——譯碼——信宿

↑

噪音

概率信息量的度量

信息量的大小可以用被消除的不定性的多少來(lái)表示，而事物的不定性大小可以用概率函數(shù)表示I（Xi）=-logaP（Xi）

信息傳播過(guò)程信息思維：借閱圖書(shū)信息流程圖彼得?帕沃夫斯基（PeterPawlowsky,2001）

的管理科學(xué)范疇的組織學(xué)習(xí)信息流程圖信息思維：企業(yè)信息系統(tǒng)控制論

創(chuàng)始人：

維納（N.Wiener，1894-1964）

美國(guó)數(shù)學(xué)家，控制論的創(chuàng)始人。其于1948

年出版的《控制論》（CYBERNETICS)

一書(shū)標(biāo)志了控制論的誕生。控制論的基本思想：在人類(lèi)、動(dòng)物和機(jī)器之間發(fā)現(xiàn)共同的信息和行為機(jī)理。

控制論的基本概念：

控制——根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)外部條件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以克服系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，使系統(tǒng)保持或達(dá)到某種特定的穩(wěn)定狀態(tài)，或使系統(tǒng)按照某種規(guī)律變化的過(guò)程。

控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：一般由施控者、傳遞者和受控者三部分組成。目的：能夠趨達(dá)目標(biāo)的行為。行為：在外界環(huán)境作用下系統(tǒng)作出的反應(yīng)。反饋：控制系統(tǒng)將輸入的信息作用于受控對(duì)象后所產(chǎn)生的結(jié)果再一次送到輸入端，并對(duì)信息的再輸出發(fā)生影響的過(guò)程。

反饋種類(lèi)：正反饋負(fù)反饋

控制論方法

1、反饋方法2、功能模擬方法3、黑箱方法

控制論思維：概念教學(xué)控制論圖1控制論思維：理論教學(xué)控制論框圖2控制論思維：習(xí)題教學(xué)控制論框圖3控制論思維：復(fù)習(xí)教學(xué)控制論框圖4控制論思維：經(jīng)濟(jì)控制論模型第二節(jié)自組織理論與探索復(fù)雜性

20世紀(jì)70年代科學(xué)方法論出現(xiàn)新進(jìn)展。人們將控制、信息和系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，探索物質(zhì)系統(tǒng)有序結(jié)構(gòu)的形成，產(chǎn)生了自組織理論。它討論系統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的機(jī)理、系統(tǒng)發(fā)展變化的規(guī)律。包括自組織理論、耗散結(jié)構(gòu)論、超循環(huán)論、協(xié)同學(xué)、突變論等。

自組織——在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)空間、時(shí)間或功能的結(jié)構(gòu)過(guò)程中，如果沒(méi)有外界的特定干擾，僅是依靠系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用來(lái)達(dá)到，內(nèi)部由無(wú)序變?yōu)橛行颍@種系統(tǒng)稱(chēng)之為自組織。

如：魚(yú)鱗云

貝納德花紋

進(jìn)步進(jìn)步普利高津耗散結(jié)構(gòu)理論

遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開(kāi)放系統(tǒng)通過(guò)不斷地與外界交換物質(zhì)和能量，在外界的條件變化達(dá)到一定的閾值時(shí)，能從原來(lái)的無(wú)序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樵跁r(shí)間上、空間上的有序狀態(tài)。

成為耗散結(jié)構(gòu)的四個(gè)條件：開(kāi)放性、非平衡性、非線性和隨機(jī)性

艾根：超循環(huán)理論

在循環(huán)系列中，每個(gè)單元既能自我復(fù)制，又能對(duì)下一個(gè)單元起催化作用。哈肯：協(xié)同學(xué)

強(qiáng)調(diào)的有序結(jié)構(gòu)是通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部大量的子系統(tǒng)之間協(xié)同合作形成。托姆：突變論

研究系統(tǒng)從一種穩(wěn)定態(tài)躍遷到另一種穩(wěn)定態(tài)的現(xiàn)象和規(guī)律。非線性科學(xué)興起和進(jìn)展

一、線性與非線性

線性特點(diǎn)：數(shù)學(xué)角度：⑴量與量成正比關(guān)系，表達(dá)為直線⑵部分之和等于整體，線性方程遵從疊加原理（方程的解相加仍為解）

物理角度：⑴時(shí)空平滑運(yùn)動(dòng)⑵參量變化，外界成比例變化

二、非線性科學(xué)的興起自然界和社會(huì)大量存在的是非線性問(wèn)題和非線性作用，線性作用其實(shí)只不過(guò)是非線性作用在一定條件下的近似。線性相互作用不產(chǎn)生新的性質(zhì)，非線性相互作用引起新的性質(zhì)，使得無(wú)序到有序。

自然界和社會(huì)中的非線性作用：

如天體演化、星球運(yùn)行、地震海嘯、海潮起伏、化學(xué)振蕩、生物繁衍、股票漲落……

非線性科學(xué)：

以近代數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)為主要工具，以各種非線性系統(tǒng)為研究對(duì)象，找出其基本規(guī)律的學(xué)科。

基本組成部分：

耗散結(jié)構(gòu)理論、混沌理論、孤子理論、分形幾何學(xué)等都是非線性科學(xué)的。

混沌一、混沌

混沌（chaos）：混沌不是純粹的無(wú)序、混亂、模糊，而是具有確定性的非線性系統(tǒng)。

自然界物質(zhì)運(yùn)動(dòng)三種形式：1、嚴(yán)格確定性的運(yùn)動(dòng)2、徹底隨機(jī)混亂的運(yùn)動(dòng)3、就是介于這兩者之間的混沌運(yùn)動(dòng)，被嚴(yán)格限制在穩(wěn)定范圍之內(nèi)的混亂運(yùn)動(dòng)。

在混沌運(yùn)動(dòng)中，初始條件有微小的改變，就可能引起后來(lái)的運(yùn)動(dòng)變得面目全非。

二、蝴蝶效應(yīng)

混沌現(xiàn)象的基本特點(diǎn)：氣象學(xué)家洛倫茲研究大氣流動(dòng)時(shí)揭示出混沌現(xiàn)象的基本特點(diǎn)：

1、具有不可預(yù)言性

2、對(duì)初始條件的極端敏感依賴(lài)性“因小失大”逐級(jí)放大：釘子缺，蹄鐵卸；蹄鐵卸，戰(zhàn)馬蹶；戰(zhàn)馬蹶，騎士絕；騎士絕，戰(zhàn)事折；戰(zhàn)事折，國(guó)家滅。蝴蝶效應(yīng)：一只蝴蝶在巴西熱帶雨林中輕輕煽動(dòng)它的翅膀，可能會(huì)引起美國(guó)得州上空的一場(chǎng)龍卷風(fēng)。三、奇異吸引子三維空間的雙重繞圖，像是有兩翼翅膀的一只蝴蝶。軌線被限制在某個(gè)邊界之內(nèi)，決不會(huì)越出這個(gè)邊界；軌線決不與自身相交，在兩翼上轉(zhuǎn)來(lái)轉(zhuǎn)去地環(huán)繞。

有序與無(wú)序的統(tǒng)一，有限與無(wú)限的統(tǒng)一，確定性與隨機(jī)性的統(tǒng)一。分形分形：部分以某種形式與整體相似的形狀就叫做分形。分形的基本特征：1、形態(tài)的不規(guī)則性；2、結(jié)構(gòu)的精細(xì)性3、局部與整體的自相似性4、維數(shù)的非整數(shù)性進(jìn)步軟科學(xué)軟科學(xué)產(chǎn)生的根源：當(dāng)代科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的綜合化、集成化的特點(diǎn)，是自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)與人文科學(xué)交叉發(fā)展的結(jié)果，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)發(fā)展的結(jié)果。解決的問(wèn)題：戰(zhàn)略決策、規(guī)劃制定、政策選擇、科學(xué)管理以及整個(gè)社會(huì)的協(xié)調(diào)發(fā)展等問(wèn)題。核心問(wèn)題是決策與管理。

軟科學(xué)形成的標(biāo)志：二戰(zhàn)后，系統(tǒng)科學(xué)、決策科學(xué)和現(xiàn)代管理研究的發(fā)展，以及1948年獨(dú)立的咨詢(xún)機(jī)構(gòu)蘭德公司的建立。軟科學(xué)以“人-事-物”復(fù)雜系統(tǒng)為研究對(duì)象。與許多學(xué)科保持密切聯(lián)系，是科學(xué)、社會(huì)與人文交匯的研究領(lǐng)域。是一個(gè)學(xué)科群。包括決策科學(xué)、戰(zhàn)略研究和政策研究。決策科學(xué)科學(xué)決策：人們針對(duì)特定的問(wèn)題，運(yùn)用科學(xué)的理論和方法，擬定各種行動(dòng)方案，從中作出滿意的選擇，以便更好地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的活動(dòng)。代表人物：現(xiàn)代決策理論赫伯特．西蒙（1916-2001）

決策理論包括六個(gè)方面的基本內(nèi)容：（1）管理決策論（2）有限理性論（3）滿意決策論（4）決策程序論（5）決策問(wèn)題分析論（6）決策體制論戰(zhàn)略研究戰(zhàn)略：指重大的、帶全局性的、規(guī)律性的規(guī)劃。可分全球戰(zhàn)略研究、國(guó)家戰(zhàn)略研究、地區(qū)戰(zhàn)略研究、部門(mén)戰(zhàn)略研究和企業(yè)戰(zhàn)略研究

全球戰(zhàn)略研究：關(guān)注全球性、危機(jī)性、挑戰(zhàn)性、依存性和協(xié)作性的重大問(wèn)題，包括人口、資源、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、生態(tài)環(huán)境、南北差距