第七章系統(tǒng)科學(xué)與探索復(fù)雜性第一節(jié)傳統(tǒng)系統(tǒng)科學(xué)第二節(jié)自組織與探索復(fù)雜性

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論第一節(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):撇開各種事物的現(xiàn)象、運(yùn)動(dòng)形式及開展過程的具體特性，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。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論系統(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，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；根底、開展、應(yīng)用》一書，全面總結(jié)了自己40年來對(duì)一般系統(tǒng)論的研究，該書被認(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

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論系統(tǒng)概念和分類系統(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：開放系統(tǒng)封閉系統(tǒng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論系統(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)系和相互作用的過程中所具有的行為、能力和成效。系統(tǒng)論的根本原理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)性原理現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論

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，使處理問題到達(dá)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〔各類專業(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)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論信息論

創(chuàng)始人申農(nóng)()〔1916-2001〕。美國科學(xué)家。1948年申農(nóng)的“通訊的數(shù)學(xué)理論〞〔ThemathematicalTheoryofcommunication)，長達(dá)數(shù)十頁的論文，成了信息論正式誕生的里程碑。回憶20世紀(jì)的信息革命風(fēng)暴，把信息論的創(chuàng)始人稱為偉大的科學(xué)家并不為過。確實(shí)，他對(duì)人類奉獻(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了一般的諾貝爾獲獎(jiǎng)?wù)摺?/p>

申農(nóng)的名言："IjustWonderedhowthingswereputtogether."

信息的根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)律一門學(xué)科。信息——具有新內(nèi)容或新知識(shí)的消息

信息根本特征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

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論狹義信息論

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〕

信息傳播過程信息思維：借閱圖書信息流程圖彼得?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)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論控制論

創(chuàng)始人：維納〔N.Wiener，1894-1964〕美國數(shù)學(xué)家，控制論的創(chuàng)始人。其于1948年出版的《控制論》〔CYBERNETICS)一書標(biāo)志了控制論的誕生。控制論的根本思想：在人類、動(dòng)物和機(jī)器之間發(fā)現(xiàn)共同的信息和行為機(jī)理。

控制論的根本概念：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)保持或到達(dá)某種特定的穩(wěn)定狀態(tài)，或使系統(tǒng)按照某種規(guī)律變化的過程。

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：一般由施控者、傳遞者和受控者三局部組成。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)作出的反響。反響：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)生影響的過程。

反響種類：正反響負(fù)反響

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論控制論方法

1、反響方法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)控制論模型現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論第二節(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，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)開展變化的規(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)過程中，如果沒有外界的特定干擾，僅是依靠系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用來到達(dá)，內(nèi)部由無序變?yōu)橛行颍@種系統(tǒng)稱之為自組織。如：魚鱗云貝納德花紋現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論進(jìn)步現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論進(jìn)步現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論普利高津耗散結(jié)構(gòu)理論

遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)通過不斷地與外界交換物質(zhì)和能量，在外界的條件變化到達(dá)一定的閾值時(shí)，能從原來的無序狀態(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：開放性、非平衡性、非線性和隨機(jī)性

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論艾根：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。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論非線性科學(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局部之和等于整體，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

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論二、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題和非線性作用，線性作用其實(shí)只不過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)，使得無序到有序。

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論自然界和社會(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，找出其根本規(guī)律的學(xué)科。

根本組成局部：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。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論

混沌一、混沌混沌〔chaos〕：混沌不是純粹的無序、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，就可能引起后來的運(yùn)動(dòng)變得面目全非。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論二、蝴蝶效應(yīng)混沌現(xiàn)象的根本特點(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)象的根本特點(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)引起美國得州上空的一場(chǎng)龍卷風(fēng)。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論三、奇異吸引子三維空間的雙重繞圖，像是有兩翼翅