系统学

深藏阁楼爱情的钟 2022-08-08 06:29 37阅读 0赞

系统论是研究系统结构与功能(包括演化、协同和控制)一般规律的科学。

加拿大籍奥地利理论生物学家贝塔朗菲是最早探索系统一般规律的科学家。在《一般系统论》一书中，他指出系统在不同领域中表现出结构上的相似性或同构性，并将系统普遍性质总结为系统整体性、关联性、动态性、有序性和预决性。贝塔朗菲试图建立各种系统共同规律的科学，但他的理论仅限于定性描述，思辨性内容居多，而属于科学技术范畴的结论甚少。

从50年代起，系统工程的大量实践，运筹学、控制论、信息论的迅速发展，都为系统学的建立提供了丰富材料。另一方面，其他科学技术特别是物理学、化学、理论生物学、数学等都有了新的发展和突破，如普里戈金的耗散结构理论，哈肯的协同学，艾根的超循环理论，托姆的突变论，斯梅尔和廖山涛的动力系统理论，都在不同程度上揭示了系统的深刻的性质和规律，使得人们对系统有了更加深入的认识。

例如，系统的发展在时间上具有不可逆性，系统的过去和将来之间存在着对称破缺；系统具有自组织性，在涨落作用下，能自发形成稳定的有序结构，有序是系统自组织和子系统协同的结果；系统包含有复杂的反馈机制，反馈是有序之本；系统在一定条件之下，可以从有序变成混沌，也可以从混沌变成有序，还可以从一种有序变为另一种有序而导致状态突变；混沌是系统对初始条件和边界条件异常敏感产生的貌似无序的运动。

混沌现象表明，确定性系统可以产生随机行为。卡姆定理说明，在封闭系统中，三维以上非线性系统出现混沌是普遍的。

对开放系统，动力系统理论也证明了类似的事实。混沌是一种吸引子，不过不是平衡点、极限环这类具有整数维的正常吸引子，而是分数维的奇异吸引子，具有复杂的几何结构。系统普遍存在着李雅普诺夫稳定性和结构稳定性；非线性系统中分岔现象是普遍发生的，分岔是产生新状态和多样性之源等。

钱学森从系统观点对这些分布在不同学科中的科学成就进行概括和统一，揭示了系统普遍规律和深刻性质，奠定了系统学的理论基础。

系统学的研究对象是各类系统。根据组成系统的元素和元素种类的多少以及它们之间关联的复杂程度，把系统分为简单系统和巨系统两大类。

简单系统是指组成系统的元素比较少，它们之间关系又比较单纯，如某些非生命系统；巨系统是指组成系统元素的数目非常庞大的系统。

如果组成系统的元素非常多，但元素种类比较少且它们之间关系比较简单，这类系统称为简单巨系统，如激光系统。

如果组成系统的元素不仅数量大而且种类也很多，它们之间的关系又很复杂，并有多种层次结构，这类系统称为复杂巨系统，例如人体系统和生态系统。在人体系统和生态系统中，元素之间关系虽然复杂，但还是有确定规律的。

另一类复杂巨系统是社会系统，组成社会系统的元素是人。由于人的意识作用，系统元素之间关系不仅复杂而且带有很大的不确定性，这是迄今为止最复杂的系统。系统的上述分类，清晰地刻划了系统复杂性的层次，这对系统学的研究具有重要意义。

对于简单系统和简单巨系统，自然科学的理论和方法(包括运筹学、控制论、信息论、数学以及耗散结构理论、协同学、突变论等)是可以很好地描述和研究的，并取得了很大的成功。70年代末以来有人把上述理论方法应用到复杂巨系统，也取得了一定的成功，如超循环理论。但对整个复杂巨系统的研究，特别是对社会系统的研究，上述理论方法有很大的局限性。

例如对策论，就其理论框架而言，是研究社会系统的理想工具。但对策论已取得的成就，还不能处理社会系统的复杂性，问题在于对策论把人的社会性、复杂性、心理和行为的不确定性大大简化了，以至把复杂巨系统问题变成了简单巨系统或简单系统的问题了。

系统学的任务从根本上来说是两个方面，一个是对系统规律的认识，另一个是在认识系统规律的基础上如何控制系统。第一个方面是关于系统结构、子系统协同，以及系统功能在系统环境作用下的演化规律。第二个方面则是把控制的思想和理论引入到系统学。如同认识客观世界是为了更好的改造客观世界一样，人们认识系统也是为了更好的控制系统。