第五讲 系统论与复杂性探索
第五讲系统论与复杂性探索
• 德莫克利特的“原子论”思想对世界做了 机械论解释。
• （2）十九世纪机械论与活力论之争
• 机械论认为，有机的或生理的过程与无机 界的物理化学现象没有本质区别，人的一 切生命运动可还原为物理与化学运动（机 械-理化模式）。
• 活力论则认为，生命体具有自我修复、自 我调控、自我繁殖的能力是由某些内在因
目标选择
• 奥地利生物学家贝塔朗菲进一步发展了有 实验医学和实验生理学奠基人伯纳德：“内部环境的稳定性是自由生命的条件。
反馈
机整体的观念，于1945年提出一般系统论 活力论则认为，生命体具有自我修复、自我调控、自我繁殖的能力是由某些内在因
（2）十九世纪机械论与活力论之争
概念，随后创立了具有科学方法论意义的 德莫克利特的“原子论”思想对世界做了机械论解释。
• （1）概念
• 系统分析方法是一种从整体出发，在分 析系统与环境、系统各个要素间相互作用 的基础上，运用各种手段解决问题的科学 方法。
• （2）系统分析方法的步骤
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摆明问题
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目标选择
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系统综合
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系统分析
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系统选择
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决策
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实施
整体性 模型化 最优化
• （3）系统方法的一般原则
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ห้องสมุดไป่ตู้
整体性原则
前提
• 3、复杂性系统的演化
• （1）对初始条件敏感的演化：蝴蝶效应。
• （2）自组织演化：系统自我消除外来干扰 因素的演化。
• （3）非线性演化：系统演化到分岔点发生 涨落的演化。
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• 功能 目标 式）。
系统分析方法是一种从整体出发，在分析系统与环境、系统各个要素间相互作用的基础上，运用各种手段解决问题的科学方法。 系统分析
整体论、系统论与复杂性理论及其归宿
稳定 的 中间形式 ， 复杂 系统 的进 化 将 会 比那 些 没 有 的快很 多 。在前者 中导致 的复 杂性形 式将是 层次性
论“ 基 因” 十分 明显 。“ 我们 可 以从 现代 科 学 的物 征 来证 明 ， 那种 单 向 因果 联 系起 作用 的孤 立单 元 的图
的 。…… 在可 能 的 复杂 性 的各 种形 式 中， 层次 是 有
时间进 化 的系统 。 ￣ ４ ］４ ６ ７ － ４ ８ ２
多地开 始关注 由各 种实体 组成 的系统 或构成 实体本 身 的等 级层次 系统 。系统科 学 与复杂性 理论 就是在 这 种整 体性思 维 的指 导下 ， 试 图超 越 具体 事 物 特殊
使 系统科 学或 复杂 性 理论 的发 展 能够 更 加 科学 、 准
确 和规 范 ， 有 必要从 哲学 层面对 它们进 行 固本清源 。 之 所 以经 常有 人 混淆 这 三个 概 念 ， 主要 的原 因 在 于它们 有两个 重 要 的相 同点 ： 系 统本 体 化 与 理论 的同源 。系统 本体 化 意 味着 系统 是最 根 本 的 实在 、 万 事万 物 存 在 的 方 式 。贝 塔 朗菲 （ Ｌ ． Ｖ． Ｂ ｅ ｒ ｔ ａ ｌ ａ ｎ — ｆ ｌ ｙ ） 在 ２ ０世 纪 ６ ０年 代 出 版 的《 一般系统论 ： 基础 、 发 展和应 用 》 开 篇就 说“ 无 处 不在 的 系统 ” ＿ ｊ Ｉ １ 。这一 概 念遍 及一切科 学领 域 ， 从 大 众思 想 ， 到 专 业术 语 ， 再到舆论 ， 无 不 如 此 。在 系 统 哲 学 家 拉 兹 洛 （ Ｅ ．
系统科学与探索复杂性
第七章系统科学与探索复杂性本章导读系统科学是以系统存在和发展的规律为研究对象的学科体系。
20世纪40年代产生的系统论、信息论和控制论是这个学科研究的重要内容，主要研究系统存在的规律。
60、70年代出现的耗散结构理论、协同学、超循环理论等自组织理论，以及80年代以后提出的混沌理论、分形学等非线性科学则侧重于研究系统发展和演化的规律。
从而使系统科学研究的内容更加丰富多彩，并朝着“探索复杂性”方向发展。
了解系统科学主要理论中的基本概念和核心思想，搞清楚系统论的基本原则，控制论和信息论的重要方法，自组织理论和非线性科学的前沿理论，是把握系统科学的基础。
系统科学的出现，使当代科学家的思维方式发生了革命性的转变，给自然科学、技术科学、工程技术和社会科学提供了一种跨学科的、从整体上分析问题和处理问题的新方法。
第一节一般系统论系统论是研究自然、社会、思维及其它各种系统的原则和规律，并对其功能进行数学描述的一门横断学科。
一般系统论是以一般系统为研究对象的理论，它借鉴并总结了其它具体形式的系统论的思想和成果，因此，一般系统论的方法和理论对系统论的其它形式具有理论上的指导作用。
一般系统论由美籍奥地利生物学家贝塔朗菲（L.V.Bertalanffy,1901-1971）创立于20世纪40年代。
但真正受到人们的重视是60年代以后的事。
一、系统论的基本概念系统论以各种“系统”为研究对象，因此，“系统”及其密切相关的一些概念必然是该理论的基本概念和范畴，准确理解这些概念是把握系统论基本思想和观点的基础。
1、系统系统是系统科学中的最基本的概念。
系统在宇宙中普遍存在，无论是在自然界，还是人类社会、思维领域，它无处不在。
例如：在自然界中小到一个细胞，甚至组成细胞的分子、原子，大到宇宙空间的天体都是一些复杂程度不同的系统；在人类社会中小到社区、街道，甚至一个家庭，大到一个企业、部门，甚至一个国家，都是大小不等的系统。
因此，通常人们将同类事物按一定的关系组成的整体叫做系统。
系统论与复杂性科学
系统论与复杂性科学在当今科学领域的发展中，系统论和复杂性科学日益受到广泛关注。
这两个学科通过研究和探索各种系统的结构和行为，为我们理解自然界和社会现象提供了全新的视角。
本文将探讨系统论和复杂性科学的定义、原理和应用，并分析其对于解决现实问题的重要性。
一、系统论的基本原理系统论是一种跨学科综合理论，主要研究系统的结构和功能。
系统可以是物质系统，如自然界中的生态系统，也可以是抽象系统，如社会组织和经济系统。
系统论的核心观点是，系统的行为不仅仅由其中的个体成分决定，而是由这些成分之间的相互作用和关系所决定。
系统论的研究方法主要包括系统辨识、系统分析和系统优化等。
系统辨识是指通过观察和实践，对系统进行描述和辨别的过程。
系统分析是指对系统的结构和行为进行深入剖析，寻找系统内部和系统外部的关联性和互动性。
系统优化则是为了改善系统的性能和效益，提出一系列的改进措施。
二、复杂性科学的基本原理复杂性科学是一门较为新兴的学科，旨在研究复杂系统的行为和规律。
复杂性科学的核心观点是，复杂系统具有自组织、非线性和混沌等特性，其行为无法简单地由其中的个体行为加以解释。
复杂性科学主要应用于自然科学和社会科学领域，其中自然科学包括生物学、物理学和地球科学等，而社会科学则包括经济学、社会学和心理学等。
通过运用数学模型和计算机模拟等方法，复杂性科学可以模拟和分析复杂系统的行为，揭示其中的规律和机制。
三、系统论与复杂性科学的应用系统论和复杂性科学在实际应用中发挥着重要作用。
首先，它们有助于提高决策和管理的效能。
复杂性科学的研究方法可以帮助我们分析和预测系统的行为，指导决策者进行科学决策，提高决策的准确性和效果。
同时，系统论的思维方式可以帮助管理者全面理解组织内部的各个要素，优化资源配置，提高管理效率。
其次，系统论和复杂性科学有助于解决实际问题。
例如，在城市规划中，系统论可以帮助我们理解城市内部各个子系统的相互关系，从而提出更有效的规划措施。
05 2013 第五讲 系统工程方法论与复杂性思维范式
须能够有机联系、配合协调，以使系统总体达到
最优目标。在设计时还要考虑到参与系统中的人 的因素和作用”[1]。
[1]美国《科学技术词典》，1976.
1.1 系统工程的含义
“系统工程学是为了合理开发、设计和运用系统而
采用的思想、程序、组织和手法等的总称”[1]。
日本工业标准（JIS）规定：系统工程是为了更好地达
和相互依赖的若干组成部分结合成具有特定功能的
有机 整体，而这个系统本身又是它所从属的更大 系统的组成部分……系统工程学则组织管理这种系
统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学
方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方 法”[1]。
[1]钱学森.组织管理的技术——系统工程[J].1979.
1.1 系统工程的含义
问题构成
确定目标
搜集资料
拟定方案
引进新的可 行方案
建立模型
重新考虑 目标
检查各项假 定和资料
综合评价
分析方案 指标
图 系统分析的步骤
1.3 系统工程方法论 [二]硬系统方法论——霍尔
霍尔方法论是颇具代表性的硬系统方法论，亦称ur David Hall，1925-2006）生于美 国弗吉尼亚州林奇堡。 1949年获普林斯顿大学工程学士学位，后在贝尔电话 公司通信开发训练部学习3年获得结业证书。 于1965年、1968年，先后获得硕士学位和博士学位。 他在贝尔电话公司工作了16年。 根据在贝尔实验室的丰富经验，霍尔于1962完成了《 系统工程方法论》（A Methodology for Systems Engineering），对系统工程一般的工作步骤、阶段划 分和常用的知识范围进行了概括总结，并于1969年提 出了著名的霍尔三维结构模型（Three-Dimensional Morphology of Systems Engineering）。
复杂性理论复杂性理论
复杂性理论复杂性科学/复杂系统耗散结构理论协同学理论突变论(catastrophe theory)自组织临界性理论复杂性的刻画与“复杂性科学”论科学的复杂性科学哲学视野中的客观复杂性Information in the Holographic Universe“熵”、“负熵”和“信息量”-有人对新三论的一些看法复杂性科学/复杂系统复杂性科学是用以研究复杂系统和复杂性的一门方兴未艾的交叉学科。
1984年，在诺贝尔物理学奖获得盖尔曼、安德逊和诺贝尔经济学奖获得者阿若等人的支持下，在美国新墨西哥州首府圣塔菲市，成立了一个把复杂性作为研究中心议题的研究所-圣塔菲研究所（简称SFI），并将研究复杂系统的这一学科称为复杂性科学（Complexity Seience）。
复杂性科学是研究复杂性和复杂系统的科学，采用还原论与整体论相结合的方法，研究复杂系统中各组成部分之间相互作用所涌现出的特性与规律，探索并掌握各种复杂系统的活动原理，提高解决大问题的能力。
20世纪40年代为对付复杂性而创立的那批新理论，经过50-60年代的发展终于认识到：线性系统是简单的，非线性系统才可能是复杂的；“结构良好”系统是简单的，“结构不良”系统才可能是复杂的；能够精确描述的系统是简单的，模糊系统才可能是复杂的，等等。
与此同时，不可逆热力学、非线性动力学、自组织理论、混沌理论等非线性科学取得长足进展，把真正的复杂性成片地展现于世人面前，还原论的局限性充分暴露出来，科学范式转换的紧迫性呈现了。
这些新学科在提出问题的同时，补充了非线性、模糊性、不可逆性、远离平衡态、耗散结构、自组织、吸引子（目的性）、涌现、混沌、分形等研究复杂性必不可少的概念，创立了描述复杂性的新方法。
复杂性科学产生所需要的科学自身的条件趋于成熟。
另一方面，60年代以来，工业文明的严重负面效应给人类造成的威胁已完全显现，社会信息化、经济全球化的趋势把大量无法用现代科学解决的复杂性摆在世人面前，复杂性科学产生的社会条件也成熟了。
复杂性、复杂系统与复杂性科学(中科院系统所)
2.2 复杂系统的分类 复杂性的种类很多，从不同的角度可 以进行不同的分类。以下是两种分类： （ 1 ）物理（自然系统）复杂性、生物 复杂性、社会复杂性（成思危）； （2）主观复杂性与客观复杂性。
3 . 复杂性科学
3 .1 复杂性科学的定义
复杂性科学就是运用非还原论方法研究复杂系统产 生复杂性的机理及其演化规律的科学。
4.3 结构复杂性学派
（ 1 ）起源与发展：美国 Warfield 教授 1975 年开始研究， 1990年出版了A Science of Generic Design: Managing Complexity Through Systems Design，1994年出版了： A Handbook of Interactive Management。 （ 2 ）复杂性科学的定义：复杂性是指当人们在处理系 统问题由于对所研究问题缺乏足够了解而受挫时，在 人脑中所产生的一种的感觉。 那些认为复杂性只是所研究系统的一种特性的人 们将会面临找出众多不同待研系统的共同特性的挑战。 即使能找到这种特性，也还会遇到诸如他们如何去处 理这些系统而不是仅仅考虑一下，比如：所设计的系 统或模型没有任何可观测的特性，那么，他们将不得 不解释为什么对有些系统有的人能够搞明白而有些人 却一筹莫展。
3.3 复杂性科学的基本原理
(1) 整体性原理。由于复杂性科学的研究对象是 非线性经济系统，传统的叠加原理失效，因此，不能 采用把研究对象分成若干个小系统分别进行研究，然 后进行叠加的办法，而只能从总体上把握整个经济系 统。这一点也很符合系统科学的思想。 (2) 动态性原理。复杂系统必然是动态系统，即 与时间变量有关的系统。没有时间的变化，就没有系 统的演化，也就谈不上复杂性规律。因为“事物总是 发展变化的”。
第五讲 安全管理理论简介
安全系统论原理系统原理就是运用系统理论对管理进行系统分析，以达到科学管理的优化目的。
系统原理的掌握和运用对提高管理效能有重大作用。
掌握和运用系统原理必须把握系统理论和系统分析。
1系统科学基本理论系统理论是指把对象视为系统进行研究的一般理论。
系统是指由若干相互联系、相互作用的要素所构成的有特定功能与目的的有机整体。
系统按其组成性质，分为自然系统、社会系统、思维系统、人工系统、复合系统等，按系统与环境的关系分为孤立系统、封闭系统和开放系统。
系统具有以下六方面的特性。
1.1整体性指充分发挥系统与系统、子系统与子系统之间的制约作用，以达到系统的整体效应。
1.2稳定性即系统由于内部子系统或要素的运动，总是使整个系统趋向某一个稳定状态。
其表现是在外界相对微小的干扰下，系统的输出和输入之间的关系，系统的状态和系统的内部秩序(即结构)保持不变，或经过调节控制而保持不变的性质。
1.3有机联系性即系统内部各要素之间以及系统与环境之间存在着相互联系、相互作用的关系。
1.4目的性即系统在一定环境下，必然具有达到最终状态的特性，它贯穿于系统发展的全过程。
1.5动态性即系统内部各要素间的关系及系统与环境的关系是时间的函数，即随着时间的推移而转变。
1.6结构决定功能的特性系统的结构指系统内部各要素的排列组合方式。
系统的整体功能是由各要素的组合方式决定的。
要素是构成系统的基础，但一个系统的属性并不只由要素决定，它还依赖于系统的结构。
2系统基本分析系统分析是就如何确定系统的各组成部分及相互关系，使系统达到最优化而对系统进行的研究。
它包括以下六个方面。
了解系统的要素，分析系统是由哪些要素构成的；分析系统的结构，研究系统的各个要素相互作用的方式是什么；弄清系统的功能；研究系统的联系；把握系统历史；探讨系统的改进。
3安全系统的构成从安全系统的动态特性出发，人类的安全系统是人、社会、环境、技术、经济等因素构成的大协调系统。
无论从社会的局部还是整体来看，人类的安全生产与生存需要多因素的协调与组织才能实现。