针对油气勘探地震资料处理的 台式协同并行机研制
LandMark模块介绍
LandMark 地震解释及油藏描述一体化方案兰德马克公司的地震解释及油藏描述一体化解决方案，是利用OpenWorks 数据平台，把大量丰富的地震数据，地球物理测井数据，研究地区的地质信息有机地结合在一起，通过共享于OpenWorks 数据平台上的各种应用软件，使各个领域的专家可灵活、方便地对这些不同类型的数据实现多学科协同解释。
油田地处地质构造复杂、构造幅度变化大，岩性、岩相变化快，逆断层发育的柴达木盆地。
本着从油田勘探开发生产工作的实际出发，并结合该地区的地质构造特点，兰德马克公司提出了如下具有针对性的地震解释及油藏描述解决方案。
1. 针对油田地质构造复杂、构造幅度变化大的特点，如图所示通过LandMark 一体化系统的可视化技术不仅可帮助用户更好地了解复杂的地质问题，而且与常规地震解释技术的结合，使传统层位的拾取方法得到了补充和完善，这种方法不受构造幅度变化的影响。
可视化技术除了利用常规地震数据之外，波阻抗反演等与地下地质体直接相关的数据体也是可视化技术常常采用的数据，用户可通过对不同数据体的交互解释来描述地下地质构造的共同特征.2. 对于油田复杂的断层的情况，如图所示通过LandMark 一体化系统综合应用相干体技术与可视化体解释技术不仅可以增加用户对各种类型断层的识别能力及提高解释精度，还可利用这两项技术并与一些辅助的迭后处理手段相接合，把断层数据和地震数据有机地结合在一起，这对研究断层的平面组合、空间展布规律更加方便。
Y3H4H19marthCubeComplex Faulting Ex.3复杂断裂带相干体中的断层显示E arthCubeC om plex FaultingEx.3Surface visualization on ESP is used to trace fault plans复杂断裂带相干体中的自动断层追踪3． 对于复杂的岩性、岩相变化问题，如图所示通过LandMark 一体化系统可通过可视化技术浏览其岩性、岩相的空间变化规律，对这些有意义的研究对象进行自动体标识并对其标识结果进行层位转换输出；同时还可将标识好的目标体输出为*.3dv 文件，为井间小层对比提供岩性变化依据。
GPU集群系统在地震资料叠前时间偏移处理中的应用
始大规模应用 。江汉物探院协 同并行计算 的Ｇ Ｐ Ｕ 集 群系统。协 同并行技术在江汉 探区的万城断裂带复 Ｉ区 、八面河北部高精度三维 工区和浩西一 高场三 维连片工区等多个区块得到 了推广和应用 ，并且取 得 了显著的成效。
应用Ｃ Ｕ Ｄ Ａ 编程可方便地实现Ｇ Ｐ Ｕ 通用计算 。具体 说 ，协同并行计算（ Ｃ Ｐ Ｐ Ｃ ） 机就是 由Ｃ Ｐ Ｕ 负责执行顺 序 型的代码 ，如操作 系统 、数据库等 应用 ，而 由 Ｇ Ｐ Ｕ 来负责密集 的并行计算。因此 ，在高性能计算
用Ｇ Ｐ Ｕ ＼ Ｃ Ｐ Ｕ 协 同并行 计算（ Ｃ Ｐ Ｐ Ｃ ） ，可以把原来超级 计算机要做 的事浓缩到一个普通的台式工作站或机 架服务器中去 。电耗也大大降低。
２ ０ １ ０ 年 江 汉 物探 院 引进 了 ６ 个 节点 ，每个 节 点
Ｇ Ｐ Ｕ 拥有数十倍 于Ｃ Ｐ Ｕ 的浮点运算能力 。多年 前就 已经在Ｃ Ａ Ｄ 、动 画制作以及３ Ｄ 图形设计等拥有 复杂计算需求 的领域得到有效应用。而随着Ｇ Ｐ Ｕ 计 算技术的不断成熟和国内单位研究成果 的扩大化 ， 以Ｇ Ｐ Ｕ 强大计算能力 为基础的系统平 台也成为我 国
参 考 文 献
长 、４ ｍ ｓ 采样 ） 进行迭前偏移处理的能力对 比： 从 以上 的 实 例 可 以看 出 ，尽 管 ６ 个 节点 的 Ｇ Ｐ Ｕ 集群在硬件价格上与Ｐ Ｃ集群价格相当，但其运 算能力却是其二至三倍 。如果适当扩大Ｇ Ｐ Ｕ 集群 的 规模 ，将可 以大大缩短地震资料 的处理周期。
４ 个Ｇ Ｐ Ｕ ，共５ ７ ６ ０ ￣的协同并行计算的Ｇ Ｐ Ｕ 集群系统
（ 如 图１ ）。使 用该 机 进 行 叠 前 时 间偏 移 处 理 时 ，
PARAGON XP／S并行计算机磁盘系统维护技术
PARAGON XP／S并行计算机磁盘系统维护技术
郭金奎;冯丽涛
【期刊名称】《石油仪器》
【年(卷),期】1998(012)004
【摘要】大庆油田地震勘探资料处理采用美国Ｉｎｔｅｒ公司生产的新一代巨型计算机－ＰＡＲＡＧＯＮＸＰ／Ｓ并行计算机系统。
该机特点是处理地震资料速度快，但是，它的磁盘子系统稳定性较差。
因此，该磁盘系统的维护工作在并行计算机整个系统中占有相当的位置。
文中通过该系统使用过程经常出现的磁盘故障实例，以及解决方法，同时总结出处理磁盘故障的各种维护经验，供同行参考。
【总页数】2页(P49-50)
【作者】郭金奎;冯丽涛
【作者单位】大庆石油管理局物探公司;大庆石油管理局物探公司
【正文语种】中文
【中图分类】TP338.607
【相关文献】
1.SGI Origin 2000并行计算机阵列磁盘系统的扩充 [J], 付喜春;李家俊;陈建宁;吴荷轩;赵胜萍
2.Paragon并行计算机性能分析与应用 [J], 曲凤山;王晓玲
3.PARAGON XP／S并行计算机系统节点加权排序表的研制 [J], 付喜春;吴显风
4.PCVSAT节点机系统维护与磁盘自动清理程序介绍 [J], 刘延彬
5.A PARAGON OF SUCCESSFUL SINO-JAPANESE COOPERATION——CHINESE RESEARCH CENTER FOR MINERAL RESOURCES EXPLORATION [J],
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高性能计算与并行算法在石油勘探与开发中的应用研究
高性能计算与并行算法在石油勘探与开发中的应用研究在石油勘探与开发领域，高性能计算与并行算法的应用对于提高勘探效率、优化开发方案以及增加油田产量具有重要意义。
本文将探讨高性能计算与并行算法在石油勘探与开发中的应用，并讨论其对于提升勘探效率、优化开发方案以及增加油田产量的影响。
首先，高性能计算在石油勘探中的应用可以大大加快数据处理速度，提高勘探效率。
石油勘探中涉及大量的地震勘探数据，这些数据需要经过复杂的处理和分析来确定潜在的油气资源。
传统的数据处理方法往往需要很长的时间来完成，而高性能计算可以通过多线程和并行算法的运算，极大地加快数据处理的速度。
高性能计算平台的使用可以使得勘探人员更加迅速地获取地下构造的信息，有助于确定勘探的方向和范围，提高勘探的效率。
其次，高性能计算与并行算法的应用可以优化油田开发方案，减少资源浪费。
在石油开发过程中，为了确保油田的可持续开发，需要制定科学合理的开发方案。
高性能计算与并行算法可以通过模拟和优化技术，帮助开发人员确定最佳的开发方案。
通过模拟不同的开采方案和参数组合，可以评估不同方案对油田的开采效率、储量利用率等指标的影响。
这样的模拟计算可以大大减少实际开采过程中的试错成本，避免资源的浪费，提高油田的开发效益。
此外，高性能计算与并行算法的应用还可以增加油田的产量，提高油田开采效率。
在石油开发中，通过优化生产参数和工艺流程，可以提高油田的产量。
高性能计算可以通过模拟和计算，帮助开发人员找到最佳的生产参数组合和工艺流程，最大限度地提高油井的产能。
此外，高性能计算还可以针对沉积物性质、岩石力学和油藏流体动力学等复杂问题进行模拟和计算，优化生产过程，提高油田的产能。
然而，高性能计算与并行算法在石油勘探与开发中的应用也面临一些挑战。
首先，高性能计算设备的运行成本较高，需要投入大量的资金来购买和维护设备。
此外，高性能计算的复杂性也对使用人员的技术要求提出了更高要求，需要具备一定的计算机编程和算法优化的知识。
地震资料处理PC集群并行效率研究的开题报告
地震资料处理PC集群并行效率研究的开题报告一、选题背景地震是地球自身的一种自然现象，在地球物理学研究中具有重要意义。
为了精确地研究地震，需要对资料进行处理。
在地震数据处理的过程中，需要耗费大量的计算资源。
因此，建立一个能够高效处理地震数据的计算平台是十分必要的。
近年来，随着计算机硬件技术和软件技术的不断提升，高性能计算集群在科学计算中得到了广泛应用。
并且，地震数据处理中的算法具有很好的并行性，集群系统能够实现高效地并行计算，可以显著提高地震资料处理的效率。
因此，本课题旨在对地震资料处理的PC集群并行效率进行研究，提高地震资料处理的效率和速度。
二、选题意义地震资料处理是地球物理学研究的关键课题之一，不仅仅涉及到地震学的理论研究，还直接关系到我们对于地震的预测和防灾减灾的工作。
通过研究高效处理地震数据的计算机集群系统，可以提高地震资料处理的速度和效率，让我们能够更加全面、准确地了解地震的信息，更好地预测和防范地震。
另外，本课题的研究过程，将利用并行计算技术，提高科学计算的效率，对于高性能计算集群的应用和研究也具有指导意义。
三、预期研究内容1. 综述PC集群系统的概念和相关技术，介绍地震资料处理的基本理论，并对比分析串行和并行计算的效率和速度。
2. 设计和实现地震数据处理的PC集群系统，采用MPI并行计算模型，并对系统的算法和并行计算程序进行优化和改进。
3. 基于地震数据处理的实际需求，设计并开发适用于PC集群的地震资料处理软件，支持共享存储和分布式存储，实现数据的高效传输和共享。
4. 对PC集群系统进行测试和评估，分析不同参数下系统的并行效率和性能，并与串行计算进行比较，评估并行计算系统的效果。
四、进度安排阶段一：文献综述、分析地震资料处理的算法模型及并行计算模型（2周）。
阶段二：设计地震数据处理的PC集群系统，实现MPI并行计算模型，对系统的算法和并行计算程序进行优化和改进（4周）。
阶段三：开发适用于PC集群的地震资料处理软件，实现数据的高效传输和共享（4周）。
围绕能源低碳战略需求圆梦高性能计算软件中国造——中科院自主研发油气勘探地震偏移协同并行计算系统
围绕能源低碳战略需求圆梦高性能计算软件“中国造”——中科院自主研发油气勘探地震偏移协同并行计算系统钟青云经过长期努力，中国科学院地质与地球物理研究所和北京吉星吉达科技有限公司联合研发了 “油气勘探地震偏移GPU/CPU 协同并行计算系统（CPPC）”, 填补了国内石油地球物理行业国内高性能计算领域的空白，实现了中国石油物探高性能计算软件“中国造”。
中石油973项目专家组认为，GPU/CPU 协同并行计算(CPPC)带给我们的是一场高性能计算的革命，可以预见，在不久的将来，GPU 在地球物理领域将占有重要的地位，就像当年PC 服务器集群取代大型机一样，现在广泛应用的大规模CPU 多节点并行模式，有被GPU/CPU 协同并行模式取代的趋势。
（一）我国油气勘探高性能计算受制于人社会经济发展对油气资源需求越来越大，石油勘探开发对于地震勘探精度和准确性需求不断提高，导致地震勘探数据量与计算量呈指数式增长。
这一方面对高性能计算技术呈现出持续而强劲的需求，为高性能计算产业提供了一个长期稳定的市场；另一方面高性能计算技术的发展能否以较优的性能价格比提供客户成为石油物探技术发展的制约因素。
比如，叠前时间偏移、叠前深度偏移、波动方程偏移等，计算量和需要处理的数据量极其巨大，往往成为目前地震资料处理过程中的“瓶颈”所在。
目前高性能计算在业界较为流行的解决方案是使用PC 集群技术，就是把多台计算机用高速网络连接，组成一个集群，运行特定的程序进行计算。
另外，还需要在服务器集群等大规模并行计算机上运行需要上百万美元的国外商业专业处理软件来运算这些海量数据。
但是，随着集群的不断扩大，软硬件投资、庞大场地、空调制冷、功耗等，都成为制约集群发展的问题。
比如，1万个CPU 集群，每年仅电费就消耗1000多万，其软硬件投资更是天文数字。
尽管如此，由于在石油勘探高性能计算软件领域，我国一直没有自主创新的民族品牌的高端软件，中石油、中石化、中海油等石油公司每年都要耗费巨资从海外引进软件，而这些软件几乎又都是由海外华裔石油服务兵团开发的。
计算机应用在石油勘探中的突破
计算机应用在石油勘探中的突破石油是现代工业和交通运输的重要能源，而石油的勘探则是确保能源供应的关键环节之一。
随着科技的不断进步，计算机在石油勘探中的应用得到了突破性的发展，极大地提高了勘探效率和精度。
本文将探讨计算机在石油勘探中的突破，并对其应用进行详细介绍。
一、地震勘探地震勘探是石油勘探领域中最常用的手段之一，其原理是通过记录地球内部的地震波传播情况来判断地下的地质构造和孕育石油的潜在区域。
计算机在地震勘探中的应用突破是将地震数据处理的步骤由人工操作转变为计算机辅助处理，大大提高了数据处理的效率和精度。
地震数据处理主要包括数据采集、预处理、成像和解释等几个方面。
传统的数据处理方式需要繁琐的人工操作和大量的时间投入，而计算机的应用可以将这些操作自动化，并且能够快速处理大量的数据。
例如，通过计算机进行数据采集，可以实现对地震传感器的全自动控制和数据采集，大大减轻了工作人员的负担。
同时，计算机还可以利用先进的算法对采集到的数据进行预处理，如去噪、滤波和卷积等，提高了数据的质量和可靠性。
在地震数据成像方面，计算机应用的突破主要表现在数据处理的速度和精度上。
传统的地震数据成像需要海量的计算工作，而计算机的高性能计算能力可以大大加速这个过程。
同时，利用先进的成像算法，计算机可以提高成像的分辨率和准确性，更好地揭示地下构造。
二、数据解释与预测除了地震勘探，石油勘探中还有大量的数据解释与预测工作。
计算机应用在这一领域的突破主要表现在数据处理和模型建立两个方面。
数据处理方面，计算机可以利用机器学习和人工智能等先进技术，对大量的勘探数据进行自动分析和处理。
例如，计算机可以根据已知的地质信息和勘探数据，通过建立数学模型并进行模拟和拟合，进而预测地下石油储量和产量。
这种基于计算机的数据分析和预测方法，可以大大提高石油勘探的准确性和效率。
在模型建立方面，计算机应用可以通过数值模拟和优化算法等手段，对复杂的地下油藏进行建模和优化。
并行技术促进地震偏移成像系统升级
之前提高 了３ ， 倍 把此井段 的钻井周
期 压缩 了 ４ 。 天
该项新技术很快在现场施工中得
到验 证 ，０ ４ 井 队 ３ ５８ ２ 月份施 工 Ｄ Ｓ ５ Ｐ一 井 时 ， ２．天 顺 利 钻 达 水 平井 “ ” 以 ０ ５ Ａ 点， 比设 计钻 井周 期提 前 了 ｌ． 天 。 ０２ ８ 到 了 ７ ，０７ 井 队 施 工 的 Ｄ Ｈ ２ 月 ５ １５ Ｐ 一
内 的信 息 技术 ， 因而 促使 高性 能 计 规模正在不断扩大 ， 大型地震数据处ห้องสมุดไป่ตู้ 件 的快 速升 级 。
算 技术在地 球物理行业 的应用不 断 理 中心的集群 系统规模 已经 达到上 发展 ， 应用规模 与领域不 断扩大 ， 技 术 与产 品 不断 升级 。２ ０ ００年 以来 ， 集 群计 算 技术 得 到了 飞速 发展 ， 带
向井 三 项纪 录 。
水平井将这一井段的施工时间又缩短 了近 ４ 天。更为可喜的是 ，０ ３ 井队 ４ ８７
螺杆 复合钻 进是一 项螺杆 钻具
推广螺杆 复合钻进 技术
１— ０ 单 Ｄ 钻 与 Ｐ Ｃ钻 头组 合 钻井 工 艺技术 ， Ｄ 其 施 工 Ｄ ２ ６ 井时 ， 只 Ｐ Ｃ 头连 复合钻进 方式能提 高 Ｐ Ｃ 头在井 续进 尺 ２ ５ ． 米 ， Ｄ 钻 ２１ ２ ８ 比两 年前增加 了
２０ 年 ， ０９ 五普 ５７ ０ ０９ 井队施工水 底 的旋转 速 度 ， 通过 调 配合 理 的钻
平 井 Ｄ ５ 时 ， 过 反 复选 择 对 比钻 Ｐ井 通
１５ ． 米 。 豳 １７ ４ ６
井 参数 ， 螺杆与钻 头相互作用 ， 使 达
中 石 ０ ／ ２ 国 化２ １ ０ ９ １１
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第13卷 第1期系 统 辩 证 学 学 报V o l 113 N o 112005年1月JOU RNAL O F SYST E M I C D I AL ECT I CS Jan 1,2005 文章编号:100526408(2005)0120001205论系统思维(三):整体思维与分析思维相结合苗东升(中国人民大学,北京100872) 摘 要:阐述了四个有关系统思维的命题:系统思维不等于整体思维,系统思维并不拒斥分析思维,在整体观照下分析系统,在整体思维和分析思维之间架设桥梁。
关键词:整体思维;分析思维;系统思维;描述的还原论中图分类号:N 94202 文献标识码:A 收稿日期:2004209201作者简介:苗东升(1937-),男,山西榆社人,教授,主要研究方向:系统科学及其哲学问题。
第2讲第1节关于系统思维是一类整体思维的论断,很容易造成一种误解:系统思维就是整体思维,整体思维就是系统思维。
我们在某些文献中确实看到过这种说法。
为免除误解,在强调了从整体上认识和解决问题之后,需要立即来讨论系统思维与整体思维之间的联系和区别。
1 系统思维不等于整体思维系统思维和整体思维之间的原则区别,可以从逻辑、哲学、科学、经验和历史五个方面考察。
1.1 逻辑(概念论)的考察每一种思维方式的本质特征都是由它的根本概念表征的。
按照前两讲的界定,系统思维是运用系统概念识物想事、整理思想的思维方式。
类似地,整体思维是运用整体概念识物想事、整理思想的思维方式。
在系统思维中,系统是根本概念,整体和部分是阐述它的分概念,只考察整体、不考察部分的思维不是系统思维,同时用整体和部分两个概念识物想事、整理思想的思维方式才是系统思维。
在整体思维中,整体是根本概念,部分不在考虑之列。
所以,就概念而言,系统包含整体而不等于整体,系统思维包含整体思维而不等于整体思维。
1.2 哲学的考察辩证法认为,矛盾对立面既相互否定又相互规定,由此而决定了统一体的特性、行为、规律等等。
系统是整体与部分的矛盾统一体,系统的特性是由它的整体和组成部分共同决定的。
为了认识整体,必须认识部分,通过了解部分来了解整体;为了处理整体问题,必须关注部分,通过组织、使用、发展部分来成就整体。
系统思维是在整体与部分的矛盾运动中展开的,主体在思维过程中应像钱学森所说的那样,“要时刻想着局部和整体的关系”[1],反复进行从整体到部分、再从部分到整体的辩证转化。
对于整体思维来说,部分是一个可有可无的术语,整体被视为一种直接的现实,强调从整体到整体直观地把握对象。
但在现实情况中,整体只能相对于部分而存在,整体须由部分来规定或限定,离开对部分的精细了解,对整体的领悟就会失之空洞,显得笼统、模糊、肤浅,科学性不足。
由于这些缘故,系统思维要比整体思维丰富得多。
1.3 科学的考察整体思维建立在思维活动的思辨之上,不追求思维过程的可操作性,基本属于经验性思维方式,思维能力来自实践经验的磨练。
系统思维属于科学思维方式,强调思维的可操作性,需要通过学习科学和自觉修炼才能建立起来。
1.4 经验的考察假定对象系统为一片森林,你的任务是保护它,或开发利用它,或二者兼而有之。
一定的森林依托一定的山水地形,不同的森林中树木的种类、分布和发育状况亦不同;森林是生态系统,林中的奇花异草、飞禽走兽、枯枝败叶等等,都是它的组成部分。
如果你不深入进去了解这一切,仅仅停留于直观的整体把握,即绕着它的周边从外部整体地观察,或者在飞机上整体地鸟瞰,凭借这样得到的知识去行动,那你既无法保护它,也无法正确地开发利用它。
这表明,“只见树木,不见森林”固然不行,“只见森林,不见树木”同样不行,两者都是非系统思维。
现代人在实践中打交道的对象几乎都是这类系统,如果仍然像古代人那样只重视用整体思维识物想事,满足于“只见森林,不见树木”,将无所作为。
1.5 历史的考察从人类思维方式的发展演变历史看,古代人类,无论东方或西方,都掌握了整体思维,重视整体地认识和处理问题,创建了辉煌的古代文明。
比较而言,古代中国的整体思维更发达些,《易经》、《道德经》、《孙子兵法》都是整体思维的不朽经典,至今还能给人们以大智慧;古希腊文明则包含着更多还原论和分析思维的思想资源,德谟克利特的原子论、欧几里德的公理方法、亚里士多德的形式逻辑,为现代科学的产生准备了可贵的基因。
这种差异是东西方后来在科学技术以至整个社会发展中出现重大差距的根源之一。
在近代西方发展起来、于20世纪达到顶峰的现代科学,其方法论是还原论,居主导地位的思维方式是分析思维,通常被称为还原论科学或分析科学。
以这种科学为智力武器建立起来的工业文明,迅速击败在整体思维主导下建立的所有前工业文明,在世界范围取得支配地位,历史地宣告还原论比整体论优越,分析思维比整体思维优越。
古代整体思维随着西方科学的兴起而迅速发展已是不可逆转的历史事实。
2 系统思维并不拒斥分析思维通过揭露还原论和分析思维的局限性来宣传建立系统论的必要性,阐述系统思维的基本内涵,是贝塔朗菲以来历代系统理论家的惯用做法。
历史地看,这样做是完全必要的、不可避免的和合理的,但也带来某些片面性,似乎还原论科学对系统思维的兴起只有反面的激励作用,没有任何正面贡献,以至有人声称系统思维的产生源于科学的失败。
较早研究系统思维的温伯格批评了这种观点,认为更准确的说法是因为科学取得了如此成功才需要系统思维[2]。
辩证地看,这两种观点都有合理性,又都有片面性,因为还原论科学同时从两个方面推动了系统论和系统思维的产生发展。
一方面,这种科学在取得巨大成功的同时,把还原论当成唯一科学的方法论,把分析思维当成唯一科学的思维方式,全盘否定整体思维的价值,从而走向另一极端,历史地导致对自身的质疑和超越;另一方面,还原论科学的巨大成功不仅形成对系统论和系统思维的历史需要,还给建立系统论和系统思维准备了大量可资借鉴的思想、概念和方法,从正面推动了系统论和系统思维的形成。
记得十多年前,一位科学史和科学哲学专家曾对笔者质疑道:你们说系统论超越了还原论,但贝塔朗菲用微分方程组定义他的一般系统,而以微分方程组作为数学模型正是分析科学的一大创造,这该如何解释?这是一个颇有深度的科学和哲学问题。
事实上,所有具体科学层次上的系统理论,如控制论、运筹学、系统动力学、耗散结构论、协同学、混沌理论等,都在大量使用分析科学创造的数学工具,特别是各种数学方程;所有著名系统科学家不仅不拒斥分析思维,而且力求从分析科学中寻找可用工具,有人甚至主张像物理学那样把系统科学公理化、定量化、精确化。
这看似悖论,实为辩证的相反相成。
它启示我们,要深刻了解系统论和系统思维,须深入考察还原论和分析思维。
把对象分解为它的组成部分去研究的做法古已有之,庄子赞扬的疱丁解牛,中医讲的五脏六腑,就是例证。
甚至阴阳、五行也是一种分析模式,差别在于五脏六腑是硬分析,把对象分解为实体的组成部分;阴阳、五行是软分析,把对象分解为非实体的要素。
这表明,即使古代整体论也不能绝对不讲分析。
但无论古中国,还是古希腊等其他古代民族,都没有形成系统的分析方法,更谈不上形成现代还原论这种完整的方法论。
学界常说的还原论和分析思维,是随着近、现代科学的发展而产生、发展、完善起来的。
从科学和哲学思想上说,还原论和分析思维的主要奠基者是笛卡尔,他在从事具体科学研究的同时,特别关心科学思维方式和方法论的探索,倡导通过仔细的演绎推理从基本的不可还原的思想中追求真理。
因为他相信,存在“所有物体的普遍的质”,科学的目2系统辩证学学报 第13卷 的就是把一切对象都还原为这种“质”[3]。
基于这种认识,笛卡尔提出适用于指导人们思维活动的四条原则,相当完整地规定了还原论和分析思维的基本内涵。
其中核心为:“第二条原则是把我正在考察的难题分成尽可能多和必要的部分,以便把它最好地加以解决”[3]。
就是说,一个理论的或实际的问题摆在面前,如果你觉得它太复杂,无从下手,就把总问题分解为若干子问题,即把整体分解为部分,你把一个个子问题或部分搞清楚了,总问题或整体也就能够搞清楚;如果这些子问题或部分仍然复杂难解,就对它们再行分解,去研究那些更小也更容易理解的对象;如果它们仍然显得复杂,那就继续分解,直到找出那些不再复杂的更小对象为止。
简而言之,笛卡尔主张细分问题并逐条分析之。
笛卡尔的上述方法论思想经过从牛顿到爱因斯坦历代科学大师的补充和发展,特别是经过四百年科学实践的检验和锤炼而不断完善,终于形成还原论和分析思维在现代科学中全方位的支配地位。
按照切克兰德的概括,现代还原论包含三个方面,即实验的还原论、解释的还原论和思维的还原论[3]。
这是很有见地的看法,但却忽略了同等重要的另一方面,即描述的还原论。
而对于系统论和系统思维来说,考察描述的还原论尤其必要,因为系统科学向现有科学知识借鉴最多也最成功的方面,都与描述的还原论密切相关。
笛卡尔的四条原则都没有明确提出定量化问题。
然而,如果我们仅仅把对象的整体分解为部分,却不能给出相应的定量描述,不能获得数量结果,我们对整体的认识就不可能是深刻的;没有关于整体的定量知识,我们也做不到从整体上科学地解决问题。
19世纪大物理学家开尔文说得好:“在物理科学中,学习任何论题的关键的第一步是寻找它的数值计算原理和与之有关的一些性质的测量方法。
我常说,要懂得一点东西,你就必须设法把这件东西测量出来并且把它表达为数字。
相反,当你不能把它测量出来又无法把它表达为数字时,你对这件东西的知识是贫乏而又不充分的:知识可能开始在你的头脑中出现,但无论如何,你的思想还未进入科学的境界。
”[4]这一方法论思想已在19世纪的物理学中得到全面贯彻,更在20世纪的自然科学中得到全方位的推广。
把整体分成部分作精细的研究,把定性特征转换为定量特征来描述,这两者之间有深刻的内在联系,没有定量分析就谈不上精细的研究。
定量描述的第一步是完成以下操作:对于给定的对象,找出一组能够表示其行为特性而可观测的数量特征x1, x2,…,x k,称为对象的性态量,以它们为坐标轴撑起一个k维空间,称为对象的性态空间,一个有序数组(x1,x2,…,x k)代表对象的一个性态,对应于性态空间的一个点,对象的一种整体行为或特性对应于该空间的一个特定点集合。
通过这样处理,就把定性问题转换成定量问题,为应用数学工具描述对象开辟了道路。
对照笛卡尔的第二原则不难看出,这套操作实质是从量的方面把整体还原分解为部分,差别只在于不是把作为实体的整体分解为作为实体的多个部分,而是把对象整体的行为特性分解为多个特征量,从而把整体的行为特性这种“质”还原为一组特征量这种“量”。
此外,笛卡尔主张的把整体分成“尽可能多”的部分,在定量描述中表现为特征量的选择应满足完备性要求:至少要有k个,少一个也不行;笛卡尔主张的把整体分成“必要的部分”,在定量描述中表现为特征量的选择应满足独立性要求:只能有k个,多一个也不行。