系统论、控制论和信息论
系统论,控制论,信息论
一般系统论亚里斯多德早就说过“整体大于部分之和”。
因此对系统的研究可以说从古代就已经开始了。
作为现代系统论的基本思想最初产生于本世纪20年代初由奥地利生物学家贝朗塔菲提出的，只不过它一开始被作为"机体生物学"，这是生物学中的有机论概念，强调生命现象是不能用机械论观点来揭示其规律的，而只能把它看作一个整体或系统来加以考察。
1968年，贝朗塔菲发表了一般系统论的代表著作《一般系统理论――基础发展与应用》。
现在系统思想形成了一股重要的思潮，日益发挥重大而深远的影响。
一、系统1、系统的含义及其分类系统论的内涵和外延理论界现在说法不一。
人们现在把系统论作为介于哲学和具体科学之间的横断科学来对待。
它被用作比具体学科更一般化的科学理论加以研究，但又不同于哲学。
现代系统论具有可否证性、抽象性、数理性特点。
贝塔朗菲把一般系统概念定义为"系统是处于一定相互关系中的与环境发生关系的各组成成分的总体"。
或：系统——由两个或两个以上的要素组成的具有整体功能和综合行为的统一集合体钱学森把极其复杂的研究对象称为系统。
系统的属性：⑴系统的整体性：即非加和性。
系统不是各部分的简单组合，而有统一性，各组成部分或各层次的充分协调和连接，提高系统的有序性和整体的运行效果。
例如：①钢筋混凝土结构的强度就大于钢筋、水泥、沙石的强度之和。
②拿破仑说数量小时较多数法国人不敌少数马克留木人，数量大时较少法国人可以战胜较多数马克留木人③没有凡高弟弟凡高就出不了成果；没有赫歇尔妹妹则赫歇尔不能成为伟大的天文学家；没有阿贝尔的老师就没有阿贝尔；没有孟母就没有孟子；没有伽罗华之母就没有伽罗华④人们常说"三个臭皮匠等于一个诸葛亮"⑤反面例子如上网、吸毒、赌博等。
⑥"三个和尚没水吃"，其原因是他们的能量消耗在内耗上。
⑵系统的相关性：系统中相互关联的部分或部件形成"部件集"，"集"中各部分的特性和行为相互制约和相互影响，这种相关性确定了系统的性质和形态。
系统论、控制论和信息论
功能和目的性
大多数系统的活动或行为可以完成一定的 功能，但不一定所有系统都有目的，例如太阳 系或某些生物系统。一个水桶具有储水的功能， 但它没有思维，本身没有目的。动物的行为有 一定的目的性，但主要就是为了笕食存活。人 类具有思想，行为的目的性明显增强。可见较 为高级的系统才有目的性。人造系统或复合系 统都是根据系统的目的来设定其功能的。
复合系统——既包含人造系统又包含自然系统。系 统工程所研究的对象大多复合系统。
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按系统与环境的关系分：
开放系统：物质、能量和信息都有交换。有活力有生 命的系统如：商业系统、生产系统或生态系统，都是 开放系统。只有开放系统才有可能在环境发生变化时， 开放系统通过系统中要素与环境的交互作用以及系统 本身的调节作用，使系统达到某一稳定状态。但并不 是说开放系统都是进化的。
封闭系统：没有物质的交换，但有能量和信息的交换。 如密闭罐中的物体。
孤立系统：则没有任何交换。理论和实践证明它是 退化系统。
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按系统的规模分：小型系统、中型系统、大型 系统和巨型系统。
按学科领域分：自然系统、社会系统和思维 系统。
按状态划分：有静态系统和动态系统。还有 平衡系统、非平衡系统、近平衡系统、远平 衡系统等等。
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控 制 论 应 用 |
导 弹 技 术
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三、信息论
1948年申农发表的《通讯的 数学理论》一文，成为信息论 诞生的标志。申农为解决通讯 技术中的信息编码问题，把发 射信息和接收信息作为一个整 体的通讯过程来研究，提出发 通讯系统的一般模型；同时建 立了信息量的统计公式，奠定 了信息论的理论基础。
系统理论
教学也是一个系统，这个系统中包括了教育过程中所要涉及的几个要素： 教学也是一个系统，这个系统中包括了教育过程中所要涉及的几个要素： 教师、学生、教学信息、教学条件等 该系统的功能就是培养人才。 教师、学生、教学信息、教学条件等，该系统的功能就是培养人才。
一、基本概念 二、系统科学的三个基本原理 三、系统方法
一、基本概念
系统：是由两个以上相互作用、相互依赖（具有一定结构） 系统：是由两个以上相互作用、相互依赖（具有一定结构）的要素组成 的具有特定功能的有机整体。 的具有特定功能的有机整体。 构成系统必须具备的三个基本条件： 构成系统必须具备的三个基本条件：
二、系统科学的三个基本原理 反馈原理：只有通过信息反馈，才可能实现有效地控制，从而达到目的； 反馈原理：只有通过信息反馈，才可能实现有效地控制，从而达到目的； 没有信息反馈的系统，要实现有效地控制， 没有信息反馈的系统，要实现有效地控制，从而达到预期的目的是不可 能的。 能的。 有序原理：只有开放、有涨落、远离平衡态，才可能走向有序； 有序原理：只有开放、有涨落、远离平衡态，才可能走向有序；没有开 放、没有涨落、处于平衡态的系统，要走向有序是不可能的。系统开放 没有涨落、处于平衡态的系统，要走向有序是不可能的。 即与外界有物质、能量、信息的交换，是必要条件； 涨落” 即与外界有物质、能量、信息的交换，是必要条件；“涨落”指对系统 稳定状态的偏离，是实际存在的一切系统的固有特征； 稳定状态的偏离，是实际存在的一切系统的固有特征；而系统只有远离 平衡态，才可能形成新的稳定的有序结构。 平衡态，才可能形成新的稳定的有序结构。 整体原理：只有通过相互联系形成整体结构才能发挥整体功能；没有整 整体原理：只有通过相互联系形成整体结构才能发挥整体功能； 体联系，没有整体结构，要使系统发挥整体功能是不可能的。 体联系，没有整体结构，要使系统发挥整体功能是不可能的。一低频系 统作为整体有内部结构和系统的“边界”组成， 统作为整体有内部结构和系统的“边界”组成，任何系统的整体功能 等于各个部分功能的总和“ “E整”等于各个部分功能的总和“∑E部”加上各部分相互联系形成结 构珠功能的总和“ 公式表示为： ∑E部 ∑E联 构珠功能的总和“∑E联”。公式表示为： E整= ∑E部+ ∑E联
控制论 信息论 系统科学与哲学
《控制论 信息论 系统科学与哲学》王雨田 主编 中国人民大学出版社 1987 年； 今天将这本书匆匆浏览了一遍，有一种受震撼的感觉。
我以前对系统科学只有零碎的概 念的了解，而通过本书则将很多概念建立了关联。
后来内心非常羡慕学该专业的人，觉得这是思想的武器，掌握了就会让人变得聪明。
还有在学校读书的时候，可能会不爱学这些课程，其原因一是缺乏体验，二是缺乏生动 性，这是一个教学设计问题，不能照本宣读。
系统无处不在，当我们有意识掌握一些系统方法，可能会更科学有效解决周围存在的问题。
系统论、控制论和信息论20 世纪 40 年代，由于自然科学、工程技术、社会科学和思维科学的相互渗透与 交融汇流，产生了具有高度抽象性和广泛综合性的系统论、控制论和信息论。
系统论是研究系统的模式、性能、行为和规律的一门科学。
它为人们认识各种系 统的组成、结构、性能、行为和发展规律提供了一般方法论的指导。
系统论的创始人 是美籍奥地利理论生物学家和哲学家路德维格·贝塔朗菲。
系统是由若干相互联系的 基本要素构成的，它是具有确定的特性和功能的有机整体。
如太阳系是由太阳及其围 绕它运转的行星（金星、地球、火星、木星等等）和卫星构成的。
同时太阳系这个" 整体"又是它所属的"更大整体"--银河系的一个组成部分。
世界上的具体系统是纷繁复 杂的，必须按照一定的标准，将千差万别的系统分门别类，以便分析、研究和管理， 如：教育系统、医疗卫生系统、宇航系统、通讯系统等等。
如果系统与外界或它所处 的外部环境有物质、能量和信息的交流，那么这个系统就是一个开放系统，否则就是 一个封闭系统。
开放系统具有很强的生命力，它可能促进经济实力的迅速增长，使落 后地区尽早走上现代化。
如改革开放以来已大大增强了我们的综合国力。
而我国的许 多边远山区农村，由于交通不便，相对封闭，还处于比较落后的状态。
人们研究和认识系统的目的之一，就在于有效地控制和管理系统。
系统论 信息论 控制论 信息技术
系统论、信息论、控制论和信息技术是当代科学技术中的重要理论和方法。
它们在工程技术、管理科学、计算机科学等多个领域都有着重要的应用和意义。
本文将从系统论、信息论、控制论和信息技术这四个主题展开讨论，深入探究它们的核心概念、发展历程及其应用情况。
一、系统论1. 系统论的概念系统论是研究“系统”概念的一门综合性科学。
系统是由一组相互作用和相互通联的部件组成的整体，它具有统一的特性和功能。
系统论研究系统的结构、性质、规律和行为规律，并提出了系统整体性、结构性和动态性的基本原理。
系统论的出现和发展，有效地促进了人类对于复杂系统的认识和处理。
2. 系统论的发展历程系统论的概念最早可以追溯到古希腊的柏拉图，他提出了“整体”的概念并强调了整体与部分的统一。
在20世纪初，系统论逐渐形成了独立的学科体系，克劳德·香农、诺伯特·韦纳等学者在这一领域进行了深入研究。
1948年，《论数学与通信》一文标志着信息论的诞生。
20世纪50年代，美国的诺伯特·韦纳、罗斯·阿什比等提出了控制论。
20世纪60年代，信息技术开始逐渐应用于工业自动化领域，成为研究的热点。
3. 系统论的应用系统论广泛应用于工程技术、管理科学、计算机科学等领域。
在工程技术中，系统论被应用于系统建模、系统仿真、系统优化等方面，为复杂工程系统的设计与运行提供了理论支持。
在管理科学领域，系统论被应用于组织管理、生产管理、信息管理等方面，帮助管理者更好地理解和处理复杂管理系统。
在计算机科学中，系统论被应用于分布式系统、网络系统、智能系统等方面，促进了计算机科学的不断发展。
二、信息论1. 信息论的概念信息论是研究信息传输、存储和处理等问题的一门科学。
信息论的核心概念是“信息”，它是一种用于传达知识和理解的信号，具有一定的内在特性。
信息论研究信息的度量、编码、压缩、传输、保护等问题，为信息处理和通信系统提供了理论基础。
2. 信息论的发展历程信息论的概念最早由美国数学家克劳德·香农提出。
控制论 信息论 系统论
控制论信息论系统论一、控制论：1、控制论的概念：控制论是一门研究系统之间相互作用的科学，其研究的核心是构建能够实现所期望的系统行为的有效控制系统。
它涉及到控制技术、计算机科学、生物机器人技术、算法设计和信息处理等诸多领域。
2、控制论的研究历史：控制论的研究始于1940年的美国科学家Warren S.McCulIock。
他受到俄国科学家A.A.Andronov和B.V.Kufedulov杂志论文的启发，提出了一个系统的科学理论，将线性系统和非线性系统统一在同一框架下研究——控制论。
20世纪50年代，控制论迅速发展，原始的线性控制理论发展为完整而成熟的理论体系，此后出现了微分几何学和微分算术控制论。
20世纪80年代以后，基于计算机技术的控制论发展迅速，涌现出各种新的控制方法和技术，如自适应控制、计算机优化控制、人工智能控制、时变系统算法控制等。
二、信息论：1、信息论的概念：信息论是一门关于信息修饰、传输ng存储、处理和可靠性的科学。
它关注的是用户以及用户和系统之间进行信息交流的技术，以及实现信息可靠传输的有效方法。
2、信息论的研究历史：信息论在20世纪50年代出现，是由美国电信学家Claude E. Shannon在发表的名为《现代电信及其技术》的论文中系统的阐述形成的，该文提出了信息论的基本概念，如信息的概念，信息熵和信息率等。
此后，由位于美国的Ralph Hartley和Peter Elias以及日本的Abe Masami等人持续优化和完善了这一理论，使之变得更加成熟完整。
20世纪60年代以来，随着信息技术的发展，信息论得到了广泛应用，形成了信息编码理论、信息安全理论、信息认知理论等一系列信息论的应用领域。
三、系统论：1、系统论的概念：系统论是一门涉及系统的全面性和系统性分析的科学，包括系统分析、系统设计、系统实施和系统管理等，它以一种集成的方法思想对整个系统进行建模理解，其有效的组织管理手段可以很好的维护系统的稳定运行，且系统的稳定性在大量自然界中也受到验证。
系统论、控制论和信息论
系统论、控制论和信息论信息社会被广泛认为是继农业社会、工业社会之后的第三次伟大的科技革命与社会变革，系统论、控制论和信息论成为信息社会最为基础的理论体系。
20世纪40年代，由于自然科学、工程技术、社会科学和思维科学的相互渗透与交融汇流，产生了具有高度抽象性和广泛综合性的系统论、控制论和信息论。
1、系统论General System Theory系统论是研究系统的模式、性能、行为和规律的一门科学。
它为人们认识各种系统的组成、结构、性能、行为和发展规律提供了一般方法论的指导。
系统论的创始人是美籍奥地利理论生物学家和哲学家路德维格·贝塔朗菲。
系统是由若干相互联系的基本要素构成的，它是具有确定的特性和功能的有机整体。
如太阳系是由太阳及其围绕它运转的行星（金星、地球、火星、木星等等）和卫星构成的。
同时太阳系这个"整体"又是它所属的"更大整体"--银河系的一个组成部分。
世界上的具体系统是纷繁复杂的，必须按照一定的标准，将千差万别的系统分门别类，以便分析、研究和管理，如：教育系统、医疗卫生系统、宇航系统、通讯系统等等。
如果系统与外界或它所处的外部环境有物质、能量和信息的交流，那么这个系统就是一个开放系统，否则就是一个封闭系统。
开放系统具有很强的生命力，它可能促进经济实力的迅速增长，使落后地区尽早走上现代化。
2、控制论Control Theory人们研究和认识系统的目的之一，就在于有效地控制和管理系统。
控制论则为人们对系统的管理和控制提供了一般方法论的指导，它是数学、自动控制、电子技术、数理逻辑、生物科学等学科和技术相互渗透而形成的综合性科学。
控制论的思想渊源可以追溯到遥远的古代。
但是，控制论作为一个相对独立的科学学科的形成却起始于本世纪20~30年代，而1948年美国数学家维纳出版了《控制论》一书，标志着控制论的正式诞生。
几十年来，控制论在纵深方向得到了很大发展，已应用到人类社会各个领域，如经济控制论、社会控制论和人口控制论等。
关于系统论,控制论和信息论的哲学思考
关于系统论,控制论和信息论的哲学思考系统论、控制论和信息论是现代科学中的重要理论框架，其中系统论强调整体性和相互作用，控制论强调反馈和稳定性，信息论强调信息的度量和传输。
这些理论不仅被广泛应用于自然科学和工程技术领域，也被运用于社会科学、人文学科以及哲学研究中。
从哲学的角度来看，这三个理论涉及到了许多哲学问题，例如：整体与部分的关系、因果性与随机性的关系、目的性与自发性的关系、信息与意义的关系等。
系统论强调整体性，表明整体和部分之间存在相互作用和相互依赖的关系，这引出了一个哲学问题：整体与部分的关系是如何相互作用的？在这个问题上，有些哲学家认为整体是超越部分的，因此整体对部分的作用是直接而非间接的，而有些哲学家则认为整体是由部分构成的，因此整体对部分的作用是间接而非直接的。
控制论强调反馈和稳定性，表明系统在受到外界干扰时会出现反馈，以维持系统的稳定性，这引出了一个哲学问题：因果性与随机性的关系是如何相互作用的？在这个问题上，有些哲学家认为因果关系是绝对的，因此系统的稳定性是由因果关系所决定的，而有些哲学家则认为随机性是客观存在的，因此系统的稳定性是由因果关系和随机性共同作用的。
信息论强调信息的度量和传输，表明信息的传输是由信息的度量所决定的，这引出了一个哲学问题：信息与意义的关系是如何相互作用的？在这个问题上，有些哲学家认为信息是意义的原材料，因此意
义是由信息所决定的，而有些哲学家则认为信息是意义的表现形式，因此意义是由信息所表达的内容所决定的。
综上所述，系统论、控制论和信息论的哲学思考不仅涉及到自然科学和工程技术领域，也涉及到社会科学、人文学科以及哲学研究中的许多哲学问题，这些问题可以通过对这些理论的深入思考而得到更为深刻的理解。
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控制论
• 人们研究和认识系统的目的之一， 就在于有效地控制和管理系统。控 制论则为人们对系统的管理和控制 提供了一般方法论的指导，它是数 学、自动控制、电子技术、数理逻 辑、生物科学等学科和技术相互渗 透而形成的综合性科学。
控制论在科学上的两点重要贡献
第一，给出一种新的研究方法，使对复 杂系统的研究成为可能 • ①确定系统。根据所研究对象的机理、 研究的目的、约束条件及假设条件， 把研究对象作为受控系统来处理
系统论
• 系统是指相互联系、相互作用并具有 一定整体功能和整体目的的诸要素的 有机综合体 • 系统论是研究系统的一般模式、结构 和规律的一门学科，主要研究各种系 统的共同特征，用数学方法定量地描 述其功能，寻求确立适用于一切系统 的原理、原则和数学模型等具有逻辑 和数学性质的基本理论问题
一般系统论的基本观点
控制论的应用
• 控制论是一门实用性很强的边缘学 科，其一般原理和方法在技术、经 济、社会等许多领域都有广泛的应 用，形成了多门边缘学科。 • 几十年来，控制论在纵深方向得到 了很大发展，已应用到人类社会各 个领域，如经济控制论、社会控制 论和人口控制论等。
信息论
• 信息论是应用概率论与数理统计方法 来研究信息处理和信息传递的科学， 研究的是通信和控制系统中普遍存在 着的信息传递的共同规律以及如何最 优地解决信息的获取、变换、存储、 处理等问题，其任务是解决电子通信 技术的编码和对抗等问题，从而提高 通信系统的传输效 信道 译码器 信宿
噪声
信息论的应用
信息论被广泛应用在： 编码学 密码学与密码分析学 数据传输 数据压缩 检测理论 估计理论
• 信息社会被广泛认为是继农 业社会、工业社会之后的第 三次伟大的科技革命与社会 变革，系统论、控制论和信 息论成为信息社会最为基础 的理论体系，为人类认识世 界和改造世界提供了强有力 的武器
• • • • • 系统的整体性 系统的有机联系 系统的动态性 系统的层次性 系统的目的性
• 耗散结构理论：主要讨论一个系统从混沌 向有序转化的机理、条件和规律，是研究 耗散结构的性质及其形成、稳定和演化规 律的一门学科 • 协同理论：研究远离平衡态的开放系统， 在保证与外界有物质、能量和信息交换的 条件下，系统能自发地产生一定的有序结 构和功能的一种理论
系统论的思想
• 系统论的思想是一种相关与演化的思 想，这与唯物主义普遍联系、变化发 展的观点是一致的。
• 系统论抽象掉不同事物、不同现象的 各种差异，而把它们归结到“系统” 这一概念，并揭示了其规律
• 一般系统论是一门跨学科的学 说，它超然于具体学科之外， 是概括各学科普遍具有的基本 规律性的理论。其目的是用一 般系统论的成果指导具体学科 的研究并通过开拓思维空间使 具体科学的研究达到更高的层 次，拓展到更广阔的领域
• ②收集有关数据，并进行必要的加工 处理，以作为研究的基础
• ③建立控制模型。数学模型的建立一
般是从研究对象的机理出发采用统计 数据的处理方法 • ④基于模型的系统分析。根据系统模 型研究在控制作用下系统的运动规律 • ⑤将控制模型、研究结果与实际情况 进行比较，做出模型精度分析
第二，控制论给出一套统一的 描述系统的概念，因而可以 建立各门学科之间的准确关 系。通过它们所具有的共同 语言，把一门学科上的发现 和成果用到另一门学科上去， 使它们相互促进。
• 三论，即系统论、控制论、信息论。 • 二十世纪四十年代末，随着科技的发 展，各个科学研究领域的分支日益细 化，但与此同时，各学科之间相互渗 透的现象越来越明显。适应这一趋势， 系统论、控制论、信息论这三门边缘 学科几乎同时产生。它们的出现对科 学技术和思维的发展起到了巨大的推 动作用，为现代多门新学科的出现奠 定了坚实的基础。