系统论在“通信与信息系统”研究中的运用初探
系统自然观
辩证唯物主义自然观的发展系统论概述系统论是研究系统的一般模式、结构和规律的学问，它研究各种系统的共同特征，用数学方法定量地描述其功能，寻求并确立适用于一切系统的原理、原则和数学模型，是具有逻辑和数学性质的一门新兴的科学。
系统思想源远流长、但作为一门科学的系统论．人们公认是美籍奥地利人。
理论生物学家L.V．贝塔朗菲创立的。
他在1925年发表"抗体系统论"，提出了系统论的思想。
l937年提出了一般系统论原理．奠定了这门科学的理论基础。
但是他的论文《关于一般系统论》，到1945年才公开发表，他的理论于1948年在美国再次讲授"一般系统论"时，才得到学术界的重视。
确立这门科学学术地位的是1968年贝塔朗菲发表的专著：《一般系统理论一基础、发展和应用》．该书被公认为是这门学科的代表作。
系统一词，来源于古希腊语，是由部分组成整体的意思。
中国古代所谓五材“杂以成百物”也有这样的意思。
今天人们从各种角度上对系统下的定义不下几十种。
一般系统论则试图给一个能描示各种系统共同特征的一般的系统定义．通常把系统定义为：由若干要素以一定结构形式联结构成的具有某种功能的有机整体。
在这个定义中包括了系统、要素、结构、功能四个概念，表明了要素与要素、要素与系统、系统与环境三方面的关系。
系统论认为．整体性、关联性、等级结构性、动态平衡性、时序性等是所有系统的共同的基本特征。
系统论的核心思想是整体观念，贝塔朗菲强调，任何系统部是一个有机的整体，它不是各个部分的机械组合或简单相加，系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的新质(整体大于部分发之和)。
其基本思想方法．就是把所研究和处理的对象，当作一个系统，分析系统的结构和功能。
研究系统、要素、环境三者的相互关系和变动纳规律性，并优化系统的整体功能。
所以从系统观点看问题，世界上任何事物都可以看成是一个系统，系统是普通存在的。
系统是多种多样的，可以根据不同的原则和情况来划分系统的类型。
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。
ITS的来世
复杂系统理论1 复杂系统理论概述二十世纪四十年代以来，系统科学得到了迅速的发展。
1945 年奥地利学者路德维希·冯·贝塔朗菲(Ludwig Von Bertalanffy)，发表《关于一般系统论》，宣告了一般系统论的创立。
贝塔朗菲认为，系统可以定义为相互作用着的若干要素的复合体。
系统有三项普遍和本质的东西:一是系统的整体性；二是系统由一些相互作用和相互依存的要素所组成；三是系统受环境影响和干扰，并和环境发生相互作用。
随后，克劳德·艾尔伍德·香农(Claude Elwood Shannon)于 1948年发表的《通讯的数学理论》，奠定了香农信息基本理论的基础。
1950 年，维纳(NobertWiener)出版了《控制论和社会》一书，着重论述了通信、法律和社会政策等与控制论的联系。
阿希贝(Ashby)1958 年发表的《控制论在生物学和社会中的应用》一文，认为可以运用非线性系统中的控制理论来研究社会系统。
但总的来说，那个时期的复杂性研究方法尚无实质性进展。
基于系统自身结构复杂性的状况可将系统简单系统、无组织的复杂系统、有组织的复杂系统三大类(韦佛(Weaver.W)，1958)。
复杂系统是相对于简单系统而言的。
有组织的复杂系统的特征是系统的元素数目很多，而且元素间存在着强烈的耦合作用，使得系统具有高度的组织性(牛文元1987；Wilson，A.G.1，997)。
另有专家认为，复杂系统是具有中等数目基于局部信息作出行为的智能性、自适应性主体的系统(约翰·L·卡斯蒂(John L.Casti)，1998)。
非线性复杂系统理论最早大概出现在 20 世纪 70 年代，它是一大批新兴学科的总称，它们的研究对象尽管不同，但具有共同的特征，即系统都是复杂非线性系统，或非线性复杂自组织过程。
2 复杂系统的一些公认观点著名英国理论物理学家霍金2000年曾说过一句名言:我认为，下个世纪将是复杂性的世纪，这句话高度概括了21世纪理论科学面临的任务是处理各种复杂系统，也就是我们要建立一套不同于过去的理论体系以面对21世纪的科学挑战。
〖2021年整理〗《第八课《把握辩证分合》教材重点和难点分析》优秀教案
教材重点和难点分析（一）辩证思维所谓辩证思维，就是用联系、发展、全面的观点看待事物和思考问题，其实质与核心是运用矛盾分析法，从对立面的统一中把握事物。
辩证思维是与孤立地、静止地、片面地看待事物和思考问题的形而上学思维相对立的。
事物都是由各个要素、各种联系构成的有机整体，是普遍联系和变化发展的。
不仅事物与事物之间是相互联系的，而且事物内部的各个要素、各种联系之间也是相互联系的，整个世界就是由相互联系的事物组成的统一整体。
同时，事物由于内在客观矛盾的作用，又是不断运动、变化、发展的。
事物的发展都要经历一个产生、发展和灭亡的过程，分为若干个发展阶段。
因此，我们要想正确认识事物，就必须按照事物的本来面目，从事物联系和发展的角度去看待事物，分析事物内在的矛盾，从整体上把握事物的本质和规律。
辩证思维具有整体性和动态性的特征。
所谓整体性，就是用全面的观点看问题，将认识对象的各个要素、各种联系的丰富性、多样性在头脑中再现出来。
整体性的辩证思维能够科学地处理“此”与“彼”之间、整体与部分之间的关系。
不仅看到“此”与“彼”之间的对立，而且看到“此”与“彼”之间的统一；不仅承认非此即彼，而且承认在一定条件下亦此亦彼。
在整体与部分的关系上，辩证思维致力于把握它们之间的相互依存、相互作用和相互转化。
所谓动态性，就是用变化的、发展的观点看问题，用矛盾运动的观点看问题。
它要求不仅要考察事物的历史与现状，还要把握事物的未来发展趋势，从而科学地把握事物发生、发展的过程及其规律性。
（二）科学形态的辩证思维在总结人类最新科学研究成果、批判地继承以往辩证思维研究的“合理内核”，特别是对黑格尔唯心主义辩证思维进行扬弃的基础上，马克思、恩格斯创立了科学形态的辩证思维学说，并在其著作中作了典范性的实际运用，将人类对自然、社会历史和思维的运动、变化、发展规律的认识，提升到了前所未有的科学高度。
科学形态的辩证思维学说的进一步发展及实际运用，不仅体现在马克思主义者的理论研究与实践中，而且体现在现代自然科学与社会科学的发展进程之中。
系统科学
系统科学系统科学即以系统思想为中心、综合多门学科的内容而形成的一个新的综合性科学门类。
系统科学按其发展和现状，可分为狭义和广义两种。
狭义的系统科学一般是指贝塔朗菲左其著作《一般系统论：基础、发展和应用》中所提出的将"系统"的科学、数学系统论、系统技术、系统哲学三个方面归纳而成的学科体系。
广义的系统科学包括系统论、信息论、控制论、耗散结构论、协同学、突变论、运筹学、模糊数学、物元分析、泛系方法论、系统动力学、灰色系统论、系统工程学、计算机科学、人工智能学、知识工程学、传播学等一大批学科在内，是20世纪中叶以来发展最快的一大门综合性科学。
近年兴起的相似论、现代概率论、超熵论、奇异吸引学及混沌理论、紊乱学、模糊逻辑学等，也将进入广义系统科学并成为其重要内容。
系统科学将众多独立形成、自成理论的新兴学科综合统一起来，具有严密的理论体系，它已为内外许多学者所关注和研究。
20世纪60年代，美国将《系统工程》杂志改为《系统科学》。
中国在技术领域的杂志则有《系统科学与教学》、《系统工程的理论和实践》、《系统工程学报》、《系统工程》等。
许多学者提出了关于系统科学结构的许多见解。
其中一种见解种认为，系统科学包括五个方面的内容：即系统概念、一般系统论、系统理论分析论、系统方法论和系统方法的应用。
另一种见解认为系统科学是研究系统的类型、一般性质和运动规律的科学。
这一科学体系包括系统学、系统方法学和系统工程学三部分。
关于系统科学的内容和结构最详尽的框架，是我国著名科学家钱学森提出来的。
他认为系统科学与自然科学和社会科学处于同等地位。
他把系统科学的体系结构分为四个层次：第一层次是系统工程、自动化技术、通信技术等，这是直接改造自然界的工程技术层次；第二层有运筹学、系统理论、控制论、信息论等，是系统工程的直接理论，属技术科学层次；第三层次是系统学，它是系统科学的基本理论；最高一层将是系统观，这是系统的哲学和方法论的观点，是系统科学通向马克思主义哲学的桥梁和中介。
浅谈系统论、信息论、控制论对数学教学的启示
浅谈系统论、信息论、控制论对数学教学的启示摘要】依据系统论、信息论和控制论的根本思想，探讨系统论、信息论、控制论对数学教学设计和教学过程调节的启示.【关键词】系统论;控制论;信息论;数学教学一、系统论、信息论和控制论的根本内容〔一〕系统论著名科学家钱学森认为，系统是由相互联系和相互作用的假设干要素结合而成的具有特定功能的整体.比方，教学系统的要素主要包括教师、学生、教材和教育影响.系统的根本特征有整体性、目的性、动态性、相关性和环境适应性.整体性是系统最根本的属性.系统并不是各个要素功能的简单相加，其整体功能大于组成系统的各局部功能之和.系统中任何一个要素发生变化时，都会影响其他要素和整体功能的发挥.〔二〕信息论1948年，美国数学家申农发表了?通讯的数学问题?方法研究信息处理和信息传递规律的科学.信息传递的一般模型如图1所示.信源即产生信息和信息序列的源头，它可以是人或物.信源编码是将信息数字化的过程，以提高信息的传输效率.信道是信息传输的通道，也即信息传输媒质.信道编码是在信源码中参加纠错码，提高信息在传递过程中的抗干扰能力.信源译码和信道译码那么是将被編码的信息复原成初始信息的过程.信宿是信息的接收者.〔三〕控制论1948年，数学家诺伯特·维纳发表了?控制论?一书，标志着控制论的诞生.控制论是研究动物〔包括人类〕和机器内部的控制与通信的一般规律的科学，是跨及众多学科的交叉学科.控制论的根本方法有反响方法、黑箱方法和模拟方法.反响是指信息从被控制者输出端回输到控制者，并对系统的再输出产生影响的过程.如图2所示.反响反响反响应在被控系统状态改变之前，否那么不能调节下一次控制的反响信息，再准确也是没有意义的【1】.二、系统论、信息论和控制论对数学教学的启示〔一〕系统论对数学教学设计的启示第一，把握数学知识的整体性数学是一门逻辑性、结构性非常强的学科.在初中数学教材中，从有理数到实数、一元一次方程到二元一次方程、一次函数到二次函数再到反比例函数等知识，都是螺旋式上升的过程.在此过程中，前面知识是后续知识的根底和铺垫，后续知识又是前面知识的升华.因此，在进行教学设计时，教师不能只关注一个个孤立的知识，而必须理清各知识之间的内在联系，通读教材，充分把握数学知识的整体结构，确保前面根底性知识的学习，为后续知识打好根底，并且在学习后续知识时充分利用学生已有经验，激活学生的思维.比方，八年级下册第十九章一次函数19.1.2函数图像之中出现了如下的二次函数图像和反比例函数图像〔如图3，图4所示〕.而二次函数和反比例函数分别是九年级上册和九年级下册的知识点，这两幅图的意义何在呢？显然，编者是想学生在八年级时对二次函数和反比例函数有个初始印象，使这两幅图起到“先行组织者〞的作用.当学生到九年级真正接触二次函数和反比例函数时，已有经验就会成为学生搭建新知识的桥梁，促进学生对新知识的理解与内化.因此，教师在设计函数图这节课时，应重视这两幅图像，力求给学生留下深刻印象，不能为赶进度一带而过，导致因小失大.第二，把握教学过程的整体性倘假设学校是一个交响乐的场所，教学便是师生共同演奏的一篇欢快乐章.显然，教师在教学过程中不是单向传输知识的表演者，而是与学生、教材等要素组成的有机整体.因此，教师在进行教学设计时，还应注重教学过程的整体性.首先，重视目标对教学过程的调控作用.教学目标是教学的起点和归宿，它影响着教法学法、教学策略、手段和评价等多个方面，对教学过程有着支配和指导作用.因此，教师应时刻牢记教学目标，始终围绕教学目标开展活动.其次，重视教学过程的整体性.目前数学教学普遍存在着“重结果轻过程〞的现象，但数学教学传递的不仅仅是一个命题或公理，而是蕴含在命题之中的逻辑思维与数学思想方法.教师要重视教学过程的搭建，处理好知识与能力、结论与过程，以及师生情感等各局部关系.苏霍姆林斯基说：“教学活动的主导是教师在课堂上讲解，但不要总是教师在讲，这种做法不好，要让学生通过自己的努力去理解东西，才能成为自己的东西，才是学生真正掌握的东西.〞因此，教师应努力协调导与学、讲与做的关系，适时采用以教师为主导，学生为主体的合作探究教学模式，激起学生学习兴趣，实现教师与学生的共赢.〔二〕信息论对数学教学过程的启示课堂教学是一个信息传递的过程.信源是教材和教师，信源编码和信道编码那么是教师精心备课和技巧讲授的过程.信源编码和信道编码的目的是提高信息的传输效率，增强信息的抗干扰能力.因此，信息传递的量及表示就显得尤为重要.在教学过程中，单位时间内教学信息量过多或过少都会影响教学效果，过多学生不易消化吸收，过少又浪费了学生珍贵的时间.因此，教学信息量的把握至关重要.如何才能恰到好处把握信息量呢？首先，要通读教材和大纲，理清重难点，根据课时合理安排课容量;其次，做好学情分析，根据学生生理、心理、知识根底、能力上下等情况安排课容量;最后，根据学生课堂学习反响，灵活改变要讲授的信息量.信息传递的最后环节译码、信宿，仍需教师精心设计.马斯洛需求层次理论提出，自我实现的需要是最高层次的需要，只有当根本需要被满足时人才会产生自我实现的需要，而学习就是自我实现的需要.因此，教师应关心学生的日常生活，使其根本需要得到满足，激起学生学习动机.〔三〕控制论对调节数学教学的启示由反响方法反响的两个必要条件是准确性和及时性，教师在教学过程中如何准确及时地获取反响信息呢？首先是观察，大到课堂气氛，小到学生的表情、神态、动作，尤其是眼神，眼睛是心灵的窗户.其次是提问，提问有两种，一是教师精心设问，既可以了解学生学习情况，又可以切中重难点，诱导学生深度思考;二是学生提问，既可以反映学生对知识的理解程度，又可以培养学生语言表达能力.最后，学生或小组汇报学习成果，并根据强化理论进行适当奖惩，既可以了解学生的学习情况，又可以激起学生学习的积极性【2】.在教学过程中，经常会出现这种现象：当学生的答案不是教师的预设时，教师会略过，甚至置之不理.显然这不利于调动学生学习的积极性，并且显露出教师自身素养的缺乏.因此，数学教师应树立终身开展观，不断提升自身修养，以至能自如地应对学生的反响，根据反响信息及时调整教学容量和教学活动，而不是默守成规，唯教案是从.【参考文献】【1】李诚忠，王序荪.教育控制论[M].长春：东北师范大学出版社，1986.【2】陈锦铎.控制论信息论系统论在教学设计中的应用[J].湖南中学物理，2021〔1〕：57-58.。
第2章 系统工程基本理论
2020/2/23
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2.2 系统论基础
2.2.2 系统的环境、行为和功能 3. 系统的功能
功能是指系统与外部环境相互联系和相互作用中表现 出来的性质、能力和功效。功能是刻画系统行为，特别是系 统与环境关系的重要概念。
结构是功能的基础，功能依赖于结构；结构决定功能， 功能对结构具有一定的反作用。
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2.2 系统论基础
2.2.4 系统论的方法
2. 定性描述与定量描述相结合
对任何事物都可以从定性与定量两个方面加以描述。
定性特性多数情况下表现了事物的本质属性，是定量描述 的基础；在定性描述的同时，我们也必须借助于定量描述， 给出定性描述的具体特性，使定性描述更加客观和精确。定 性描述与定量描述相互结合，正是系统论研究问题的基本方 法之一。
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2.2 系统论基础
2.2.4 系统论的方法
1. 还原论与整体论相结合
整体论强调的是整体地把握对象，还原论则主张把整体 分解为部分来研究。
系统论正是通过综合整体论的思想、改进还原论的局限 性而发展起来的。它在了解事物各部分精细结构的基础之上 ，再从整体上来认识和处理问题。这样，一方面克服了还原 论零碎地认识事物的片面性，另一方面也更正了古代整体论 的直观性和笼统性，真正地达到了科学地把握全局。
第二次世界大战在客观上大大促进了科学的进步、技术 的发展，特别是与作战有关的科学技术。
2. 理论渊源
（1）数学和物理学为控制论的产生提供了数量计算和演 化机制分析的基础。
（2）生命科学为控制论的产生提供了可供类比的对象。 （3）计算机科学和逻辑学的发展与控制论的产生和发展 互为因果、相互促进。
老三论
三论三论，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。
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。
一系统论（1）系统论的概念确切地说，系统论应当称为“一般系统论”，其创始人贝塔朗菲（L.Bertalanffy）是这样描述这一理论的：“一般系统论是一个逻辑----数学领域，它的任务是表述和推导适用于‘系统’的一般原理，不论其组成要素以及其相互关系或‘力’的种类如何”。
“在所有领域中所涉及的是关于系统的科学时，就出现不同领域的规律性形式上的一致和逻辑上的‘同一’”。
“…在严格的形式中，一般系统论具有公理性质。
”对于“一致”、“同一”等概念，贝塔朗菲是这样解释的：“…出现了进一步普遍化倾向。
在生物学以及在行为科学和社会科学中的很多现象已经应用数学表达式和模型了。
在不同领域中这些模型及其与异质同型的其他模式在结构上的类似性是显而易见的，正是这些有关秩序、组织、整体性、目的论等等最重要的问题…就是‘一般系统论’的观念。
”由此可见，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，这正是系统论的精髓所在。
贝塔朗菲成立的“一般系统研究会”的最初纲领恰好体现了这一思想：“研究各个领域中概念法则和模型的同型性，并促进各领域之间有益的转换；尽量减少不同领域中重复性的理论工作；通过加强各专家之间的交流来促进科学的统一。
《系统工程原理》课件
案例三：智能交通系统的规划与实施
要点一
总结词
要点二
详细描述
智能交通系统的规划与实施需要综合考虑交通需求、交通 设施、交通管理等多个方面，通过数据采集、建模分析、 仿真测试等手段，实现交通系统的智能化和高效化。
智能交通系统的规划与实施过程中，需要运用大数据、物 联网、人工智能等技术手段，对交通数据进行采集、分析 和处理，为交通管理部门提供科学决策依据。同时，还需 要建立完善的交通设施和管理体系，提高交通系统的安全 性和效率性。
航空航天系统
总结词
航空航天系统是复杂度极高的系统，需 要运用系统工程的方法进行设计和优化 。
VS
详细描述
航空航天系统涉及到飞机、火箭、卫星等 众多子系统，需要综合考虑性能、安全性 、可靠性等多个方面，通过系统工程的方 法进行协同设计和优化。
交通运输系统
总结词
交通运输系统是一个复杂的网络系统，需要运用系统工程的方法进行规划和管理。
案例五：金融风险管理中的系统工程应用
总结词
金融风险管理涉及多个领域和多种风险类型，需要运 用系统工程的方法论和工具，建立完善的风险管理体 系和预警机制。
详细描述
金融风险管理过程中，需要运用系统工程的方法论和 工具，对各种金融风险进行识别、评估和监控。同时 ，还需要建立完善的风险管理体系和预警机制，及时 发现和应对风险事件，降低风险损失。通过金融风险 管理的系统工程应用，可以提高金融机构的风险防范 能力和经营效益。
案例四：电力系统的优化与调度
总结词
电力系统的优化与调度需要确保电力供应的安全性、可 靠性和经济性，通过先进的调度技术和优化算法，实现 电力资源的合理配置和高效利用。
详细描述
系统论
所提供的新思路和新方法，为人类 的思维开拓新路，它们作为现代科 学的新潮流，促进着各门科学的发 展。 系统论反映了现代科学发 展的趋势，反映了现代社会化大生 产的特点，反映了现代社会生活的 复杂性，所以它的理论和方法能够 得到广泛地应用。系统论不仅为现 代科学的发展提供了理论和方法， 而且也为解决现代社会中的政治、 经济、军事、科学、文化等等方面 的各种复杂问题提供了方法论的基 础，系统观念正渗透到每个领域。 当前系统论发展的趋势和方向是朝 着统一各种各样的系统理论，建立
且能够有效解决实际系统问题的高 度。
编辑本段系统论老三论小释
信息论
是运用概率论与数理统计的方 法研究信息、信息熵、通信系统、 数据传输、密码学、数据压缩等问 题的应用数学学科。 信息论将 信息的传递作为一种统计现象来考 虑，给出了估算通信信道容量的方 法。信息传输和信息压缩是信息论 研究中的两大领域。这两个方面又 由信息传输定理、信源－信道隔离 定理相互联系。
的，可以根据不同的原则和情况来 划分系统的类型。按人类干预的情 况可划分自然系统、人工系统；按 学科领域就可分成自然系统、社会 系统和思维系统；按范围划妥则有 宏观系统、微观系统；按与环境的 关系划分就有开放系统、封闭系统、 孤立系统；按状态划分就有平衡系 统、非平衡系统、近平衡系统、远 平衡系统等等。此个还有大系统、 小系统的相对区别。
础科学，（即系统学）；系统观（即 系统的哲学和方法论部分，是系统 科学与马克思主义的哲学连接的桥 梁四个层次）。这些研究表明，不 久的将来系统论将以崭新的面貌矗 立于科学之林 。 值得关注的 是，我国学者林福永教授提出和发 展了一种新的系统论，称为一般系 统结构理论。一般系统结构理论从 数学上提出了一个新的一般系统概 念体系，特别是揭示系统组成部分 之间的关联的新概念，如关系、关 系环、系统结构等；在此基础上， 抓住了系统环境、系统结构和系统 行为以及它们之间的关系及规律这
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系统论在“通信与信息系统”研究中的运用初探
倪明芳１，２ ，王越 １ ，安建平１
（１ 北京理工大学信息科学技术学院，２ 二炮装备研究院）
［内容提要］：本文给出了一般系统论的基本思想方法和简单分类，概述了通信系统的基本组成和主要性
能指标，侧重分析了系统论在通信系统中的运用，以及追求通信系统设计目标的几方面的权衡；最后，
用系统理论研究通信系统应注意的问题。
［关 键 词］：系统、信息、通信、理论
１、 序言
系统论把系统的基本特征大体概括为整体性、结构性、层次性、开放性和功能性等方面，这些特征
在通信系统中都能得到真实的、系统的验证。
２、 一般系统理论
２．１ 系统的定义
由若干要素以一定结构形式根据目的构成的具有某种功能的有机整体称为系统。系统的基本特征
是：开放耗散结构、自组织机能、多层次结构、动态平衡、有序。
系统论是研究系统的一般模式、结构和规律的学问，它研究各种系统的共同特征，用数学方法定量
地描述其功能，寻求并确立适用于一切系统的原理、原则和数学模型，是具有逻辑和数学性质的一门新
兴的科学。
２．１ 系统的分类
系统是多种多样的，可以根据不同的原则和情况来划分系统的类型。按人类干预的情况可划分自然
系统、人工系统；按学科领域就可分成自然系统、社会系统和思维系统；按范围划分则有宏观系统、微
观系统；按与环境的关系划分就有开放系统、封闭系统、孤立系统；按状态划分就有平衡系统、非平衡
系统、近平衡系统、远平衡系统等等。此外还有大系统、小系统的相对区别。
２．３ 系统论的思想方法
１、笛卡尔分析方法
一般是把事物分解成若干部分，抽象出最简单的因素来，然后再以部分的性质去说明复杂事物。这
种方法的着眼点在局部或要素，不能如实地说明事物的整体性，不能反映事物之间的联系和相互作用，
它只适应认识较为简单的事物，而不胜任于对复杂问题的研究。
２、系统论的思想方法
系统论的基本思想方法，就是把世界上任何事物都可以看成是一个系统，系统是普遍存在的，我们
应该把所研究和处理的对象，当作一个系统，从整体上分析系统组成要素、各个要素之间的关系以及系
统的结构和功能，还有系统、组成要素、环境三者的相互关系和变动的规律性，根据分析的结果来调整
系统的结构和各要素关系，使系统达到优化目标。
系统论的核心思想是系统的整体观念。贝塔朗菲（Ｂｅｒｔａｌａｎｆｆｙ）强调，任何系统都是一个有机的
整体，它不是各个部分的机械组合或简单相加，系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的新性质。
同时认为，系统中各要素不是孤立地存在着，每个要素在系统中都处于一定的位置上，起着特定的作用。
要素之间相互关联，构成了一个不可分割的整体。要素是整体中的要素，如果将要素从系统整体中割离
出来，它将失去要素的作用。正象人手在人体中它是劳动的器官，一旦将手从人体中砍下来，那时它将
不再是劳动的器官了一样。
系统论的任务，不仅在于认识系统的特点和规律，更重要地还在于利用这些特点和规律去控制、管
理、改造或创造一系统，使它的存在与发展合乎人的目的需要。也就是说，研究系统的目的在于调整系
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统结构和各要素关系，使系统达到优化目标。
３、 通信与信息系统概述
３．１ 通信系统的组成
传递信息所需的一切技术设备的总和称为通信系统。通信系统的一般模型如图３－１所示。发送设备
的基本功能是将信源和传输媒介匹配起来，即将信源产生的消息信号变换为方便于传送的信号形式，送
往传输媒介。变换方式是多种多样的。在需要频谱搬移的场合，调制是最常见的变换方式。
对于数字通信系统来说，根据应用场合不同，发送设备常常又包含加密器、编码器、同步器等；相
应的接收设备有解密器、译码器和同步器。
此外，通信系统除了完成信息传递外，还必须进行信息的交换，传输系统和交换系统共同组成一个
完整的通信系统，乃至通信网络。
３．２ 通信系统的简单分类
１、按消息的物理特征分类
可分为电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图象通信系统等；
２、按调制方式分类
基带传输和调制传输；
３、按传输信号的特征分类
模拟信号通信系统和数字信号通信系统；
４、按传输媒介分类
无线通信系统和有线通信系统；
５、按传送信号的复用方式分类
按复用方式可分为：频分复用、时分复用和码分复用。
３．３ 信道容量
根据仙农（Ｓｈａｎｎｏｎ）在信息论研究中总结出的信道容量公式，即仙农公式：
Ｃ ＝ Ｂｌｏｇ２（１＋Ｓ／Ｎ）
式中：Ｃ－－信息的传输速率；Ｓ－－有用信号功率；Ｂ－－频带宽度；Ｎ－－噪声功率。由式中可以看出：为了提
高信息的传输速率Ｃ，可以从两种途径实现，既加大带宽Ｂ或提高信噪比Ｓ／Ｎ。换句话说，当信号的传
输速率Ｃ一定时，信号带宽Ｂ和信噪比Ｓ／Ｎ是可以互换的，即增加信号带宽可以降低对信噪比的要求，
当带宽增加到一定程度，允许信噪比进一步降低，有用信号功率接近噪声功率甚至淹没在噪声之下也是
可能的。扩频通信就是用宽带传输技术来换取信噪比上的好处，这就是扩频通信的基本思想和理论依据。
３．４ 通信系统的主要性能指标
通信系统的任务是传递信息，因此，传输信息的有效性和可靠性是通信系统最主要的质量指标。
模拟通信系统的有效性可用有效带宽来度量；可靠性用接收机最终输出端信噪比来度量。
对于数字通信系统，有效性可用信息传输速率来衡量；可靠性可用错误率来衡量：误比特率ＰＢ（误
信率）和误码元率Ｐｓ（误符号率）。
干扰
传输媒介 信源 发送设备 信宿 接收设备
图3-1 通信系统的一般模型
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４、 系统论在“通信系统”中运用初探
４．１ 系统论在通信系统中的运用
将系统论运用于通信系统研究的思路有二：一是将它运用于通信系统的基本理论研究，从系统论的
视点出发来观照通信系统的基本范畴，提出一套系统论视角下的通信系统的分析框架；二是着眼于其技
术应用，在具体操作层面上运用系统方法，如通信系统工程、应用通信中的系统研究等。前者是运用系
统思想建立一种通信理论，而后者则是用系统方法解决具体问题，二者同等重要。
控制论、信息论，运筹学、系统工程、电子计算机和现代通讯技术在现代数字通信系统中得到了较
好应用。系统论、控制论、信息论，正朝着“三归一”的方向发展，现已明确系统论是其它两论的基础；
耗散结构论、协同学、突变论、模糊系统理论等等新的科学理论，从各方面丰富发展了系统论的内容。
４．２ 系统论在通信系统中涉及的对立统一范畴
通信系统具有对立统一范畴所表述的性质，体现在通信系统具有多剖面、多层次、多子系统、多过
程、多阶段及交织关系复杂运动，系统论的思想在通信系统中从不同侧面得到体现。
１、整体与局部
系统论的核心思想是系统的整体观念。通信系统考良的是系统整体功效，要权衡有效性和可靠性，
整体功能不是各局部功能的简单求和，局部最优不见得整体达到最好；同时，整体和局部又是相对的，
在某一时空观测域下的局部，到了另一观测域可能是整体。比喻，单独考察北京移动通信系统，它作为
整体看待，但又是中国移动通信系统的局部；同时，它也是移动通信系统和计算机网络（信息系统）结
合的局部。
２、带宽与功率效率的对立统一
根据仙农（Ｓｈａｎｎｏｎ）公式：Ｃ ＝ Ｂｌｏｇ２（１＋Ｓ／Ｎ），一般说来，增大带宽Ｂ，信道容量Ｃ即增大，但Ｃ
不因Ｂ无限增大而无限大，因为Ｎ＝Ｂｎ０，通常认为ｎ０不变，所以，带宽内噪声功率Ｎ因Ｂ增大而增大，
可以证明：00nBn244.1)1(logSSBBBC???????limlim 。
３、有效性和可靠性的对立统一
有效性和可靠性是通信系统最主要的性能指标，是通信系统的质量好坏主要体现。通常情况下，有
效性与信源编码对应，可靠性与信道编码对应，在分析和设计通信系统时，应当综合考虑系统采用的编
码体制。
４、通信系统设计的目标
系统权衡是所有数字通信设计的基础。系统设计目标有：（１）最大化传输速率Ｒ；（２）最小化误比
特率ＰＢ；（３）最小化所需功率，或者等效地，最小化比特能量与噪声功率谱密度之比Ｅｂ／Ｎ０；（４）最小
化需用系统带宽Ｂ；（５）最大化系统利用率，既以最小化的延迟和最好的抗干扰性能，为尽可能多的用
户提供可靠服务；（６）极大降低系统复杂性、计算量和系统成本。系统设计者希望能同时实现上述目标。
然而，目标１、２与目标３、４冲突，它们要求在最小化ＰＢ、 Ｅｂ／Ｎ０、 Ｂ的同时最大化Ｒ。因此，按系统
论观点，在设计任何系统时均应考虑不同系统需求之间的权衡：
? 调制和编码的权衡；
? 差错性能和带宽的权衡；
? 功率和带宽的权衡；
? 数据速率和带宽的权衡；
? 容量和带宽的权衡；
４．３ 用系统理论研究通信系统应注意的问题
系统理论还处在日益丰富发展阶段，当前系统论发展的趋势和方向是朝着统一各种各样的系统理
论，建立统一的系统科学体系的目标前进着。
第一，应当认识到系统论与控制论、信息论，运筹学、系统工程、电子计算机和现代通讯技术等
新兴学科相互渗透、紧密结合的趋势。因此，用系统理论研究通信系统时，只有有意识地、自觉地运用
系统理论，当然同时也结合其他相关学科知识，才有可能真正取得富有意义的成果。
第二、应将系统论的分析模型与其他的分析模型结合起来。系统论是研究系统的一般模式，结构