文档介绍：第五章系统科学方法系统论、信息论、控制论是20世纪40年代来产生的横断学科。70年代又形成了以耗散结构理论、协同学说、突变理论、超循环理论为主的非平衡自组织理论。它们都是以系统类型作为研究对象的,其理论基础是一般系统论,所以,统称为系统科学。它们撇开研究对象的具体物质形态和内容(天体、生物、机器、社会),从不同的侧面研究事物和过程所共有的本质和规律,具有普通的认识论和方法论意义。本章主要介绍系统论、信息论和控制论方法的一般特征和意义,自组织理论则给予省略。
第一节系统论方法《一般系统论》是由奥地利生物学家贝塔朗菲20世纪40年代创立的。其思想基础渊源于解释生命现象的有机论观点,即来源于20世纪20年代英国数学家、哲学家怀德海关于把生命看成一个有机的整体的观点---机体论。
在生物学史上,一直存在着机械论和活力论的争论。机械论者用分析方法把生物简化为物理、化学问题,纯粹用物理和化学原因来说明一切生命的生理现象和心理过程,一种原因只能产生一种结果,反之亦然。活力论者则认为生物机体里存在着一种特殊的“活力”即“隐得来希”,它支配着整个生命过程。贝塔朗菲既反对机械论,又反对活力论,认为这两种观点都不能科学地解释生命现象的本质,他认为只有把生命体当作整体或系统来考察,才能科学地说明生命现象的本质。1945年贝塔朗菲发表了《关于一般系统论》一文,提出了一般系统论研究的对象和内容,标志着一般系统论的产生。
一、系统和系统方法 1. 关于系统的概念 (1)贝塔朗菲认为:系统是“处在一定相互联系中的并与环境发生关系的各组成部分的总体。”
(2)钱学森则认为:系统是“由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机整体,而且这个系统又是它们从属的更大系统的组成部分。”由此可知“系统”概念主要包含以下涵义:
①系统是一个整体。是由相互作用、相互依赖的若干要素(组成部分)有机结合起来的; ②系统各要素的这种有机结合又赋予系统整体以特定功能。这种特定功能不仅是由组成系统的所有要素所造成的,而更主要的是由组成这些要素的相互关系所造成的; ③系统具有层次性。对于下一个层次来说是系统,而对于上一个层次来说,则是要素; ④系统是一个开放的系统。它与环境进行着物质、能量和信息的交换,在多变的环境中以求得自身的稳定性。因而,系统的特征和功能又表现为系统与环境的联系之中。
2. 系统方法所谓系统方法是指将研究对象作为一个系统整体来看待,着重从系统与要素、要素与要素、系统与环境之间的相互联系、相互作用的关系中,综合地、定量地考虑研究对象,以达到全面而精确地了解和把握研究对象,并对问题作出最佳处理的方法。
二、系统方法的原则 1. 整体性原则。这是系统方法最基本的原则。它要求我们,无论是认识、研究、控制自然对象,还是设计、控制、制造人工系统,都必须从系统整体出发,探索系统内部各要素之间,系统与要素之间,以及系统与环境之间的辩证关系,以达到对系统整体的深刻理解和全面认识。
整体性原则是基于要素对系统的非加和性关系而提出的。它认为:①系统整体的结构并不是各个要素的简单相加或机械拼奏,而是各个要素按照一定的方式组成的有机统一体;②系统整体的功能也不是各个要素功能的简单相加或重叠,而是各个要素在相干、协调、耦合(约束、选择、协同、放大)等非线性机制的条件下表现出来的新质(整体效应和特定功能)。
2. 动态原则。这是系统方法的历时性原则。它要求我们不能把系统看成是静态的“死系统”,而应把系统看成是动态的“活系统”。虽然在科学研究中,人们经常采用理想的“孤立系统”或“封闭系统”,这只是为了研究的需要而人为地设定的理想系统,而实际存在的系统从原则上讲一般都是开放的、动态的系统。因此,这就要求我们在研究和认识系统整体时,不仅要了解它的过去,掌握它的现在,还要预测它的未来,从中发现规律性的运动过程。
3. 优化原则。这是系统方法的基本目的。也是任何一个系统所追求的目标。①整体效应的最优。这是系统优化原则的核心。②多级优化。对系统整体做出逐级优化的处理。即从最低的层次到最高的层次进行逐级优化,使系统达到整体效应的目的。反之,亦然。③最优与满意。最优化是系统方法所追求的目标。