系統(tǒng)論、信息論、控制論

系統(tǒng)論美籍奧地利人、生物學家貝塔朗菲于1934年發(fā)表了《現(xiàn)代發(fā)展理論》，提出：數(shù)學和模型研究之生物學方法以及“機體系統(tǒng)”概念。系統(tǒng)論是邏輯和數(shù)學領域，它的任務在于確立適用于系統(tǒng)的一般原則。1956年貝塔朗菲發(fā)表了《一般系統(tǒng)論：基礎、發(fā)展和運用》，將機體系統(tǒng)引入到心理、社會和文化等領域，使系統(tǒng)論更趨完善。系統(tǒng)論的主要思想：（1）系統(tǒng)論原理，系統(tǒng)的構成和重要特征、系統(tǒng)的類型和一般特征、系統(tǒng)環(huán)境和系統(tǒng)結構分析、系統(tǒng)運行規(guī)律和系統(tǒng)生命周期，實踐中就是堅持整體最優(yōu)化的原則。（2）系統(tǒng)方法，包括結構法、功能方法、歷史方法等。（3）系統(tǒng)工程，屬系統(tǒng)科學的技術層面。美國學者霍爾的三維結構圖方法知識維（專業(yè)學科）實施計劃決策最優(yōu)化系統(tǒng)分析系統(tǒng)綜合目標選擇問題形成社科工程法律醫(yī)學教育環(huán)境

規(guī)劃計劃研制生產安裝運行更新系統(tǒng)論時間維（進程）邏輯維（步驟）A.D.Hall三維結構方法霍爾三維結構分析邏輯維（解決問題的邏輯過程）運用系統(tǒng)工程方法解決某一大型工程項目，一般可分為七個步驟：明確問題：理由：由于系統(tǒng)工程研究的對象復雜，包含自然界和社會經濟各個方面，而且研究對象本身的問題有時尚不清楚，如果是半結構性或非結構性問題，也難以用結構模型定量表示。因此，系統(tǒng)開發(fā)的最初階段首先要明確問題的性質，特別是在問題的形成和規(guī)劃階段，搞清楚要研究的是什么性質的問題，以便正確地設定問題，否則，以后的許多工作將會勞而無功。造成很大浪費。方法：直觀的經驗方法。頭腦風暴法。總結人們的經驗，集思廣益，通過分散討論和集中歸納，整理出系統(tǒng)所要解決的問題。預測法。德爾菲法、情景分析法、交叉影響法、時間序列法等。系統(tǒng)要分析的問題常常與技術發(fā)展趨勢和外部環(huán)境的變化有關，其中有許多末知因素，這些因素可用打分或主觀概率方法來處理?；魻柸S結構分析結構模型法。復雜問題可用分解的方法，形成若干相關聯(lián)的相對簡單的子問題，然后用網絡圖方法將問題直觀地表示出來。常用的方法有解釋結構模型法、決策試驗法、圖論法等。其中，用圖論中的關聯(lián)樹來分析目標體系和結構，可以比較各種替代方案，在問題形成、方案選擇和評價中很有用。多變量統(tǒng)計分析法。用統(tǒng)計理論方法所得到的多變量模型一般是非物理模型，對象也常是非結構的或半結構的。統(tǒng)計分析法中比較常用的有因子分析法、主成份分析法等，成組分析和正側分析法也屬此類。此外，還有利用行為科學、社會學、一般系統(tǒng)理論和模糊理論來分析，或幾種方法結合起來分析，使問題明確化?；魻柸S結構分析建立價值體系或評價體系：

評價體系需明確的問題：評價指標如何定量化，評價中的主觀成分和客觀成分如何分離，如何進行綜合評價，如何確定價值觀問題等。行之有效的價值體系方法：效用理論。該理論是從公理出發(fā)建立的價值理論體系，反映了人的偏好，建立了效用理論和效用函數(shù)，并發(fā)展為多屬性和多隸屬度效用函數(shù)。費用/效益分析法。多用于經濟系統(tǒng)評價，如投資效果評價、項目可行性研究等。風險估計。在系統(tǒng)評價申，風險和安全性評價是一個重要內容，決策人對風險的態(tài)度也反映在效用函數(shù)上。在多個目標之間有沖突時，人們也常根據(jù)風險估計來進行折衷評價。價值工程。價值是人們對事物優(yōu)劣的觀念準則和評價準則的總和。案例—要解決的問題是否值得去做，解決問題的過程是否適當，結果是否滿意等。以生產為例，產品的價值主要體現(xiàn)在產品的功能和質量上，降低投入成本和增加產出是兩項相關的準則。價值工程是個總體概念，具體體現(xiàn)在設計、制造和銷售各個環(huán)節(jié)的合理性上?；魻柸S結構分析系統(tǒng)分析不論是工程技術問題還是社會環(huán)境問題，系統(tǒng)分析首先要對所研究的對象進行描述，建模的方法和仿真技術是常采用的方法；對難以用數(shù)學模型表達的社會系統(tǒng)和生物系統(tǒng)等，也常用定性和定量相結合的方法來描述。系統(tǒng)分析的主要內容涉及：系統(tǒng)變量的選擇。用于描述系統(tǒng)主事狀態(tài)及其演變過程的是一組狀態(tài)變量和決策變量。系統(tǒng)分析首先選擇能反映問題本質的變量，并區(qū)分內生變量和外生變量，用靈敏度分析法可區(qū)別各個變量對系統(tǒng)命題的影響程度，并對變量進行篩選。建模和仿真。在狀態(tài)變量選定后，要根據(jù)客觀事物的具體特點確定變量間的相互依存和制約關系，即構造狀態(tài)平衡方程式，得出描述系統(tǒng)特征的數(shù)學模型。在系統(tǒng)內部結構不清楚的情況下，可用輸入輸出的統(tǒng)計數(shù)據(jù)得出關系式，構造出系統(tǒng)模型。系統(tǒng)對象抽象成模型后，就可進行仿真，找出更普遍、更集中和更深刻反映系統(tǒng)本質的特征和演變趨勢。實用的大系統(tǒng)仿真軟件：隨機服務系統(tǒng)的GPSS軟件，復雜社會經濟系統(tǒng)仿真的系統(tǒng)動力學(SD)軟件等?；魻柸S結構分析可靠性工程。系統(tǒng)可靠性工程是研究系統(tǒng)中元素的可靠性和由多個元素組成的系統(tǒng)整體可靠性之間的關系。一般講，可靠的元件是組成可靠系統(tǒng)的基礎，然而，局部的可靠性和整體可靠性間并非簡單的對應關系，系統(tǒng)工程強調從整體上來看問題。在40年代，馮.羅伊曼(VonNeumann)開始研究用重復的不那么可靠的元件組成高度可靠系統(tǒng)的問題，并進行了可靠性理論探討。錢學森教授也提出，現(xiàn)在大規(guī)模集成電路的發(fā)展便元器件的成本大大降低，如何用可靠性較低的元器件組成可靠性高的系統(tǒng)，是個很有現(xiàn)實意義的問題。近年來，己采用的可靠性和安全性評價方法有FTA或ETA等樹狀圖形方法。馮·諾依曼霍爾三維結構分析系統(tǒng)綜合系統(tǒng)綜合是在給定條件下，找出達到預期目標的手段或系統(tǒng)結構。一般來講，按給定目標設計和規(guī)劃的系統(tǒng)，在具體實施時，總與原來的設想有些差異，需要通過對問題本質的深入理解，作出具體解決問題的替代方案，或通過典型實例的研究，構想出系統(tǒng)結構和簡單易行的能實現(xiàn)目標要求的實施方案。系統(tǒng)綜合的過程常常需要有人的參與，計算機輔助設計（CAD）和系統(tǒng)仿真可用于系統(tǒng)綜合，通過人機的交互作用，人的經驗知識，使系統(tǒng)具有推理和聯(lián)想的功能。近年來，知識工程和模糊理論已成為系統(tǒng)綜合的有力工具?；魻柸S結構分析系統(tǒng)方案的優(yōu)化選擇在系統(tǒng)的數(shù)學模型和目標函數(shù)已經建立的情況下，可用最優(yōu)化方法選擇便目標值最優(yōu)的控制變量值或系統(tǒng)參數(shù)。所謂優(yōu)化，就是在約束條件規(guī)定的可行域內，從多種可行方案或替代方案中得出最優(yōu)解或滿意解。實踐中要根據(jù)問題的特點選用適當?shù)淖顑?yōu)化方法。目前應用最廣的仍是線性規(guī)則和動態(tài)規(guī)則，非線性規(guī)則的研究很多，但實用性尚有待改進，大系統(tǒng)優(yōu)化已開發(fā)了分解協(xié)調的算法。組合優(yōu)化適用于離散變量，整數(shù)規(guī)則中的分枝定界法，逐次逼近法等的應用也很廣泛。多目標優(yōu)化問題的最優(yōu)解處于目標空間的非劣解集上，可采用人機交互的方法處理所得的解，最終得到滿意解。當然，多目標問題也可用加權的方法轉換成單目標來求解，或按目標的重要性排序，逐次求解，例如目標規(guī)則法?；魻柸S結構分析決策"決策就是管理"，"決策就是決定"，人類的決策管理活動面臨著被決策系統(tǒng)的日益龐大和日益復雜。決策有個人決策和團體決策、定性決策和定量決策、單目標決策和多目標決策之分。戰(zhàn)略決策是在更高層次上的決策。在系統(tǒng)分析和系統(tǒng)綜合的基礎上，人們可根據(jù)主觀偏好、主觀效用和主觀概率做決策。決策的本質反映了人的主觀認識能力，因此，就必然受到人的主觀認識能力的限制。近年來人們日益重視決策支持系統(tǒng)，系統(tǒng)分析者將各種數(shù)據(jù)、條件、模型和算法植入決策支持系統(tǒng)中，該系統(tǒng)甚至包含了有推理演繹功能的知識庫，使決策者在做出主觀決策后，力圖從決策支持系統(tǒng)中盡快得到效果反應，以求得到主觀判斷和客觀效果的一致。決策支持系統(tǒng)在一定條件下起到決策科學化和合理化的作用。但在真實的決策中，被決策對象往往包含許多不確定因素和難以描述的現(xiàn)象。群決策有利于克服某些個人決策中主觀判斷的失誤，但群決策過程比較長。為了實現(xiàn)高效率的群決策，在理論方法和應用軟件開發(fā)方面，許多人做了大量工作。如多人多目標決策理論、主從決策理論、協(xié)商談判系統(tǒng)、沖突分析等，有些應用軟件已實用化?；魻柸S結構分析制定計劃有了決策就要付諸實施，實施就要依靠嚴格的有效的計劃。案例：以工廠為例，為實現(xiàn)工廠的生產任務和發(fā)展戰(zhàn)略目標，就要制定當年的生產計劃和未來的發(fā)展規(guī)劃。廠內還要按廠級、車間級和班組級分別制定實施計劃。案例：一項大的開發(fā)項目，涉及設計、開發(fā)、研究和施工等許多環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)又涉及組織大量的人、財、物。在系統(tǒng)工程申常用的計劃評審技術(PERT)和關鍵路線路(CPM)在制定和實施計劃方面起了重要的作用。模型庫支持群決策霍爾三維結構分析時間維（工作進程）對于一個具體的工作項目，從制定規(guī)劃起一直到更新為止，全部過程可分為七個階段：規(guī)劃階段調研、程序設計階段，目的是謀求活動規(guī)劃與戰(zhàn)略擬定方案提出具體的計劃方案研制階段作出研制方案及生產計劃生產階段生產出系統(tǒng)的零部件及整個系統(tǒng)，并提出安裝計劃安裝階段將系統(tǒng)安裝完畢，并完成系統(tǒng)的運行計劃運行階段系統(tǒng)按照預期的用途開展服務更新階段即為了提高系統(tǒng)功能，取消舊系統(tǒng)而代之以新系統(tǒng)，或改進原有系統(tǒng)，使之更加有效地工作知識維（專業(yè)科學知識）系統(tǒng)工程除了要求為完成上述各步驟、各階段所需的某些共性知識外，還需要其他學科的知識和各種專業(yè)技術，霍爾把這些知識分為工程、醫(yī)藥、建筑、商業(yè)、法律、管理、社會科學和藝術等。各類系統(tǒng)工程，如軍事系統(tǒng)工程、經濟系統(tǒng)工程、信息系統(tǒng)工程等。都需要使用其它相應的專業(yè)基礎知識信息論系統(tǒng)和信息的關系：人們能夠對系統(tǒng)進行研究并預測其未來的發(fā)展態(tài)勢，是由于能夠正確感知并有效處理系統(tǒng)傳送給我們的信息。信息：是物質具備的一種屬性，是物質之間聯(lián)系的一種形式；意識是信息運動的過程；意識對物質的反映過程是信息過程。申龍信息論創(chuàng)始人信息論信息論：美國貝爾電話研究所的申龍1948年《通訊的數(shù)學理論》（貝爾系統(tǒng)技術雜志）奠定了信息論的基礎。他與魏維爾合著《信息論》。主要研究通訊過程中信息的度量、提取、存儲、變換、傳遞、檢測和識別的規(guī)律與方法，實質內容：一是關于信源、編碼、信道、信宿問題。二是關于濾波理論和調制問題，是比較側重科學技術的學問。這一理論后被廣泛應用于物理學、化學、生物學、心理學和管理學等學科，形成信息科學。貝爾電話公司LOGO變化史申農的信息量公式H(x)=ΣP(xi)h(xi)=—ΣP(xi)·log2P(xi)h(xi)=—log2P(xi)，表示某狀態(tài)xi的不定性數(shù)量或所含的信息量。若P(xi)=1，則h(xi)=0；若P(xi)=0，則h(xi)=∞；當ｎ=2，且P1=P2=1/2時，H(x)=1比特。因此可見一個等幾率的二中擇一的事件具有1比特的不定性或信息量。

控制論控制論的緣起：自從1948年諾伯特·維納發(fā)表了著名的《控制論——關于在動物和機中控制和通訊的科學》一書以來，控制論的思想和方法已經滲透到了幾乎有的自然科學和社會科學領域。維納把控控制論制論看作是一門研究機器、生命社會中控制和通訊的一般規(guī)律的科學，更具體地說，是研究動態(tài)系統(tǒng)在變的環(huán)境條件下如何保持平衡狀態(tài)或穩(wěn)定狀態(tài)的科學。他特意創(chuàng)造“Cybernetics”這個英語新詞來命名這門科學?！翱刂普摗币煌畛鮼碓聪ＥD文“mberuhhtz”，原意為“操舵術”，就是掌舵的方法和技術的思。在柏拉圖（古希臘哲學家）的著作中，經常用它來表示管理人的藝術。

1834年，著名的法國物理學家安培寫了一篇論述科學哲理的文章，他進行科學分類時，把管理國家的科學稱為“控制論”，他把希臘文譯成法“Cybernetigue”。在這個意義下，“控制論”一詞被編入19世紀許多著詞典中。維納發(fā)明“控制論”這個詞正是受了安培等人的啟發(fā)。

控制論控制和控制論為了“改善”某個或某些受控對象的功能或發(fā)展，需要獲得并使用信息，以此信息為基礎而選出的、于該對象上的作用，即控制。控制與信息的關系：控制的基礎是信息，一切信傳遞都是為了控制，進而任何控制又都有賴于信息反饋來實現(xiàn)。信息反饋是控制論的一個極其重要的概念。通俗他說，信息反饋就是指由控制系統(tǒng)把信輸送出去，又把其作用結果返送回來，并對信息的再輸出發(fā)生影響，起到制的作用，以達到預定的目的。管理系統(tǒng)是一種典型的控制系統(tǒng)。管理系統(tǒng)中的控制過程在本質上與程的、生物的系統(tǒng)是一樣的，都是通過信息反饋來揭示成效與標準之間的差，并采取糾正措施，使系統(tǒng)穩(wěn)定在預定的目標狀態(tài)上的。故從理論說，適合于工程的、生物的控制論的理論與方法，也適