系統(tǒng)科學(xué)與探索復(fù)雜性演示文稿

系統(tǒng)科學(xué)與探索復(fù)雜性演示文稿當(dāng)前1頁，總共38頁。優(yōu)選系統(tǒng)科學(xué)與探索復(fù)雜性當(dāng)前2頁，總共38頁?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論第一節(jié)傳統(tǒng)系統(tǒng)科學(xué)

20世紀(jì)40年代前后誕生了系統(tǒng)論、信息論和控制論。它們既是學(xué)科，又是科學(xué)方法論。

系統(tǒng)論關(guān)注：系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和行為信息論關(guān)注：系統(tǒng)的信息活動及相關(guān)問題控制論關(guān)注：系統(tǒng)的控制及其機制

橫斷科學(xué)的特點:

撇開各種事物的現(xiàn)象、運動形式及發(fā)展過程的具體特性，用抽象概括的方法抓住它們的某一共同側(cè)面、共同屬性及共同規(guī)律加以研究，揭示的是多種學(xué)科領(lǐng)域間的共同屬性和相互聯(lián)系。

當(dāng)前3頁，總共38頁?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論系統(tǒng)論

創(chuàng)始人:貝塔朗菲（1901—1971）是美籍奧地利生物學(xué)家、哲學(xué)家，出生于奧地利，曾執(zhí)教于維也納大學(xué)。第二次世界大戰(zhàn)后前往加拿大任渥太華大學(xué)、艾伯塔大學(xué)教授。晚年移居美國，在紐約州立大學(xué)布德羅分校任教并從事科研工作，一般認(rèn)為他是系統(tǒng)論的創(chuàng)始人。1937年他在美國芝加哥大學(xué)的一次討論會上，首次提出“一般系統(tǒng)論”的概念，但是直到1945年才公開發(fā)表題為“關(guān)于一般系統(tǒng)論”的論文。1968年他出版了《一般系統(tǒng)論；基礎(chǔ)、發(fā)展、應(yīng)用》一書，全面總結(jié)了自己40年來對一般系統(tǒng)論的研究，該書被認(rèn)為一般系統(tǒng)論的經(jīng)典性著作。

系統(tǒng)論分為:

1、一般系統(tǒng)論側(cè)重研究一般系統(tǒng)的理論和方法,運用整體性、有序性、目的性、動態(tài)性、關(guān)聯(lián)性等概念來研究各系統(tǒng)的一般規(guī)律

2、系統(tǒng)技術(shù)著重研究系統(tǒng)方法的應(yīng)用，包括系統(tǒng)分析和系統(tǒng)工程等

當(dāng)前4頁，總共38頁?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論系統(tǒng)概念和分類系統(tǒng)由相互制約的各要素構(gòu)成具有特定結(jié)構(gòu)和功能并與環(huán)境發(fā)生關(guān)系的整體。

系統(tǒng)分類

1、按組成要素分為：自然系統(tǒng)人工系統(tǒng)復(fù)合系統(tǒng)

2、按在時空中的存在狀態(tài)分為：動態(tài)系統(tǒng)靜態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)

3、按與外部環(huán)境的關(guān)系分為：開放系統(tǒng)封閉系統(tǒng)當(dāng)前5頁，總共38頁。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間相互聯(lián)系和相互作用的方式，也可以理解為系統(tǒng)內(nèi)部要素的秩序。系統(tǒng)的功能系統(tǒng)在與外部環(huán)境相互聯(lián)系和相互作用的過程中所具有的行為、能力和功效。系統(tǒng)論的基本原理1、整體性原理

2、有序性原理

3、動態(tài)性原理

4、關(guān)聯(lián)性原理

當(dāng)前6頁，總共38頁?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論

系統(tǒng)方法

即系統(tǒng)方法論。它運用系統(tǒng)觀點，綜合考察研究對象，使處理問題達(dá)到最優(yōu)化。系統(tǒng)工程方法——霍爾三維結(jié)構(gòu)模式：時間維（七個階段）、邏輯維（七個階段）和知識維（各類專業(yè)知識和技能）

當(dāng)前7頁，總共38頁。系統(tǒng)方法：企業(yè)戰(zhàn)略系統(tǒng)當(dāng)前8頁，總共38頁。系統(tǒng)思維：企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)當(dāng)前9頁，總共38頁。系統(tǒng)方法：城市水系統(tǒng)當(dāng)前10頁，總共38頁。大型工程戰(zhàn)略管理系統(tǒng)當(dāng)前11頁，總共38頁?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論信息論

創(chuàng)始人

申農(nóng)(C.E.Shannon)（1916-2001）。美國科學(xué)家。1948年申農(nóng)的“通訊的數(shù)學(xué)理論”（ThemathematicalTheoryofcommunication)，長達(dá)數(shù)十頁的論文，成了信息論正式誕生的里程碑?；仡?0世紀(jì)的信息革命風(fēng)暴，把信息論的創(chuàng)始人稱為偉大的科學(xué)家并不為過。確實，他對人類貢獻(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了一般的諾貝爾獲獎?wù)摺?/p>

申農(nóng)的名言："IjustWonderedhow

thingswereputtogether."

當(dāng)前12頁，總共38頁。信息的基本概念

定義

研究信息的本質(zhì)、特征，并用數(shù)學(xué)和物理的方法研究信息的產(chǎn)生、獲取、變換、計量、傳輸、接收等方面規(guī)律一門學(xué)科。信息——具有新內(nèi)容或新知識的消息

信息基本特征

1、客觀性

2、資源性

3、有序性

4、擴張性

5、知識性

6、其他

當(dāng)前13頁，總共38頁。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論狹義信息論

通信系統(tǒng)模型:

信源——編碼——信道——譯碼——信宿

↑

噪音

概率信息量的度量

信息量的大小可以用被消除的不定性的多少來表示，而事物的不定性大小可以用概率函數(shù)表示I（Xi）=-logaP（Xi）

當(dāng)前14頁，總共38頁。信息傳播過程當(dāng)前15頁，總共38頁。信息思維：借閱圖書信息流程圖當(dāng)前16頁，總共38頁。彼得?帕沃夫斯基（PeterPawlowsky,2001）

的管理科學(xué)范疇的組織學(xué)習(xí)信息流程圖當(dāng)前17頁，總共38頁。信息思維：企業(yè)信息系統(tǒng)當(dāng)前18頁，總共38頁?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論控制論

創(chuàng)始人：維納（N.Wiener，1894-1964）

美國數(shù)學(xué)家，控制論的創(chuàng)始人。其于1948

年出版的《控制論》（CYBERNETICS)

一書標(biāo)志了控制論的誕生?？刂普摰幕舅枷耄涸谌祟?、動物和機器之間發(fā)現(xiàn)共同的信息和行為機理。

控制論的基本概念：

控制——根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)外部條件對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以克服系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，使系統(tǒng)保持或達(dá)到某種特定的穩(wěn)定狀態(tài)，或使系統(tǒng)按照某種規(guī)律變化的過程。

當(dāng)前19頁，總共38頁。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：一般由施控者、傳遞者和受控者三部分組成。目的：能夠趨達(dá)目標(biāo)的行為。行為：在外界環(huán)境作用下系統(tǒng)作出的反應(yīng)。反饋：控制系統(tǒng)將輸入的信息作用于受控對象后所產(chǎn)生的結(jié)果再一次送到輸入端，并對信息的再輸出發(fā)生影響的過程。

反饋種類：正反饋負(fù)反饋

當(dāng)前20頁，總共38頁。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論控制論方法

1、反饋方法2、功能模擬方法3、黑箱方法

當(dāng)前21頁，總共38頁?？刂普撍季S：概念教學(xué)控制論圖1當(dāng)前22頁，總共38頁?？刂普撍季S：理論教學(xué)控制論框圖2當(dāng)前23頁，總共38頁?？刂普撍季S：習(xí)題教學(xué)控制論框圖3當(dāng)前24頁，總共38頁?？刂普撍季S：復(fù)習(xí)教學(xué)控制論框圖4當(dāng)前25頁，總共38頁?？刂普撍季S：經(jīng)濟控制論模型當(dāng)前26頁，總共38頁。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論第二節(jié)自組織理論與探索復(fù)雜性

20世紀(jì)70年代科學(xué)方法論出現(xiàn)新進(jìn)展。人們將控制、信息和系統(tǒng)結(jié)合起來，探索物質(zhì)系統(tǒng)有序結(jié)構(gòu)的形成，產(chǎn)生了自組織理論。它討論系統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的機理、系統(tǒng)發(fā)展變化的規(guī)律。包括自組織理論、耗散結(jié)構(gòu)論、超循環(huán)論、協(xié)同學(xué)、突變論等。

自組織——在系統(tǒng)實現(xiàn)空間、時間或功能的結(jié)構(gòu)過程中，如果沒有外界的特定干擾，僅是依靠系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用來達(dá)到，內(nèi)部由無序變?yōu)橛行颍@種系統(tǒng)稱之為自組織。

如：魚鱗云

貝納德花紋

當(dāng)前27頁，總共38頁?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論進(jìn)步當(dāng)前28頁，總共38頁。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論進(jìn)步當(dāng)前29頁，總共38頁?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論普利高津耗散結(jié)構(gòu)理論

遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)通過不斷地與外界交換物質(zhì)和能量，在外界的條件變化達(dá)到一定的閾值時，能從原來的無序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樵跁r間上、空間上的有序狀態(tài)。

成為耗散結(jié)構(gòu)的四個條件：開放性、非平衡性、非線性和隨機性

當(dāng)前30頁，總共38頁。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論艾根：超循環(huán)理論

在循環(huán)系列中，每個單元既能自我復(fù)制，又能對下一個單元起催化作用。哈肯：協(xié)同學(xué)

強調(diào)的有序結(jié)構(gòu)是通過系統(tǒng)內(nèi)部大量的子系統(tǒng)之間協(xié)同合作形成。托姆：突變論

研究系統(tǒng)從一種穩(wěn)定態(tài)躍遷到另一種穩(wěn)定態(tài)的現(xiàn)象和規(guī)律。當(dāng)前31頁，總共38頁?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論非線性科學(xué)興起和進(jìn)展

一、線性與非線性

線性特點：數(shù)學(xué)角度：⑴量與量成正比關(guān)系，表達(dá)為直線⑵部分之和等于整體，線性方程遵從疊加原理（方程的解相加仍為解）

物理角度：⑴時空平滑運動⑵參量變化，外界成比例變化

當(dāng)前32頁，總共38頁?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論二、非線性科學(xué)的興起自然界和社會大量存在的是非線性問題和非線性作用，線性作用其實只不過是非線性作用在一定條件下的近似。線性相互作用不產(chǎn)生新的性質(zhì)，非線性相互作用引起新的性質(zhì)，使得無序到有序。

當(dāng)前33頁，總共38頁?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論

自然界和社會中的非線性作用：

如天體演化、星球運行、地震海嘯、海潮起伏、化學(xué)振蕩、生物繁衍、股票漲落……

非線性科學(xué)：

以近代數(shù)學(xué)和計算機為主要工具，以各種非線性系統(tǒng)為研究對象，找出其基本規(guī)律的學(xué)科。

基本組成部分：

耗散結(jié)構(gòu)理論、混沌理論、孤子理論、分形幾何學(xué)等都是非線性科學(xué)的。當(dāng)前34頁，總共38頁?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論

混沌一、混沌

混沌（chaos）：混沌不是純粹的無序、混亂、模糊，而是具有確定性的非線性系統(tǒng)。

自然界物質(zhì)運動三種形式：1、嚴(yán)格確定性的運動2、徹底隨機混亂的運動3、就是介于這兩者之間的混沌運動，被嚴(yán)格限制在穩(wěn)定范圍之內(nèi)的混亂運動。

在混沌運動中，初始條件有微小的改變，就可能引起后來的運動變得面目全非。

當(dāng)前35頁，總共38頁。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論二、蝴蝶效應(yīng)

混沌現(xiàn)象的基本特點：氣象學(xué)家洛倫茲研究大氣流動時揭示出混沌現(xiàn)象的基本特點：

1、具有不可預(yù)言性

2、對初始條件的極端敏感依賴性“因小失大”逐級放大：釘子缺，蹄鐵卸；蹄鐵卸，戰(zhàn)馬蹶；戰(zhàn)馬蹶，騎士絕；騎士絕，戰(zhàn)事折；戰(zhàn)事折，國家滅。蝴蝶效應(yīng)：一只蝴蝶在巴西熱帶雨林中輕輕煽動它的翅膀，可能會引起美國得州上空的一場龍卷風(fēng)。當(dāng)前36頁，總共38頁?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論三、奇異吸引子