chap8系統(tǒng)科學(xué)發(fā)展

§8.1系統(tǒng)論的產(chǎn)生§8.2系統(tǒng)的基本性質(zhì)Chap.8系統(tǒng)科學(xué)的發(fā)展§8.3系統(tǒng)的演化§8.4系統(tǒng)的信息和控制系統(tǒng)科學(xué)包括1、系統(tǒng)工程（SystemsEngineering）：技術(shù)科學(xué)2、運(yùn)籌學(xué)（OperationsResearch）：應(yīng)用數(shù)學(xué)3、一般系統(tǒng)論（GeneralSystemsTheory）：與理論生物學(xué)和哲學(xué)密切相關(guān)系統(tǒng)：由相互聯(lián)系、相互制約的若干部分結(jié)合在一起組成的具有特定功能的整體。系統(tǒng)工程：是為了更好地達(dá)到系統(tǒng)目標(biāo)，而對(duì)系統(tǒng)的構(gòu)成要素、組織結(jié)構(gòu)、信息流動(dòng)和控制機(jī)構(gòu)等進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)的技術(shù)的總稱。并不是指通常土木、水利、建筑等這一類具體的工程，是一個(gè)廣義的概念。系統(tǒng)工程的目的是使系統(tǒng)達(dá)到一種整體性的優(yōu)化指標(biāo)！比如：汽車(chē)的傳動(dòng)系統(tǒng)呼吸系統(tǒng)太陽(yáng)系

系統(tǒng)論、信息論和控制論是20世紀(jì)40年代產(chǎn)生的綜合性學(xué)科。這類學(xué)科不是局限于解決某一領(lǐng)域中的具體問(wèn)題，而是提出一種解決問(wèn)題的新思路和新方法。這種思想和方法具有很大的概括性和普遍性，因而這學(xué)科得到了迅速的發(fā)展，不但成長(zhǎng)為現(xiàn)代的精確科學(xué)，而且成功地運(yùn)用到自然科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，廣泛地滲透到社會(huì)科學(xué)和社會(huì)活動(dòng)的各個(gè)方面，對(duì)當(dāng)代科學(xué)家的思維方式產(chǎn)生了重大的影響。20世紀(jì)40年代出現(xiàn)了：系統(tǒng)科學(xué)理論系統(tǒng)論運(yùn)籌學(xué)控制論信息論系統(tǒng)科學(xué)工程運(yùn)用系統(tǒng)工程系統(tǒng)分析管理科學(xué)近代系統(tǒng)工程實(shí)例阿波羅登月計(jì)劃

參加人員約42萬(wàn)，120所大學(xué)實(shí)驗(yàn)室，耗資240億美元，1969年實(shí)現(xiàn)登月。在這個(gè)高科技系統(tǒng)下面，有眾多的分系統(tǒng)，如：飛船系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和測(cè)試系統(tǒng)等等。這些分系統(tǒng)下面又包含無(wú)數(shù)小系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)總體最優(yōu)。三峽工程

1993年開(kāi)始施工準(zhǔn)備，歷經(jīng)10年，涉及防洪、發(fā)電、航運(yùn)、移民安置、生態(tài)環(huán)境、國(guó)防安全、區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展等各個(gè)方面。系統(tǒng)工程在我國(guó)的發(fā)展1955年，計(jì)劃經(jīng)濟(jì)的需要，引進(jìn)系統(tǒng)工程、運(yùn)籌學(xué)1956年中科院力學(xué)所建立了我國(guó)第一個(gè)運(yùn)籌學(xué)研究組1960年中科院力學(xué)所與數(shù)學(xué)所成立數(shù)學(xué)與運(yùn)籌學(xué)研究所1962年錢(qián)學(xué)森開(kāi)始倡導(dǎo)系統(tǒng)工程思想1965－1975華羅庚在我國(guó)大力推廣“統(tǒng)籌法”，“優(yōu)選法”。文化大革命期間幾乎停頓1977年正式將系統(tǒng)工程列入國(guó)家重點(diǎn)研究項(xiàng)目系統(tǒng)工程方法系統(tǒng)工程方法的主要環(huán)節(jié)系統(tǒng)分析給出系統(tǒng)模型系統(tǒng)模擬模擬仿真，通過(guò)比較作出最優(yōu)決策系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出技術(shù)上能實(shí)現(xiàn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)管理進(jìn)行系統(tǒng)的研制、試驗(yàn)和評(píng)價(jià)，及時(shí)改正。系統(tǒng)工程方法示意框圖《焦點(diǎn)訪談》_20141216_十八年后的再審陳平原談中國(guó)教育問(wèn)題周立波秀-解說(shuō)教育問(wèn)題§8.1系統(tǒng)論的產(chǎn)生

系統(tǒng)性是自然界的一種普遍性質(zhì)。人類從猿類中分離出來(lái)形成一個(gè)新的物種時(shí)，就意味著在生物系統(tǒng)中又產(chǎn)生了一個(gè)新的子系統(tǒng)。在人類的初成時(shí)期，人們就開(kāi)始認(rèn)識(shí)事物的系統(tǒng)性，遵循自然界的系統(tǒng)規(guī)律，以謀求自身的生存和發(fā)展。在奴隸制時(shí)代的文明古國(guó)中，許多學(xué)者試圖用整體觀念認(rèn)識(shí)世界，提出了一些樸素的系統(tǒng)學(xué)說(shuō)，其中以古希臘人的系統(tǒng)思想最為豐富、最為精彩。

一、古代的系統(tǒng)論思想

古希臘的自然哲學(xué)熱衷于構(gòu)建各種各樣的宇宙體系，探討宇宙的整體性質(zhì)。他們強(qiáng)調(diào)宇宙有始基，應(yīng)該從始基出發(fā)把握宇宙的整體。在各個(gè)學(xué)派中，畢達(dá)哥拉斯學(xué)派的系統(tǒng)思想最為突出。他們認(rèn)為，數(shù)是萬(wàn)物的始基，數(shù)構(gòu)成一個(gè)完美的系統(tǒng)，因而宇宙也是一個(gè)美妙和諧的系統(tǒng)；宇宙系統(tǒng)的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和規(guī)律都可以在數(shù)學(xué)系統(tǒng)中得到反映。赫拉克利特提出火是萬(wàn)物的始基，強(qiáng)調(diào)世界的變化性和過(guò)程性，強(qiáng)調(diào)世界是由過(guò)程構(gòu)成的系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)整體和局部的辯證關(guān)系。

德謨克利特提出原子論，認(rèn)為系統(tǒng)是由要素組成的，原子是基本的要素，它構(gòu)成萬(wàn)物，決定了萬(wàn)物的性質(zhì)。柏拉圖則主張理念論，反對(duì)原子論。他把理念分為具體事務(wù)的理念、數(shù)學(xué)科學(xué)理念、藝術(shù)道德理念、至善至美理念等各個(gè)等級(jí)，構(gòu)造了一個(gè)多層次的理念系統(tǒng)。他很注重知識(shí)的系統(tǒng)性，提出了關(guān)于知識(shí)的等級(jí)學(xué)說(shuō)。

亞里士多德是古希臘哲學(xué)的集大成者。他提出了古代最光輝的系統(tǒng)學(xué)說(shuō)。亞里士多德的系統(tǒng)思想主要表現(xiàn)在三個(gè)方面。

第一，人類的知識(shí)系統(tǒng)和理論系統(tǒng)來(lái)源于事物的系統(tǒng)性，反映了自然界的系統(tǒng)性。為了說(shuō)明星球運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，他提出了一個(gè)球?qū)咏Y(jié)構(gòu)的宇宙系統(tǒng)，認(rèn)為各個(gè)星球都是在不同層次的球面上作圓周運(yùn)動(dòng)的。后來(lái)，托勒密就是按照他這種思想提出了星球的本輪、均輪運(yùn)動(dòng)，建立了一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠钪鎺缀文Ｐ?，圓滿的解釋了星球的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

第二，亞里士多德對(duì)于整體與部分的關(guān)系有精辟的見(jiàn)解。他指出，手不是幾個(gè)指頭的相加，而是手指組成的一個(gè)有機(jī)整體。整體大于部分的總和。這就是說(shuō)整體不同于部分，整體性決不是各部分性質(zhì)相加，而是一種新的性質(zhì)?？梢哉f(shuō)，亞里士多德的這句名言是表述了系統(tǒng)論的最基本的思想。

第三方面，亞里士多德提出了著名的目的論。他認(rèn)為：人有目的，生物有目的，無(wú)生物也有目的；自然就是目的或是為了什么。

目的論告訴我們，事物的演化和過(guò)程的進(jìn)行總是要體現(xiàn)出某種趨向，朝著某個(gè)目標(biāo)前進(jìn)的。這種思想對(duì)現(xiàn)代系統(tǒng)學(xué)的發(fā)展起了明顯的積極作用。

古代中國(guó)人民在長(zhǎng)期的社會(huì)實(shí)踐中逐漸形成的把事物諸因素聯(lián)系起來(lái)作為一個(gè)整體或系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行分析和綜合的思想。隨著系統(tǒng)思想的產(chǎn)生，逐漸形成了系統(tǒng)概念和處理問(wèn)題的系統(tǒng)方法。許多古籍，如《孫子兵法》、《黃帝內(nèi)經(jīng)》、《易經(jīng)》、《老子》等。在探索宇宙萬(wàn)物方面，于春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期就已經(jīng)形成了蘊(yùn)含有系統(tǒng)思想的陰陽(yáng)、五行、八卦等學(xué)說(shuō)?！兑捉?jīng)》從自然界找出8種基本事物稱為八卦（天、地、雷、風(fēng)、水、火、山、澤），看作為萬(wàn)物之源。

現(xiàn)代系統(tǒng)論在發(fā)展的過(guò)程中汲取了亞里士多德的系統(tǒng)思想。貝塔朗菲(美)認(rèn)為，亞里士多德的世界觀、整體論和目的論是宇宙秩序的一種表達(dá)方式，他的整體大于部分和的思想是系統(tǒng)論最基本的思想，至今仍然是正確的。貝塔朗菲：美籍奧地利理論生物學(xué)家(1901-1972)。一般系統(tǒng)論的創(chuàng)始人

在近代科學(xué)和近代哲學(xué)中，萊布尼茨(德)、狄德羅(法)、康德(德)和黑格爾(德)等人的系統(tǒng)思想是比較突出的。

萊布尼茨發(fā)展了古希臘的原子學(xué)說(shuō)，提出了“單子”論。單子就是組成復(fù)合物的單純實(shí)體，是沒(méi)有內(nèi)部成分的基元物質(zhì)。他認(rèn)為單子具有許多重要的性質(zhì)。首先，單子既有主動(dòng)性又有波動(dòng)性，二者是相互聯(lián)系、相互影響的。二、近代的系統(tǒng)論思想

其次，單子與復(fù)合物是相互依存的關(guān)系，是局部與整體的關(guān)系。再次，單子分為四個(gè)等級(jí)，是有層次性的。另外，萊布尼茨還認(rèn)為單子由于內(nèi)在的原因具有連續(xù)的變化性，而且單子能表現(xiàn)出一切事物的關(guān)系，是宇宙的一面永恒的鏡子。

萊布尼茨(德)的單子論闡述了個(gè)體與整體的關(guān)系。他的系統(tǒng)思想超出了同時(shí)代的人，對(duì)現(xiàn)代系統(tǒng)論頗有影響。1646－1716

狄德羅(法)是18世紀(jì)時(shí)的哲學(xué)家，法國(guó)百科全書(shū)派的領(lǐng)袖。他主張活力論，反對(duì)機(jī)械論，具有鮮明的系統(tǒng)思想。狄德羅認(rèn)為，物質(zhì)是活性的而不是惰性的，運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)的固有屬性；一個(gè)物體不論是就整體而言還是就它的分子而言都是充滿了活動(dòng)和力量的。他明確指出：機(jī)械論者認(rèn)為物體是惰性的，只有在外力的強(qiáng)迫下才能運(yùn)動(dòng)，這是完全錯(cuò)誤的。狄德羅(1713-1784)法國(guó)啟蒙思想家、唯物主義哲學(xué)家、無(wú)神論者，作家，百科全書(shū)派的代表人物

狄德羅(法)還認(rèn)為，要素形成組織，部分構(gòu)成整體，活點(diǎn)子連續(xù)不斷的粘下去便得到整體，得到一個(gè)完整的有意識(shí)的系統(tǒng)。他提出運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生溫度，溫度使一個(gè)組織具有感受性、過(guò)渡到生命。也就是說(shuō)，運(yùn)動(dòng)的結(jié)果能造成組織的生長(zhǎng)、發(fā)育和分化。1724-1804

康德(德)不但是德國(guó)古典哲學(xué)的開(kāi)創(chuàng)者，而且提出了著名的星云假說(shuō)，解釋了太陽(yáng)系的起源。他在《宇宙發(fā)展史概論》一書(shū)中闡述了自己的星云假說(shuō)，其要點(diǎn)是：在宇宙中，物質(zhì)最初是處于普遍的分散狀態(tài)，由于引力的作用使得微粒聚集，形成了太陽(yáng)一類的中心天體；由于斥力的作用，產(chǎn)生圍繞太陽(yáng)的圓周運(yùn)動(dòng)和圓盤(pán)結(jié)構(gòu)，最終形成了行星系統(tǒng)。

康德(德)把太陽(yáng)系的結(jié)構(gòu)推廣到整個(gè)宇宙，認(rèn)為宇宙是一個(gè)具有不同層次的大系統(tǒng)。他提出，與太陽(yáng)系相類似、相聯(lián)系的許多系統(tǒng)構(gòu)成了銀河系；與銀河系相類似的許多星系又構(gòu)成了更大的星系；通過(guò)引力與斥力的作用，各種星系便被統(tǒng)一在最大的宇宙系統(tǒng)之中了。

康德(德)具有強(qiáng)烈的系統(tǒng)觀。他所構(gòu)造的宇宙模型顯然是一個(gè)自組織的演化系統(tǒng)。他的星云假說(shuō)在宇宙學(xué)和系統(tǒng)學(xué)兩個(gè)方面都是劃時(shí)代的成就。

康德的系統(tǒng)思想還體現(xiàn)在認(rèn)識(shí)論方面。強(qiáng)調(diào)知識(shí)的系統(tǒng)性。他認(rèn)為知識(shí)是有秩序、有層次的統(tǒng)一整體，認(rèn)為直觀和概念是知識(shí)系統(tǒng)的要素，思維的功能是把概念聯(lián)系起來(lái)形成判斷，然后對(duì)判斷進(jìn)行分類，以實(shí)現(xiàn)全面的理解。

黑格爾(德)在研究辯證法時(shí)表現(xiàn)出了很突出的系統(tǒng)思想。他認(rèn)為整體與部分的關(guān)系是直接的、本質(zhì)的關(guān)系，提出了整體與局部的辯證法。他還提出了對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律，認(rèn)為矛盾是事物的固有屬性，是一切變化發(fā)展的原動(dòng)力。貝塔朗菲很贊同黑格爾的觀點(diǎn)，認(rèn)為部分之間的競(jìng)爭(zhēng)是各種系統(tǒng)共同的組織原理。1770—18311831年德國(guó)哲學(xué)家黑格爾逝世

黑格爾十分強(qiáng)調(diào)科學(xué)的系統(tǒng)性。他指出，必須把真理和科學(xué)作為一個(gè)有機(jī)的系統(tǒng)加以考察和研究；真理的要素是概念，真理的形態(tài)是科學(xué)系統(tǒng)。在他看來(lái)，科學(xué)知識(shí)和真理只有作為系統(tǒng)才是現(xiàn)實(shí)的，才能夠正確的表達(dá)出來(lái)。他還認(rèn)為，系統(tǒng)是分級(jí)的，不能把高級(jí)系統(tǒng)歸結(jié)為低級(jí)系統(tǒng)，然而分析了高級(jí)系統(tǒng)對(duì)于認(rèn)識(shí)低級(jí)系統(tǒng)是有重大意義的。

黑格爾運(yùn)用系統(tǒng)的方法構(gòu)造了一個(gè)完整的客觀唯心主義哲學(xué)體系。他提倡絕對(duì)觀念，認(rèn)為絕對(duì)觀念是過(guò)程的集合，是一個(gè)系統(tǒng)。他把一切事物都看成有機(jī)的系統(tǒng)，認(rèn)為內(nèi)部各個(gè)部分、各種力量的斗爭(zhēng)推動(dòng)系統(tǒng)向更高級(jí)、更完善的方向發(fā)展。在黑格爾看來(lái)，世界不是一成不變的，而是各種過(guò)程構(gòu)成的一個(gè)系統(tǒng)。自然的、社會(huì)的和精神的系統(tǒng)都是在不斷地運(yùn)動(dòng)和發(fā)展的。

現(xiàn)代的系統(tǒng)論起源于生物學(xué)。16世紀(jì)以后，生物學(xué)中一直存在機(jī)械論和活力論的爭(zhēng)執(zhí)。機(jī)械論斷言，生命過(guò)程完全是物理變化和化學(xué)變化構(gòu)成的。活力論則認(rèn)為，生物體內(nèi)存在一種非物質(zhì)的、有目的性的活力操控著生命過(guò)程。19世紀(jì)初，維勒合成了尿素，突破了有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的界限，否定了活力論?？墒堑搅?9世紀(jì)末，杜里舒的海膽胚胎實(shí)驗(yàn)卻是支持活力論、否定機(jī)械論的。三、現(xiàn)代系統(tǒng)論的興起20世紀(jì)初，許多學(xué)者都認(rèn)識(shí)到不能再簡(jiǎn)單的堅(jiān)持機(jī)械論或活力論，必須把生命看成一個(gè)有機(jī)的整體，看成一個(gè)高級(jí)的、復(fù)雜的系統(tǒng)才能解釋實(shí)驗(yàn)事實(shí)，正確的說(shuō)明生命現(xiàn)象。貝塔朗菲(美)正是吸收了生物學(xué)中的系統(tǒng)思想并推廣到其他領(lǐng)域才創(chuàng)立了一般系統(tǒng)論。

貝塔朗菲(美)在20年代時(shí)研究生物系統(tǒng)中不同層次的組織原則，30年代提出了一般系統(tǒng)論，50年代創(chuàng)辦了系統(tǒng)論學(xué)會(huì)，60年代編寫(xiě)了《一般系統(tǒng)論的基礎(chǔ)、發(fā)展和應(yīng)用》。70年代以后，許多學(xué)者的創(chuàng)造性成果使得系統(tǒng)學(xué)在理論和應(yīng)用兩個(gè)方面都取得了蓬勃的發(fā)展，成為一門(mén)概括性極高、實(shí)用性極強(qiáng)的現(xiàn)代科學(xué)。貝塔朗菲：美籍奧地利理論生物學(xué)家(1901-1972)。一般系統(tǒng)論的創(chuàng)始人

貝塔朗菲的系統(tǒng)學(xué)有三個(gè)重要部分。第一是一般系統(tǒng)論。它用精確的數(shù)學(xué)語(yǔ)言表述了各種系統(tǒng)的性質(zhì)。第二是系統(tǒng)工程。它是用系統(tǒng)理論和系統(tǒng)方法去解決各種際問(wèn)題，以求達(dá)到預(yù)期的最優(yōu)目標(biāo)。第三是系統(tǒng)哲學(xué)。它是研究系統(tǒng)的本體論、認(rèn)識(shí)論以及人與世界的關(guān)系。系統(tǒng)學(xué)是一門(mén)新興的科學(xué)，發(fā)展十分迅速。它在科學(xué)行列中的地位和影響一時(shí)還難以定論。有人認(rèn)為控制論、信息論、耗散論、協(xié)同輪、突變論、超循環(huán)論等都是系統(tǒng)科學(xué)的分支。也有人認(rèn)為可以建立一種與自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)相提并列的科學(xué)，它的基礎(chǔ)理論就是系統(tǒng)學(xué)。

在系統(tǒng)論看來(lái)，自然界是具有系統(tǒng)性的，是以多層次的系統(tǒng)形式存在著的。首先，我們的觀測(cè)宇宙就是一個(gè)多層次、多類別、不斷演化的開(kāi)放系統(tǒng)。宇宙是各種系統(tǒng)的集合，是各種自組織演化的集合。其次，生命是自然系統(tǒng)演化過(guò)程中的產(chǎn)物。生命系統(tǒng)是一個(gè)由無(wú)序到有序、由低級(jí)到高級(jí)的、具有目的性和自組織性的開(kāi)放系統(tǒng)。超循環(huán)理論認(rèn)為，大分子系統(tǒng)的自組織進(jìn)化導(dǎo)致了生命的起源。

系統(tǒng)論也可以研究精神現(xiàn)象。精神是物質(zhì)系統(tǒng)的產(chǎn)物，是大腦進(jìn)行信息加工的能力。個(gè)體的精神是大腦的機(jī)能，集體意識(shí)則是社會(huì)的一種機(jī)能，都是具有系統(tǒng)性的。精神也有自身的發(fā)生發(fā)展的自組織過(guò)程。另外，生命與其環(huán)境構(gòu)成了生態(tài)系統(tǒng)。按照系統(tǒng)論，生態(tài)系統(tǒng)可以劃分為生產(chǎn)者（植物）、消費(fèi)者（動(dòng)物）、分解者（微生物）三個(gè)子系統(tǒng)。

每個(gè)子系統(tǒng)都有特定的功能，協(xié)同組織起來(lái)便產(chǎn)生了生態(tài)系統(tǒng)的整體性質(zhì)和整體運(yùn)動(dòng)。生態(tài)系統(tǒng)利用太陽(yáng)提供的能源以及大氣、水和土地提供的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)生存發(fā)展下去。隨著生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)化，又從中分化出了人類生態(tài)系統(tǒng)，于是純粹的自然界便受到了人類的影響，被逐漸地改造成了人化自然。社會(huì)也是一個(gè)開(kāi)放的、復(fù)雜的、自組織系統(tǒng)。人類通過(guò)自己的能動(dòng)性和目的性活動(dòng)積極地調(diào)控這個(gè)系統(tǒng)，使其符合自然規(guī)律，向前發(fā)展。

社會(huì)系統(tǒng)又可以劃分為一些具體的子系統(tǒng)，例如人類自身的、物質(zhì)生產(chǎn)系統(tǒng)、精神生產(chǎn)系統(tǒng)、政治生產(chǎn)系統(tǒng)和自然力生產(chǎn)系統(tǒng)等。在每一個(gè)子系統(tǒng)中又包含了許多更為具體的子系統(tǒng)。例如，一座城市便是一個(gè)不斷演化的自組織系統(tǒng)。它不斷的從外部吸收物質(zhì)、能量和信息，同時(shí)又向外界輸出人才、產(chǎn)品和廢料，是一個(gè)十足的耗散結(jié)構(gòu)。運(yùn)用自組織理論可以很成功的研究城市人口的分布，城市演化與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，研究交通、能源、輿論、戰(zhàn)爭(zhēng)與和平等各種問(wèn)題。

自組織理論的許多研究成果都能很好的與實(shí)際情況相符合。這說(shuō)明，社會(huì)系統(tǒng)是處在自發(fā)運(yùn)動(dòng)之中的、是按自組織規(guī)律發(fā)展的復(fù)雜系統(tǒng)。當(dāng)然，承認(rèn)社會(huì)系統(tǒng)的自組織性并不否認(rèn)對(duì)社會(huì)系統(tǒng)的控制和影響。人們可以組織好調(diào)控系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化。人們也能運(yùn)用工程技術(shù)方法、運(yùn)籌方法和控制方法去影響社會(huì)和管理社會(huì)。這就是社會(huì)系統(tǒng)工程?？傊孟到y(tǒng)學(xué)的思想和觀點(diǎn)去觀察認(rèn)識(shí)世界，大到宇宙小到原子，萬(wàn)物都是變化發(fā)展的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。用系統(tǒng)學(xué)的方法和技術(shù)去解決各種具體問(wèn)題，常常可以使人們，得到滿意的優(yōu)化結(jié)果。因此，系統(tǒng)學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用具有極為重大的意義?！?.2系統(tǒng)的基本性質(zhì)

系統(tǒng)是若干要素所構(gòu)成的整體。整體性是系統(tǒng)最基本的性質(zhì)。當(dāng)要素組成系統(tǒng)時(shí)，必須產(chǎn)生自己特有的性質(zhì)和功能，這種整體性是各個(gè)要素所不具備的。例如，當(dāng)若干個(gè)原子結(jié)合成一個(gè)分子時(shí)，分子的性質(zhì)和功能是各個(gè)原子所不具備的。系統(tǒng)的整體性不但使系統(tǒng)區(qū)別于自己的要素，而且使各個(gè)系統(tǒng)之間有所區(qū)別。因此，整體性便是系統(tǒng)的質(zhì)的規(guī)定性。沒(méi)有整體性便沒(méi)有系統(tǒng)，事物便沒(méi)有差別、沒(méi)有多樣性，世界便是一個(gè)無(wú)差別的世界。這是絕不可能的。一、系統(tǒng)的整體性

一個(gè)特定的系統(tǒng)總是具有自己特定的整體性。整體性的存在標(biāo)志系統(tǒng)的存在；整體性的變化標(biāo)志系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和演化；整體性的消失標(biāo)志著系統(tǒng)的解體滅亡。古典的系統(tǒng)思想認(rèn)為元素之間不存在相互作用，或者認(rèn)為僅僅有線性的作用?，F(xiàn)代系統(tǒng)論則認(rèn)為，只有元素間的非線性作用才能使系統(tǒng)具有整體性，整體才不會(huì)是系統(tǒng)的簡(jiǎn)單疊加。事實(shí)證明，現(xiàn)實(shí)世界的一切系統(tǒng)都是非線性的，所以現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)都必然具有整體性。人類是生活在非線性世界中的。

整體大于部分之和這句話是對(duì)系統(tǒng)具有整體性的肯定。它是說(shuō)，系統(tǒng)的整體性是不能用各個(gè)部分的性質(zhì)來(lái)解釋的。由于部分之間的相互作用和有機(jī)結(jié)合才使得整體獲得了新的性質(zhì)和功能。同時(shí)，部分一旦結(jié)合成整體，整體必然反過(guò)來(lái)影響部分、制約部分，使其喪失獨(dú)立性。在牛頓力學(xué)中有力的獨(dú)立作用原理。它規(guī)定力系中的各個(gè)力都是獨(dú)立作用的，既不相互影響也不受合力的制約。由于牛頓力學(xué)的輝煌、分析方法的卓效，使得近代科學(xué)深深的打上了機(jī)械論的烙印，因而缺乏綜合性和整體性，缺乏系統(tǒng)思想。

系統(tǒng)是由元素組織起來(lái)的。系統(tǒng)在地位、結(jié)構(gòu)和功能各個(gè)方面所表現(xiàn)出來(lái)的等級(jí)性與秩序性就是系統(tǒng)的層次性。產(chǎn)生層次性的原因是由于組成系統(tǒng)的諸多要素的性質(zhì)、功能和相互作用等各方面都存在差異。元素的這些差異造成了系統(tǒng)中的差異性和層次性。層次性是系統(tǒng)的一種基本性質(zhì)。事實(shí)表明，物質(zhì)的構(gòu)造和運(yùn)動(dòng)是有層次的，社會(huì)是有層次的，人類的精神也是有層次的。雖說(shuō)基本粒子是物質(zhì)的基元，但是人們?nèi)匀辉谔剿魉膶哟涡?，并不認(rèn)為他們是終極粒子。二、系統(tǒng)的層次性

系統(tǒng)的層次性是相對(duì)的。系統(tǒng)是相對(duì)于它的要素（子系統(tǒng)）而言的，其實(shí)它自己也是上級(jí)系統(tǒng)的元素（子系統(tǒng)）。系統(tǒng)的不同層次之間是相互關(guān)聯(lián)、相互影響的。不僅是相鄰的兩層之間相互制約，而且多層次之間也發(fā)生作用和協(xié)同。當(dāng)系統(tǒng)中產(chǎn)生自組織時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)許多因素和許多層次的相干行為，從而使?jié)q落得以加強(qiáng)，使系統(tǒng)發(fā)生相變，進(jìn)入新的狀態(tài)。

由于系統(tǒng)中各個(gè)要素的聯(lián)系十分復(fù)雜和豐富，所以系統(tǒng)的層次也是非富多彩的。正因?yàn)槿绱?，人們便可以按照各種性質(zhì)、各種標(biāo)準(zhǔn)劃分系統(tǒng)的層次。層次的劃分非常重要也非常復(fù)雜，既要依據(jù)事物的本性又摻雜著人們的愿望，是不斷發(fā)展變化的。系統(tǒng)的層次性體現(xiàn)了系統(tǒng)的三種關(guān)系。首先，一個(gè)系統(tǒng)要求它的各個(gè)元素互相聯(lián)系，形成一個(gè)協(xié)同的整體，產(chǎn)生系統(tǒng)的整體性。其次它還是另一個(gè)系統(tǒng)的子系統(tǒng)，在更大的系統(tǒng)中充當(dāng)元素。另外，它還和其他并列的系統(tǒng)發(fā)生各種聯(lián)系?？傊到y(tǒng)的層次性說(shuō)明一切系統(tǒng)都處在從屬、交疊和并列的關(guān)系之中。

每一個(gè)系統(tǒng)都在不斷地與外界進(jìn)行物質(zhì)、能量、信息等方面的交換，這就是系統(tǒng)的開(kāi)放性。開(kāi)放性是系統(tǒng)得以穩(wěn)定和發(fā)展變化的前提。不與環(huán)境聯(lián)系、不向外界開(kāi)放的系統(tǒng)是不存在的。不同的系統(tǒng)開(kāi)放程度并不一樣。物理學(xué)中通常把沒(méi)有物質(zhì)與能量交換的系統(tǒng)稱為孤立系統(tǒng)，而在系統(tǒng)論中則稱為封閉系統(tǒng)。三、系統(tǒng)的開(kāi)放性

在近代科學(xué)中，對(duì)封閉系統(tǒng)有所研究，但是對(duì)開(kāi)放系統(tǒng)卻很少注意。這可能是現(xiàn)實(shí)的開(kāi)放系統(tǒng)極為復(fù)雜，而理想化了的封閉系統(tǒng)比較容易研究，熱力學(xué)第二定律指出，孤立系統(tǒng)只能自發(fā)地由有序走向無(wú)序、朝著熵增加的方向演化?？墒堑搅?0世紀(jì)，一些學(xué)者開(kāi)辟了新的思路。他們認(rèn)識(shí)到現(xiàn)實(shí)世界的開(kāi)放系統(tǒng)都具有自組織能力，可以由無(wú)序向有序演化。貝塔朗菲研究了開(kāi)放系統(tǒng)的穩(wěn)定性，薛定諤提出了生命是開(kāi)放系統(tǒng)，以負(fù)熵為生。耗散論則認(rèn)為，如果開(kāi)放系統(tǒng)向外界排出足夠的熵，就可以使熵值減少，自發(fā)地形成有序的結(jié)構(gòu)。

系統(tǒng)的功能是系統(tǒng)對(duì)外界的作用。開(kāi)放是實(shí)現(xiàn)功能的前提。對(duì)于封閉系統(tǒng)而言，是不存在功能的。所以封閉系統(tǒng)只是一個(gè)理想模型，不是現(xiàn)實(shí)世界中的系統(tǒng)。開(kāi)放不但是功能的前提，而且還是自組織的前提。一個(gè)封閉系統(tǒng)是不會(huì)具有自組織的。系統(tǒng)的自組織可以通過(guò)自己的調(diào)節(jié)機(jī)制對(duì)外界實(shí)現(xiàn)有條件、有選擇、有限度的開(kāi)放，以保持一定程度的自主性和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。一個(gè)生物以及一個(gè)細(xì)胞都是這樣的自組織系統(tǒng)。

系統(tǒng)的目的性是指系統(tǒng)在發(fā)展變化中表現(xiàn)出趨向于一個(gè)預(yù)定的目標(biāo)或狀態(tài)。目的性是系統(tǒng)演化時(shí)的一個(gè)重要特征。亞里斯多德的四因說(shuō)就認(rèn)為，事物的演化是有目的性的。后來(lái)，目的論被基督教神學(xué)所利用，他們宣揚(yáng)上帝創(chuàng)造萬(wàn)物，事物的演化是體現(xiàn)了上帝的目的和意志。近代科學(xué)產(chǎn)生以后，目的論是反對(duì)機(jī)械論的一種學(xué)說(shuō)，著重解釋生命現(xiàn)象的特殊性。但是它并不認(rèn)為目的性是自然的本性，而是一種神秘的超自然的力量在起主宰作用。四、系統(tǒng)的目的性

現(xiàn)代系統(tǒng)論認(rèn)為，目的性是自然界一種普通的性質(zhì)，萬(wàn)事萬(wàn)物的演化都是朝著某個(gè)方向、趨近于某一個(gè)目標(biāo)的。貝塔朗菲認(rèn)為，開(kāi)放系統(tǒng)是異因同果的目的系統(tǒng)。維納則指出，目的行為就是受到負(fù)反饋控制的行為。另外，目的系統(tǒng)必定是非線性的。系統(tǒng)與環(huán)境的非線性作用能使系統(tǒng)建立復(fù)雜的反饋機(jī)制。而這種機(jī)制使系統(tǒng)在不同的輸入時(shí)產(chǎn)生出相同的輸出，從而能適應(yīng)不同的環(huán)境，保持自己的發(fā)展方向?？傊F(xiàn)實(shí)世界中一切發(fā)展變化的系統(tǒng)都是開(kāi)放的、非線性的、自組織的目的系統(tǒng)。目的性使得系統(tǒng)的發(fā)展趨近于更為穩(wěn)定的狀態(tài)。目的性是系統(tǒng)的內(nèi)部和外邊部各種非線性聯(lián)系所確定的，并不是什么超自然因素的主宰。

由于時(shí)代的局限，近代科學(xué)只研究了單因果的線性系統(tǒng)，難以解釋事物的目的性。而現(xiàn)代系統(tǒng)論研究了開(kāi)放的、非線性的系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)目的性有了更為正確，更為深刻的認(rèn)識(shí)。

現(xiàn)代系統(tǒng)論并不對(duì)目的性做絕對(duì)的理解。事實(shí)上，對(duì)一個(gè)自組織系統(tǒng)而言，正反饋與負(fù)反饋總是同時(shí)存在的。負(fù)反饋促進(jìn)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，保持狀態(tài)的穩(wěn)定，而正反饋則破壞系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，改變系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)，使系統(tǒng)偏離原來(lái)的發(fā)展方向。因此，系統(tǒng)的目的性和非目的性是同時(shí)存在的，在不同的情況下起著不同的主導(dǎo)作用。即使一種目的被破壞，系統(tǒng)也不會(huì)淪為無(wú)目的狀態(tài)，必然會(huì)產(chǎn)生新的目的性，開(kāi)始新的演化。

自組織性是說(shuō)系統(tǒng)有自發(fā)的組織能力，這種能力使得系統(tǒng)由無(wú)序走向有序、由低級(jí)有序向高級(jí)有序發(fā)展。古希臘早期的自然哲學(xué)是主張物質(zhì)的自組織性的。他們認(rèn)為物質(zhì)世界能自發(fā)的演化是一個(gè)自明的事實(shí)。物質(zhì)有自身的活力，不需要尋找外來(lái)的根源。但是到了亞里士多德時(shí)代，觀念發(fā)生了變化。亞里士多德認(rèn)為，自然界是由外來(lái)的力量推動(dòng)和操控的；物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)需要第一推動(dòng)力。自那以后，被組織的宇宙觀便長(zhǎng)期地處于統(tǒng)治地位。五、系統(tǒng)的自組織性

到了康德提出星云假說(shuō)、達(dá)爾文提出生物進(jìn)化論之后，自發(fā)組織、自身演化的思想才又重新抬頭，并且孕育了現(xiàn)代的自組織理論。

20世紀(jì)60年代以后，許多學(xué)者熱烈的研究動(dòng)態(tài)系統(tǒng)理論，探討系統(tǒng)的自組織規(guī)律，對(duì)于自組織的條件、機(jī)制，表現(xiàn)形式和演化過(guò)程都有了深入的認(rèn)識(shí)?？偟膩?lái)說(shuō)，系統(tǒng)的充分開(kāi)放是自組織的前提，漲落和非線性作用是自組織的動(dòng)力，循環(huán)和相變是自組織的形式，混沌和分形則是自組織的過(guò)程。

承認(rèn)系統(tǒng)的自組織性并不否認(rèn)外界環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的影響。事實(shí)上，環(huán)境的作用有可能加強(qiáng)系統(tǒng)的自組織，也有可能削弱或摧毀系統(tǒng)的自組織。因此，任何一個(gè)現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)都有進(jìn)化、退化、誕生、滅亡的時(shí)候。在相空間中具有目的性，只有在目的點(diǎn)上系統(tǒng)才是穩(wěn)定的。系統(tǒng)向目的點(diǎn)的自發(fā)趨近便是系統(tǒng)的自組織性。

自組織理論是有實(shí)用價(jià)值的。人們可以根據(jù)自然系統(tǒng)的自組織機(jī)制設(shè)計(jì)出能自我組織、自我適應(yīng)、自我修復(fù)的自動(dòng)化設(shè)備。人們也可以利用自組織理論去觀察和分析一個(gè)社會(huì)系統(tǒng)的自組織性，選擇維護(hù)社會(huì)的正確方法和變革社會(huì)的恰當(dāng)時(shí)機(jī)。

系統(tǒng)的相似性就是系統(tǒng)的共同性或統(tǒng)一性。它也是系統(tǒng)的一個(gè)基本特征。系統(tǒng)的相似性表現(xiàn)在它的結(jié)構(gòu)、功能、形態(tài)和演化規(guī)律等各個(gè)方面?？刂普摰膭?chuàng)立明顯得益于研究了生物系統(tǒng)和工程系統(tǒng)中許多相似的地方。信息論則是研究了通信系統(tǒng)的相似性。廣義的講，任何一條科學(xué)定律都是表述了系統(tǒng)的一種相似性。六、系統(tǒng)的相似性

事實(shí)表明，世界上的一切事物都是可以分類的，而不是雜亂無(wú)章的。分類的依據(jù)就是相同性和相異性。因此，物質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)的多樣性和統(tǒng)一性就是系統(tǒng)的差異性和相似性的。不論是物質(zhì)系統(tǒng)、精神系統(tǒng)或是社會(huì)系統(tǒng)都是可以認(rèn)識(shí)和分類的，所以無(wú)例外的都具有相似性和差異性。世界上任何兩個(gè)系統(tǒng)都不可能是完全相同或完全相異的。因此人們?cè)诜治鱿到y(tǒng)解決問(wèn)題時(shí)應(yīng)該能同中見(jiàn)異、異中見(jiàn)同，抓住主導(dǎo)方面、忽略次要因素。

系統(tǒng)都有存在和演化的問(wèn)題。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的相似體現(xiàn)出了存在方式的相似，而過(guò)程的相似則表示了演化的相似。自組織理論認(rèn)為，混沌狀態(tài)是非平衡非線性系統(tǒng)自組織演化的一種目標(biāo)。因此，自組織演化總是由混沌到有序，再?gòu)挠行虻交煦?。這便是演化的相似性。系統(tǒng)都有結(jié)構(gòu)和功能。結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)內(nèi)部各要素的聯(lián)系方式，規(guī)定了系統(tǒng)的整體性。功能是系統(tǒng)與外界的聯(lián)系方式，規(guī)定了系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的影響。結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系十分豐富、十分復(fù)雜。

一般說(shuō)來(lái)，結(jié)構(gòu)是功能的基礎(chǔ)，對(duì)功能有決定做用。在自然界中，同構(gòu)同功和異構(gòu)同功的現(xiàn)象都是存在的。在科學(xué)技術(shù)中，利用結(jié)構(gòu)的相似和功能的相似發(fā)展起來(lái)的模型方法可以解決很多問(wèn)題。系統(tǒng)論所建立的功能模擬方法有很大的價(jià)值。功能的模擬就是把研究的對(duì)象視為黑箱，不問(wèn)它的結(jié)構(gòu)，只追求模型與原型的功能相似。例如，圖林就是利用了功能模擬方法研究思維問(wèn)題，取得了重要的成果。

貝塔朗菲自1924年提出系統(tǒng)思想之后就孜孜不倦的研究系統(tǒng)學(xué)，到1968年終于寫(xiě)出了《一般系統(tǒng)論的基礎(chǔ)、發(fā)展和應(yīng)用》，創(chuàng)立了一般系統(tǒng)論，系統(tǒng)論引起了許多學(xué)者的關(guān)注，他們研究了動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的演化規(guī)律，相繼提出了耗散理論、協(xié)同理論、突變理論、超循環(huán)理論、混沌和分形理論等。這些理論研究了系統(tǒng)自組織演化的條件和動(dòng)力機(jī)制，研究了偶然因素對(duì)系統(tǒng)演化的影響，研究了演變中混沌和有序的相互制約和轉(zhuǎn)化，還研究了系統(tǒng)組織的相似性和演化的循環(huán)形式等。這些成果不但豐富和發(fā)展了系統(tǒng)學(xué)而且顯現(xiàn)出了很大的應(yīng)用價(jià)值?！?.3系統(tǒng)的演化

物理學(xué)家普里高津把經(jīng)典的平衡態(tài)熱力學(xué)發(fā)展到開(kāi)放系統(tǒng)的非平衡領(lǐng)域，于1969年提出了耗散結(jié)構(gòu)理論。所謂耗散結(jié)構(gòu)就是穩(wěn)定的有序結(jié)構(gòu)。耗散論認(rèn)為：遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開(kāi)放系統(tǒng)有可能由無(wú)序狀態(tài)變?yōu)橛行驙顟B(tài)。這種轉(zhuǎn)變當(dāng)然是有條件的。它的必要條件是：系統(tǒng)必須充分開(kāi)放，必須遠(yuǎn)離平衡態(tài)、必須有非線性作用、必須有充分的漲落。一、耗散結(jié)構(gòu)理論

耗散論指出，非線性的相互作用使得正反饋促成了系統(tǒng)的演化，而不是對(duì)系統(tǒng)的破壞因素，漲落則是系統(tǒng)向有序演化的動(dòng)力。耗散論理論使人們對(duì)開(kāi)放系統(tǒng)的性質(zhì)、非平衡態(tài)的意義以及漲落和非線性作用的價(jià)值都有了全新的認(rèn)識(shí)。耗散理論在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用是很有成效的。

哈肯于1977年出版了《協(xié)同學(xué)導(dǎo)論》，創(chuàng)立了協(xié)同學(xué)。這門(mén)學(xué)問(wèn)研究了物理學(xué)的相變理論，給出了處理非平衡相變的普遍方法，指出了系統(tǒng)由無(wú)序走向有序的過(guò)程。協(xié)同學(xué)指出：在各種系統(tǒng)中由于子系統(tǒng)的非線性相互作用產(chǎn)生了協(xié)同效應(yīng)才使得系統(tǒng)由無(wú)序向有序演化，由低級(jí)有序向高級(jí)有序演化以及有序又演化為混沌。這種理論給出了演化的機(jī)理和規(guī)律，也稱為自組織理論。二、協(xié)同理論

協(xié)同學(xué)認(rèn)為，子系統(tǒng)的相互作用產(chǎn)生了走向無(wú)序和有序的兩種自發(fā)運(yùn)動(dòng)，于是系統(tǒng)便有了宏觀有序度的問(wèn)題。哈肯借用了相變理論中的序參量來(lái)表示系統(tǒng)有序的程度，刻畫(huà)系統(tǒng)的演變過(guò)程。他把系統(tǒng)的變量分為快慢兩類。快變量服從慢變量；慢變量主宰著系統(tǒng)的演化，決定系統(tǒng)的有序程度，稱為序參量。他還認(rèn)為，序參量之間是爭(zhēng)強(qiáng)斗勝、協(xié)同合作的關(guān)系。在一定的外界條件下，當(dāng)一個(gè)序參量取得主導(dǎo)地位時(shí)，它便決定了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。

所以，協(xié)同學(xué)是用序參量的競(jìng)爭(zhēng)與協(xié)同來(lái)解釋系統(tǒng)由無(wú)序向有序的演化過(guò)程的。協(xié)同學(xué)發(fā)展了耗散理論和自組織理論，并且在應(yīng)用方面取得了不少成果，例如研究隧道二級(jí)管的工作原理、云層的形成、星球的演化、生物的競(jìng)爭(zhēng)與選擇、以及對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究等許多方面都用到了協(xié)同學(xué)。三、突變理論

數(shù)學(xué)家托姆于1972年完成了《結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與形態(tài)發(fā)生學(xué)》一書(shū)，創(chuàng)立了突變論。突變論是研究參數(shù)的連續(xù)變化是怎樣引發(fā)實(shí)變現(xiàn)象的。系統(tǒng)的狀態(tài)可以用一組參量描述。當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，其位勢(shì)函數(shù)取唯一的極值。突變論認(rèn)為，當(dāng)參量在某范圍內(nèi)變化時(shí)，位勢(shì)函數(shù)可能會(huì)有幾個(gè)極值，于是系統(tǒng)就有可能從一個(gè)穩(wěn)定態(tài)突然躍遷到另一個(gè)穩(wěn)定態(tài)。這就是系統(tǒng)的突變。

可見(jiàn)，突變論是用數(shù)學(xué)的方法研究系統(tǒng)的躍遷，研究穩(wěn)定態(tài)和不穩(wěn)定態(tài)所對(duì)應(yīng)的參量區(qū)域。托姆用位勢(shì)函數(shù)建立了突變模型。證明當(dāng)參數(shù)的個(gè)數(shù)不大于4時(shí)，只有7種實(shí)變模型，還證明當(dāng)位勢(shì)函數(shù)滿足一定條件時(shí)，模型也可以描述不可逆的突變。突變現(xiàn)象在自然界中是很普遍的。突變理論建立了很成功的數(shù)學(xué)模型，為研究突變現(xiàn)象提供了嚴(yán)格的數(shù)學(xué)理論。突變論已經(jīng)在相變理論、激光物理、船舶穩(wěn)定等許多方面得到了應(yīng)用。

自然界有很多混沌現(xiàn)象，但是人們一直弄不清它的性質(zhì)和規(guī)律。古代人認(rèn)為混沌是自然界的原始狀態(tài)，世界起源于混沌。在近代，人們常常把雜亂無(wú)序稱為混沌；混沌狀態(tài)就是無(wú)規(guī)則狀態(tài)。到了上世紀(jì)70年代，人們研究了非線性非平衡系統(tǒng)，認(rèn)識(shí)到混沌的本質(zhì)是確定性中的隨機(jī)性，是非線性耗散系統(tǒng)中的普遍現(xiàn)象，是系統(tǒng)發(fā)展演化的歸宿。四、混沌理論

動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)一般可分為確定性系統(tǒng)和隨機(jī)性系統(tǒng)。在確定性系統(tǒng)中，強(qiáng)迫擺、蟲(chóng)口模型、大氣變化模型等都是用非線性方程描述的。這些方程都得到了非常奇怪的混沌解，相空間中的軌道都出現(xiàn)了非常復(fù)雜、奇怪的隨機(jī)性的混沌軌道。這正說(shuō)明，在確定性系統(tǒng)中具有內(nèi)在的隨機(jī)性。除了隨機(jī)性，混沌還具有普遍性。只要研究一種最簡(jiǎn)單的模型，便可把得到的結(jié)論用到同類的運(yùn)動(dòng)形態(tài)中去。

混沌現(xiàn)象還具有一種敏感性。這是說(shuō)方程的解對(duì)于初始條件的變化極為敏感。對(duì)于同一系統(tǒng)的兩個(gè)極為接近的初始條件，雖然兩條軌道的起始很接近，但長(zhǎng)時(shí)間之后卻會(huì)相差甚遠(yuǎn)。

混沌學(xué)使我們對(duì)于系統(tǒng)的無(wú)序和有序的轉(zhuǎn)化，確定性與隨機(jī)性的關(guān)系以及穩(wěn)定性不穩(wěn)定性的統(tǒng)一都加深了認(rèn)識(shí)。

混沌學(xué)是研究非線性系統(tǒng)的時(shí)間演化行為，分形學(xué)則是研究非線性系統(tǒng)的空間特征和空間結(jié)構(gòu)的。1982年，曼德?tīng)柌剂_特發(fā)表了《自然界的分形幾何學(xué)》一書(shū)，建立了分形學(xué)。如果系統(tǒng)各個(gè)層次的組成部分和整體圖象有某種相似性，則稱其為分型。因此，分形體的整體與部分具有某種自相似性的層次結(jié)構(gòu)。自相似的事物是不具有特征標(biāo)度的，因?yàn)橛么笮〔煌某呷ッ枥L它，結(jié)果差不多是一樣的。自相似性和無(wú)標(biāo)度性是分形的最基本的幾何特征。五、分形理論

分形有各種分類方法。按照形成的方式分類，可分成有規(guī)分形和無(wú)規(guī)分形。根據(jù)嚴(yán)格的幾何規(guī)則產(chǎn)生的稱為有規(guī)分形，由自然界的自組織過(guò)程形成的分形是無(wú)規(guī)分形。無(wú)規(guī)分形非常普遍，例如布朗運(yùn)動(dòng)的軌跡、彎曲的海岸線、云彩的邊緣、城市功能的結(jié)構(gòu)分布等都是無(wú)規(guī)分形。有規(guī)分形只是無(wú)規(guī)分形的簡(jiǎn)化模型，是思維的抽象，是研究無(wú)規(guī)則分形的重要工具。

分形與混沌是密切關(guān)聯(lián)的。分形是混沌的普遍形態(tài)或幾何結(jié)構(gòu)?；煦鐒t是分形的產(chǎn)生和演化的動(dòng)力學(xué)描述。在自然界和社會(huì)現(xiàn)象中處處存在分形。分形的種種特征是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形態(tài)的豐富性和復(fù)雜性的表現(xiàn)。分形學(xué)已經(jīng)滲透到工程技術(shù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、醫(yī)藥衛(wèi)生以及人文科學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域，例如核反應(yīng)堆的安全問(wèn)題就用到分形學(xué)，生產(chǎn)人造羽絨也用到了分形學(xué)。

生物學(xué)家艾根在研究生物大分子時(shí)吸取了非平衡非線性熱力學(xué)的成果，創(chuàng)立了超循環(huán)理論。他于1979年出版了《超循環(huán)：一個(gè)自然的自組織原理》，系統(tǒng)地闡述了超循環(huán)理論。超循環(huán)的提出起源于生命的起源問(wèn)題。艾根認(rèn)為，在生命的化學(xué)進(jìn)化和生物進(jìn)化之間應(yīng)該有一個(gè)生物大分子的自組織階段。在這一階段,生物大分子有無(wú)序狀態(tài)發(fā)展起由循環(huán)形成的有序自組織逐漸向更高級(jí)、更復(fù)雜的組織進(jìn)化，從而導(dǎo)致生命的誕生。六、超循環(huán)理論

在生命現(xiàn)象中存在著許多循環(huán)過(guò)程。由低層次的循環(huán)組成的高層次的循環(huán)被稱為超循環(huán)。超循環(huán)理論可以用以研究生物大分子信息的起源和進(jìn)化，并且可以用數(shù)學(xué)模型加以描述。超循環(huán)理論不僅對(duì)生物大分子的形成和進(jìn)化提供了一種模型，而且考察了自然界的各種循環(huán)現(xiàn)象，提出了普遍的循環(huán)等級(jí)學(xué)說(shuō)，對(duì)于分析各種復(fù)雜的系統(tǒng)具有重要的啟示。

在一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)中，信息的積累和提取不可能在單一的過(guò)程中完成，因而許多個(gè)不可逆過(guò)程或循環(huán)過(guò)程才是高度自組織系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方式。做為系統(tǒng)學(xué)的一個(gè)組成部分，超循環(huán)理論對(duì)于研究系統(tǒng)的演化規(guī)律和自組織方式以及對(duì)于各種復(fù)雜系統(tǒng)的處理都有深刻的意義。

系統(tǒng)論、信息論和控制論都是20世紀(jì)中期產(chǎn)生的，三者的聯(lián)系十分密切。但是系統(tǒng)論側(cè)重于系統(tǒng)的一般理論，信息論和控制論則側(cè)重于研究信息和控制的特有規(guī)律并用以解決有關(guān)的技術(shù)問(wèn)題。因此，也可以認(rèn)為信息論和控制論是系統(tǒng)學(xué)中的應(yīng)用學(xué)科?！?.4系統(tǒng)的信息和控制一、信息論

信息論研究信息的產(chǎn)生、變換、傳輸、存儲(chǔ)、處理、識(shí)別和利用。就系統(tǒng)而言，任何系統(tǒng)都與外界進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息的交換。就人類的通信而言，信息是具有實(shí)際內(nèi)容的消息。信息是影響系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的重要因素之一。信息是人類感知的有意義的東西，它使人類獲得知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，是一種重要的資源。

通信是最基本的信息交換形式。在發(fā)展電通信的過(guò)程中，人們發(fā)現(xiàn)通信的可靠性和高效性是互相矛盾的。1922年，卡松提出信號(hào)的傳輸速率與信息的帶寬有比例關(guān)系，因而信息的傳遞必然與設(shè)備有關(guān)系，不能任意的提高傳速。申農(nóng)從30年代開(kāi)始研究通信問(wèn)題。他把消息當(dāng)成一個(gè)隨機(jī)的序列，抓住了通信的本質(zhì)，建立了一個(gè)恰當(dāng)?shù)哪Ｐ?，取得了突破性的成果并?948年發(fā)表了《通信的信息理論》一文。

申農(nóng)信息論是關(guān)于信源、信宿、信道和編碼的理論。其主要成就是：第一，他提出了通信系統(tǒng)的模型，指出了通信過(guò)程的五個(gè)重要環(huán)節(jié)：信源產(chǎn)生信息；編碼器把信息變換成信號(hào)；信道傳送信號(hào)；編碼器又把信號(hào)變換成信息；信宿獲得信息。第二，他給信息量下了一個(gè)概率定義，提出了度量信息量的數(shù)學(xué)公式：其中P（i）表示信源取第i個(gè)符號(hào)的概率。

第三，他提出了信源編碼定理，初步解決了充分表達(dá)信息的編碼和譯碼問(wèn)題。第四，他提出了信道定理，使信道的容量得以充分利用，使信息量和傳遞達(dá)到最大。第五，他初步解決了信宿提取信息的技術(shù)問(wèn)題。申農(nóng)信息論是應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法研究信息的處理和傳遞的科學(xué)，非常成功地解決了精確傳遞信號(hào)的技術(shù)問(wèn)題。

20世紀(jì)50年代之后，許多學(xué)者積極研究信息論，取得了豐碩的成果。人們提出了有效信息、語(yǔ)義信息、相對(duì)信息等新概念，研究了符號(hào)如何精確表達(dá)語(yǔ)義和語(yǔ)義有效地發(fā)揮作用的問(wèn)題。在公理體系方面人們研究了信息論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，提出了信息論的基本定理。在編碼理論方面，人們發(fā)展了代數(shù)編碼方法和概率譯碼法，認(rèn)識(shí)到追求最優(yōu)碼是毫無(wú)意義的。另外，卡爾曼建立了濾波理論的建立推動(dòng)了信息論的發(fā)展。

伴隨著理論的日益完善，信息論也被廣泛地應(yīng)用到各種學(xué)科和各種技術(shù)領(lǐng)域中去。信息論與物理學(xué)的結(jié)合是十分成功的。

物理學(xué)家布里淵提出物理系統(tǒng)中的信息是約束信息，不同于申農(nóng)的自由信息，并由此建立了信息的物理模型。他把信息與物理過(guò)程聯(lián)系起來(lái)，認(rèn)為信息與熵等價(jià)，提出了信息負(fù)熵原理，從而推導(dǎo)出了信息熵與熱熵的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即1比特=kln2.如果△S是熱熵的增量，△H是信息熵的增量，則有△S―△H≥0。布里淵的理論能解釋物理學(xué)中的一些問(wèn)題。

信息論已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、心理學(xué)、社會(huì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等許多學(xué)科中去。

控制論是把各種具體的研究對(duì)象抽象為一個(gè)控制系統(tǒng)，研究它的信息傳輸、反饋特征和最優(yōu)控制等問(wèn)題。維納于1948年出版了《控制論》一書(shū)，創(chuàng)立了這一學(xué)科。