第2章：系统科学的基本概念和方法

1、第 1 章第第 2 2 章章系统科学的基本概念和系统科学的基本概念和方法方法刘杨数学与系统科学学院系统科学与控制系第2章2 系统科学的基本概念和方法u 2.1 系统的基本概念系统的基本概念u 2.2 系统的状态、演化及分类系统的状态、演化及分类u 2.3 系统的模型系统的模型u 2.4 系统方法论系统方法论教学重点在课堂上，需要重点掌握和理解：在课堂上，需要重点掌握和理解：系统的定义、结构、层次、开放性、功能、状态、演化系统的定义、结构、层次、开放性、功能、状态、演化等基本概念等基本概念系统的一些分类方法及重要特征系统的一些分类方法及重要特征系统方法论的分类及各自特征系统方法论的分类及各自特征

2、2 系统科学的基本概念和方法u 2.1 系统的基本概念系统的基本概念 2.1.1 系统的概念系统的概念 2.1.2 系统的整体涌现性系统的整体涌现性 2.1.3 系统的结构系统的结构 2.1.4 环境环境 2.1.5 系统的功能系统的功能第 1 章2.1 系统的基本概念什么是系统？什么是系统？ 系统是系统科学研究的对象。系统一词来源于拉系统是系统科学研究的对象。系统一词来源于拉丁语丁语systma，是表示群、集合等意义的抽象名词，是表示群、集合等意义的抽象名词，其英文其英文“system”则对应多种中文解释，如体系、制则对应多种中文解释，如体系、制度，机构等。度，机构等。2.1.1 系统的概念

3、系统的概念第2章第 1 章2.1 系统的基本概念什么是系统？什么是系统？就中文字面意义而言，就中文字面意义而言， “系统系统”一词由系与统两个一词由系与统两个字组合而成。字组合而成。“系系”有两层含义：其一是多，系即系列，有两层含义：其一是多，系即系列，单一对象构不成系列，一个系统中必定包含不止一个对单一对象构不成系列，一个系统中必定包含不止一个对象；其二是联系，系即拴、绑，系统中的多个对象被拴象；其二是联系，系即拴、绑，系统中的多个对象被拴绑、联系在一起。绑、联系在一起。“统统”有统合、统一、统属等含义，系有统合、统一、统属等含义，系统与其所包含的对象之间是统与局的关系，系统意味着统与其所包

4、含的对象之间是统与局的关系，系统意味着合多为一、一统领多、多隶属于一。合而言之：系多而合多为一、一统领多、多隶属于一。合而言之：系多而成一统，谓之系统。成一统，谓之系统。2.1.1 系统的概念系统的概念第2章第 1 章2.1 系统的基本概念在系统科学的庞大体系中，不同学科由于研究范围和重在系统科学的庞大体系中，不同学科由于研究范围和重点的不同，常给出不同的系统定义。在技术科学层次上，点的不同，常给出不同的系统定义。在技术科学层次上，通常采用通常采用钱学森的定义：系统是由相互制约的各部分组钱学森的定义：系统是由相互制约的各部分组成的具有一定功能的整体成的具有一定功能的整体。2.1.1 系统的概念

5、系统的概念第2章第 1 章2.1 系统的基本概念在系统科学的庞大体系中，不同学科由于研究范围和重点在系统科学的庞大体系中，不同学科由于研究范围和重点的不同，常给出不同的系统定义。在技术科学层次上，通的不同，常给出不同的系统定义。在技术科学层次上，通常采用常采用钱学森的定义：系统是由相互制约的各部分组成的钱学森的定义：系统是由相互制约的各部分组成的具有一定功能的整体具有一定功能的整体。这个定义强调的是系统的功能，因为从技术科学看，研究、这个定义强调的是系统的功能，因为从技术科学看，研究、设计、组建、管理系统都是为了实现特定的功能目标，具设计、组建、管理系统都是为了实现特定的功能目标，具有特定功能

6、是系统的本质特性。有特定功能是系统的本质特性。2.1.1 系统的概念系统的概念第2章第 1 章2.1 系统的基本概念在基础科学层次上，通常采用贝塔朗菲的定义：在基础科学层次上，通常采用贝塔朗菲的定义：系统是相系统是相互联系、相互作用的诸元素的综合体。互联系、相互作用的诸元素的综合体。2.1.1 系统的概念系统的概念第2章第 1 章2.1 系统的基本概念在基础科学层次上，通常采用贝塔朗菲的定义：在基础科学层次上，通常采用贝塔朗菲的定义：系统是相系统是相互联系、相互作用的诸元素的综合体。互联系、相互作用的诸元素的综合体。这个定义强调的不是功能，而是元素之间的相互作用和系这个定义强调的不是功能，而是

7、元素之间的相互作用和系统对元素的整（综）合作用，以及由此形成的整体特性。统对元素的整（综）合作用，以及由此形成的整体特性。2.1.1 系统的概念系统的概念第2章第 1 章2.1 系统的基本概念定义定义2.1：如果对象集：如果对象集S满足以下两个条件：满足以下两个条件：（1）S中至少包含两个对象；中至少包含两个对象；（2）S中的对象按一定方式相互联系在一起形成整体。中的对象按一定方式相互联系在一起形成整体。则称则称S为一个为一个系统系统，称，称S中的对象为系统的中的对象为系统的组分组分，即组成，即组成部分。部分。2.1.1 系统的概念系统的概念第2章第 1 章2.1 系统的基本概念举例举例n很多

8、对象可以被看作是系统，它是事物存在的认识方式之很多对象可以被看作是系统，它是事物存在的认识方式之一。例如，研究宇亩时，银河系、太阳系、星体、地球可一。例如，研究宇亩时，银河系、太阳系、星体、地球可以看作是系统；物理学上，质点、刚体、粒子、电磁场可以看作是系统；物理学上，质点、刚体、粒子、电磁场可以看作是系统；在研究社会运动时，企业、家庭、工厂、以看作是系统；在研究社会运动时，企业、家庭、工厂、学校等也都可以作为系统来看待。学校等也都可以作为系统来看待。2.1.1 系统的概念系统的概念第2章第 1 章2.1 系统的概念、结构和功能举例举例n一本书，一列火车，一个教研室，一个城市，都是系统。一本书

9、，一列火车，一个教研室，一个城市，都是系统。24名生长在天南地北的年轻人，通过高考招生而走在一名生长在天南地北的年轻人，通过高考招生而走在一起，组成北京航空航天大学里的一个班起，组成北京航空航天大学里的一个班390931，这个班，这个班就是一个系统，就是一个系统，24名学生是它的组分。名学生是它的组分。2.1.1 系统的概念系统的概念第2章第 1 章2.1 系统的基本概念系统的基本特征：系统的基本特征：1. 多元性多元性 一个系统至少要有两个组分，系统的常态是包含多一个系统至少要有两个组分，系统的常态是包含多个组分，有些系统具有成千上万甚至更多数目的组分，理个组分，有些系统具有成千上万甚至更多

10、数目的组分，理论上存在包含无穷多个组分的系统。如整数系和实数系。论上存在包含无穷多个组分的系统。如整数系和实数系。相反，只有一个组分的事物，或者说不能划分为不同组分相反，只有一个组分的事物，或者说不能划分为不同组分的事物，是非系统。必须强调，的事物，是非系统。必须强调，多元性是系统之为系统的多元性是系统之为系统的存在前提，或物质基础。存在前提，或物质基础。2.1.1 系统的概念系统的概念第2章第 1 章2.1 系统的基本概念系统的基本特征：系统的基本特征：2. 相关性（相干性）相关性（相干性）同一系统的不同组分之间必定相互关联，系统不存同一系统的不同组分之间必定相互关联，系统不存在孤立元，即跟

11、别的组分没有联系的组分。如果一个集在孤立元，即跟别的组分没有联系的组分。如果一个集合或群体中至少有一个孤立元，它就不是系统，而是非合或群体中至少有一个孤立元，它就不是系统，而是非系统。没有多元性谈不上相关性，多元性是造就系统的系统。没有多元性谈不上相关性，多元性是造就系统的必要条件；必要条件；相关性是造就系统的充分条件相关性是造就系统的充分条件，相关性本身，相关性本身隐含着多元性（单一组分无所谓相关），相关性在系统隐含着多元性（单一组分无所谓相关），相关性在系统形成中具有决定性作用。形成中具有决定性作用。2.1.1 系统的概念系统的概念第2章第 1 章2.1 系统的基本概念系统的基本特征：系统

12、的基本特征：3. 统一性或一体性统一性或一体性 多元性加上相关性，造就了系统的一体性。诸多对多元性加上相关性，造就了系统的一体性。诸多对象一旦相互联系而成为系统，它就能够作为统一体与他象一旦相互联系而成为系统，它就能够作为统一体与他物发生关系，因而被人们当成一个事物去认识和对待；物发生关系，因而被人们当成一个事物去认识和对待；而诸多对象则转化为系统的组分，处于系统的内部。体而诸多对象则转化为系统的组分，处于系统的内部。体现系统本质特征的不是内部蕴含的那些现系统本质特征的不是内部蕴含的那些“多多”，而是相对，而是相对于外部所呈现出来、可以从外部感知的那个于外部所呈现出来、可以从外部感知的那个“一

13、一”。系统。系统是多与一的综合集成，是多与一的综合集成，无多不成系统，非一也不成系统，无多不成系统，非一也不成系统，但居主导地位的是一，一统领多，多隶属于一但居主导地位的是一，一统领多，多隶属于一。2.1.1 系统的概念系统的概念第2章第 1 章2.1 系统的基本概念系统的基本特征：系统的基本特征：4. 整体性整体性 多元性是基础，相关性是主导，一体性是目标，三者多元性是基础，相关性是主导，一体性是目标，三者综合集成起来，造就了系统的整体性。作为系统的事物综合集成起来，造就了系统的整体性。作为系统的事物必定整体地存在，整体地运行，整体地延续，整体地跟必定整体地存在，整体地运行，整体地延续，整体

14、地跟其他事物发生关联，整体地演化等等，呈现出一系列整其他事物发生关联，整体地演化等等，呈现出一系列整体特性。整体性包含了多元性、相关性和一体性，整体体特性。整体性包含了多元性、相关性和一体性，整体性是系统最重要的属性。性是系统最重要的属性。2.1.1 系统的概念系统的概念第2章第 1 章2.1 系统的基本概念书中定义：系统书中定义：系统是由一些元素（要素）通过相互作用、是由一些元素（要素）通过相互作用、相互关联、相互制约而组成的，具有一定功能的整体。相互关联、相互制约而组成的，具有一定功能的整体。 系统虽有多种定义，但实质上它们的差别并不大。系统虽有多种定义，但实质上它们的差别并不大。2.1.

15、1 系统的概念系统的概念第2章第 1 章2.1 系统的基本概念组成系统的三要素：组成系统的三要素：n由两个或两个以上的元素构成（多元性）由两个或两个以上的元素构成（多元性）n各元素之间存在着相互关联、相互作用、相互制约各元素之间存在着相互关联、相互作用、相互制约（相关性）（相关性）n整体要具有不同于各组成元素的结构和功能（功能性）整体要具有不同于各组成元素的结构和功能（功能性） 2.1.1 系统的概念系统的概念第2章第 1 章2.1 系统的基本概念什么不是系统？什么不是系统？一块石头一块石头一个数一个数一栋砖瓦房是系统，把它拆为一堆砖瓦则不是系统一栋砖瓦房是系统，把它拆为一堆砖瓦则不是系统2.

16、1.1 系统的概念系统的概念第2章第 1 章2.1 系统的相关基本概念非系统定义非系统定义定义定义2.2：对象集合：对象集合N如果满足以下两个条件之一：如果满足以下两个条件之一：（1） N中只有一个不可再分的对象；中只有一个不可再分的对象；（2） N中不同对象之间没有按一定方式连成一体中不同对象之间没有按一定方式连成一体 则称则称N为一个非系统。为一个非系统。2.1.1 系统的概念系统的概念第2章第 1 章2.1 系统的基本概念非系统定义非系统定义定义定义2.2：对象集合：对象集合N如果满足以下两个条件之一：如果满足以下两个条件之一：（1） N中只有一个不可再分的对象；中只有一个不可再分的对象

17、；（2） N中不同对象之间没有按一定方式连成一体中不同对象之间没有按一定方式连成一体 则称则称N为一个非系统。为一个非系统。u这个定义把非系统分为两类。第一类是没有构成元素的这个定义把非系统分为两类。第一类是没有构成元素的事物，即不可分解的囫囵整体，如数学中的单元集。第事物，即不可分解的囫囵整体，如数学中的单元集。第二类是组分之间没有特定联系的对象群体，如数学中没二类是组分之间没有特定联系的对象群体，如数学中没有规定元素关系的多元集，或者至少存在一个孤立元或有规定元素关系的多元集，或者至少存在一个孤立元或孤立子集的多元集。孤立子集的多元集。2.1.1 系统的概念系统的概念第2章第 1 章2.1

18、 系统的基本概念组分、元素、要素组分、元素、要素为了深入系统内部精细地研究系统，必然涉及组分、为了深入系统内部精细地研究系统，必然涉及组分、部分、元素、要素等概念。部分、元素、要素等概念。组分不同于部分，组分一定是部分，部分未必是组分。组分不同于部分，组分一定是部分，部分未必是组分。属于系统而又小于系统的对象属于系统而又小于系统的对象，都是系统的，都是系统的部分部分。但。但部分不一定具有结构意义，不一定是系统的结构单元；部分不一定具有结构意义，不一定是系统的结构单元；组分则是系统的结构单元，必须具有结构意义组分则是系统的结构单元，必须具有结构意义。2.1.1 系统的概念系统的概念第2章第 1

19、章2.1 系统的基本概念组分、元素、要素组分、元素、要素u“破镜难圆破镜难圆”因为镜子的碎片不是镜子的组分，无因为镜子的碎片不是镜子的组分，无结构单元的特性。结构单元的特性。u按照系统的结构特征划分出来的部分才是系统的组分，按照系统的结构特征划分出来的部分才是系统的组分，如人体系统的骨骼、肌肉、消化器官等。如人体系统的骨骼、肌肉、消化器官等。2.1.1 系统的概念系统的概念第2章第 1 章2.1 系统的基本概念组分、元素、要素组分、元素、要素组分有大小之别，组分的组分一般还可能是系统的组组分有大小之别，组分的组分一般还可能是系统的组分。学院是大学的组分，系、所是学院的组分，也是分。学院是大学的

20、组分，系、所是学院的组分，也是大学的组分；教研室是系的组分，同时也是学院和大大学的组分；教研室是系的组分，同时也是学院和大学的组分。学的组分。2.1.1 系统的概念系统的概念第2章最小的组分，即不能或不许或无须再细分的组分，称为最小的组分，即不能或不许或无须再细分的组分，称为元素元素。系统科学通常使用的是。系统科学通常使用的是要素要素概念。概念。第 1 章2.1 系统的基本概念简单地强调系统科学是关于整体性的科学，可能引起简单地强调系统科学是关于整体性的科学，可能引起误解。贝塔朗菲本人已经意识到达一点，他指出存在误解。贝塔朗菲本人已经意识到达一点，他指出存在两类两类整体和整体性。整体和整体性。

21、2.1.2 系统的整体涌现性系统的整体涌现性第2章第 1 章2.1 系统的基本概念简单地强调系统科学是关于整体性的科学，可能引起简单地强调系统科学是关于整体性的科学，可能引起误解。贝塔朗菲本人已经意识到这一点，他指出存在误解。贝塔朗菲本人已经意识到这一点，他指出存在两类两类整体和整体性。整体和整体性。n一类是一类是加和性整体加和性整体：整体是各个孤立元素的总和。元：整体是各个孤立元素的总和。元素的加和性特征意味着，不论它处于整体之内还是之素的加和性特征意味着，不论它处于整体之内还是之外，这些特征都是一样的，只要知道了元素在孤立状外，这些特征都是一样的，只要知道了元素在孤立状态中的特征，并汇集起

22、来，即可获得整体的特征。物态中的特征，并汇集起来，即可获得整体的特征。物理对象的重量、分子量和热量等，都是事物的加和性理对象的重量、分子量和热量等，都是事物的加和性特征。这种加和性整体就是前述第二类非系统。特征。这种加和性整体就是前述第二类非系统。2.1.2 系统的整体涌现性系统的整体涌现性第2章第 1 章2.1 系统的基本概念另一类是另一类是组合性整体组合性整体，或，或非加和性整体非加和性整体：l所谓组合性特征，就元素而言，指同一元素处于整体所谓组合性特征，就元素而言，指同一元素处于整体内部和处于整体外部时是不一样的。内部和处于整体外部时是不一样的。l就整体而言，组合性整体特征指依赖于部分之

23、间特定就整体而言，组合性整体特征指依赖于部分之间特定关系的那些特征。关系的那些特征。2.1.2 系统的整体涌现性系统的整体涌现性第2章第 1 章2.1 系统的基本概念另一类是另一类是组合性整体组合性整体，或，或非加和性整体非加和性整体：l所谓组合性特征，就元素而言，指同一元素处于整体所谓组合性特征，就元素而言，指同一元素处于整体内部和处于整体外部时是不一样的。内部和处于整体外部时是不一样的。l就整体而言，组合性整体特征指依赖于部分之间特定就整体而言，组合性整体特征指依赖于部分之间特定关系的那些特征。关系的那些特征。如化合物的特征不是其组成元素之特征的加和，而是如化合物的特征不是其组成元素之特征

24、的加和，而是不同物质元素经过化学反应（一种特殊的相互作用）不同物质元素经过化学反应（一种特殊的相互作用）而产生的特征。只有这种组合性整体，才能称为系统。而产生的特征。只有这种组合性整体，才能称为系统。2.1.2 系统的整体涌现性系统的整体涌现性第2章第 1 章2.1 系统的基本概念2.1.2 系统的整体涌现性系统的整体涌现性第2章应当指出：任何系统都具有加和式整体性。一架应当指出：任何系统都具有加和式整体性。一架飞机的总重量是各部件重量之加和，一个学校的飞机的总重量是各部件重量之加和，一个学校的耗电总量是各单位耗电量的加和，一本书的总字耗电总量是各单位耗电量的加和，一本书的总字数是各章节字数的

25、加和，等等。总之，凡是只涉数是各章节字数的加和，等等。总之，凡是只涉及质量或能量之类的特性，由于物质不灭和能量及质量或能量之类的特性，由于物质不灭和能量守恒，整体必定等于部分之和。对于这类加和性守恒，整体必定等于部分之和。对于这类加和性整体，自然科学已作出透彻的研究，不再是系统整体，自然科学已作出透彻的研究，不再是系统科学关注的问题。科学关注的问题。第 1 章2.1 系统的基本概念组合性或非加和性的说法不够深刻。更科学的称谓是组合性或非加和性的说法不够深刻。更科学的称谓是涌现性。涌现性。系统整体具有而它的元素或组分及其总和却系统整体具有而它的元素或组分及其总和却不具有的特征，称为系统的整体涌现

26、性不具有的特征，称为系统的整体涌现性。或者说，诸。或者说，诸多组分一旦按照某种方式整合为系统就会呈现出来、多组分一旦按照某种方式整合为系统就会呈现出来、一经分解为独立的组分便不复存在的特征，就是整体一经分解为独立的组分便不复存在的特征，就是整体涌现性。涌现性。2.1.2 系统的整体涌现性系统的整体涌现性第2章第 1 章2.1 系统的基本概念组合性或非加和性的说法不够深刻。更科学的称谓是组合性或非加和性的说法不够深刻。更科学的称谓是涌现性。涌现性。系统整体具有而它的元素或组分及其总和却系统整体具有而它的元素或组分及其总和却不具有的特征，称为系统的整体涌现性不具有的特征，称为系统的整体涌现性。或者

27、说，诸。或者说，诸多组分一旦按照某种方式整合为系统就会呈现出来、多组分一旦按照某种方式整合为系统就会呈现出来、一经分解为独立的组分便不复存在的特征，就是整体一经分解为独立的组分便不复存在的特征，就是整体涌现性。涌现性。贝塔朗菲曾借用亚里士多德的命题贝塔朗菲曾借用亚里士多德的命题“整体大于部分之整体大于部分之和和”来直观地表述这种整体涌现性，可简化表示为来直观地表述这种整体涌现性，可简化表示为1+12。例如：一堆自行车零件无法派上用场，一经。例如：一堆自行车零件无法派上用场，一经组装为自行车，就是一个交通工具。组装为自行车，就是一个交通工具。2.1.2 系统的整体涌现性系统的整体涌现性第2章第

28、1 章2.1 系统的基本概念要了解组分之间如何互动，部分与整体如何相互沟通，要了解组分之间如何互动，部分与整体如何相互沟通，或组分与系统如何相互过渡，必须掌握结构概念，其或组分与系统如何相互过渡，必须掌握结构概念，其间的关系可简单如图示：间的关系可简单如图示：2.1.3 系统的结构系统的结构第2章第 1 章2.1 系统的基本概念系统科学讲的组分（要素）和结构是两个紧密联系而系统科学讲的组分（要素）和结构是两个紧密联系而又不同的概念，组分仅指系统的基本的或主要的组成又不同的概念，组分仅指系统的基本的或主要的组成部分或构成要素，不涉及它们之间的关系，结构才涉部分或构成要素，不涉及它们之间的关系，结

29、构才涉及而且只涉及组分之间的关系。及而且只涉及组分之间的关系。2.1.3 系统的结构系统的结构第2章第 1 章2.1 系统的基本概念系统科学讲的组分（要素）和结构是两个紧密联系而系统科学讲的组分（要素）和结构是两个紧密联系而又不同的概念，组分仅指系统的基本的或主要的组成又不同的概念，组分仅指系统的基本的或主要的组成部分或构成要素，不涉及它们之间的关系，结构才涉部分或构成要素，不涉及它们之间的关系，结构才涉及而且只涉及组分之间的关系。及而且只涉及组分之间的关系。就字面看，系统的结构指的是组分或要素相互结合形就字面看，系统的结构指的是组分或要素相互结合形成的架构或关联方式，关注的是结合方式及其形成

30、的成的架构或关联方式，关注的是结合方式及其形成的整个框架或构形。更准确地讲，整个框架或构形。更准确地讲，系统科学把结构定义系统科学把结构定义为组分或要素之间关联方式的总和。为组分或要素之间关联方式的总和。2.1.3 系统的结构系统的结构第2章第 1 章2.1 系统的基本概念系统的形式化表示系统的形式化表示2.1.3 系统的结构系统的结构第2章系统可以形式化地定义为：系统可以形式化地定义为：S=其中：其中： A表示系统表示系统S中所有元素的集合；中所有元素的集合； R表示系统表示系统S中所有元素之间关系的集合。中所有元素之间关系的集合。第 1 章2.1 系统的基本概念三种重要结构类型三种重要结构

31、类型1空间结构与时间结构空间结构与时间结构现实的系统及其组分都存续运行于一定的空间和时现实的系统及其组分都存续运行于一定的空间和时间中，组分之间的关联只能通过空间形式或时间形式表间中，组分之间的关联只能通过空间形式或时间形式表现出来，因而就有了空间结构和时间结构的概念。现出来，因而就有了空间结构和时间结构的概念。2.1.3 系统的结构系统的结构第2章第 1 章2.1 系统的基本概念三种重要结构类型三种重要结构类型1空间结构与时间结构空间结构与时间结构空间结构：空间结构：不同组分在物理空间中的位置关系，如上下不同组分在物理空间中的位置关系，如上下、左右、前后、里外的配置，或者说组分在空间中的分、

32、左右、前后、里外的配置，或者说组分在空间中的分布方式，以及由此而形成的相互支持、相互制约等关系布方式，以及由此而形成的相互支持、相互制约等关系，属于系统的空间结构。火车站在全国的分布，反映中，属于系统的空间结构。火车站在全国的分布，反映中国铁路系统的空间结构。国铁路系统的空间结构。2.1.3 系统的结构系统的结构第2章第 1 章2.1 系统的基本概念三种重要结构类型三种重要结构类型1空间结构与时间结构空间结构与时间结构时间结构：时间结构：系统作为过程在时间维中的展开，必有不同系统作为过程在时间维中的展开，必有不同动作、时期、阶段的划分，不同动作、时期、阶段如何动作、时期、阶段的划分，不同动作、

33、时期、阶段如何关联、衔接、过渡的方式，形成系统的时间结构。当年关联、衔接、过渡的方式，形成系统的时间结构。当年毛泽东把中华民族的抗日战争划分为三大阶段，详细描毛泽东把中华民族的抗日战争划分为三大阶段，详细描述了三个阶段之间的衔接和过渡，预测可能出现的曲折述了三个阶段之间的衔接和过渡，预测可能出现的曲折，就是对抗日战争这个系统的时间结构的科学分析，就是对抗日战争这个系统的时间结构的科学分析 。2.1.3 系统的结构系统的结构第2章第 1 章2.1 系统的基本概念三种重要结构类型三种重要结构类型1空间结构与时间结构空间结构与时间结构时间结构：时间结构：系统作为过程在时间维中的展开，必有不同系统作为

34、过程在时间维中的展开，必有不同动作、时期、阶段的划分，不同动作、时期、阶段如何动作、时期、阶段的划分，不同动作、时期、阶段如何关联、衔接、过渡的方式，形成系统的时间结构。当年关联、衔接、过渡的方式，形成系统的时间结构。当年毛泽东把中华民族的抗日战争划分为三大阶段，详细描毛泽东把中华民族的抗日战争划分为三大阶段，详细描述了三个阶段之间的衔接和过渡，预测可能出现的曲折述了三个阶段之间的衔接和过渡，预测可能出现的曲折，就是对抗日战争这个系统的时间结构的科学分析，就是对抗日战争这个系统的时间结构的科学分析 。时空混合结构：时空混合结构：如树的年轮。如树的年轮。2.1.3 系统的结构系统的结构第2章第

35、1 章2.1 系统的基本概念三种重要结构类型三种重要结构类型2框架结构与运行结构框架结构与运行结构组分之间固定的连接方式，称为系统的组分之间固定的连接方式，称为系统的框架结构框架结构。系统在其工作运行中显示出来的组分互动方式，称为系统在其工作运行中显示出来的组分互动方式，称为运运行结构行结构。 2.1.3 系统的结构系统的结构第2章第 1 章2.1 系统的基本概念三种重要结构类型三种重要结构类型2框架结构与运行结构框架结构与运行结构组分之间固定的连接方式，称为系统的组分之间固定的连接方式，称为系统的框架结构框架结构。系统在其工作运行中显示出来的组分互动方式，称为系统在其工作运行中显示出来的组分

36、互动方式，称为运运行结构行结构。 举例：汽车作为系统，车身、发动机、方向盘以及其他举例：汽车作为系统，车身、发动机、方向盘以及其他附件这些组分之间的相对位置、连接固定方式、空间布附件这些组分之间的相对位置、连接固定方式、空间布局等是框架结构；汽车开动行驶过程中各组分之间的互局等是框架结构；汽车开动行驶过程中各组分之间的互动协调方式是运行结构。动协调方式是运行结构。2.1.3 系统的结构系统的结构第2章第 1 章2.1 系统的基本概念三种重要结构类型三种重要结构类型3硬结构与软结构硬结构与软结构尽管组分之间的联系形形色色，但大体可以分为两尽管组分之间的联系形形色色，但大体可以分为两种：一种是显在

37、的、易于直接感触、描述和把握的，称种：一种是显在的、易于直接感触、描述和把握的，称为硬联系；一种是潜在的，难以直接感触、描述和把握为硬联系；一种是潜在的，难以直接感触、描述和把握，需要用心思去领悟方可发现，称为软联系。前者的总，需要用心思去领悟方可发现，称为软联系。前者的总和是和是硬结构硬结构，后者的总和是，后者的总和是软结构软结构。2.1.3 系统的结构系统的结构第2章第 1 章2.1 系统的基本概念三种重要结构类型三种重要结构类型3硬结构与软结构硬结构与软结构尽管组分之间的联系形形色色，但大体可以分为两尽管组分之间的联系形形色色，但大体可以分为两种：一种是显在的、易于直接感触、描述和把握的

38、，称种：一种是显在的、易于直接感触、描述和把握的，称为硬联系；一种是潜在的，难以直接感触、描述和把握为硬联系；一种是潜在的，难以直接感触、描述和把握，需要用心思去领悟方可发现，称为软联系。前者的总，需要用心思去领悟方可发现，称为软联系。前者的总和是和是硬结构硬结构，后者的总和是，后者的总和是软结构软结构。举例：凡系统原则上都有硬结构和软结构的划分，框架举例：凡系统原则上都有硬结构和软结构的划分，框架结构是硬结构，运行结构中就包含一定的软结构。电脑结构是硬结构，运行结构中就包含一定的软结构。电脑硬件的连接方式是它的硬结构，软件即程序的连接方式硬件的连接方式是它的硬结构，软件即程序的连接方式是它的

39、软结构。是它的软结构。2.1.3 系统的结构系统的结构第2章第 1 章2.1 系统的基本概念子系统子系统当系统的组分数量足够多，而且难以甚至无法按照同一当系统的组分数量足够多，而且难以甚至无法按照同一方式进行整合和管理时，就必须对它们分片或分组或分方式进行整合和管理时，就必须对它们分片或分组或分段进行整合和管理。考察这种系统结构需要段进行整合和管理。考察这种系统结构需要子系统子系统概念概念。2.1.3 系统的结构系统的结构第2章如果系统如果系统S的某个部分的某个部分Si本身又是一个小的系统，就本身又是一个小的系统，就称它为称它为子系统子系统或或分系统分系统，称，称S为母系统或整系统。为母系统或

40、整系统。第 1 章2.1 系统的基本概念子系统子系统当系统的组分数量足够多，而且难以甚至无法按照同一当系统的组分数量足够多，而且难以甚至无法按照同一方式进行整合和管理时，就必须对它们分片或分组或分方式进行整合和管理时，就必须对它们分片或分组或分段进行整合和管理。考察这种系统结构需要段进行整合和管理。考察这种系统结构需要子系统子系统概念概念.2.1.3 系统的结构系统的结构第2章如果系统如果系统S的某个部分的某个部分Si本身又是一个小的系统，就本身又是一个小的系统，就称它为称它为子系统子系统或或分系统分系统，称，称S为母系统或整系统。为母系统或整系统。u举例：一个新兵连的一百多名战士要分为几个排

41、来管举例：一个新兵连的一百多名战士要分为几个排来管理，一个排的几十号弟兄要分为几个班来管理，排是连的理，一个排的几十号弟兄要分为几个班来管理，排是连的子系统，班是排的子系统，也是连的子系统。子系统，班是排的子系统，也是连的子系统。第 1 章2.1 系统的基本概念子系统的基本特征：子系统的基本特征：1. 系统性：系统性：子系统不是一般的部分，也不仅仅是整系统子系统不是一般的部分，也不仅仅是整系统的组分，它的组分，它本身一定是系统本身一定是系统，具有系统的基本特征，必，具有系统的基本特征，必须作为系统来认识。须作为系统来认识。2. 隶属性：隶属性：子系统是母系统的一个子系统是母系统的一个真部分真部

42、分，母系统中至，母系统中至少还有不同于它的另一个子系统，一般情形是同时存在少还有不同于它的另一个子系统，一般情形是同时存在多个真子系统。多个真子系统。3. 地方性（局域性）：地方性（局域性）：与整系统相比较，子系统的重要与整系统相比较，子系统的重要特点在于具有地方性，或称局域性。不同的构成成分，特点在于具有地方性，或称局域性。不同的构成成分，不同的内部关联方式，不同的不同的内部关联方式，不同的“邻居邻居”，不同的空间占有，不同的空间占有等等，造成等等，造成不同子系统具有不同的局域性不同子系统具有不同的局域性。2.1.3 系统的结构系统的结构第2章第 1 章2.1 系统的基本概念层次层次层次是划

43、分系统结构的一个重要工具，也是结构分析的层次是划分系统结构的一个重要工具，也是结构分析的主要方式。系统的结构可以表示为各级子系统和系统要主要方式。系统的结构可以表示为各级子系统和系统要素的层次结构形式。层次是一个难以准确定义的概念，素的层次结构形式。层次是一个难以准确定义的概念，直到现在深刻而系统的层次理论仍然没有建立起来。直到现在深刻而系统的层次理论仍然没有建立起来。2.1.3 系统的结构系统的结构第2章第 1 章2.1 系统的基本概念层次层次只要是系统，就至少有两个层次，即组分层次和整体层只要是系统，就至少有两个层次，即组分层次和整体层次，整体属于高层次，局部属于低层次。但只有两个层次，整

44、体属于高层次，局部属于低层次。但只有两个层次的系统，对组分进行整合可以直接产生系统的整体涌次的系统，对组分进行整合可以直接产生系统的整体涌现性，无须先形成子系统，也就不会有中间层次，因而现性，无须先形成子系统，也就不会有中间层次，因而通常不称其为层次结构系统。通常不称其为层次结构系统。举例：斧头装上把柄，就是一件完整的工具系统，没有举例：斧头装上把柄，就是一件完整的工具系统，没有子系统，也没有中间层次。子系统，也没有中间层次。2.1.3 系统的结构系统的结构第2章第 1 章2.1 系统的基本概念层次层次至少包含三个层次的系统，即存在介于组分和系统整体至少包含三个层次的系统，即存在介于组分和系统

45、整体之间的层次，才称为之间的层次，才称为层次结构系统层次结构系统。举例：大学作为系统，可以看成由学生个人、班、年级举例：大学作为系统，可以看成由学生个人、班、年级、系、院、学校、系、院、学校六个层次六个层次构成的多层次系统。构成的多层次系统。2.1.3 系统的结构系统的结构第2章第 1 章2.1 系统的基本概念层次层次一般来说，在系统中，一般来说，在系统中，高层次包含和支配低层次，低层高层次包含和支配低层次，低层次隶属和支撑高层次次隶属和支撑高层次。 层次划分与子系统划分密切相关层次划分与子系统划分密切相关。只要有子系统划分，。只要有子系统划分，就有中间层次的划分；只要存在中间层次，就有子系统

46、就有中间层次的划分；只要存在中间层次，就有子系统划分。划分。 层次结构观点有助于更深刻地理解涌现性。层次结构观点有助于更深刻地理解涌现性。凡高层次具凡高层次具有而低层次不具有的特性有而低层次不具有的特性，即在高层次上观测到的属性，即在高层次上观测到的属性，一旦还原到低层次就不复存在，这样的属性，一旦还原到低层次就不复存在，这样的属性就是涌现就是涌现特性特性。如气体系统的分子无温度、压强可言，温度和压。如气体系统的分子无温度、压强可言，温度和压强是气体系统在整体层次上涌现出来的宏观特性。强是气体系统在整体层次上涌现出来的宏观特性。2.1.3 系统的结构系统的结构第2章第 1 章2.1 系统的基本

47、概念典型结构的形式化描述：典型结构的形式化描述：1.链式结构：链式结构：生态系统有食物链，经济系统有产业链，商生态系统有食物链，经济系统有产业链，商家讲供应链等等，都是链式结构的系统。家讲供应链等等，都是链式结构的系统。2.1.3 系统的结构系统的结构第2章第 1 章2.1 系统的基本概念典型结构的形式化描述：典型结构的形式化描述：1.链式结构：链式结构：生态系统有食物链，经济系统有产业链，商生态系统有食物链，经济系统有产业链，商家讲供应链等等，都是链式结构的系统。家讲供应链等等，都是链式结构的系统。2.环形结构：环形结构：链式结构的系统如果首尾相接，就形成环形链式结构的系统如果首尾相接，就形

48、成环形结构的系统。哲学讲的因果环，气动力学讲的大气环流结构的系统。哲学讲的因果环，气动力学讲的大气环流，城市交通的环形线等等，都是环形结构的系统。，城市交通的环形线等等，都是环形结构的系统。2.1.3 系统的结构系统的结构第2章第 1 章2.1 系统的基本概念典型结构的形式化描述：典型结构的形式化描述：1.链式结构：链式结构：生态系统有食物链，经济系统有产业链，商生态系统有食物链，经济系统有产业链，商家讲供应链等等，都是链式结构的系统。家讲供应链等等，都是链式结构的系统。2.环形结构：环形结构：链式结构的系统如果首尾相接，就形成环形链式结构的系统如果首尾相接，就形成环形结构的系统。哲学讲的因果

49、环，气动力学讲的大气环流结构的系统。哲学讲的因果环，气动力学讲的大气环流，城市交通的环形线等等，都是环形结构的系统。，城市交通的环形线等等，都是环形结构的系统。3.嵌套结构：嵌套结构：多层次结构的系统有可能采取内外嵌套的形多层次结构的系统有可能采取内外嵌套的形式，称为嵌套结构。嵌套结构又有两种形式。许多式，称为嵌套结构。嵌套结构又有两种形式。许多二维二维系统具有圈层结构系统具有圈层结构，如：北京城市系统有环线结构，从，如：北京城市系统有环线结构，从原有的一环、二环原有的一环、二环向七环、八环扩展。许多向七环、八环扩展。许多三维系三维系统具有壳层结构统具有壳层结构，如：地球有地壳、地幔、地心的嵌

50、套，如：地球有地壳、地幔、地心的嵌套结构。结构。2.1.3 系统的结构系统的结构第2章第 1 章2.1 系统的基本概念典型结构的形式化描述：典型结构的形式化描述：4.塔式结构：塔式结构：在物理空间划分高低不同的层次，下层承载在物理空间划分高低不同的层次，下层承载上层，层层叠置。如埃及的金字塔和中国的佛塔，最低上层，层层叠置。如埃及的金字塔和中国的佛塔，最低层是塔基，经过若干中间层次，到最高层的塔尖。许多层是塔基，经过若干中间层次，到最高层的塔尖。许多系统在抽象的生态空间中呈现塔式结构，如人才系统和系统在抽象的生态空间中呈现塔式结构，如人才系统和权力系统，子系统的规模随层次提升而缩小。权力系统，

51、子系统的规模随层次提升而缩小。2.1.3 系统的结构系统的结构第2章第 1 章2.1 系统的基本概念典型结构的形式化描述：典型结构的形式化描述：4.塔式结构：塔式结构：在物理空间划分高低不同的层次，下层承载在物理空间划分高低不同的层次，下层承载上层，层层叠置。如埃及的金字塔和中国的佛塔，最低上层，层层叠置。如埃及的金字塔和中国的佛塔，最低层是塔基，经过若干中间层次，到最高层的塔尖。许多层是塔基，经过若干中间层次，到最高层的塔尖。许多系统在抽象的生态空间中呈现塔式结构，如人才系统和系统在抽象的生态空间中呈现塔式结构，如人才系统和权力系统，子系统的规模随层次提升而缩小。权力系统，子系统的规模随层次

52、提升而缩小。5.树状结构：树状结构：用数学图论中称为树的形式化系统来表示其用数学图论中称为树的形式化系统来表示其结构特征。应用：如家族树、决策树、语言树等。结构特征。应用：如家族树、决策树、语言树等。2.1.3 系统的结构系统的结构第2章第 1 章2.1 系统的基本概念典型结构的形式化描述：典型结构的形式化描述：4.塔式结构：塔式结构：在物理空间划分高低不同的层次，下层承载在物理空间划分高低不同的层次，下层承载上层，层层叠置。如埃及的金字塔和中国的佛塔，最低上层，层层叠置。如埃及的金字塔和中国的佛塔，最低层是塔基，经过若干中间层次，到最高层的塔尖。许多层是塔基，经过若干中间层次，到最高层的塔尖

53、。许多系统在抽象的生态空间中呈现塔式结构，如人才系统和系统在抽象的生态空间中呈现塔式结构，如人才系统和权力系统，子系统的规模随层次提升而缩小。权力系统，子系统的规模随层次提升而缩小。5.树状结构：树状结构：用数学图论中称为树的形式化系统来表示其用数学图论中称为树的形式化系统来表示其结构特征。应用：如家族树、决策树、语言树等。结构特征。应用：如家族树、决策树、语言树等。6.网络结构：网络结构：其特点之一是不同子系统之间、不同层次之其特点之一是不同子系统之间、不同层次之间的界限不再截然分明，而是形成各种各样的闭合环路间的界限不再截然分明，而是形成各种各样的闭合环路。公路网、铁路网、互联网、个人的社

54、会关系等都是具。公路网、铁路网、互联网、个人的社会关系等都是具有网络结构的系统。有网络结构的系统。2.1.3 系统的结构系统的结构第2章第 1 章2.1 系统的基本概念系统之外与之相关联并对系统产生响应的事物所构成系统之外与之相关联并对系统产生响应的事物所构成的集合称为该系统的的集合称为该系统的环境环境。任何一个系统都与环境有关并受其影响。系统的整体任何一个系统都与环境有关并受其影响。系统的整体涌现性不仅取决于内在的组分和结构，而且取决于外涌现性不仅取决于内在的组分和结构，而且取决于外在的环境。在的环境。2.1.4 环境环境系统环境物质能量信息第2章第 1 章2.1 系统的基本概念系统相对于它

55、所处的环境表现出来的变化称做系统的系统相对于它所处的环境表现出来的变化称做系统的行行为为，它一方面反映了系统自身的变化特性，另一方面也，它一方面反映了系统自身的变化特性，另一方面也体现了环境对系统施加的作用或影响。体现了环境对系统施加的作用或影响。2.1.5 系统的功能系统的功能第2章第 1 章2.1 系统的基本概念系统相对于它所处的环境表现出来的变化称做系统的系统相对于它所处的环境表现出来的变化称做系统的行行为为，它一方面反映了系统自身的变化特性，另一方面也，它一方面反映了系统自身的变化特性，另一方面也体现了环境对系统施加的作用或影响。体现了环境对系统施加的作用或影响。系统的行为对环境中的某

56、些事物乃至环境产生的持续作系统的行为对环境中的某些事物乃至环境产生的持续作用，称为系统的用，称为系统的功能功能。功能是系统的通有属性，凡系统都有功能。系统功能反功能是系统的通有属性，凡系统都有功能。系统功能反映了系统整体特性（整体涌现性）。映了系统整体特性（整体涌现性）。系统的功能由其结构和环境共同决定。系统的功能由其结构和环境共同决定。2.1.5 系统的功能系统的功能第2章第 1 章2.1 系统的基本概念系统功能具有以下特性：系统功能具有以下特性：系统功能只有在系统与环境的相互作用过程中才能体现系统功能只有在系统与环境的相互作用过程中才能体现一个系统，如果没有内部各要素之间的有机联系，一个系

57、统，如果没有内部各要素之间的有机联系，便不能形成一定的结构，从而不能称之为系统。同样，便不能形成一定的结构，从而不能称之为系统。同样，一个系统如果与环境介质之间没有相互作用，缺乏了系一个系统如果与环境介质之间没有相互作用，缺乏了系统的动态过程，也就无所谓功能了。因而功能只能在系统的动态过程，也就无所谓功能了。因而功能只能在系统与环境的相互作用过程中体现。统与环境的相互作用过程中体现。举例：只有当机器投入了生产，功能才得以发挥，潜在举例：只有当机器投入了生产，功能才得以发挥，潜在的生产力才转化为现实的收益。的生产力才转化为现实的收益。2.1.5 系统的功能系统的功能第2章第 1 章2.1 系统的

58、基本概念系统功能具有以下特性：系统功能具有以下特性：系统功能比系统结构具有更大的可变性系统功能比系统结构具有更大的可变性如前所述，系统的功能由结构与环境共同决定。一如前所述，系统的功能由结构与环境共同决定。一个系统的基本结构在一定的参数阈值内会保持稳定，而个系统的基本结构在一定的参数阈值内会保持稳定，而功能则不然。功能与结构相比具有更大的可变性。系统功能则不然。功能与结构相比具有更大的可变性。系统的外部环境一旦变化，即系统与外部的物质、能量、信的外部环境一旦变化，即系统与外部的物质、能量、信息的交换有所变动，则系统与环境相互作用的过程和效息的交换有所变动，则系统与环境相互作用的过程和效果就要受

59、到影响，这将引起系统功能的变化，而通常此果就要受到影响，这将引起系统功能的变化，而通常此时系统的结构并不发生改变。时系统的结构并不发生改变。2.1.5 系统的功能系统的功能第2章第 1 章2.1 系统的基本概念系统功能具有以下特性：系统功能具有以下特性：系统功能是系统的一种特定的性能系统功能是系统的一种特定的性能系统的性能是指，在系统内部相互作用以及和外部系统的性能是指，在系统内部相互作用以及和外部联系的过程中所表现出来的特性和能力。性能一般不是联系的过程中所表现出来的特性和能力。性能一般不是功能，功能却是一种特定的性能。例如，流动是空气的功能，功能却是一种特定的性能。例如，流动是空气的性能，

60、而利用流动进行风力发电则是其功能。可见，性性能，而利用流动进行风力发电则是其功能。可见，性能是功能的基础，功能是性能的外化，功能是在特定的能是功能的基础，功能是性能的外化，功能是在特定的环境下将某种性能体现于特定的过程之中。环境下将某种性能体现于特定的过程之中。2.1.5 系统的功能系统的功能第2章2 系统科学的基本概念和方法u 2.2 系统的状态、演化及分类系统的状态、演化及分类 2.2.1 系统的状态系统的状态 2.2.2 系统的演化系统的演化 2.2.3 系统的分类系统的分类 第 1 章2.2 系统的状态、演化及分类系统的那些可以观察和识别的状况、态势、特征系统的那些可以观察和识别的状况