复杂系统理论方法研究进展

1、系统科学的基本理论方法和应用思考 1报告大纲一、揭开系统科学的神秘面纱 （概念篇）二、系统科学的研究、发展与应用思考 （内涵、进展及思考篇）2一、揭开系统科学的神秘面纱（概念篇）1、 在什么情况下1+12？ 系统与系统思想什么是系统：由相互区别、相互作用的各个部分有机地联系在一起，为同一目的而完成某种功能的集合体。归纳为：多元性、相关性、整体性、目的性系统思想的核心：（1）事物的普遍联系观点（2）事物的永恒发展观点3系统的基本概念：（1）系统 S=；S：系统；A；要素集合：R：关系集合（2）结构、功能、行为（3）开放、封闭（4）状态、过程、演化 系统边界环境Si 4（5）大系统、小系统（6）简

2、单系统、复杂系统（7）层次性、涌现性（8）系统整体与部分之间的关系： 整体 = 部分和 自组织有序演化dr/dt = 0有序化临界 渐近无序化系统熵可用于简单巨系统演化的描述与分析15熵和序的关系:熵:平均信息量,度量系统的不确定性和非均匀性;注重于量的度量.序:对称破缺性,度量系统的差异性;注重于质的度量.16应用思考:应用信息熵（1）进行慢性疾病症状指标的聚类、关联性分析（2）不同要素之间的相关性分析（见孙继佳的部分工作）（3）运用熵判据描述和研究慢性疾病的演化进程（待探索）17 、烧开水中的学问耗散结构及其形成条件 贝纳德流实验：T=T1-T2= (0c1c2c3)18两类有序结构静态有

3、序结构： 静态结构，如食盐，冰水汽相互转化动态有序结构： 耗散结构，如贝纳德流，生物系统等。有序与系统演化： 进化系统状态越来越有序； 退化系统状态越来越无序。19耗散结构形成条件：（1）开放性系统与环境存在物质、能量和信息的交换；（2）不可逆性时间反演变换不对称：f(t) f(-t)（3）远离平衡态趋近非稳定平衡点（4）非线性存在多个稳定平衡点（5）涨落现象ABC204、船到桥头自会直 支配与演化系统协同演化的三大基本原理：（1）不稳定性原理 不稳定性的积极作用（2）支配原理 慢变量支配快变量（3）序参量原理 序参量支配系统中其他变量21三个臭皮匠顶个诸葛亮团队的整体涌现 三人行必有我师（孔

4、子语，概率约为99.93%）水(H2O)的自豪与无奈INTERNET与无标度网络（小世界、负幂率分布）搭便车（行为学）22 拉面中的长程关联 害羞的因果关系长周期性：太阳黑子爆发（约11.2年）商业周期（4-5年）库茨涅兹周期（15-16年）经济长波（50-60年）股票系统（？年）一因多果，一果多因，多因多果（糖尿病）23应用思考： 慢性疾病在分子、细胞、组织、器官等方面存在复杂的纵向关联，呈现出一定的层次性和涌现性。因此，自组织理论包括协同理论和耗散结构理论将是处理问题的有力武器。24（1）城门失火，殃及池鱼 肾阴虚与季节有无（长程）关联？（五行学说）（2）慢性疾病的诊治有没有快变量和慢变量

5、？其支配机制如何？序参量又是什么？（待探索）（3）慢性疾病发病过程是一个耗散结构演化过程？是有序化走向无序化？ （待探索）255、从美国世贸大厦的倒塌谈起 突变与结构稳定性 结构稳定性： 控制参量小的扰动不会引起系统定性特征的变化。突变与渐变： 控制参量的渐变导致系统定性特征的突变。分叉与选择：26最后一根稻草压死骆驼 量变与质变的阈值原理真理与谬误仅一步之差（过犹不及）变化与演化：白蚁侵蚀木屋（突变）炸药爆炸（崩溃）零度水（临界）27应用思考： 慢性疾病病理变化的多阶段性，并且阶段内表现为数量渐变，阶段间表现为本质性突变。因此突变理论和方法将会有用武之地。 其势函数包括那些因素？突变芽如何确

6、定？从量变到质变的内在机制是什么？（待研究）286、电脑算命你信吗？ 混沌与初值敏感性什么是混沌？（1）鱼缸中的苍蝇（2）春蚕结茧（3）心跳与脉搏（4）天气能预报吗？（5）股价指数谁能说得准？29.蝴蝶效应ABC30、一枚蹄钉亡了一个帝国初值 敏感性美国民谣：缺了一枚钉，坏了一只蹄铁；坏了一只蹄铁，翻了一匹马；翻了一匹马，死了一位将；死了一位将，输了一场战争；输了一场战争，亡了一个帝国。罗伦兹的故事差之毫厘，谬以千里。31.混沌的基本特征：（1）初值敏感性（2）非周期性（3）局部不稳定、全局稳定性（4）内在随机性（5）自相似性（6）分数维数32应用思考： 慢性疾病在发展过程中一些细微的因素可能

7、会成为“导火索”，此时“蝴蝶效应”、初值敏感性，混沌理论可能会有表演的舞台。（1）慢性疾病的病变过程中是否会有阈值效应？（待研究）（2）慢性疾病的演变有没有自相似过程？如果有，其自相似规律又是什么？（待研究）33、造就美的机器 自相似与分形自相似：整体与局部相似 EEEEE E EEEEE E EEEEE34分形：海岸线到底有多长？传统维数的概念： d=k/ l点零维；线一维面两维体三维运动物体四维35分数维数： D=lnN(e)/ln(1/e)koch曲线： D=n*ln4/（n*ln3）,n=1,2,3 =1.26（维）36Sierpinski地毯D=n*ln8/n*ln3,n=1,2,3

8、 =1.89（维）37应用思考： 分型几何学也许会成为中医药临床疗效评价的一种重要的手段。（1）利用慢性疾病检查的图象信息（CT、B超等）提取图象特征，建立分形模型，计算分数维数，进行比对分析。（见孔平的工作计划）38、生命游戏与百分之七规法则101101010#1#tt+1系统走向何方？39几种可能的结果（1）停止不动（不动点）（2）周而复始循环（周期态）（3）非周期运动（混沌态）显然与初始状态有关（1的个数及其分布）问题：要使系统不死（非全0），初始时至少要有多少个1？（7%法则）40应用思考： “生命游戏”模型为探讨慢性疾病的演变规律提供了一个复杂结构模拟实验室。 慢性疾病的诊治是否存在

9、7%规律？其演化规则该如何确定？（待研究）4111.幽静山庄中的复杂适应系统（Complex Adaptive System, CAS）1984年圣达菲研究所成立特色：跨学科，非盈利主旨: 适应性产生复杂性42（1） 规模报酬递增-计算机键盘的奇怪排列 （2）（经济学家阿瑟 Arshur Burks） 随机决定未来-汽油车与柴油车之争（3）个体偏好描绘GDP曲线之手 SWARM模拟平台-遗传算法的舞台 (计算机专家霍兰John Holland）43（4）少数服从多数？不，少数者赢！周末俱乐部公交车难题股票操盘手的赢利准则44应用思考： 复杂适应系统理论可能是应对在慢性疾病诊治过程中药与病的相互作用关系的一个有效实验分析工具。（1）中西医药是医学领域的柴油车和汽油