系统科学的基本原理

1、第八章系统科学的基本原理系统科学的哲学依据，归根到底是唯物辩证法。唯物辩证法的核心是对立统一、质变量变、变化发展，用 之于系统研究，就是强调整体论与还原论、分析与综合、泄性描述与左量描述、局部描述与整体描述、确泄性 描述与不确立性描述、静态描述与动态描述、理论方法与经验方法等的结合，这些结合是系统科学的精髓所 在。涌现性、层次性、开放性、目的性、稳左性、突变性、自组织性和相似性，是种种系统的八种基本特 性， 每种基本特性是系统的一个基本方而，将他们进行概括、归纳，形成了系统科学的八条基本原理。涌现性原理涌现性原理指的是，系统是由若干要素组成的具有一立新功能的有机整体，各个要素一旦组成系统整 体

2、， 就具有独立要素所不具有的性质和功能，形成了新的系统质的规定性，从而表现出整体的性质和功能不等于各 个要素的性质和功能的简单加和。整体和部分系统的整体和部分之间，实际上存在三种关系，即： 整体大于部分和一一“三个臭裨将，顶个诸葛亮”： 整体等于部分和一一机械的加和，一堆沙子，一筐水果，全部员工工资的加和：整体小于部分和一一“一个和 尚挑水，两个和尚抬水喝，三个和尚没水喝”。部分和是否等于整体，其实质就在于部分之间是否存在协同作用。部分之间如果具有协同作用，那么对于 由协同作用所决泄的性质而言，整体就会大于部分和：部分之间没有协同作用，实际上是不存在相互 作用，各 个部分仍然是各自独立的，那么

3、就这种互不相关的性质而言，部分和就等于整体。部分之间如果也存在着相互 作用，但这种相互作用不是协同的相互作用，他们没有造成所论方面的整体的优势，三个和尚互相扯皮就反而 没有了水，英结果可以表述为整体小于部分和。例，方向各异的矢量求和。注意整体与部分是有区别的，但这种区别是有条件的、相对的，在一左的情况下可以发生转变。分析和综合分析把整体分解为部分来加以认识，认识部分是分析的主要任务。科学研究是离不开分析的，离开了分析 就不可能深入事物的内部，就不能剖析事物的细盯，分析是认识走向深化的前提。综合则与此相反，它是把部 分综合为整体来加以认识，认识整体是综合的主要任务。综合揭示系统的部分所不具有的整

4、体性质，发现全新 的系统整体才具有的性质。科学研究离不开综合，离开了综合就不可能认识系统整体，也不可能认识对象整体 内部的部分、要素、各方而之间的本质的、统一的联系。所以，综合是分析的深入，也是分析的归宿。当代科 学研究范式从分析走向综合、从分门别类研究正向系统综合研究，是科学思想的革命和进步。系统的涌现性原 理，赞成的是在分析基础之上的综合，在综合之中的分析。片而强调某一方而 导致方法论的错误。例，传统的 原子论，片而地强调分析，把整体等同于部分的简单加和。原子论的分析观，是一种只见树木不见森林的片而 观点。系统自组织理论研究中使用的中观方法，苴实质就是试图以此 来吸取整体论和原子论之长，并

5、避免两者 的不足。中观方法，在耗散结构理论或简单巨系统蜩的研究中体现为局域平衡假设（一个处在非平衡状态的系 统，燔等于其各个局部分别处在各自平衡态上的燔之和）。对于一个非平衡系统，将系统划分为宏观上足够小、 微观上足够大的单元（例，对于一个1分米3的系统，局部取为1亳米入叠加10J而对于具要素分子要进行1023 求和。），从而勾通宏观与微观、整体与部分。层次性原理由于组成系统的诸要素的种种差异以及结合方式上的差异，从而使系统在地位与作用、结构与功能上表现 出等级秩序性，形成了具有所的差异的系统等级。层次性按照今天的认识，从观测宇宙一一总星系、星系、恒星、地球、地而物体、分子、原子、质子、中子到

6、 电子，以及在20世纪陆续发现的300多种基本粒子乃至更深层次的物质结构，就是按照空间尺度或质量大小划 分的客观世界的最一般的系统层次。社会系统也是一个多层次系统。个体、团队、单位、社区，直到省市、国家， 就是这个系统中的一个层次序列。历史上官分八品，爵分五等，现代学校分为小学、中学和大学，也都是社会 系统中的不同层次。精神系统也有其层次性，人的认识有感觉、感知、悟性、理性 的不同认识层次。系统的层 次性犹如套箱，层层嵌套。层次的相对性一系统被称之为系统，实际上只是相对于它的子系统即要素而言的，而它自身则是上级系统的子系统即要 素。中观方法中的局域平衡假设（宏观1立方分米，局域1立方亳米，微观

7、分子），这样的局域相对 于微观是 充分大的，相对于宏观则是充分小的，从而就可以作为相对于微观来说是系统，相对于宏观来说当作所点加以 处理，实际上把系统划分为宏观、中观和微观三个层次，在三个层次上建立不同形式的方程进行讨论，从而建 立起研究简单巨系统的统一的模型。层次的相对性很普遍，例大脑系统、人体系统、社会系统、地理环境系统 和星系系统。客观世界是无限的，因此系统层次也是不可穷尽的。人们对于系统层次性的认识，无论在深度上， 还是广度上，都是没有尽头的。层次的关联性系统的层次划分是相对的，相对区分的不同层次之间又是相互联系的，不仅是相邻上下层之间受到相互影 响、相互制约，而且是多个层次之间发生着

8、相互联系、相互作用，有时甚至是多个层次之间的协同作 用。倘若 人体系统中的个体人人都具有环保意识，则地理环境系统会相对良好。层次的多样性按照多个标准划分系统，历史上官分八品”，即依据职位高低分类，又可以分为文官武官、清官贪官开放性原理系统具有不断地与外界环境进行物质、能量、信息交换的性质和功能。系统向环境开放是系统得以向上发 展的基础，也是系统得以稳定存在的条件。在系统科学中，将完全没有物质能量交换的系统称为封闭系统。开放性系统的开放，通常说的是向环境的开放。由于系统的层次性，向环境的开放即意味着系统的低层次向高一 层次的开放。正如系统的层次具有相对性，系统的环境也就具有相对性。系统的开放，同

9、时也指系统向自己内 部的开放。系统向高层开放，使得系统可以与环境发生相互作用，可以发生与环境之间的既竞争又合作。而系 统向低层开放，使得系统内部可能发生多层次、多水平的在差异之中的协同作用，更好地发挥系统的整体功能。 我国在改革开放中坚持的对外开放、对内搞活原则，实际上正是反映了这样的开放。系统与环境系统向环境开放，使得内因与外因联系起来，才有了内因和外因之间的辩证关系。唯物辩证法告诉我们， 内因是变化的根据，外因是变化的条件，外因通过内因而起作用。为使外因通过内因而起作用，需要 系统与环 境之间发生相互联系和相互作用，看不到系统根据作用不行，看不到环境的条件作用也不行，仅仅只强调其中 的任何

10、一个方而都是片而的。开放度系统的开放有一个开放程度问题。开放程度为零，系统与环境隔绝起来、没有任何交换，这就成了封闭系 统。反之，如果系统全然向外开放，开放程度是百分之百，系统没有相对于环境的边界，对于与外界 的交换亳 无过滤和选择，那么，系统与环境融为一体，系统本身也就不复存在了。因此，对于环境，系统既不能完全封 闭，也不能完全开放。充分开放，是在系统得以稳泄发展基础上的充分，并非是系统的完全 开放，而是系统的 适度开放一一有条件地、有选择地、有过滤地向环境开放。如果是不加选择地对外开放，那么这样的系统最终 就会被其它系统取而代之，自己就消亡了。我们今天的改革开放，坚持的是独立自主与对外开放

11、相统一的原则， 是在独立自主基础上的对内搞活、对外开放。目的性原理系统在与环境的相互作用中，在一立的范用内其发展变化不受或少受条件变化或途径经历的影响，坚持表 现出某种趋向预先确定状态的特性。目的性系统目的可以通过系统的活动来实现，即系统行为保证了系统目的的实现。而在这个过程中，目的一一被 看作是预先确立的目标，引导着系统的行为。系统的目的性，在系统的发展变化之中表现出来，因此必定与系 统的开放性相联系。一个合目的的运动系统，必立是一个开放系统。由于系统是开放的，通过系统与环境的物 所、能疑、信息的交换，使得系统受到环境的影响，从而该系统得以影响环境，并在一泄意义上主体识别环境 即针对环境的实

12、际情况做出反应、做出调整、做出选择。这样一来，系统对于环境的输入必须做出反应，而且 又要把自己对于环境的反应输出给环境、从而影响环境，进而系统又要对于受到影响后发生了改变的环境的输 入做出新的反应，于是，在这种周而复始的开放、交换之中，系统的潜在的发展能力得以表现，所谓的目的性 也就表现于其中了。而且，所谓系统潜在的发展能力并非某种超自然的神秘力量，正如系统理论所指出的，是 系统内部复杂的反馈机制在发挥作用。目的的阶段性和规律性从系统的发展变化来看，系统的目的性一方而表现为系统发展的阶段性。对于开放的自组织演化系统而言， 无论它是物理的、化学的还是生物的乃至社会的，都是既有稳左保持又有在此基础

13、上的发展，稳定 恰恰是由于 系统中存在着负反馈机制，从而必徒是具有一泄的目的性、表现出一左合目的行为的系统。这 样的目的性表现 出两种形式，一种形式是稳定地存在，似乎系统的这种稳左性就是系统发展的目的，达到了这样的稳定态，就 达到了相应的目的，并且还要借助自己的稳左机制而尽量保持处于这样的稳泄态。另一种是系统的发展采取所 谓的会聚式的循环层次增加，向更高的复杂性增长，即逐次地向更高的循环层次跃迁，而且也只有采取这样的 循环增长的形式，才可能有稳左的发展。由此可见，所谓的目的性，实际上与系统发展趋向于更稳左状态相联 系。系统的目的性另一方而表现为系统发展的规律性。合乎某种目的的发展，也必然合乎一

14、左规律并按照一泄 的逻辑发展。也可以说，正因为系统的发展是合乎规律、合乎逻辑的，所以才在一泄阶段表现为是有目的的。 实际上，只讲系统的目的性是系统发展的阶段性还不是真正的系统目的性：同样，只讲系统发展的规律性也不 是真正的系统的目的性。只讲阶段性，就把目的性混同于系统发展的阶段性、不连续性；而只讲规律性，则同 样体现不出系统的目的性，而且往往会把系统发展看作笔直向前的。唯物辩证法指出：事物发展道路是曲折的， 前途是光明的。系统在一左条件下必泄要向系统指左的方向发展，诸如相空间中的吸引子、混沌现象之中的奇 怪吸引子等等。系统的目的性，实际上是系统发展变化的阶段性与规律性的统一。没有发展阶段性的目

15、的性，即等于说有某种终极的目的性，这样一来 就变成了某种不可思议的神秘的目的性，最终必然成为某种神秘的超自然的目的性。而没有发展规律性，无论 怎样发展都行，目的性也就不存在了，因此毫无规律的目的性同样是不可思议的。目的确定性与不确定性系统的内在非线性相互作用所带来的发展变化的确定性是系统的发展变化的规律性与阶段性的统一 基础 上的确泄性。（1）确定性：在一左的发展阶段，在一泄的范国之内，无论环境条件怎样改变，系统总是要朝向 某种确左的方向发展，异因同果，具有等终结性；或者是系统出现适应性行为，根据具体环境进行了调肖和选 择，出现了新的行为方式，从而适应发生了变化的环境，完成了一个发展阶段。（2

16、）不确左性：离开了这一阶 段，则情况就可能发生根本性的改变，不再具备先前的那种终结性，如果还有等终结性的话，那也是新的等终 结性，即发生新一轮的异因同果现象。如果还要进行选择的话，那就是出现新的适应性行为。正是在多种多样 的可能原因中，存在某些可以变为现实的可能原因。原因不等同于结果，结果也不等同于原因，在原因与结果 之间存在差异，只有经过系统的内部调整、做出选择时可能性才转变为现实性，这才有原因，才有因果关系， 才是真正的因果关系。突变性原理通过失稳，系统从一种状态进入另一种状态是一种突变过程，它是系统质变的一种基本形式，突变方式 多种多样，同时系统发展还存在着分岔，从而有了质变的多样性，带

17、来系统发展的丰富多彩。突变性突变是一种普遍的自然现象和社会现象。（1）自然现象中，山崩地裂、火山爆发、寒流突至、台风骤起、 阴睛忽转；（2）生命领域内，基因突变、病来如山倒，病去如抽丝”；（3）工程现象中，桥梁坍塌、河堤决 口； （4）社会运动中，战火突起，股票行情大起大跌。如此等等突变现象，都是我们熟悉的。（5）突变现象不 仅在客观世界比比皆是，甚至对于主观领域，对于人的认识，突变现象也起着重要的作用，灵 感突来，表现的 是思维方式从一种状态到另一种状态的突变。王国维阐述的做学问的三种境界：昨夜西风凋碧树，独上高楼， 望尽天涯路：衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴：蓦然回首，那人却在灯火阑珊处。

18、三种境界涉及到认知模式 的突变。在系统科学中，系统状态发生改变被称为“相变”，这是系统的质变。相变有平衡相变与非平衡相变， 相应地形成平衡结构（死结构）与非平衡结构（活结构），分析静态有序（平衡结构）一一动态有序（耗散结 构）一一复杂适应系统三者的复杂程度。突变与稳定性通常在两层意义上谈论突变。一层是在系统的要素的层次上，另一层是在系统的层次上。对于系统要素的突变，如果从系统整体上看就可以看作系统之中的涨落一一系统要素对于系统稳左的总体平均 状态的偏离。系统中要素的平衡是相对的，不平衡才是绝对的，系统中要素的突变总是时常发生的。突变成为 系统发展过程中的非平衡性因素，是稳左之中的不稳定，同一之

19、中出现的差异。当这样的差异得到系统中其它 要素的响应时，使要素之间的差异进一步扩大，便加大了系统内的非平衡性。而特别是当它得到整个系统的响 应时，涨落放大，整体系统一起行动起来，系统发生质变，进入新的状态。这就是自组织理论的一个重要结 论：通过涨落达到有序。这就发生了系统层次上的突变。突变论中的突变，一般是指系统层次上的突变，即系 统整体的突变。突变与分叉分叉理论强调的是临界点的多重性和选择性，而突变理论强调的是临界点上变化的不连续性或突跳性。分 叉意味着获取新质的不确定性，而且这种不确左性并不是认识不足造成的，而是客观系统自组织过4程中的客观不确左行为。这首先在于系统内部的不确定性，英次还在

20、于变化中的环境因素的不确泄性。非平衡 自组织系统对于某些涨落格外敏感，微小的随机涨落往往带来出乎意料的后果。最为复杂的自组织混沌系统， 甚至就被左义为初值敏感性系统，即如果初始条件差之毫厘，则最终结局就可能失之千里。非线性对于初值的 敏感性，使后果难以预料，也就使得不确左性剧烈增加，面临多种抉择。稳定性原理在外界作用下，开放系统具有一泄的自我稳泄能力，能够在一定的范用内自我调节，从而保持和恢复原来 的有序状态、保持和恢复原有的结构和功能。稳定性我们所而对的整个世界，大到总星系，小到基本粒子，都具有一泄程度上的稳左性，否则，无法区分、认 识该事物。唯物辩证法指出物质运动的形式：“运动是绝对的，静

21、止是相对的”，相对静止就体现了稳定性。 系统之所以可以被称之为系统，因为它在一定范围内是稳定存在的。开放中的稳定性开放是系统发展变化的前提，也是“活”系统得以保持系统稳定的前提。开放性原理已经指出，开放一一 充分开放、适度开放，对于系统的发展是基本的前提条件之一，没有开放，就没有发展。对于系统的稳泄存在 也一样，没有开放，就没有稳泄（耗散结构：开放、远离平衡、非线性作用、涨落）；只有开放，才有真正的 稳定。动态中的稳定性系统稳定性是开放（物质、能疑、信息交换）之中的稳定性，同时也就意味着，系统的稳定性都是动态中的稳 左性。事实上，任何开放系统的稳左性，也都是动态的稳左性，只有在动态之中才能保持

22、稳左。俗语“流水不 腐，户枢不堂”，指的就是动态的稳泄性。耗散结构理论之所以把自己叫做耗散结构，就是强调系统的稳立性 是在与环境的动态的交换之中才得以保持的，是一种动态的与环境交换之中的稳左性。通过交换，系统把嫡产 生输出给环境，或从环境之中引入负嫡，从而保持系统之中的均衡，保持了自身的有序性和发展变化的活力。 在系统科学中，稳定性指左态的稳左，但是，反过来，处于某个左态的系统，却不一泄是稳立的系统。例如， 成语中危如累卵”就形象地说明了这种处于左态但却不稳泄的情况。如图8-1说明定态的不稳定性。A AV / l）图8-1系统左态直观例子正、负反馈从反馈角度看，系统的稳立性与负反馈相联系，负反

23、馈致力于使得系统通过自我调节而保持自我稳左。而 不稳左则与正反馈相联系，正反馈作为系统的不稳左性因素而致力于打破系统现存状态，促使系统偏离原来的 发展“轨迹”。系统中实际上是正负反馈共存于系统之中。没有仅仅存在负反馈的系统，也没有仅仅存在正反 馈的系统。如果系统之中仅仅存在负反馈，仅仅强调系统的稳左，任何对于系统的偏离都是不百度文库-让每个人平等地捉升自我 容许的，这样的系统就是没有发展能力的，因而是无法发展的。相反的情形，如果系统中仅仅存在正反馈无异 于说系统根本就没有稳泄性可言，系统的任何稳定倾向都会遭到破坏，只会处于变动不定之中，这样的系统同 样也是不可能有真正的发展的。所以，在系统中，

24、正负反馈同时存在，依据不同条件而表现出不同主导地位。 例，雄性激素和雌性激素共存于人体内，两者根据所占主导地位而显示男女性别。自组织原理开放系统在系统内外两方而因素的复杂非线性相互作用下，内部要素的某些偏离系统稳左状态的涨落可能 得以放大，从而在系统中产生更大范围的、更强烈的相关，自发组织起来，使系统从无序到有序，从低级有序 到高级有序。自组织原理现实的系统，都处在自我运动、自发形成组织结构、自发演化之中。我们学习了耗散结构理论、协同学原 理、突变论、混沌与分形理论，这些系统演化理论使我们认识到，对于系统的自组织演化，充分开放 是前提， 非线性相互作用是动力，涨落（导火索作用）是原始诱因。社会

25、的发展运动，从根本上来说，也是一个自组织 的演化发展过程。英雄，作为社会中涨落的代表，对于社会的自组织具有重要的影响，但涨落得以放大，得以 真正变成推动社会前进的现实力戢，则是由社会整体的自组织运动所决左的。社会政治学中一个基本问题：谁 创造了历史？ “人民群众才是推动社会进步的力量，人民群众创造了历史。”总之，从一种组织状态自发地变成为另一组织状态，是系统的自组织。钱学森说：“系统自己走向有序结 构就可以称为系统自组织”。系统的自组织，作为一种客观的、普遍的现象，体现在世间万事万物都 处在自发 运动、自发地组织起来，自发地形成结构的过程之中。当然，由于系统的层次性，系统的自组织与他组织也是

26、相对的。涨落涨落就是系统同一之中的差异。具体讲，从系统存在的状态看，涨落是对系统稳左的平均状态的偏离；从 系统演化方面来看，这种偏离是发展过程中的非平衡因素。传统思维把涨落仅仅看作某种不利于系统稳定存在 的因素。系统的自组织理论中，涨落则被赋予了新的意义，而并非全然消极的东西。通过涨落达到 有序，这是 系统自组织理论的基本结论。首先，涨落是使系统“认识”进化阶段中更有序状态的诱因，没有涨落促使系统 偏离原来的状态，系统仅仅停留在原来状态，就不可能发现可能的山外青山楼外楼”。通过涨落，首先使个别 子系统超越常规，认识到其他新的状态，认识山外青山楼外楼，而后当新的发现得到其他子系统的响应并在整 个系统内得以放大时，系统就被诱导进入新的或更有序的状态。其次，随机涨落驱动了系统中子系统在取得物 所、能量、信息方面的非平衡过程，使得系统中出现了差距，而且加大这种差距，特别是在临界区域附近的涨 落由于非线性相互作用得以放大时，又进一步加剧了这种过程，使得慢变量与快变疑区别开来，慢变量形成序 参量，并成为系统自组织的支配力量。由此可见，涨落的确本来 是不稳左因素，但在一左条件下也可以变为建 设性因素，诱发系统的自组织。系统的自组织其正得以实现，还是非线性相互作用。在非线性相互作用中，各 种相互作用之间密不可分，相互之间有了竞争，同时也就