《科学思维与科学方法论》第五章 系统科学方法

第七章系统科学方法

第一节系统论

系统论

一、系统和系统方法1、什么是系统？贝塔朗菲说：“系统是处在一定相互联系中并与环境发生关系的各组成部分的总和”。2、系统方法

系统论是奥地利生物学家贝塔朗菲创立的。

二、系统方法的基本原则

1、整体性原则①从要素间的协同作用上了解部分对整体的影响作用

都江堰位于四川成都平原西部的岷江上，建于公元三世纪，是中国战国时期秦国蜀郡太守李冰及其子率众修建的一座大型水利工程，是全世界至今为止，年代最久、唯一留存、以无坝引水为特征的宏大水利工程。２２００多年来，至今仍发挥巨大效益，李冰治水，功在当代，利在千秋，不愧为文明世界的伟大杰作，造福人民的伟大水利工程（2000年被联合国教科文组织列入了世界文化遗产）都江堰水利工程示意图

都江堰渠首的三大主体工程

都江堰渠首工程主要有鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道、宝瓶口进水口三大部分构成，科学地解决了江水自动分流、自动排沙、控制进水流量等问题，消除了水患，使川西平原成为“水旱从人”的“天府之国”。鱼嘴分水工程

“鱼嘴”是都江堰的分水工程，因其形如鱼嘴而得名，它昂头于岷江江心，把岷江分成内外二江。西边叫外江，俗称“金马河”，是岷江正流，主要用于排洪；东边沿山脚的叫内江，是人工人工引水渠道，主要用于灌溉。“飞沙堰”溢洪道

飞沙堰的作用主要是当内江的水量超过宝瓶口流量上限时，多余的水便从飞沙堰自行溢出；如遇特大洪水的非常情况，它还会自行溃堤，让大量江水回归岷江正流。另一作用是“飞沙”，岷江从万山丛中急驰而来，挟着大量泥沙，石块，如果让它们顺内江而下，就会淤塞宝瓶口和灌区。飞沙堰真是善解人意、排人所难，将上游带来的泥沙和卵石，甚至重达千斤的巨石，从这里抛入外江（主要是巧妙地利用离心力作用），确保内江通畅，确有鬼斧神功之妙。宝瓶口

宝瓶口，是前山(今名灌口山、玉垒山)伸向岷江的长脊上凿开的一个口子，它是人工凿成控制内江进水的咽喉，因它形似瓶口而功能奇持，故名宝瓶口。都江堰水利工程

都江堰水利工程都江堰的修建很大程度上得益于岷江的天然河道在鱼嘴处和宝瓶口处的两个弯曲。现代水利科学中有一个“弯道环流”的原理，说的是由于河流中的水是分层的，上层水清，下层水浊，清水流得快，因而先行冲向凹岸，再带着从凹岸冲下的泥沙下沉折向凸岸，浊水流得慢，遇到上述折回的水因而流动受阻，流向又受凹岸的折射而偏向凸岸，泥沙就在凸岸沉积下来。鱼嘴和宝瓶口的修建选择在两个弯曲河道处，正好利用了水流的上述规律，使得清水径直冲入内江河道，浊流则折入外江。②从组成部分的相互关系上考察整体的功能

“整体大于部分之和”

“整体小于部分之和”

“整体大于部分之和”

拿破仑分析马木留克骑兵和法兵作战的力量对比：

马法

3＞3

100＝100

300≤300

1500＜10002、最佳化原则

①整体效应

最佳目标

最佳设计

最佳控制

最佳运动

最佳效果

最佳设计的实例系统的优化同系统的整体性是密切联系的使整体达到最优是系统优化原则的核心。如，一千多年以前，汴梁皇城失火，宫殿烧毁。大臣丁渭奉宋真宗的旨意，主持修复工程。他提出的施工方案，很有系统方法的特色。首先，把皇宫前面的大街挖成大沟，就地取土烧砖；然后引汴水入沟，使所需其它建筑材料能用船直接运入工地；宫殿建成后，再把废物填入沟中，修复原来的大街。这个杰出的施工方案，是把全部修复工程作为一个整体来对待的，根据整个工程内部各部分工程的联系、次序，进行了合理安排，从而避免了从远处取土、向远处运废料的浪费，利用了当时水运比陆运方便等条件。丁渭事实上是考虑了整体的“最佳化”，制定了一个最优施工方案。

②多级优化（确定最佳目标之后，把整个系统按照不同等级和层次结构运用模型和计算机等技术手段，作逐级优化处理。

如：葛洲坝水电站包括若干个子系统（栏洪、灌溉、发电、航运等）。葛洲坝水电站1,

3、动态原则动态性是指系统的状态是随着时间而变化的。动态性原则就是把系统视为动态系统，在动态中协调部分与部分、部分与整体之间的关系。系统、系统的各种联系都是随着是时间而发展变化的。这要求我们在考察系统时，注意系统产生、发展全过程的每个历史阶段上联系的具体性，并从中预测其前景。要在运动中把握联系，不能静止地研究联系。在动态中考察系统的内、外联系的全过程，才能认清系统的本质。

系统是开放的、动态的活系统

要把系统看成是不断发展变化的过程一个人的成长分为儿童、少年、青年、壮年和老年几个阶段。4、模型化原则

在运用系统方法研究规模庞大、因素繁多、结构复杂的研究对象时，遵循模型化原则，以期事半功倍。模型化原则是指人们在研究复杂系统时，首先要建立系统模型，在该模型上确立研究的边界范围，借助模型便捷地揭示和定量描述系统的联系和规律。特别是高速电子计算机的出现，给模型化手段注入了勃勃生机。人们借助计算机，作出各种模拟。比如，星体内部温度的推测、可控反应堆温度场分布、航天飞机飞行和返回时的复杂流场等，以及核反应堆在地震等特种条件下的安全性分析。只有运用模型化研究才能达到预期目的。系统方法运用的模型通常有实物模型（如城市规划）、理论概念模型（如力学上的质点）、数学模型（如对孤立波相互作用的数值模拟）、物理模型等。

三、系统方法的作用

1、系统方法提供了认识、解决复杂系统的有效手段。

阿波罗登月计划

阿波罗登月计划

1957年前苏联首次发射人造卫星及载人卫星成功后，美国制定阿波罗登月计划急起直追。在这个行动中，动员了四十二万科学家、国内外一百二十所大学和研究机构、两万多家企业，为时十一年，耗资二百四十四亿美元，生产部件三百万件，研究和解决了上万个课题，终于实现了预期目标，把宇航员送上月球。对这样一个十分庞大而复杂的项目，人们始终从整体出发来处理各个问题，使每一个问题的解决都服从于整体的总目标；精确定量，以保证各个环节在时间、空间上紧密配合。为此大量使用电子计算机进行计划、生产、科研和行政管理，关键是运用系统方法进行有效的组织管理。2、系统方法为人们提供了制定系统最 佳方案，以实行优化组合和优化 管理的手段。

①合理调配人、财、物，实现优化组合和优化管理

②系统方法兼有确定目标和实现目标两项功能

③系统方法兼有研究现状和预测未来的两种功能

④系统方法可以综合运用信息论、控制论等系统科学 的理论和方法，借助电子计算机建立信息网络系统， 实现决策管理科学化。

3、系统方法为科学认识提供了新的

思维模式

系统方法把不同物质形态的研究对象看成具有共同性质和运动规律的系统加以研究，不仅突破了不同质的事物和不同学科的界限，而且找到了从一个领域过渡到另一个领域的途径，为不同学科领域的研究者提供了共同语言，从而加强了科学整体化的趋势，促进了自然科学和社会科学的统一和科学家同哲学家的联盟。四、系统方法的应用

广泛应用于自然科学、技术科学、社会科学、 环境科学、医学、管理科学、军事科学等多 种领域。

例

某城市筹建一座焦化厂，预计每年可提供5万m3煤气，这些煤气的用途？运用系统方法进行研究：

①明确研究对象的范围、性质并作一个系统考察

②确定系统要达到的总目标

③可行性研究，制订出若干个可行性方案

④对方案进行模拟或计算机仿真

⑤根据模拟数据、结果找出最佳方案

⑥按最佳方案确定系统的组成，建立系统各部分关系

上例经可行性研究，提出三个可行性方案

①炼钢，保持原产量不变，节煤1万吨/年

②化肥生产，节煤1.5万吨/年

③居民用做燃料，节煤3万吨/年五、系统方法的程序步骤

1、摆明问题对问题和有关情况进行全面的研究和阐述，明确研究对象的范围、性质并将其作为一个系统来加以考察。系统地了解构成问题的各方面及各种影响因素，为进一步的研究提供科学依据。

2、目标选择根据摆明的问题和研究的任务，确定系统要达到的总目标，这是考虑其它问题的出发点。根据系统研究所要达到的总目标，提出各种技术指针和经济效果等，并进一步提出达到总目标的具体标准（得出目标函数）。3、系统综合根据总目标进行可行性研究，制定出实现总目标的若干个可行性方案，比如技术方案、政策与控制手段等，并且明确提出实施每一种方案时采取的手段和衡量它是否取得成功的标准，从而形成系统的整体概念。4、系统分析设计出以上各可行性方案的模型，对系统做实际模拟或电子计算机仿真，对各种方案进行分析和研究，了解和把握各种方案的优点与缺点。5、系统选择运用多种技术手段，根据模拟和仿真的事实、资料对各方案进行比较，找出最佳方案。在寻找最佳方案中，可以不断调整系统的结构，直到找出最优化的方案。6、决策系统最优化的方案往往不只一个，而有多个。比如一个生产系统，有的方案产量高，有的方案成本低。除了定量目标之外，有时还应考虑定性目标，如政治情况、社会情况、人们的心理状况等。这就需要由决策者根据全面的要求，权衡利弊得失，进行决策，从多个最优化的方案中选出一个或几个系统方案进行试用。7、实施计划根据决策中所选的方案进行实施。如果在实以验中比较顺利，或遇到的困难不大，略加修改即可实施。如果问题较多，就需要回到前面几个步骤中的一个，重新做起。第二节信息论

一、信息的含义及其本质

1、信息的含义

在中国文史资料中，信息一词最早出自唐诗《碧云集》的“暮春怀故人”

“梦断美人沉信息，

目穿长路倚楼台。”

2、信息的本质

①学者的不同观点1）认为信息是独立的物质实体，它以“信息场”的形态存在2）认为信息是非物质的精神的东西，是纯粹的精神活动3）认为信息不仅是物质的，而且有时也是观念的4）认为信息既非物质，也非精神，而是某种“第三者”5）认为信息是物质的普遍属性或存在方式

信息是物质的普遍的基本属性

1）信息与物质、能量既有联系又相互区别

2）客观世界的任何物质都可以成为信源，都可 以产生和发出信息

二、信息的固有特征

1、信息的可识别性由于信息反映了物质和能量在空间结构和时间顺序上分布不均匀的状态，因而人们可以对信息进行识别。通过感官进行的是直接识别；通过各种探测手段进行的为间接识别。对不同的信息源，可以用不同的识别方式。

2、信息的可转换性 信息的可转换性。信息可以从一种形态转换为另一种形态。比如：物质信息可以根据需要转换为语言、文字、图表等信息形式，也可以转换为电子计算机的代码、电信、广播、电视信号，而代码和信号又可以转换为语言、文字、图表、图像等等。认识了这个特征，我们就可以扩展接受知识和传播信息的渠道和范围。

3、信息的可存储性

信息可大量存储在人脑、计算机和书刊等中。动物的信息存储叫记忆，人脑的记忆系统由长期记忆和短期记忆两部分组成，计算机也有内存储器和外内存。随着科学技术的发展，录音、录像等技术的产生，更增大了信息存储的范围。4、信息的可扩散性由于信息传输工具的现代化、传输渠道的多样化以及信息形态的可转换性，信息得以迅速扩散。比如：奥运会的盛况，通过电视、广播或报纸可以在当天扩散到全国、全球。5、信息的可压缩性人们对信息可以进行加工、整理、分析、综合、概括、归纳，使它更加浓缩、精炼。6、信息的可替代性

信息已经成为现代人类社会能够进行交换和创造价值的东西，是生产力、竞争力的一个重要因素。信息的正确利用，可以替代资金、劳动力和物质材料。如果在生产领域中掌握了信息，就可以减少资金、劳动力和原材料的消耗，降低成本，提高产品质量，提高劳动生产率。如果在流通领域中及时获得了市场信息，就可以合理组织货源，打开销路，既不积压又不“断档”，最佳地搞好购、销、调、存，提高经济效益。7、信息的可传输性

凡是信息都可以通过一定的信道和载体进行传输。从信源（发信者）到信宿（收信者）是信息的空间传输；从过去到将来，是信息的时间传输。信息存储，实质是时间传输的延续。不同的材料、能量构成的信道，可以传输同一个内容的信息；不同的信息可以通过同一种信道传输。个人间的信息传输，主要靠语言、表情、动作等；社会性活动的信息，则主要通过报刊、告示、广播、电视以及其它通信工具（如吹军号、打旗语、放信号弹等）进行传输。传输的速度和效益取决于传输手段和通信工具。目前最先进的通信技术是光导纤维通信和人造卫星通信，这两种通信技术容量大，传输速度快，效果可靠。

8、信息的可再生性

信息是可再生资源和非再生资源之外维持人类社会生产活动和其它社会活动的第三资源。人们收集的信息，经过处理后，可以用语言、文字、图像等形式加以再生。电子计算机收集的信息，也可以用显示、扩印、绘图等形式再生出来。9、信息的可分享性

信息不同于实物，一件实物分配给别人自己就没有了，而信息可分享。比如：对于同一个学术报告，一个人去听与一百个人去听，每人所得信息可以完全相同，绝非一个人听时所得信息为百分之百，百人听时为百分之一。自然界和人类社会，潜藏着无穷无尽的信息，不具备一定的基础知识和经验，就失去了进一步分享新的信息的先决条件，因此，一定要学好基础知识，以便分享、掌握更多的信息。10、信息的可扩充性

随着时间的推移和知识的积累，现代社会的信息比之古代已大大扩充了。信息必将随着社会的需要和科学的进步而不断得到扩充。

三、信息方法及其特点

1、信息方法的含义

信息方法是现代通讯理论、控制论，自动化技术、电子计算机技术的综合运用。

2、信息方法的特点

完全撇开对象的具体运动形态，把系统的有目的运动抽象为信息变换的过程。

直接从整体出发，用联系、转化的观点，综合研究系统的信息过程。

四、信息方法的作用

1、信息方法揭示了不同物质形态之间的信息联系。

2、信息方法揭示了传统方法无法揭示的事物运动 的新规律。

3、信息方法为实现管理现代化提供了武器。

五、信息方法的基本步骤

1、撇开研究对象的具体物质和能量形态，把研究对象 抽象为信息及其变换过程2、对抽象出来的信息过程进行定性与定量研究。3、综合整理研究所取得的材料，建立各种信息模型。4、根据对模型的研究，评判被模拟的信息过程的功能、机理，并对其未来的行为方式作出观测，指出改善原型功能的途径。5、在反复实践中，检验、修改和完善己建立的信息模 型，使之更符合信息运动的实际过程。

上述步骤与过程的图式：

抽象信息过程

↓

进行定性与定量分析

↓

建立信息模型

↓修

依据模型阐明原型改

↓模

在实践中进行检验型

↓结束 ←满意 →否

﹉

第二节控制论

一、控制论的产生及其定义

定义

控制论是“关于在动物或机器中控制和通讯的学科”。

二、控制论创立的方法论特点

1、控制论是在多门学科边缘的空白区开垦出来的 杰出成果。

2、控制论从不同的系统中抽象出共同规律，突破 了学科的界限。

3、控制论突破了传统的机械决定论的束缚，为现 代科技研究提供了新思路。三、控制过程和步骤

1、了解系统的运动状态和它所面临的可能性空间 的构成。

2、确定要达到的目标及其在可能性空间的位置，并据此作出必要的决策，制定出相应的措施。

3、控制最佳条件，实现上述决策，使系统的状态向这一目标转化。

四、控制方式

1、试探控制

2、经验控制

3、推理控制

4、最优控制五、几种控制论方法

（一）黑箱方法

1、黑箱的概念

黑系统

灰系统

白系统

2、什么是黑箱方法？

黑箱方法的根据是结构与功能的内在联系。

黑箱方法的实质是由功能探索结构的方法与模型方法的联合运用。打破黑暗世界的工具——黑箱方法无处不在的黑箱如何打开黑箱？

第一种方法是通过一定的手段进入客体的内部，直接观察客体的内部结构，直接控制客体的内部运动。第二种是黑箱方法。黑箱方法属于控制论中的一门学科。1945年，控制论的创始人维纳在一篇文章中写道：“所有的科学问题都是作为‘闭盒’问题开始的”，“若干可供选择的结构被密封在‘闭盒’中，研究它们的唯一途径是利用闭盒的输入和输出”。由简陋到高级的黑箱工具黑箱方法是打开黑箱的方法，而在运用这种方法时，必须使用具体的工具。黑箱工具有两种类型：第一种类型的工具是无形的，是从人的主观意识出发，对黑箱进行观察、分析、判断，自始至终都是属于人的一种纯心理思维活动。第二种类型的工具是有形的，是人类创造出来的一种外在的物质。随着科学技术的不断发展，这种类型的黑箱工具越来越先进，也越来越成为黑箱方法运用中的主导工具。3、黑箱辨识方法的一般程序

①、用相对孤立原则确认黑箱由于任何事物和过程都是相互联系相互作用的，所以必须把研究对象从环境中“分离”出来，才能进行研究。把研究对象所受到的环境的主要影响，看作通过特定信道实现的“输入”，把研究对象对环境的主要影响看作是通过特定信道实现的“输出”。这样就把研究对象从环境中相对地孤立出来，这就是相对孤立原则。确认黑箱的过程，就是确定被研究对象与环境之间联系的边界，弄清受环境影响的主要传输信道的过程。②、通过观察和实验考察黑箱在通过观测或主动实验，测定输入和输出动态变化的信息资料来考察黑箱时，要有选择地规定黑箱的输入和相应地所要观测的输出。因为现实的系统有可能有无穷多种的输入（即研究主体用以影响箱子的可能方法），同样它也可能有无穷多种的输出。但要进行观察、研究就必须选择所用的输入与所要观测的输出是什么。有时为了使系统的特性更明显地暴露出来，可有意识地输入特殊信号，然后再观察其输出反应，以便获取更多信息，作为认识黑箱的依据。③建立模型以阐明黑箱根据观测或实验所获得的信息资料及原来对对象已有的认识，建立黑箱模型，进行研究。黑箱模型可以是框图、动态资料登记表或数学公式等，然后对模型进行研究，以判明黑箱的某些性质，对黑箱的可能行为作出某种预测。④、检验黑箱阐明黑箱规律性的东西，变换成相应的信息，对黑箱作新的输入，通过对新的输入、输出资料的分析，看是否与所发现的规律相符合，或完善，或纠正。4、黑箱方法的作用

①为研究复杂系统和不能打开或不便打开的黑 系统提供了有效的方法。复杂系统和不能打开或不便打开的系统：

A、内部结构十分复杂的系统。

B、外界的介入将会严重干扰其自身结构及其运动的系统。

C、目前人类无法介入的系统。②黑箱方法是使黑箱转化为白箱的必经途径

科学面对的原初系统，一般都是黑箱，如早期的人体解剖学、细胞学以及微观物理学的对象。随着使用黑箱方法的初步研究，人们的认识由无知转化为有知，再由知之不多转化为知之甚多，黑系统便逐渐转化为灰系统，再进一步则可转化为白系统。人类的认识就是一个不断接触、研究黑箱和转化黑箱的过程。由此看来，在探索性的科学研究中，用黑箱方法的基本思想来分析处理问题是十分必要的。5、黑箱方法的局限性

①由于它只研究系统的外部行为，而不研究系统的内部结构，因而不可能深刻理解系统的功能特征及其基础和本质。

②由于系统的功能和结构之间并不都是单值对应关系，还存在着同功异构的情况，因而运用黑箱方法所认识的系统的内部结构机理，具有一定的推测性和或然性。

（二）功能模拟法

1、功能模拟法的概念

功能模拟方法是探索系统的结构与功能并加以实际应用的方法，它是指在暂不考虑系统内部组成要素及结构的条件下，仅仅以功能和行为的相似为基础，用模型来模仿原型的功能和行为的一种模拟方法。

2、功能模拟法具有不同于传统模拟方法的特点

①功能模拟从信息的统一观点出发，只以功能和行为的相似为基础。

②传统模拟法的模型只是认识原型的一种手段，而功能模 拟法的模型则是具有生物目的性行为的机器，它本身就是研究的目的。3、功能模拟法对现代科学技术作用，

①、功能模拟使机器代替人脑的部分功能成为可能。

②、功能模拟为人工智能的研究提供了有效的方法。

③、功能模拟为从功能出发研究复杂系统的结构、机制提供了一条重要的途径。

④、功能模拟开辟了向生物界寻求科学技术设计思想的新途径。

人工智能是对人的思维进行

结构模拟或功能模拟智能机器人 人工智能的原理信息输入设备感觉器官记忆运算器存储器控制器调节指挥加工分析处理输出设备效应器官信息人工智能的意义

极大地突破并弥补了人脑在意识活动方面的局限性，发展了人的意识活动本身的能动性、创造性。?！人工智能的意义

极大地发展了人类改造客观世界的能力。人工智能的局限

人工智能不具有人类思维的心理性质人工智能的局限 人工智能不具有社会性人工智能的局限

人工智能不具有人类意识所特有的创造性0只！9只！树上有10只鸟，猎人开枪打死一只，树上还有几只？人工智能的局限 人工智能不具有主体性（三）反馈控制方法

1、含义一个系统输出的信息，作用于目的对象后的状况，又作为一种信息重新送回系统输入端，并对系统的未来行为发生影响的过程，这种用系统活动的结果调整系统本身活动的方法称为反馈方法。2、反馈控制方法的作用

①在工程技术研究中指导人们自觉设计控制装置， 以提高技术系统的功能和稳定性。

②为生物控制论的创立奠定了基础

③反馈控制法也是经济管理和社会管理的重要方法。

第四节自组织理论方法

一、自组织理论的基本思想

1、自组织的概念

“协同学”创始人哈肯第一次在科学意义上提出了“自组织”概念，同时比较清晰地比较了“自组织”和“组织”概念的差别。他用一个通俗例子解释了自组织与组织的区别，他说，比如说有一群工人，“如果每一个工人都是在工头发出的外部命令下按完全确定的方式行动，我们称之为组织，或更严格一点，称它为有组织的行为”，“如果没有外部命令，而是靠某种相互默契，工人们协同工作，各尽职责来生产产品，我们就把这种过程称为自组织”。哈肯的定义在自组织科学共同体内获得了公认：“如果一个体系在获得空间的、时间的或功能的结构过程中，没有外界的特定干涉，我们便说该体系是自组织的。这里‘特定’一词是指，那种结构或功能并非外界强加给体系的，而且外界是以非特定的方式作用于体系的。”2、自然演化疑难

①自然界是否是发展的？人们相信自然界是发展的，天体不断演化，生物生生不息，社会朝代不断更替，人的文化从粗陋、蒙昧逐渐进入文明和科学。②这个发展的总的方向是什么？从简单到复杂、从无序到有序、从低级到高级不断发展。③如何证明这种定向的发展？

或者说这种发展的根本机制是什么？自然界从简单到复杂、从无序到有序、从低级到高级不断发展的机制需要合理的科学理论模型来解除，这就是自组织理论要解决的问题。3、自组织理论

①、耗散结构理论

1）什么是耗散结构耗散结构是自组织现象中的重要部分，它是在开放的远离平衡条件下，在与外界交换物质和能量的过程中，通过能量耗散和内部非线性动力学机制的作用，经过突变而形成并持久稳定的宏观有序结构。耗散结构理论的创始人是伊里亚·普里戈金教授，由于对非平衡热力学尤其是建立耗散结构理论方面的贡献，他荣获了1977年诺贝尔化学奖。

2）耗散结构形成的条件

内熵dis和熵流des⑴系统必须是开放系统

一个孤立系统的平衡态就是这个系统的熵取极大值的状态。熵是描述系统无序程度的物理量。熵越大，系统的混乱程度、无序程度越大。⑵系统必须远离平衡态，才能形成耗散结（“非平衡是有序之源”），非平衡态存在于开放系统，在开放系统下，系统通过和外界交换物质和能量，能够从外界吸收负熵流来抵消系统内熵的产生，使系统的熵减少，这是形成有序结构的首要条件。⑶系统内部必须存在一种非线性相互作用的机制线性和非线性本来是数学名词。所谓线性是指量与量之间的正比关系，用直角坐标形象地画出来，是一根直线。非线性则指整体不等于部分之和，叠加原理失效，非线性方程的两个解之和不再是方程的解。3）耗散结构理论的基本思想

⑴非平衡与负熵在开放系统中，由于物质、能量、信息的不断输入和输出，系统内总是存在着基本的流，存在着温度、压力、浓度以至能量和信息的不平衡。中不平衡和流虽然存在着不断趋于平衡和混乱的趋向，但也为系统内的重新组合和有序发展提供了可能并开辟了道路。⑵非平衡和开放系统机理的实践意义

非平衡性、差别是有序之源，它引起社会中的种种流动，形成人们多种多样的愿望、爱好和追求，刺激人们的生产积极性，推动社会的进化和发展。

协同学

1）协同学的基本理论思想

协同学是研究开放系统在物质流、能量流、信息流作用下，系统自身要素通过协同作用自发组织起来，形成一种宏观有序状态，或功能行为的科学理论。

协同学思想源于哈肯对激光理论长期精心研究的结果。哈肯最初在激光实验中发现，大量的活性原子在能量不断输入和耗散的条件下，经过一个特定的阈值点，会从一种普通的发光方式突然形成一种特殊的发光方式，这种光单色性强，有相干性，方向性强，能量集中，这就是激光。哈肯认为，激光的形成主要原因是因为原子与原子之间发生了联系，许多原子在发光行为上采取了共同的模式，使得系统在宏观上表现出有序性，表现出新的功能。

2）协同机制

协同学的中心任务是研究生命和非生命世界中各种不同系统如何通过自组织形成某种稳定的结构。如果某客体开始处于混乱、无序状态，后来在外来能量或物质的集聚达到某个临界值的时候，客体内的组成部分就产生相互作用，并且开始参加协调的集体的运动，当这种协调运动加强并取得支配地位时，系统就由无序变为有序，组成部分由从前独立的客体变为某种组织系统的元素。系统的自组织不是渐进、平稳的过程，而是自发的突变过程。物质的组织由量变转化为根本质变，初始结构变为新结构，从而系统变得更复杂，得到更完善的发展。③突变论

突变论的创始人是法国数学家雷内托姆，他于1972年发表的《结构稳定性和形态发生学》一书阐述了突变理论，荣获国际数学界的最高奖---菲尔兹奖章。突变论的出现引起各方面的重视，被称之为“是牛顿和莱布尼茨发明微积分三百年以来数学上最大的革命”。③突变论

在自然界和人类社会活动中，除了渐变的和连续光滑的变化现象外，还存在着大量的突然变化和跃迁现象，如水的沸腾、岩石的破裂、桥梁的崩塌、地震、细胞的分裂、生物的变异、人的休克、情绪的波动、战争、市场变化、经济危机等等。突变论方法正是试图用数学方程描述这种过程。突变论的研究内容简单地说，是研究从一种稳定组态跃迁到另一种稳定组态的现象和规律。突变论

突变论能解说和预测自然界和社会上的突然现象，无疑它也是软科学研究的重要方法和得力工具之一。突变论在数学、物理学、化学、生物学、工程技术、社会科学等方面有着广阔的应用前景。《大英百科年鉴》1977年版中写道：“突变论使人类有了战胜愚昧无知的珍奇武器，获得了一种观察宇宙万物的深奥见解”。自然，突变论的应用在某些方面还有待进一步的验证，在将社会现象全部归结为数学模型来模拟时还有许多技术细节要解决，在参量的选择和设计模型方面还有大量工作要做。

神奇的转折点

——通过它理解突变论“9·11”——改变世界格局的转折点这不是一场孤立的恐怖袭击，它引起了一连串的多米诺骨牌效应：2001年10月7日，美国对阿富汗发动军事进攻，12月初，阿富汗的塔利班政权垮台；2003年3月20日，与“9·11”袭击无关联的伊拉克遭受美国军事攻击，4月10日，萨达姆政权灭亡；现在，美国又对朝鲜施加了愈来愈大的压。——这一切表明，国际政治格局正在发生深刻变化。“9·11”——改变世界格局的转折点在“9·11”之前，美国遭受到的大大小小的恐怖袭击不计其数，其中影响比较大的就有：2000年10月12日，美国“科尔”号军舰在也门亚登港口加油时遭袭击；1998年8月7日，美国驻肯尼亚和坦桑尼亚大使馆遭袭击；1995年4月19日，美国俄克拉荷马市的政府大楼发生爆炸；1993年2月26日，纽约世界贸易中心楼下的停车场发生爆炸；1988年12月21日，美国泛美航空公司一架自伦敦飞往纽约的波音747客机，在苏格兰小镇洛克比上空被放在机上的炸弹炸成碎片。从上述事件过程中，我们可以看到，“9·11”是一个明显的分水岭，一个神奇的转折点。在一个复杂的动态系统中，如果很多变化已经累积，一个微小的扰动就能带来根本的改变，崭新的变化就会突然涌现，这种突然的变化就称为“神奇转折点”。在转折点之前，事物在缓慢地变化着，只有引不起多大波浪的小效应，人们的感受并不是很明显。就像“9·11”之前的那么多恐怖袭击事件，并没有产生多米诺骨牌效应，也没有使美国在对外政策发生重大改变。但“9·11”之后，历史的既有轨迹改变了，新的变化出现了。人类历史的转折点

美国著名科普作家马克·布查纳在《临界》一书中，对爆发第一次世界大战的转折点进行过极其精彩的描述：

“1914年6月28日上午11时，萨拉热窝一个晴好的夏日上午，一辆汽车载着两名乘客，司机拐错了弯。这辆车本没打算离开大街，但它的确拐出了大街，上了一个没有退路的窄道。这并不是一个严重的错误，在拥挤不堪、尘土飞扬的街道上这种失误是难免的。但是这位司机这天犯的这个错误却打乱了无数人的宁静生活，改变了世界历史的进程。人类历史的转折点“这辆车恰好停在了一位19岁的塞尔维亚学生加夫利罗·普林西普的前面。普林西普是塞尔维亚恐怖组织黑手党的成员，他几乎不能相信自己的运气竟如此好。他大步走到汽车跟前，从口袋里拨出一只小手枪瞄准，开了两枪。车上的两位乘客——奥匈帝国的弗兰兹·费迪南大公和他的妻子