第七讲 系统的分类

第七讲系统的分类第一页，共二十四页，2022年，8月28日主要内容系统的非系统科学分类1系统的系统科学分类2基于数学模型的系统分类3第二页，共二十四页，2022年，8月28日系统的非系统科学分类1第三页，共二十四页，2022年，8月28日力学系统物理系统化学系统生物系统生态系统研究自然系统研究社会系统研究思维系统研究行为系统自然科学社会科学思维科学行为科学组分物质属性流体力学系统固体力学系统弹性力学系统流体力学固体力学弹性力学非系统科学的系统分类按照对象系统的不同划分第四页，共二十四页，2022年，8月28日非系统科学的系统分类：即突出对象组分的基质特性，而不是对象的系统性、整体性。区别系统科学的系统分类：即撇开组分的基质特性，仅仅按照系统的整体特性给出的系统分类。例子：一本书，如果按照地理系统、经济系统、国防系统、通信系统、智能系统等分门别类写出来的，它就不能算是系统科学的著作，而是系统科学应用方面的著作。第五页，共二十四页，2022年，8月28日客观系统与主观系统物质系统与观念系统认识系统与实践系统哲学的系统分类人与人之间的物质利益关系人与人之间的契约关系耗散系统与保守系统可逆系统与不可逆系统物理学的系统分类经济学的系统分类非系统科学的系统分类第六页，共二十四页，2022年，8月28日系统的非系统科学分类对系统科学的益处：系统科学应当关心它在各门科学中的应用。不同学科运用系统思维和系统方法，必须使用本学科的系统分类，既然一切学科研究的对象都是系统，它们就需要给出本领域系统的分类。系统科学在阐述一般系统原理、规律和方法时，不可避免地要联系各方面的实际，涉及各学科领域的系统类别，要从各种具体科学中提炼系统思想和系统方法。按照非系统科学的分类进行的系统研究有助于给系统科学雷击经验材料，从而推动系统科学的发展。第七页，共二十四页，2022年，8月28日系统的系统科学分类2第八页，共二十四页，2022年，8月28日存在着适用于一般化的系统或者它的子级模型、原理和定律，这些模型、原理和定律与系统的特殊类别、组成系统的要素的性质以及要素之间的关系或‘力’的性质无关。这种“一般化了的系统”称为一般系统一般系统特殊系统一般系统的不同子类，同样不涉及系统组分的具体基质。作为一般系统的子类，是按照规模、结构、行为、功能之类纯粹的系统的特性划分的类别，这些系统类型都是着眼于系统的某个整体特性划分出来的。贝塔朗菲第九页，共二十四页，2022年，8月28日系统分类有调控的系统和无调控的系统自组织系统和他组织系统过程系统和非过程系统确定性系统和不确定性系统适应性系统和非适应性系统开放系统和封闭系统简单系统和复杂系统非事理系统和事理系统软系统和硬系统天然系统和人工系统第十页，共二十四页，2022年，8月28日物理学开放系统封闭系统孤立系统同环境进行物质能量交换同环境只有能量交换、没有物质交换同环境既无物质交换、又无能量交换系统分类起源开放系统封闭系统同环境进行物质、能量、信息（至少其中之一）交换的是开放系统同环境进行物质、能量、信息都没有交换的是开放系统第十一页，共二十四页，2022年，8月28日系统简单系统巨系统小系统大系统简单巨系统复杂巨系统一般复杂巨系统特殊复杂巨系统第十二页，共二十四页，2022年，8月28日钱学森简单环境中的简单系统，如自行车简单环境中的复杂系统，如晚清末年的中国社会复杂环境中的简单系统，如家务机器人复杂环境中的复杂系统，如当代中国社会第十三页，共二十四页，2022年，8月28日基于数学模型的系统分类3第十四页，共二十四页，2022年，8月28日系统科学定量化模型定量研究定量化科学数学模型系统分类如以各种数学方程为模型，按照变量的数目分为单变量系统和多变量系统，按照方程阶数有1阶系统、2阶系统以至n阶系统，按照参数特点分为集中参数系统和分布参数系统等等。第十五页，共二十四页，2022年，8月28日连续系统离散系统系统分类时变系统时不变系统线性系统非线性系统静态系统动态系统第十六页，共二十四页，2022年，8月28日1、连续系统和离散系统连续系统：基本变量连续变化的系统

例如：天体系统、人体系统等离散系统：基本变量按照某种间隔不连续取值的系统

例如：人口系统一年或数年统计一次，其变化是离散的第十七页，共二十四页，2022年，8月28日2、时变系统与时不变系统时变系统：在各种数学方程形式的模型中，作为方程系数的参量如果随时间而改变的系统即为时变系统时不变系统：在各种数学方程形式的模型中，作为方程系数的参量如果随时间而不变的系统即为时不变系统第十八页，共二十四页，2022年，8月28日3、线性系统与非线性系统线性系统：能够用线性数学模型描述的系统非线性系统：需要用非线性数学模型描述的系统第十九页，共二十四页，2022年，8月28日线性系统在数学中，诸变量之间的关系如果能够用一次性数学表达式表示出来，就称为线性表达式。如线性函数、线性方程、线性泛函等。线性表达式线性空间线性模型

如果一个向量空间的所有向量都可以表达成一组基底向量的线性函数，就称为线性空间。以这样的数学表达式作为系统模型，称为线性模型，是描述系统性态的重要工具。如果数学模型中至少有一个表达式是非线性的，就称为非线性模型，如非线性函数、非线性方程第二十页，共二十四页，2022年，8月28日把非线性因素忽略不计，假设系统各变量的关系是线性的，这种假设称为线性假设。线性假设关于线性系统，系统科学已经建立起成熟的理论，有一整套有效的处理方法，称为线性系统理论。线性系统理论先对非线性系统作线性化处理，在求得线性模型解之后，再把忽略掉的非线性因素视为扰动作业，通过数学处理或实验测试，对系统的线性解作适当的修正，这就是线性化加微扰方法。线性化加微扰方法第二十一页，共二十四页，2022年，8月28日4、静态系统与动态系统静态系统：状态变量不随时间t的变化而变化，这样的对象称为静态系统。动态系统：如果状态量是时间t的函数，这样的对象称为动态系统。动态特性：动态系统的特性随时间t而变化，状态量的时间导数具有特定的系统意义，因而称为动态特性。动态系统的数学模型是动态模型，即微分方程、差分方程和积分方程等。第二十二页，共二十四页，2022年，8月28日总结区分非系统科学的系统分类与系统科学的系统分类，并说明系统科学的非系统科学分类对于系统科学的益处对一般系统与特殊系统、开放系统与封闭系统做了