第五讲系统和系统理论

第五讲系统和系统理论2023/4/151第1页，共53页，2023年，2月20日，星期一系统论1、系统学——一般系统论2、系统方法——运筹学3、系统工程2023/4/152第2页，共53页，2023年，2月20日，星期一一、一般系统论简介“系统”概念的内涵“系统”的特征系统的分类物质系统的层次结构2023/4/153第3页，共53页，2023年，2月20日，星期一“系统”概念的内涵

把极其复杂的研究对象称为系统，即由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成具有特定功能的有机整体，而且这个系统本身又是它们从属的更大系统的组成部分。（钱学森）2023/4/154第4页，共53页，2023年，2月20日，星期一“系统”概念的内涵系统是处于一定相互联系中的与环境发生关系的各组成成份的总体。

贝塔朗菲（一般系统论创立者）

“相互作用”指的是，若干要素（P）处于若干关系（R）中，以致一个要素P在R中的行为不同于它在另一关系R’中的行为。如果要素的行为在R和R’中并无差异，那么就不存在相互作用，要素的行为就不依赖于R和R’。

贝塔朗菲，《一般系统论：基础发展和应用》林康义等译，清华大学出版社1987年6月，P51）2023/4/155第5页，共53页，2023年，2月20日，星期一对系统概念内涵的分析物质系统是由两个或两个以上的物质要素构成的。这些共存于一个统一体中的要素是具有一定的差异性的，甚至是异质的。

例这些共存于一个统一体中的要素是通过相互联系，即通过相互影响，相互制约，相互作用构成统一的整体。如果各部分之间互不相干，则不能构成系统。

例这些相互联系的物质要素所构成的统一整体是具有特定功能的统一整体。这里的功能主要指的是整体功能，是不能简单地还原为其构成要素的功能的。2023/4/156第6页，共53页，2023年，2月20日，星期一对系统概念内涵的分析这种特定的功能，是物质系统与其外部环境系统的相互联系中显示出来的，也就是说物质系统的特定功能是在物质系统与物质系统的相互联系中表现出来的。2023/4/157第7页，共53页，2023年，2月20日，星期一对系统概念内涵的分析某一物质系统的环境系统是相对于我们考察对象的范围而言的，把一定区域的物质要素所构成的统一整体视为一个物质系统的话，这个区域之外的全部要素所构成的系统就是该物质系统的环境系统。2023/4/158第8页，共53页，2023年，2月20日，星期一和实生物《国语·郑语》中录史伯之言：“先王以土与金木水火杂以成百物，是以和五味以调口，刚四支以卫体，和六律以聪耳，……声一无听，色一无文，味一无果（美），物一不讲（媾）。”（一种音调不能谱成动听的乐曲，一种颜色不能形成好看的纹饰，一种味道的饭菜吃不饱肚子，同一种性别的动物难以交配）讲的是“和异而生物”。2023/4/159第9页，共53页，2023年，2月20日，星期一和实生物古希腊哲学家赫拉克里特也提出过十分相似的思想：“自然也追求对立的东西，它是用对立的东西制造出和谐，而不是用相同的东西，例如将雌雄相配，而不是将雌配雌、将雄配雄；联合相反的东西造成协调，而不是联合——致的东西。艺术也是这样做的，显然是模仿自然。绘画在画面上混合着白色和黑色、黄色和红色的成分，造成酷肖原物的形象。音乐混合音域不同的高音和低音、长音和短音，造成一支和谐的曲调。书法混合元音字母和辅音字母，拼写出完整的字句。返回2023/4/1510第10页，共53页，2023年，2月20日，星期一例汉高祖刘邦得天下之后，在一次聚会时，问众卿：“皆言其情，吾所以有天下者何？项氏所以失天下者何？”高起、王陵对曰：“陛下使人攻城略地，所降下者，因以与之，与天下同利也。项羽妒贤嫉能，有功者害之，贤者疑之，战胜而不与人功，得地而不与人利，此其所以失天下也。”刘邦总结说：“运筹帷幄之中，决胜于千里之外，我不如子房；镇国家，抚百姓，给饷馈，不绝粮道，吾不如萧何；连百万之众，战必胜，攻必取，吾不如韩信。三人皆人杰，吾能用之，此吾所以取天下也。项羽有一范增而不能用，此所以为我擒也。”刘邦总结的很有道理，他手下的这三位大将，各有其长，在刘邦的领导下，能有机地结合起来，充分发挥作用，所以能取得胜利。这是“合异生物”的典范。return2023/4/1511第11页，共53页，2023年，2月20日，星期一系统的特征整体性有机关联性动态性有序性预决性2023/4/1512第12页，共53页，2023年，2月20日，星期一1.系统的整体性所谓整体性，是针对机械论的系统观而提出的。无论哪种观点，都不否认系统是由其组成部分（要素或子系统）构成的。2023/4/1513第13页，共53页，2023年，2月20日，星期一1.系统的整体性如果认为系统的性质或特点是其组成部分的性质或特点的简单总和（代数和，或说具有可加性），则是一种机械的系统观。系统论的观点是：整体大于各孤立部分之和（亚里斯多德的著名悖论命题）。2023/4/1514第14页，共53页，2023年，2月20日，星期一系统的整体性“整体大于部分之和”的含义：组合性（constitutive）特征不能用孤立部分的特征来解释。因此，复合体特征与其要素相比似乎是“新加的”或“突现的”。然而，如果我们知道了一个系统所包含的所有组成部分以及它们之间的各种关系，那么就可能从组成部分的行为推导出这个系统的行为。三个臭皮匠，赛过诸葛亮。协同出现新功能，不是各自独立简单相加。2023/4/1515第15页，共53页，2023年，2月20日，星期一系统的整体性按照一般系统论的观点，系统决不是其各个部分的简单相加，而是各个部分的有机结合。为了理解一个系统，就不仅需要了解其各个部分，而且需要了解各个部分之间的相互关系和相互作用。只有从各个部分的相互关系和相互作用中，才能发现系统的一般方面、发现其一致性和同态性，发现系统的规律。贝塔兰菲认为，这一点正是系统思想的核心。他甚至以此给出了一般系统论的一个定义：一般系统论是关于"整体"的一般科学。2023/4/1516第16页，共53页，2023年，2月20日，星期一

科学自然观逻辑数学方法经验社会技术、文化要素

BA科学的有机系统整体2023/4/1517第17页，共53页，2023年，2月20日，星期一２．系统的有机关联性有机关联性原则： 一是系统内部诸要素的有机关联；二是系统同外部环境的有机关联。2023/4/1518第18页，共53页，2023年，2月20日，星期一２．系统的有机关联性一般系统论所研究或处理的系统基本上都是开系统。开系统与外界有物质的、能量的、信息的交换，有相应的输入和输出以及量的增加或减少。系统的这种性质很重要。2023/4/1519第19页，共53页，2023年，2月20日，星期一系统的有机关联性(continue)系统内部诸要素之间的有机关联可以用数学语言加以描述。（仍不完备）ｄＱｉ／ｄｔ＝ｆｉ（Ｑ1，Ｑ2，……Ｑｎ）（ｉ＝1,2,…n）Ｑｉ表示系统中某元素的某种量。联立方程组表明，任意的一个Ｑｉ量的变化都要受到所有的Ｑ的制约。反之，任一Ｑ的变化也会影响到其它量。系统是一个由相互关联的要素构成的整体。2023/4/1520第20页，共53页，2023年，2月20日，星期一《红楼梦》第七十四回：

抄检大观园贾探春：“可知咱们这样大户人家，若从外头杀来，一时是杀不死的。这可是古人说的‘百足之虫，死而不僵’，必须先从家里自杀自灭起来，才能一败涂地呢!”2023/4/1521第21页，共53页，2023年，2月20日，星期一系统的有机关联性医学美学的“真、善、美”关系真——准确、有效善——治病救人、解除痛苦美——不留创伤、伤口美观2023/4/1522第22页，共53页，2023年，2月20日，星期一３．系统的动态性任何系统都随时间不断地变化，另外从生物学的角度看，动态也是系统保持静态的前提。例如：生命有机体保持体内平衡的基础之一是新陈代谢的存在。有机关联性——各要素间空间的分布动态性原则——时间上的变化。2023/4/1523第23页，共53页，2023年，2月20日，星期一３．系统的动态性一方面，系统内部的结构分布不是固定不变的，而是随时间变化的。另一方面，系统的开放性质，有机关联性质强调的是系统同外界进行物质、能量、信息的关联和交换。2023/4/1524第24页，共53页，2023年，2月20日，星期一系统的动态性动态可以表现为相对的稳态，稳态不是静态，而是含有动态的一种运动状态。如“渐进分异”，“发育”等概念都有运动的含义。2023/4/1525第25页，共53页，2023年，2月20日，星期一系统的动态性任何系统都是开放系统，开放系统每时每刻都处于物质、能量、信息的交换、流动之中。开放系统是系统处于动态的条件，动态又是开放系统的必然表现。2023/4/1526第26页，共53页，2023年，2月20日，星期一４．系统的有序性无序是系统熵最大的一种状态，用物理学语言描述之，就是热力学系统分子最均匀的状态。远离无序的状态就是有序状态。系统从无序到有序标志着系统的组织性或组织化程度的增长。系统的组织性与系统内部要素的有机关联性及其动态过程都有关系。系统的有机关联性所表现出的结构、层次以及系统的动态性所表现的渐进分异的方向性，都使系统具有有序性的特点。2023/4/1527第27页，共53页，2023年，2月20日，星期一○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎无序状态有序状态2023/4/1528第28页，共53页，2023年，2月20日，星期一５．系统的预决性（finality,或目的性）系统的预决原则，又被称为终极原则或者目的原则。这就是说，系统的有序是具有方向性的，系统的这种方向性又受到系统的目的性或者预决性制约。2023/4/1529第29页，共53页，2023年，2月20日，星期一５．系统的预决性（finality,或目的性）一般系统论认为，系统的有序性不是为有序而有序的，而是按一定方向而有序，不仅如此，这种方向是由一定的预决性或目的性所支配的。2023/4/1530第30页，共53页，2023年，2月20日，星期一系统的预决性（finality,或目的性）贝塔朗菲认为，一个系统不仅要由实际条件来决定，而且要受所达到的最后状态所制约。这也就是说，一个系统的发展方向，不但受到实际状态和条件的影响，而且取决于对未来状态的预测。因此，在研究一个系统时，其变化不仅可以从实际状态方面来表示，而且可以从其距离达到稳定状态的目标有多远来表示。2023/4/1531第31页，共53页，2023年，2月20日，星期一系统的分类

①根据物质系统与其环境相互联系的程度——孤立系统、封闭系统与开放系统。（从物质、能量交换方面看）②根据物质系统自身组织程度的高低——有序系统和无序系统

2023/4/1532第32页，共53页，2023年，2月20日，星期一系统的分类③根据构成物质系统要素的多少以及要素与要素之间构成方式的复杂程度——简单系统和复杂系统④根据物质系统空间域的大小——微观（细胞、分子以下）系统、宏观系统、宇观系统（指星系以上）。2023/4/1533第33页，共53页，2023年，2月20日，星期一系统的分类⑤根据人类在物质系统构建中的地位和作用，——天然系统和人工系统。⑥根据物质系统状态参量和时间的关系——动态系统和静态系统。2023/4/1534第34页，共53页，2023年，2月20日，星期一四、物质系统的层次结构每一个物质系统是其要素的系统，同时也是更大系统的要素。这就是所谓的物质系统的层次。2023/4/1535第35页，共53页，2023年，2月20日，星期一四、物质系统的层次结构自然界物质系统的层次具有无限性，即层次是无穷的。物质的无限可分不应理解为无休止地机械分割，而应理解为层次的无限性（量的无限扩张和质的无限多样性）。2023/4/1536第36页，共53页，2023年，2月20日，星期一四、物质系统的层次结构例如：原子－分子－分子团－细胞－组织－器官－系统－人－家庭－社团－人类－地球生态－地球……（每一环节都是一个关节点）2023/4/1537第37页，共53页，2023年，2月20日，星期一高低层次间的关系①高层系统是由低层系统构成的，各要素相互作用产生了整体结构及功能。②低层系统并不因高层系统的产生而消失。2023/4/1538第38页，共53页，2023年，2月20日，星期一高低层次间的关系③要素处于系统中因受到制约，性质有所改变。④结合度随层次增设而降低。因此，在处理高层次问题时可以把低层次系统（要素）当作黑箱来考虑。2023/4/1539第39页，共53页，2023年，2月20日，星期一ABS2S1S2023/4/1540第40页，共53页，2023年，2月20日，星期一系统的结合度问题的启示《资治通鉴》

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——初命晋大夫魏斯、赵籍、韩虔为诸侯。解放战争时期国民党打败仗与蒋介石的越权指挥企事业单位行政管理问题2023/4/1541第41页，共53页，2023年，2月20日，星期一作业搜集一个与自己专业有关的应用系统理论的实例，并论述。下次课堂讨论2023/4/1542第42页，共53页，2023年，2月20日，星期一二系统工程除一般系统论外（generalsystemtheory）外，系统论还应包括系统工程和系统方法——运筹学（systemsengineeringandoperationalresearch），后二个方面的知识具有较强的可操作性和实践意义。2023/4/1543第43页，共53页，2023年，2月20日，星期一古代系统工程的典范－都江堰2023/4/1544第44页，共53页，2023年，2月20日，星期一都江堰的分水排沙原理2023/4/1545第45页，共53页，2023年，2月20日，星期一系统方法——运筹学运筹学是关于决策问题的科学，研究范围十分宽泛，大致可归并于以下８个方面。①分配问题。对资源、人员、设备、时间等进行有效地分配。②库存问题。太多则积压，太少则脱销，军用物质更如此。2023/4/1546第46页，共53页，2023年，2月20日，星期一运筹学研究的问题③排队问题。以打开水为例说明之。有四个人排队在一个水龙头下接开水，这四个人分别带1、2、3、4个水瓶，如果拿4只水瓶的人先冲，按冲每瓶水2分钟计算，依次冲完需要8×4＋6×3＋4×2＋2×1=60分钟（相当于一个人等60分钟的时间）。而如果让只带一只水瓶的人先冲，依次冲完则只需要2×4＋4×3＋6×2＋8×1=40分钟。

2023/4/1547第47页，共53页，2023年，2月20日，星期一运筹学研究的问题④顺序问题。公共服务系统要考虑的问题。如何安排服务设施的秩序。如医院就医顺序。⑤更新问题。汽车的报废。设备更新。⑥路线问题。最有效路程。推销员走几个城市最佳路线。以走跳棋为例。⑦对抗问题。寻求最优对抗策略。如孙膑赛马。（博奕论gametheory）