第1章-系统和系统思想课件

§1.1系统的概念和属性贝塔朗菲:系统是“相互作用的多元素的复合体”.钱学森:系统是由若干相互联系与作用的组成部分所组成的,具有一定结构和功能的有机整体.这个整体本身又是它所从属的更大系统的组成部分.系统组分--组成部分或子系统不需再细分的称元素或单元一、系统的定义系统和要素是相辅相成、对立统一的.§1.1系统的概念和属性

系统构成组分功能属性呼吸系统口﹑鼻﹑

气管﹑肺新陈代谢生理计算机系统硬件系统软件系统科学计算数据处理技术项目管理经理部作业队工期﹑质量成本……经济系统举例:§1.1系统的概念和属性系统是一切事物存在的方式之一(世界皆系统),都可用系统观点来考察,用系统方法来描述.系统科学的基本命题:系统的形式化描述:令A记系统S中全部元素构成的集合,以r记元素之间的关系,R是所有关系的集合,A中不存在相对于R的孤立的元,则有:S=<A,R>.以“实物”为中心转变以“系统”为中心.洞察世界方式的改变:§1.1系统的概念和属性系统1.集合（多元）性—系统是有两个以上可区别的要素构成的。是多样性的统一、差异性的统一.是系统生命力的重要源泉.二、系统的基本属性§1.1系统的概念和属性系统2.相关性—组成部分之间特有的相互依赖与作用的关系.也是生命力的重要源泉.系统二、系统的基本属性§1.1系统的概念和属性

“牙好,胃口就好,吃嘛嘛香,身体倍儿棒……”

消化系统消化管：口、胃、肠……消化腺：大、小消化腺物理性消化过程.

化学性消化过程.2.相关性—组成部分之间特有的相互依赖与作用的关系.也是生命力的重要源泉.一台收音机，由许多电子元件组成，可收听节目，……§1.1系统的概念和属性3.层次性—是系统所有元素整合为整体过程中的涌现等级.系统子系统§1.1系统的概念和属性系统*4.整体性—是系统所有组分构成的统一整体.这个整体才具有、孤立的部分及其总和不具有的特性,被称为整体涌现性(或突现性).二、系统的基本属性如H2O,H和O的性质完全不同；机器与零件……是系统科学意义的质变;通俗表达：整体大于部分之和。§1.1系统的概念和属性

对整体性（整体涌现性）的进一步理解：

（1）体现在规律上，是指系统的整体规律，不是某个或某几个要素的规律；

（2）体现在功能上，是指系统的整体功能，不是某个或某几个要素的功能；

（3）体现在实现系统目标上，要求整体目标最优化，不是某个或某几个要素最优化。§1.1系统的概念和属性系统5.目的性—是针对人造系统而言的，都有其目的性.二、系统的基本属性要注意的是要处理好子目的与子目的、子目的与总目的的关系。§1.1系统的概念和属性环境适应性—

环境对系统的作用和影响还没有使系统发生质的改变时，系统相对稳定，处于对环境的适应状态，称之为环境适应性。二、系统的基本属性系统环境的定义:一个系统之外的一切与它相关联的事物构成的集合，称为该系统的环境。更确切地说,系统S的环境Ｅ是指系统S之外的一切与S具有不可忽略的关联事物的集合，即：ES=｛x︱x∈S

且S具有不可忽略的关联｝6.环境适应性—

§1.1系统的概念和属性环境适应性系统系统(处理)反馈输入输出物质能量信息物质能量信息完善的系统模式(环境)§1.1系统的概念和属性系统概念：是由若干相互联系与作用的组成部分所组成的，具有一定结构和功能的有机整体。这个整体本身又是它所从属的更大系统的组成部分。系统集合性整体性相关性层次性系统属性小结目的性环境适应性§1.2系统的分类系统

一、按系统组成要素的自然属性来划分1.自然系统2.人工系统3.复合系统

二、按系统与环境的关系来划分1.开放系统2.封闭系统

系统(处理)反馈输入输出物质能量信息物质能量信息完善的系统模式(环境)§1.2系统的分类系统

三、按系统所处的状态来划分1.静态系统2.动态系统

四、按系统形态来划分2.概念

(抽象)系统

1.实体系统五、按系统的自然发展层次来划分1.无机系统2.生物系统3.社会系统六、按系统的规模来划分1.小型系统2.中型系统3.大型系统4.巨型系统§2.1系统、结构、层次系统简单系统仅一个层次;牛顿力学描述;满足叠加原理;得到确定性结果.小系统大系统巨系统简单巨系统复杂巨系统子系统数目较多;作用关系不复杂;不适合叠加原理;状态用熵来描述.一般复杂巨系统特殊复杂巨系统有物质、能量和信息的交换,是开放的;子系统很多,成万上亿,是巨系统;子系统种类繁多,成百上百种,是复杂的。复杂巨系统的最大特点是复杂性,仍然是当前研究的重中之重.七.按结构简单与否：简单系统和复杂系统.§1.3系统的结构与功能一、系统的结构系统的结构是指系统诸要素相互联系与作用的内在组织方式，或称内部的秩序。二、系统的功能

系统的功能是指系统同环境相互联系与作用的外在活动形式，或称外部的秩序。三、系统结构与功能的关系请问:两者间谁决定谁?§1.3系统的结构与功能三、系统结构与功能的关系

客观现实系统表明，也是多数学者认为的，系统的功能对其结构有着极大依赖性的一面，同时又存在相对独立性的一面。依赖性：指系统的结构一般决定系统的功能；相对独立性：指系统的结构与功能两者之间不一定是一一对应关系.如“殊途同归”或“同途殊归”之意.

下面讨论系统的结构与功能关系的几个方面:§1.3系统的结构与功能１、不同结构的系统具有不同的功能（１）由不同要素组成的不同结构系统，具有不同的功能。（２）由相同要素组成的不同结构系统，也具有不同的功能。如碳黑、石墨和金刚石，是三中碳素系统，其硬度分别为０、１、１０。再如，足球比赛的战术变化……§1.3系统的结构与功能

2、不同结构的系统,可以有相同的功能如电脑与人脑；再如企业为了达到提高生产能力的目的，可采取多种方案：增加原料投资、更新设备、引进新工艺、改革管理体制等。

３、同一结构的系统,可以有多种功能请问：为什么会如此？

任何系统都不能脱离他的环境，当他在不同环境中发挥作用时，就表现出多种功能。§1.3系统的结构与功能四、掌握两者之间关系的意义例１.田忌与齐王赛马马阵A

齐王：上马１中马１下马１田忌：上马２中马２下马２

比赛结果０：３出场顺序田忌与齐王赛马马阵B齐王：上马１中马１下马１田忌：上马２中马２下马２

比赛结果２：１东北林业大学出场顺序§1.3系统的结构与功能马阵A系统齐王：上马１中马１下马１田忌：上马２中马２下马２马阵B系统齐王：上马１中马１下马１田忌：上马２中马２下马２马的马数量和质量都没改变,却取得了负与胜质的变化.启示:要不断变阵—改变结构.§1.3系统的结构与功能例2.精明女工诸事迅上世纪60年代,数学家华罗庚教授在讲学时所举的一个极富启发性的例子.每天6:30起床,7:30上班.期间要做的事情:收拾5、洗漱5、热早点15、吃早点5、化妆5、准备5、乘车30分钟。（70分钟）§1.3系统的结构与功能起床热早点洗漱化妆准备吃早点出发到厂上班6:305分5分5分5分15分5分30分5分早到6:356:506:357:257:30启示:系统(过程)结构有序化,达到系统功能最优化.§1.4系统思想

系统思想是系统科学处理问题的核心指导思想，对其理解应融入到人类对客观世界认识的历史长河中去。人类对自然界的认识的三个阶段:1.古代朴素唯物主义2.形而上学3.辨证唯物主义§1.4系统思想一.古代朴素唯物主义—系统思想的萌芽二.形而上学—系统思想的贡献三.辨证唯物主义—系统思想的精髓四.20世纪中期的科学技术成就—系统思想演化为专门的科学§1.4系统思想一.古代朴素唯物主义—系统思想的萌芽

表现在哲学上：就是把自然界当作统一的整体。这一思想特征在古中国、古希腊、古罗马等文明古国的哲学著作中随处可见。表现在工程实践上：就是从事物之间相互联系的角度去改造客观世界。

古代农事、工程、医药、天文知识和成就，都不同程度上反映了朴素的系统概念的自发应用。§1.4系统思想事例1.皇宫修复工程事例2.都江堰水利工程（略）事例3.永乐大钟（略）我国古代系统思想应用事例:皇宫修复工程

《梦溪笔谈》记载，北宋真宗时期，皇宫失火，宫殿焚毁。皇帝派大臣丁渭主持修复。当时，面临的三大难题是：1、如何就近取土烧砖？2、如何运输建筑材料？3、如何清理废墟？丁渭经过系统思考后，体提出了一举三得的好办法。卞河马路1.挖路取土就近烧砖，引河水形成水路。2.利用水路运输大型建筑材料。3.填沟复路处理废墟。丁渭的方案是三个环节环环紧扣，巧妙结合。可谓“一举三役济”、“省费以亿万计”。试想：三个难题分别做会怎么样？§1.4系统思想修复皇宫取土运输置废填沟挖沟水沟皇宫修复工程的系统分析§1.4系统思想

这些实例既反映了古代劳动人民的智慧，也反映了系统思想的自发应用，以及系统思想的由来已久。

古代朴素唯物主义思想虽然强调对自然界整体性、统一性的认识，但由于缺少理论和工具，缺乏对这一整体的各个局部、各个细节、和各个侧面的认识能力，因而对整体性和统一性的认识是不完全、不深刻的。§1.4系统思想二.形而上学—系统思想的贡献十五世纪下半叶，社会生产的发展为科学技术的进步提供了物资条件（望远镜、显微镜、气压计、温度计等）……，力学、天文学、物理学、化学、生物学等从混为一体的哲学中分离出来,形成了自然科学。近代自然科学发展了研究自然界的独特的分析方法，包括实验、解剖和观察，就是把自然界的细节从总的自然联系中抽出来，分门别类地加以研究。这种考察自然界的方法移植到哲学中，就形成了形而上学的思维方式。§1.4系统思想

它也是时代的需要，因为在深入的、细节的考察方面比古代哲学是一个进步，在300多年的历史时期中，对科学、技术、文化的蓬勃发展起了不可磨灭的作用。形象地说：在古代,既缺乏理论依据,又缺少观察和实验手段，所以对许多事物，往往只能目睹其貌，犹如站在林海边缘，却只能望见一片“郁郁葱葱”，看到的是林而不是树。随着科学技术的发展，道路通了，工具有了，可以深入林海，遗憾的是不知不觉地只见树而不见林。§1.4系统思想三.辨证唯物主义—系统思想的精髓十九世纪下半叶以后，随着社会生产和科学技术的快速发展，特别是自然科学中的三大发现，揭示了客观世界的普遍联系。哲学也取得了伟大成果，马、恩创立了辨证唯物主义。

系统思想：辨证唯物主义所体现的物质世界普遍联系及其整体性的思想就是系统思想。

按系统思想处理问题时，总是把被研究对象当作由若干部分组成的整体—系统，并从整体与部分、部分与部分、整体与环境的相互联系与作用中，来探索对象整体的本质特征和运动规律。(举例……)§1.4系统思想

系统思维方法与传统思维方法的区别:（Ｐ12林业系统工程)(1)出发点不同.前者以整体为出发点;后者以部分为出发点.(2)研究基点不同.前者以各组成部分的关系为基点;后者以部分为基点.(3)研究顺序不同.前者从整体到局部的顺序分解,再有局部向整体综合;后者从部分到整体.(4)局部目标与整体目标的关系不同.前者认为局部目标必须服从整体目标,整体目标是局部目标的综合;后者以局部利益为基础形成局部目标,然后叠加形成整体目标.(5)考虑系统状态不同.前者动态地研究事物全过程,后者静态地研究事物的单一过程.系统§1.4系统思想

四、20世纪中期的科学技术成就—系统思想演化为专门的科学

系统思想的定量化：成为一套具有数学理论、能够定量处理系统个组成部分相互关系的科学方法；

电子计算机：为定量化系统思想的实际应用提供了强有利的计算工具。概括地说，系统思想是进行分析与综合的辨证思维工具，它在辨证唯物主义那里取得了哲学的表达形式，在运筹学等科学那里取得了定量表述形式，在系统工程那里获得了丰富的实践内容。

演化路径：朴素唯物主义自然观→形而上学自然观→辨证唯物主义自然观→定量表达与计算工具，使系统思想从经验到哲学到科学，从思辨到定性到定量。§1.5一般系统论一般系统也称普通系统论,是一门运用逻辑和数学的方法研究一般系统运动规律的理论(因此也可以说是逻辑和数学领域的科学).一、一般系统的创立的目的

一般系统论创始人是美籍奥地利理论生物学家冯·贝塔朗菲.创立的目的是“力图找到一般地适用于各种系统的模式、原则和规律”.1937年提出一般系统论原理,奠定了系统科学的理论基础.1945年发表《关于一般系统论》.系统论形成标志.1948年再次讲授一般系统论引起学术界到度重视.

1968年发表专著:《一般系统理论—基础、发展和应用》,被公认为是这门学科的代表作.§1.5一般系统论在生物学史上，存在过机械论和活力论之争……解剖器官组织细胞失望:知道的细反而知道的少了,很是迷茫!机械论:生物→物理、化学;原因结果.活力论:有目的的超物质的“活力”.有机无机有鸿沟.二、一般系统论的产生背景§1.5一般系统论

20世纪20年代,贝塔朗菲开始了理论生物学研究,他认为只有把生命看成是一个有机整体,才能正确解释生命现象,主张用机体论来代替机械论和活力论．他指出,机械论有三个错误观点：

三、一般系统论的观点与原则（2）机械观点,把生命现象简单比作机器;（3）被动反应观点,认为有机体只有受到刺激时才作出反应,否则是静止不动的.（1）简单相加观点,把有机体简单分解为各要素,采用简单相加来说明有机体的属性;§1.5一般系统论

针对“简单相加观点”

提出了著名的“非加和定律”系统的这种非加和性可以分为两种情况：(1)“整体大于部分之和”—整体功能放大效应．(2)“整体小于部分之和”—整体功能缩小效应．

整体大于部分之和：是指事物的整体属性和功能大于各孤立部分的总和．原因是各部分通过一定的关系联结在一起组成整体（系统)后，便产生了各组成部分孤立情况下没有的新功能．例如H2O的性质与H或O都不同;人与细胞……§1.5一般系统论

贝塔朗菲总结了机体论的发展成就,提出了以下基本观点：

上述观点经过进一步总结归纳，形成了适用于各种系统的一般原则：整体性原则、相互关联原则、动态原则和有序性原则。

(1)系统观点,认为一切有机体都