系统论、控制论和信息论

系统论、掌握论和信息论简介现代科学技术的进展在高度分化的根底上，有着高度综合的特点，专一精细，相互穿插和相互移植而使得科学技术日趋整体化和综合化。系统论、掌握论和信息论就是科学技术整体化，综合化的产物，这是二十世纪自然科学取得的重大成就之一，它是具有综合特性的横向科学，它沟通了自然科学和社会的联系，转变了科学进展的图景和人们的思维方式，并以其特有的颖的思路，为科学争论供给了崭的方法，扩大了人们争论种关系的飞跃，极大地提高了人类生疏世界、改造世界的力量。由于系统论、掌握论、信息论在科学体系构造中的横向科学的特别地位，就打算了它在丰富和进展辩证唯物主义哲学方面、在促进科学技有着其他科学不行替代的重要作用。“软”科学群，它们各有不同的动身点和内容，但它们是在同一历史背景下，从不同侧面争论同一个问题而产生的，其手段也有很多共同之处。与其他根底科学不同，争论的对象既不是客观世界中哪一种构造，也不是物，从而提醒世界各种互不一样的事物在某些方面的内在联系和本质特性者各成体系，但都应用系统、掌握、信息的根本概念、根本思想，相互穿插、相互借鉴，协同进展。系统论是把要争论和处理的对象看成由一些相互联系、相互作用的假设干因素组成的系统，争论系统就是寻求利用信息实现最优系统的途径。明显任何系统都离不开信息，因此争论系统就必需争论反映系统与信息。一个系统信息量的大小，反映系统的组织化、简单化度的凹凸。而系统的运行又离不开掌握，对系统的掌握同样离不开信息。信息论争论如何生疏信息、掌握论和系统论争论如何利用信息。掌握论提醒了事物联系的反响原理，用以实现对系统的有效掌握。一、系统论系统论的根本概念〔因素〕组成的具有肯定构造和确定功能的有机整体就称为系统。物质〔材料〕、能量和信息三大要素。任何系统都是物质、能量和信息相互作用和有序化运动的产物。⑶构成系统的条件①要有两个以上的要素；②要素之间要相互联系和相互作用；③要素之间的联系与作用必需产生功能。⑷系统的特点①是由假设干局部(要素)以肯定构造组成的相互联系的整体；②可分解成为假设干根本要素；③整体有不同于各组成局部的的功能；④系统中存在着物质、能量和信息的流通；⑤系统有肯定的环境，系统与环境又组成一个更大的系统。一般系统论的根本观点根本动身点，是把争论对象作为一个有机整体来加以考察，以寻求解决整体与局部之间相互关系的模式，原则和方法。其根本观点是：系统整体功能大于局部功能之和。从一个系统中分解出来的局部，同在整体中发挥功能的局部是不同的。例如，在人身体上的眼睛，跟离开人体的眼睛其功能是大不一样的。同样人体不能看成是由驱体和五脏六腑的简洁相加，而是一个有机的结合，内部各局部的特定关系。固然一只钟表并不等于一堆钟表零件；一堆水泥、钢筋；砖瓦也不等于一幢建筑物，由局部构成的整体，就会有局部能简洁相加的总和，双眼的视敏度比单眼高6－10倍，而且双眼视觉能形成立体感，单眼则不行能。这就是通常所说的1+1>2。系统论认为事物不是一成不变的，系统是动态变化的。对于开放系统。系统与外界环境会不断进展物质、能量与信息的交换。稳态系统是维持动态平衡，系统有相对稳定的一面，它是系统存在的根本条件；另一方面，系统又是动态的。我们应当看到系统的现状，也要看到系统的变化和进展，从而就能推测系统的将来，把握系统进展的规律。这种观点在科学决策中格外有用。。处于不同层次的系统，具有不同的功能。例如生物界是由生物圈－生态群－群体－人体－系统－器官－细胞－细胞器－生物大分子组成的一个多层次的系统。而系统论认为系统由肯定的要素组成，这些要素是由更低一层要素组成的子系统；另一方面，系统本身又是更大系统的组成要素，这就是系统的层次性。系统的层次越高，可变化和组合的可能就越简单，其构造和功能就越多种多样。制约的关系。系统的根本特性这通常可表述为“系统整体不等于系统内各局部的简洁相加”。这有两方面的含意：其一、系统的性质、功能和运动规律不同于它的组成局部的性质、功能和运动规律；其二、作为系统整体中的组成局部所具有“割下来的手就失去了它的独立存在，就不象原来长在身体上那样。它的敏捷性、运动、外形、颜色等等都转变了，而且它就腐烂起来了，丧失它的整个存在了。只有作为有机体一局部，手才获得它的地位。”整体不等于局部之和，这不仅是从量的方面说的，更着重于质的方面。氯化钠的性质不同于钠，又不同于氯，而其咸味是钠和氯都不具有的。由很多零部件装配而成的飞机或火箭所具有的飞机特性，是各个零部件所不具有的特性。不是第一流的，但其爬高力量和速度却是第一流的。这说明苏联飞机整体设计很合理。尽管系统要素并不肯定是最好的，但系统功能却是极其优良的。相反，有些领导班子中个个都是精明干炼的能人，但因其系统构造不合理，整体领导作用却不抱负，劲不能使到一处去，明显这不是一个好的系统。什么呢?打算于三个方面:①组成系统的要素的性质。如教学系统中教师和学生的素养。②系统内诸要素的数量和比例。如铁碳合金，含碳量大于2.1%称铸铁，小于2.1%称钢。③系统的构造。如碳元素可构成金刚石，也可构成石墨。内部相关性这是指。往往某个要素发生了变化，其他要素也随之变化，并引起系统变化。根深叶茂就是说的这个道理。这也是中医辩施治的一个动身点。外部相关性。中医学中“天人合一”的思想就反映了系统的这种特性。这种思想的运用可开拓决策者的视野。对上海崇明岛开发利用的决策过程就是一个很好的例子。构造性这是指的，不同的构造有不同的功能。所谓构造是指系统内部各要素相互联系、相互作用的方式或秩序，即各要素之间的具体联系和作用的形式。系统的内部形式就是系统的构造。系统内部各要素的稳定联系，形成有序构造，这是保持系统作为整体存在的根本条件，稳定构造是相对的。变化是确定的，任何系统总要动态地与外界环境进展物质、能量和信息的沟通。构造不同则得到不同的效果〔系统功能〕。给我们的启发是在同样的人力，物力，财力的状况下，如能安排得好，有合理的构造，就能提高劳动生产率。现代系统论的进展比利时物理学家普利高津1969统如何从无序走向有序的问题。该理论的观点是：对于一个与外界有关物质和能量交换的开放系统，熵的变化可以分两局部，一是由于不行逆过程，系统本身引起的熵增加，永久为正，另一局部是分系统与外界交换物质和能量引起的熵流，可以为负。在孤立系统中无熵流，熵不会削减，而开放系统的有序性来自非平衡态。在肯定条件下，当系统处于非衡态时，它能够产生、维持有序性的自组织，不断和外界交换物质和能量，系统本身尽管在产生熵，但系统又由于熵流同时向环境输出熵。输出大于产生，系统的总熵在削减，而向有序方面进展。这里“耗散”的含构造。西德物理学家哈肯在1976年创立了另一种系统理论，称为协同学。它争论各种不同系统从混沌无序状态向稳定有序构造转化的机理和条件。耗散构造认为，非平衡是有序之源，而哈肯通过很多试验，提出了由于子系统之间的协同作用，系统会形成肯定功能的自组织构造，产生时间、空间的有序构造，到达的有序状态，提醒了协同和有序的因果关系，对解释波动现象及简单事物的进展过程，作出了数学描述。该理论用“序参量”来作为系统有序程度的度量，并可以通过求解序参量方程来得到序参量的变化规律，也就系统从无序到有序的变化规律。由于协同学理论可应用到无热交换的领域，比耗散构造理论又进了一步。该理论是法国数学家托姆于1972争论不连续现象，它认为突变现象的本质是在肯定条件下，从一种稳定状态跃变到另一种稳定态。由于系统的稳定态是系统的构造打算的。所以突变现象也可以看作是系统从一种稳定构造跃迁到另一种稳定构造。质和规律，从而可推测突变将在什么条件下产生，又怎样转变参数来促进有利突变和防止不利突变。该理论已广泛应用于争论自然界、社会活动及人的决策行为中突发质变过程。此外，突变理论因应用于耗散构造理论和协同理论的定量争论，从而推动了系统理论的进展。该理论是西德生物学者艾根1971非平衡系统的自组织现象。系统是类比型系统理论。这种理论有其局限性。不行能确定一般系统特征的一般规律。他提出原始信息应当用“系统参量”来表达，关通过电子计算机把大量的系统参量联系起来，以确定一般系统的共同规律。的系统，转化与对称、泛对称或泛系关系等有关的相对普适的一些数学构造。这是从集合论根底进展起来的系统理论。其特点是把规律方法和系统方法有机地结合在一起了。二、掌握论美国科学家维纳1948年发表了<<掌握论>>到人类活动的全部领域。几乎涉及到科学技术的全部门类。这是争论各种系统的掌握和调整一般规律的科学。掌握论已经经受了三代：经典掌握论、现代掌握论和大系统掌握论。1、掌握的实质施加影响的作用。态中选译一种。从信息角度看，掌握是猎取信息、处理信息和利用信息，而掌握论就是争论对信息的处理利用。掌握的作用就是要使系统可使系统有序性增加。2、掌握实现的三个条件⑴被掌握对象必需存在多种进展变化的可能性这就是说我们要转变系统的状态，那系统必需是可以转变的，即存在多种进展变化的可能性，否则就无法进展掌握，如光在真空中的速度是确定的，每秒299793公里，那可能性空间是单元素集合，那就无法掌握。⑵目标状态在各种可能性中是可选择的。假设所确定的目标状态在系统进展变化的可能性空间中是无法选择的，那就谈不上掌握。另外该目标必需包括在此可能性空间之中，否则也无法实现掌握的目标。⑶具备肯定的掌握力量备肯定的掌握力量，即使系统有向目标状态转化的可能，但由于缺乏必要的条件，也不行能把这种可能性变为现实性。3、掌握的手段和方法⑴反响掌握是掌握的主要手段，其要点是用反响的方法，使被控量的值与目标值进展比较，然后依据比较的结果，对输入值进展修正，以到达被控量与目标值全都的目的掌握，无论是人有固定的体温顺血压，能自动根踪目标，老鹰抓小鸡还是驾驶汽车都是依据四周环境的变化来掌握调整运动的反响掌握实例。⑵信息方法：就是从信息方面来争论系统的功能，认为系统借助于信息的猎取、传递、加工和处理，以实现目的掌握。这种方法实际上是与信息论方法穿插的。⑶黑箱方法：在争论系统时，利用外部观测、试验，通过输入、输出信息来争论黑箱的功能和特性，探究其构造和机理的一种方法。例如中医看病是通过“望、闻、问、切”等外部观测，结合病人用药后的反响，分析病理，进展诊断。对有生命活动的系统和微观世界的争论绝大局部也都承受黑箱战略。⑷功能模拟方法方式，而不要求分析系统内部的机制和个别要素，不追求模型的构造与原型一样。例如用电子计算机对人脑的模拟，各种仿生学的争论等。三、信息论信息的本质及度量方法、争论信息的获得、传输、存储、处理和变换一般规律的科学。开头是为解决通迅中的编码问题提出来的，随着现代科学技术的进展，信息论的概念和内容已大大地丰富，其根底理论和实狭义信息论、一般信息论和广义信息论的不同阶段，并将连续丰富进展。1、信息的本质和度量什么是信息？目前关于信息的定义，从不同学科，不同侧面可得到几十种不同的说法，至今学术界还未统一、甚至辞海中还未能列出这条词目。掌握论创始人维纳是最早从理论上探讨这个问题的学者。他认为“信息就是信息，不是物质也不是能量。”但到底是什么呢？他没有能答复，信息与物质、能量的关系又是什么？他也没有能答复。这个问题国信息是精神实，有的认为信息是事物的运动状态或运动能量序列信息是一种客观而不实。或认为学问的消息，如情报、指令、代码、语言、文字和图象等。信息的根本特性则在于它的表意性事物属性，是相互联系和作用的表征。获得某些信息，我们就生疏了信息所反映对象的某种属性，也就是说，在未获得这些信息之前，对该对象的那种属性是不清楚的，精准地说，就是不确定的，而获得这些信息之后，就消退了这不确定性，从这个角度讲，信息是消退不确定的度量。信息如何度量呢?PPP1P

。称为先验概率；而在获得信息之后知道该大事发生的概率为2

。称为后验概率。固然P

P，那么获得的信息量即为I-Log(P/P

)，信息量的单位为2 1 2 1 2比特(bit)。上的概率为1，那么获得的信息量为2I=-Log(0.5/1)=1(bit)2由概率论方法即可确定平均信息量。H=-PlogP

PlogP

n-PnlogPnPLogP。1 2 1

2 2

2 i 2 iwi(s=∑Pii

LnP。n=1这里的公式与热力字非等几率熵计算公式在形式上是这里的公式与热力字非等几率熵计算公式在形式上是实际上熵的信息量反映了两个不同系统的不同的运动过程和方向。熵是热力学概念，它标志着一个系统的混乱程度，熵可以看成是对系统状态转化的过程。相像，既说明白信息与物质和能量的不行分割的内在联系。又从的角度反映上现实世界的物质统一性。因此把熵和信息量联系起来考察，把。2、信息科学和信息技术在信息论争论的根底上，对信息的争论已大大深化，目前已进展成一门的科学，称为信息科学。这是跨越信息论、掌握论、系统论、系理论论和方法，为如何到达最优状况找到了途径。但凡应用信息科学原理和方法与信息作用的技术都称为信息技术。提取、掌握和利用的技术。术革命的主导性技术，代表了的技术革命的主流和方向。3、运用信息方法的特点信息方法是一种直接从整体动身，用联系的、转化的观点综合系统过程的争论方法。在对系统进展争论时，首先依据对象与由它发出态，把争论对