1、系統(tǒng)論與各式各樣的具體系統(tǒng)第二講系統(tǒng)科學(xué)包括：1、系統(tǒng)工程（Systems Engineering）：技術(shù)科學(xué)2、運(yùn)籌學(xué)（Operations Research）：應(yīng)用數(shù)學(xué)3、一般系統(tǒng)論（General Systems Theory）：與理論 生物學(xué)和哲學(xué)密切相關(guān)系統(tǒng)工程與運(yùn)籌學(xué)系統(tǒng) 由相互聯(lián)系、相互制約的若干部分結(jié)合在一起組成的具有特定功能的整體。系統(tǒng)工程 系統(tǒng)工程是為了更好地達(dá)到系統(tǒng)目標(biāo)，而對系統(tǒng)的構(gòu)成要素、組織結(jié)構(gòu)、信息流動和控制機(jī)構(gòu)等進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)的技術(shù)的總稱。 并不是指通常土木、水利、建筑等這一類具體 的工程，是一個(gè)廣義的概念。 系統(tǒng)工程的實(shí)例： 北宋皇宮重建 系統(tǒng)工程的目的是使系統(tǒng)

2、達(dá)到一種整體性的優(yōu)化指標(biāo)！系統(tǒng)工程與運(yùn)籌學(xué)運(yùn)籌學(xué) 關(guān)于決策的科學(xué)，系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)理論與數(shù)學(xué)工具 “以君之下駟為彼上駟” 田忌賽馬 運(yùn)籌于帷幄之中，決勝于千里之外 史記高祖本記 “知已知彼，百戰(zhàn)不殆”，“以我之長，攻敵之 短”系統(tǒng)工程與運(yùn)籌學(xué)的產(chǎn)生現(xiàn)代生產(chǎn)力的必然產(chǎn)物 職能分工愈來愈細(xì) 社會性愈來愈強(qiáng) 基本思想來源于古代人類的社會實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) 都江堰，秦太守李冰父子，“魚嘴”分水工程，“飛沙堰”分洪 排沙工程，“寶瓶口”引水工程，120個(gè)附屬渠堰。歷史背景 二次世界大戰(zhàn)期間得到廣泛發(fā)展 合理運(yùn)用雷達(dá)，組成軍事小組。最優(yōu)爆炸深度，躲避潛艇。 蘭德公司（RandCorp）系統(tǒng)工程戰(zhàn)略部署克敵制勝！運(yùn)籌學(xué)

3、戰(zhàn)術(shù)安排近代系統(tǒng)工程實(shí)例阿波羅登月計(jì)劃 參加人員約42萬，120所大學(xué)實(shí)驗(yàn)室，耗資240億美元，1969年實(shí)現(xiàn)登月。在這個(gè)高科技系統(tǒng)下面，有眾多的分系統(tǒng)，如：飛船系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和測試系統(tǒng)等等。這些分系統(tǒng)下面又包含無數(shù)小系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)總體最優(yōu)。三峽工程 1993年開始施工準(zhǔn)備，歷經(jīng)10年，涉及防洪、發(fā)電、航運(yùn)、移民安置、生態(tài)環(huán)境、國防安全、區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展等各個(gè)方面。系統(tǒng)工程在我國的發(fā)展1955年，計(jì)劃經(jīng)濟(jì)的需要，引進(jìn)系統(tǒng)工程、運(yùn)籌學(xué)1956年中科院力學(xué)所建立了我國第一個(gè)運(yùn)籌學(xué)研究組1960年中科院力學(xué)所與數(shù)學(xué)所成立數(shù)學(xué)與運(yùn)籌學(xué)研究所1962年錢學(xué)森開始倡導(dǎo)系統(tǒng)工程思想19651975華羅庚在我國大力推

4、廣“統(tǒng)籌法”，“優(yōu)選法”。文化大革命期間幾乎停頓1977年正式將系統(tǒng)工程列入國家重點(diǎn)研究項(xiàng)目系統(tǒng)工程方法系統(tǒng)工程方法的主要環(huán)節(jié)系統(tǒng)分析 給出系統(tǒng)模型系統(tǒng)模擬 模擬仿真，通過比較作出最優(yōu)決策系統(tǒng)設(shè)計(jì) 提出技術(shù)上能實(shí)現(xiàn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)管理 進(jìn)行系統(tǒng)的研制、試驗(yàn)和評價(jià)，及時(shí)改正。系統(tǒng)工程方法示意框圖運(yùn)籌學(xué)研究的主要問題分配問題對抗問題排隊(duì)問題庫存問題更新問題順序問題搜索問題 運(yùn)籌學(xué)研究的主要問題分配問題 對有限的資源、人員、設(shè)備、時(shí)間等因素構(gòu)成的系統(tǒng)，為了最有效地實(shí)現(xiàn)某種目標(biāo)或任務(wù)，如何統(tǒng)籌規(guī)劃，以最優(yōu)的方式對有關(guān)因素加以安排或分配，使得耗費(fèi)最小，效益最大而風(fēng)險(xiǎn)最小。相關(guān)的運(yùn)籌學(xué)分支包括線性規(guī)劃、非線

5、性規(guī)劃與動態(tài)規(guī)劃，通稱規(guī)劃論。 滿足約束條件式(1), (2)的解稱為可行解，一個(gè)可行解使目標(biāo)函數(shù)J達(dá)到極值時(shí)，則稱為最優(yōu)解。規(guī)劃問題就是在一組約束條件下求目標(biāo)函數(shù)的極值問題。運(yùn)籌學(xué)研究的主要問題對抗問題博弈論（Game theory） 零和博弈：一方之勝乃另一方之負(fù)。 非零和博弈：囚犯的兩難處境納什均衡論。 納什的均衡論對亞當(dāng)斯密的“看不見的手”的原理提出挑戰(zhàn)。按照斯密的理論，在市場經(jīng)濟(jì)中，每一個(gè)人都從利己的目的出發(fā)，而最終全社會達(dá)到利他的效果。“通過追求（個(gè)人的）自身利益，他常常會比其實(shí)際上想做的那樣更有效地促進(jìn)社會利益?！?亞當(dāng)斯密國富論 從納什均衡我們引出了“看不見的手”的原理的一個(gè)悖

6、論：從利己目的出發(fā)，結(jié)果損人不利己，既不利己也不利他。一般系統(tǒng)論的誕生和發(fā)展 一般系統(tǒng)論的概念 美籍奧地利理論生物學(xué)家貝塔朗菲(Ludwig von Bertalanffy)創(chuàng)立。“生物機(jī)體論”。與哲學(xué)上的有機(jī)主義相通。 “萬物皆出于機(jī)而入于機(jī)”莊子至樂 貝塔朗菲認(rèn)為，在各種不同的系統(tǒng)中，會存在某種相似性或同構(gòu)性。一般系統(tǒng)論的任務(wù)是要找到不同系統(tǒng)，不同學(xué)科之間的共同語言和術(shù)語。一般系統(tǒng)論可以理解為關(guān)于任意系統(tǒng)研究的一種一般的理論與方法論。系統(tǒng)論的誕生 早在1924年至1927年貝塔朗菲就多次發(fā)表文章，主張把有機(jī)體當(dāng)作系統(tǒng)來考察，認(rèn)為生物學(xué)的主要任務(wù)就是發(fā)現(xiàn)生物系統(tǒng)中不同層次的組織原則。 193

7、2年和1934年，他先后發(fā)表了理論生物學(xué)和現(xiàn)代發(fā)展理論兩部著作，闡明了系統(tǒng)的整體性原則，主張用數(shù)學(xué)和模型方法研究生物現(xiàn)象，提出了機(jī)體系統(tǒng)論的思想。系統(tǒng)論的誕生1937年，貝塔朗菲在美國芝加哥大學(xué)哲學(xué)討論會上，首次提出了一般系統(tǒng)概念。1945年，他在德國哲學(xué)周刊上發(fā)表了關(guān)于一般系統(tǒng)論。但遺憾的是，這篇重要論文幾乎不被人所知。1948年在美國再次講授“一般系統(tǒng)論”時(shí)，才得到學(xué)術(shù)界的重視。 1968年貝塔朗菲發(fā)表的專著一般系統(tǒng)理論基礎(chǔ)、發(fā)展和應(yīng)用，確立了該學(xué)科的學(xué)術(shù)地位 。系統(tǒng)論的主要思想觀點(diǎn)整體性 整體大于部分之和有機(jī)關(guān)聯(lián)性 系統(tǒng)內(nèi)部諸因素之間以及系統(tǒng)與環(huán)境之間的關(guān)聯(lián)動態(tài)性 任何系統(tǒng)都隨時(shí)間不斷變

8、化，動態(tài)是靜態(tài)的前提，如，生命有機(jī)體保持體內(nèi)平衡的基礎(chǔ)之一是新陳代謝。自組織性 系統(tǒng)能夠自動調(diào)節(jié)自身的組織、活動的特性，反饋的作用 目的性 系統(tǒng)活動最終趨向于有序性和穩(wěn)態(tài)。 系統(tǒng)論是關(guān)于“整體性”的科學(xué)！整體大于部分之和！思想核心各式各樣的具體系統(tǒng)Chuas電路系統(tǒng) 有混沌解聚散有法，周行不殆，回復(fù)不閉 Lorenz方程其中a，b，c0選a=10 b=8/3 c=28系統(tǒng)有混沌解Lotka-Volterra方程 y1、y2分別代表被捕食者和捕食者的數(shù)量，代表被捕食者的出生率，代表捕食者的死亡率，、代表兩個(gè)物種的相互作用。(1)假設(shè) y2(t)=0,捕食者不存在, 獵物y1因無天敵，呈指數(shù)增長；(2) 假設(shè) y1(t)=0, 因捕食者y2僅以y1為食, 則y2呈指數(shù)下降； (3) y1 y2 項(xiàng)表示 y1 與y2的相互作用。它表示物種y1與y2相遇的 幾率，而系數(shù)的正負(fù)反映y2捕食y1的后果； (4) 定性分析表明在平衡點(diǎn)處系統(tǒng)穩(wěn)定，此時(shí)y1, y2都不為零， 要維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡，只有謀求“和局”。 Lotka-Volterra方程殺蟲藥的效應(yīng) c代表使用殺蟲藥帶來的死亡率。y1y2c=0系統(tǒng)的平衡點(diǎn)：0水位調(diào)節(jié)系統(tǒng) 甲槽和乙槽串聯(lián)。u是乙槽的自動調(diào)節(jié)閥開度，f是外界對甲槽液面的干擾。設(shè)甲乙兩槽的液面高度分別是x1和x2。其中甲槽