系統(tǒng)科學(xué)的基本理論

方法和應(yīng)用思考

1報告大綱一、揭開系統(tǒng)科學(xué)的神秘面紗（概念篇）二、系統(tǒng)科學(xué)的研究、發(fā)展與應(yīng)用思考（內(nèi)涵、進展及思考篇）2一、揭開系統(tǒng)科學(xué)的神秘面紗

（概念篇）1、在什么情況下1+1>2？——系統(tǒng)與系統(tǒng)思想什么是系統(tǒng)：由相互區(qū)別、相互作用的各個部分有機地聯(lián)系在一起，為同一目的而完成某種功能的集合體。歸納為：多元性、相關(guān)性、整體性、目的性系統(tǒng)思想的核心：（1）事物的普遍聯(lián)系觀點（2）事物的永恒發(fā)展觀點3（5）大系統(tǒng)、小系統(tǒng)

（6）簡單系統(tǒng)、復(fù)雜系統(tǒng)

（7）層次性、涌現(xiàn)性

（8）系統(tǒng)整體與部分之間的關(guān)系：

>

整體=部分和

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52、系統(tǒng)復(fù)雜性與決策陷阱

關(guān)于復(fù)雜性：

（1）要素眾多

（2）關(guān)聯(lián)非線性

（3）人的因素

（4）隨機因素

（5）不確定因素

（6）動態(tài)變化

（7）多層次與涌現(xiàn)特性

6

3、復(fù)雜性=“林妹妹”？

—哲學(xué)家們的高談闊論

復(fù)雜性產(chǎn)生的后天論與先天論之爭

還原論觀點：復(fù)雜性是后天產(chǎn)生的；

應(yīng)對方法：分解還原，線性逼近，小信號擾動；

系統(tǒng)論觀點：復(fù)雜性是事物的固有特性，世界的本原就是復(fù)雜的；

應(yīng)對方法：直面非線性，向復(fù)雜性，挑戰(zhàn)。7其中新興：（1）時間上的概念

（2）思維方式的變革

特點：綜合性、(橫斷性、新興性

特征：

（1）理論、方法的整體性；多種理論方法相結(jié)合或交替使用；

（2）研究領(lǐng)域的交叉性；多學(xué)科交叉，邊緣學(xué)科問題；

（3）研究問題的復(fù)雜性；定性定量相結(jié)合。

9系統(tǒng)科學(xué)研究的核心問題：

大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)的演化。

系統(tǒng)演化的量個方向：起源與歸宿老子語：道生一，一生二，二生三，三生萬物，萬物負陰以抱陽．105、系統(tǒng)科學(xué)的體系結(jié)構(gòu)和學(xué)科地位

馬克思主義哲學(xué)系統(tǒng)科學(xué)運籌學(xué)控制論信息論系統(tǒng)工程自動化技術(shù)通信技術(shù)哲學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)科學(xué)工程技術(shù)系統(tǒng)學(xué)112、組織能度量嗎？

——探究序和熵

序：按次第區(qū)分、排列。

或?qū)ΨQ破缺。

有序性方向

13熵：用于度量系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)對系統(tǒng)總體性質(zhì)貢獻的大?。?/p>

H=-k∑PilogPiI=1,2…n

最大熵：

Hmax=klogn；當Pi=(1/n)

相對熵：

H/Hmax

剩余度：

r=1-H/Hmax14

系統(tǒng)有序演化的自組織判據(jù)：

>自組織有序演化

dr/dt=0有序化臨界<漸近無序化系統(tǒng)熵可用于簡單巨系統(tǒng)演化的描述與分析15應(yīng)用思考:應(yīng)用信息熵（1）進行慢性疾病癥狀指標的聚類、關(guān)聯(lián)性分析（2）不同要素之間的相關(guān)性分析（見孫繼佳的部分工作）（3）運用熵判據(jù)描述和研究慢性疾病的演化進程（待探索）17

３、燒開水中的學(xué)問

——耗散結(jié)構(gòu)及其形成條件

貝納德流實驗：

△T=T1-T2=(0<c1<c2<c3)18

兩類有序結(jié)構(gòu)靜態(tài)有序結(jié)構(gòu)：靜態(tài)結(jié)構(gòu)，如食鹽，冰—水—汽相互轉(zhuǎn)化動態(tài)有序結(jié)構(gòu)：耗散結(jié)構(gòu)，如貝納德流，生物系統(tǒng)等。有序與系統(tǒng)演化：進化—系統(tǒng)狀態(tài)越來越有序；退化—系統(tǒng)狀態(tài)越來越無序。19

4、船到橋頭自會直——支配與演化系統(tǒng)協(xié)同演化的三大基本原理：（1）不穩(wěn)定性原理不穩(wěn)定性的積極作用（2）支配原理慢變量支配快變量（3）序參量原理序參量支配系統(tǒng)中其他變量21三個臭皮匠頂個諸葛亮

——團隊的整體涌現(xiàn)

三人行必有我?guī)煟鬃诱Z，概率約為99.93%）水(H2O)的自豪與無奈INTERNET與無標度網(wǎng)絡(luò)（小世界、負冪率分布）搭便車（行為學(xué)）22拉面中的長程關(guān)聯(lián)

——害羞的因果關(guān)系長周期性：太陽黑子爆發(fā)（約11.2年）商業(yè)周期（4-5年）庫茨涅茲周期（15-16年）經(jīng)濟長波（50-60年）股票系統(tǒng)（？年）一因多果，一果多因，多因多果（糖尿?。?3（1）城門失火，殃及池魚——腎陰虛與季節(jié)有無（長程）關(guān)聯(lián)？（五行學(xué)說）（2）慢性疾病的診治有沒有快變量和慢變量？其支配機制如何？序參量又是什么？（待探索）（3）慢性疾病發(fā)病過程是一個耗散結(jié)構(gòu)演化過程？是有序化走向無序化？（待探索）255、從美國世貿(mào)大廈的倒塌談起

——突變與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性：

控制參量小的擾動不會引起系統(tǒng)定性特征的變化。

突變與漸變：

控制參量的漸變導(dǎo)致系統(tǒng)定性特征的突變。

分叉與選擇：26

6、電腦算命你信嗎？——混沌與初值敏感性什么是混沌？（1）魚缸中的蒼蠅（2）春蠶結(jié)繭（3）心跳與脈搏（4）天氣能預(yù)報嗎？（5）股價指數(shù)誰能說得準？29７.蝴蝶效應(yīng)

○○●ABC30１、一枚蹄釘亡了一個帝國—初值

敏感性美國民謠：缺了一枚釘，壞了一只蹄鐵；壞了一只蹄鐵，翻了一匹馬；翻了一匹馬，死了一位將；死了一位將，輸了一場戰(zhàn)爭；輸了一場戰(zhàn)爭，亡了一個帝國。羅倫茲的故事差之毫厘，謬以千里。31８.混沌的基本特征：（1）初值敏感性（2）非周期性（3）局部不穩(wěn)定、全局穩(wěn)定性（4）內(nèi)在隨機性（5）自相似性（6）分數(shù)維數(shù)32應(yīng)用思考：慢性疾病在發(fā)展過程中一些細微的因素可能會成為“導(dǎo)火索”，此時“蝴蝶效應(yīng)”、初值敏感性，混沌理論可能會有表演的舞臺。（1）慢性疾病的病變過程中是否會有閾值效應(yīng)？（待研究）（2）慢性疾病的演變有沒有自相似過程？如果有，其自相似規(guī)律又是什么？（待研究）33９、造就美的機器

——自相似與分形

自相似：整體與局部相似

EEEEE

E

EEEEE

E

EEEEE34

分形：海岸線到底有多長？傳統(tǒng)維數(shù)的概念：d=㏑k/㏑l點—零維；線—一維面—兩維體—三維運動物體—四維35分數(shù)維數(shù)：

D=lnN(e)/ln(1/e)

koch曲線：

D=n*ln4/（n*ln3）,n=1,2,3

=1.26（維）

36Sierpinski地毯D=n*ln8/n*ln3,n=1,2,3=1.89（維）37應(yīng)用思考：分型幾何學(xué)也許會成為中醫(yī)藥臨床療效評價的一種重要的手段。（1）利用慢性疾病檢查的圖象信息（CT、B超等）提取圖象特征，建立分形模型，計算分數(shù)維數(shù)，進行比對分析。（見孔平的工作計劃）38１０、生命游戲與百分之七規(guī)法則101101010####1####tt+1系統(tǒng)走向何方？39幾種可能的結(jié)果（1）停止不動（不動點）（2）周而復(fù)始循環(huán)（周期態(tài)）（3）非周期運動（混沌態(tài)）顯然與初始狀態(tài)有關(guān)（1的個數(shù)及其分布）問題：要使系統(tǒng)不死（非全0），初始時至少要有多少個1？（7%法則）40應(yīng)用思考：

“生命游戲”模型為探討慢性疾病的演變規(guī)律提供了一個復(fù)雜結(jié)構(gòu)模擬實驗室。慢性疾病的診治是否存在7%規(guī)律？其演化規(guī)則該如何確定？（待研究）4111.幽靜山莊中的復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)（ComplexAdaptiveSystem,CAS）1984年圣達菲研究所成立特色：跨學(xué)科，非盈利主旨:適應(yīng)性產(chǎn)生復(fù)雜性42（1）規(guī)模報酬遞增--計算機鍵盤的奇怪排列

（2）（經(jīng)濟學(xué)家阿瑟ArshurBurks）隨機決定未來--汽油車與柴油車之爭（3）個體偏好—描繪GDP曲線之手SWARM模擬平臺--遺傳算法的舞臺(計算機專家霍蘭JohnHolland）43（4）少數(shù)服從多數(shù)？

不，少數(shù)者贏！

—周末俱樂部

—公交車難題

—股票操盤手的贏利準則44應(yīng)用思考：復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論可能是應(yīng)對在慢性疾病診治過程中藥與病的相互作用關(guān)系的一個有效實驗分析工具。（1）中西醫(yī)藥是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域