系統(tǒng)工程

SystemsEngineering2023/7/271本章主要內(nèi)容2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院22.1

概述2.2系統(tǒng)論基礎(chǔ)2.3控制論基礎(chǔ)2.4信息論基礎(chǔ)2.5運(yùn)籌學(xué)基礎(chǔ)2.6復(fù)雜系統(tǒng)理論第2章系統(tǒng)工程基本理論2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院32.1

概述2.2系統(tǒng)論基礎(chǔ)2.3控制論基礎(chǔ)2.4信息論基礎(chǔ)2.5運(yùn)籌學(xué)基礎(chǔ)2.6復(fù)雜系統(tǒng)理論2.1概述為系統(tǒng)工程提供理論和方法的技術(shù)科學(xué)主要有系統(tǒng)論，控制論和信息論、最優(yōu)化理論等（其中，系統(tǒng)論、信息論、控制論簡(jiǎn)稱“三論”，是系統(tǒng)科學(xué)的重要理論基礎(chǔ)及工具）。系統(tǒng)論是系統(tǒng)科學(xué)的主體理論基礎(chǔ)。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院42.1概述表2-1系統(tǒng)工程的部分方向2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院5系統(tǒng)工程的方向?qū)?yīng)的學(xué)科基礎(chǔ)系統(tǒng)工程的方向?qū)?yīng)的學(xué)科基礎(chǔ)工程系統(tǒng)工程工程設(shè)計(jì)教育系統(tǒng)工程教育學(xué)科研系統(tǒng)工程科學(xué)學(xué)社會(huì)系統(tǒng)工程社會(huì)學(xué)、未來(lái)學(xué)企業(yè)系統(tǒng)工程生產(chǎn)力經(jīng)濟(jì)學(xué)計(jì)量系統(tǒng)工程計(jì)量學(xué)信息系統(tǒng)工程信息學(xué)、情報(bào)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)工程標(biāo)準(zhǔn)學(xué)軍事系統(tǒng)工程軍事科學(xué)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程農(nóng)事學(xué)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)工程政治經(jīng)濟(jì)學(xué)行政系統(tǒng)工程行政學(xué)環(huán)境系統(tǒng)工程環(huán)境科學(xué)法治系統(tǒng)工程法學(xué)第2章系統(tǒng)工程基本理論2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院62.1

概述2.2系統(tǒng)論基礎(chǔ)2.3控制論基礎(chǔ)2.4信息論基礎(chǔ)2.5運(yùn)籌學(xué)基礎(chǔ)2.6復(fù)雜系統(tǒng)理論2.2系統(tǒng)論基礎(chǔ)貝塔朗菲是美籍奧地利生物學(xué)家，1945年，他在《德國(guó)哲學(xué)周刊》第18期上發(fā)表了《關(guān)于一般系統(tǒng)論》，這是系統(tǒng)科學(xué)的奠基之作，標(biāo)志著系統(tǒng)科學(xué)的誕生。一般系統(tǒng)論用相互關(guān)聯(lián)的綜合性思維來(lái)取代分析事物的分散思維，概括了整體性、關(guān)聯(lián)性、動(dòng)態(tài)性、有序性、終極性（目的性）等系統(tǒng)的共性，突破了以往分析方法的局限性。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院72.2系統(tǒng)論基礎(chǔ)

一般系統(tǒng)論的基本思想是：從系統(tǒng)觀點(diǎn)、整體觀點(diǎn)、動(dòng)態(tài)觀點(diǎn)測(cè)繪法，把有機(jī)體描繪成由諸多要素、按嚴(yán)格等級(jí)層次組成的動(dòng)態(tài)的開(kāi)放系統(tǒng)，具有特殊的整體功能?？茖W(xué)研究對(duì)象：系統(tǒng)、整體、整體性方法論上反對(duì)還原論2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院82.2系統(tǒng)論基礎(chǔ)一般系統(tǒng)論的延伸:有關(guān)的學(xué)科和理論，如管理理論、運(yùn)籌學(xué)、信息論、控制論、科學(xué)學(xué)、哲學(xué)、行為科學(xué)等。它給各門學(xué)科帶來(lái)新的動(dòng)力和新的研究方法，溝通了自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)、技術(shù)科學(xué)與人文科學(xué)之間的聯(lián)系，促進(jìn)了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的整體化趨勢(shì)，使許多學(xué)科面貌煥然一新。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院92.2系統(tǒng)論基礎(chǔ)2.2.1系統(tǒng)的觀點(diǎn)

貝塔朗菲將系統(tǒng)定義為“相互作用的諸要素的復(fù)合體”。這個(gè)定義強(qiáng)調(diào)了系統(tǒng)的整體性和聯(lián)系性，是系統(tǒng)科學(xué)的基本觀點(diǎn)。結(jié)構(gòu)功能相關(guān)規(guī)律、信息反饋規(guī)律、競(jìng)爭(zhēng)協(xié)同規(guī)律、漲落有序規(guī)律、優(yōu)化演化規(guī)律作為系統(tǒng)的五個(gè)重要規(guī)律。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院102.2系統(tǒng)論基礎(chǔ)2.2.1系統(tǒng)的觀點(diǎn)1.整體與涌現(xiàn)性

系統(tǒng)觀點(diǎn)首先是整體觀點(diǎn)。整體才具有而孤立的部分及其總和不具有的特性，稱為整體涌現(xiàn)性或突現(xiàn)性（wholeemergence）。（1）整體是指由事物的各內(nèi)在要素相互聯(lián)系構(gòu)成的有機(jī)統(tǒng)一體及其發(fā)展的全過(guò)程（整體性觀點(diǎn)應(yīng)用于過(guò)程系統(tǒng)）。（2）局部是指組成有機(jī)統(tǒng)一體的各個(gè)方面、要素、分支及其發(fā)展全過(guò)程中的某一階段或某一區(qū)間。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院112.2系統(tǒng)論基礎(chǔ)2.2.1系統(tǒng)的觀點(diǎn)1.整體與涌現(xiàn)性

系統(tǒng)的整體特性既包括質(zhì)的方面又包括量的方面，并以二者的統(tǒng)一體現(xiàn)出來(lái)。如果整體與部分之間存在某種可以從量上比較的同質(zhì)特性，整體涌現(xiàn)性就是“整體不等于部分之和”。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院122.2系統(tǒng)論基礎(chǔ)2.2.1系統(tǒng)的觀點(diǎn)2.結(jié)構(gòu)、子系統(tǒng)、層次

系統(tǒng)組分（元素）及組分之間一切聯(lián)系方式的總和稱為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（structure）。

子系統(tǒng)（subsystem）相對(duì)于系統(tǒng)整體而言就是系統(tǒng)的部分或組分，但它本身就是一個(gè)系統(tǒng)，具有系統(tǒng)的基本特性。

層次是系統(tǒng)由元素整合為整體過(guò)程中的涌現(xiàn)等級(jí)，不同性質(zhì)的涌現(xiàn)形成不同的層次，不同層次表現(xiàn)出不同的涌現(xiàn)性。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院132.2系統(tǒng)論基礎(chǔ)2.2.2系統(tǒng)的環(huán)境、行為和功能1.系統(tǒng)的環(huán)境

廣義上講，一個(gè)系統(tǒng)之外的一切與它相關(guān)聯(lián)的事物構(gòu)成的集合，稱為該系統(tǒng)的環(huán)境。環(huán)境與系統(tǒng)之間的相互關(guān)系是系統(tǒng)的外部規(guī)定性。在一定意義上，抽象系統(tǒng)界限的劃分和確定主要取決于分析人員或決策者。不同的決策者或分析人員可能會(huì)根據(jù)自己的研究目的取不同的界限來(lái)劃分系統(tǒng)和環(huán)境。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院142.2系統(tǒng)論基礎(chǔ)2.2.2系統(tǒng)的環(huán)境、行為和功能2.系統(tǒng)的行為

行為是刻畫系統(tǒng)與環(huán)境相互關(guān)系的概念。系統(tǒng)相對(duì)于它的環(huán)境所表現(xiàn)出來(lái)的任何變化，或者說(shuō)，系統(tǒng)可以從外部探知的一切變化，稱為系統(tǒng)的行為。行為屬于系統(tǒng)自身的變化，是系統(tǒng)自身特性的表現(xiàn)，但又同環(huán)境有關(guān)，反映環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的作用或影響。

2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院152.2系統(tǒng)論基礎(chǔ)2.2.2系統(tǒng)的環(huán)境、行為和功能3.系統(tǒng)的功能

功能是指系統(tǒng)與外部環(huán)境相互聯(lián)系和相互作用中表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)、能力和功效。功能是刻畫系統(tǒng)行為，特別是系統(tǒng)與環(huán)境關(guān)系的重要概念。結(jié)構(gòu)是功能的基礎(chǔ)，功能依賴于結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)決定功能，功能對(duì)結(jié)構(gòu)具有一定的反作用。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院162.2系統(tǒng)論基礎(chǔ)2.2.3系統(tǒng)的狀態(tài)及其演化1.系統(tǒng)的狀態(tài)

2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院17狀態(tài)變量：獨(dú)立性和完備性狀態(tài)變量一般是時(shí)間的函數(shù)，不同時(shí)刻狀態(tài)變量通常取不同的值。

狀態(tài)變量也是環(huán)境參數(shù)的函數(shù)，參數(shù)的變化反映了系統(tǒng)外界環(huán)境的變化引起的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改變。

狀態(tài)變量經(jīng)常也是位置的函數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)所處的范圍較大時(shí)，往往存在一定的空間分布，不同位置上系統(tǒng)的狀態(tài)變量有不同的取值。時(shí)間環(huán)境參數(shù)

位置2.2系統(tǒng)論基礎(chǔ)2.2.3系統(tǒng)的狀態(tài)及其演化1.系統(tǒng)的狀態(tài)

根據(jù)研究問(wèn)題的需要，我們可將系統(tǒng)狀態(tài)分為平衡態(tài)和非平衡態(tài)兩種。

平衡態(tài)是指系統(tǒng)狀態(tài)不僅不隨時(shí)間變化，而且系統(tǒng)內(nèi)部空間各處的狀態(tài)變量取值也完全相同的狀態(tài)。非平衡態(tài)是指不滿足以上條件的狀態(tài)，即要么系統(tǒng)狀態(tài)隨時(shí)間變化，要么空間各處的狀態(tài)變量取值不同。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院182.2系統(tǒng)論基礎(chǔ)2.2.3系統(tǒng)的狀態(tài)及其演化2.系統(tǒng)的演化

2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院19在足夠大的時(shí)間尺度上看，世界上的系統(tǒng)都處于演化之中

系統(tǒng)的狀態(tài)、特性、結(jié)構(gòu)、行為、功能等隨時(shí)間的推移而發(fā)生的變化一個(gè)是進(jìn)化；一個(gè)是退化系統(tǒng)內(nèi)部組分之間的相互作用和外部環(huán)境的變化系統(tǒng)的狀態(tài)分為兩類：暫態(tài)（或稱馳豫態(tài)）和終態(tài)演化的動(dòng)力基本方向普遍性系統(tǒng)的演化演化的系統(tǒng)狀態(tài)2.2系統(tǒng)論基礎(chǔ)2.2.3系統(tǒng)的狀態(tài)及其演化3.動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性

穩(wěn)定性（Stability）指的是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、狀態(tài)、行為的恒定性，即系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、狀態(tài)、行為的抗干擾能力。穩(wěn)定性問(wèn)題是動(dòng)態(tài)系統(tǒng)理論的首要問(wèn)題。穩(wěn)定性是系統(tǒng)的一種重要維生機(jī)制，穩(wěn)定性愈好，系統(tǒng)的維生能力愈強(qiáng)。一個(gè)不穩(wěn)定的系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行，無(wú)法實(shí)現(xiàn)其功能目標(biāo)，是沒(méi)有用的。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院202.2系統(tǒng)論基礎(chǔ)2.2.4系統(tǒng)論的方法2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院21系統(tǒng)論方法是不同方法和描述形式間的融會(huì)貫通

（4）確定性描述與不確定描述相結(jié)合

（2）定性描述與定量描述的相結(jié)合

（1）還原論與整體論的相結(jié)合

（3）局部描述與整體描述相結(jié)合2.2系統(tǒng)論基礎(chǔ)2.2.4系統(tǒng)論的方法1.還原論與整體論相結(jié)合

整體論強(qiáng)調(diào)的是整體地把握對(duì)象，還原論則主張把整體分解為部分來(lái)研究。系統(tǒng)論正是通過(guò)綜合整體論的思想、改進(jìn)還原論的局限性而發(fā)展起來(lái)的。它在了解事物各部分精細(xì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上，再?gòu)恼w上來(lái)認(rèn)識(shí)和處理問(wèn)題。這樣，一方面克服了還原論零碎地認(rèn)識(shí)事物的片面性，另一方面也更正了古代整體論的直觀性和籠統(tǒng)性，真正地達(dá)到了科學(xué)地把握全局。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院222.2系統(tǒng)論基礎(chǔ)2.2.4系統(tǒng)論的方法2.定性描述與定量描述相結(jié)合

對(duì)任何事物都可以從定性與定量?jī)蓚€(gè)方面加以描述。定性特性多數(shù)情況下表現(xiàn)了事物的本質(zhì)屬性，是定量描述的基礎(chǔ)；在定性描述的同時(shí)，我們也必須借助于定量描述，給出定性描述的具體特性，使定性描述更加客觀和精確。定性描述與定量描述相互結(jié)合，正是系統(tǒng)論研究問(wèn)題的基本方法之一。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院232.2系統(tǒng)論基礎(chǔ)2.2.4系統(tǒng)論的方法3.局部描述與整體描述相結(jié)合描述系統(tǒng)包括描述整體和描述局部?jī)蓚€(gè)方面。系統(tǒng)研究的基本方法之一，就是在系統(tǒng)整體觀的對(duì)照下建立對(duì)局部的描述，同時(shí)綜合對(duì)所有局部的描述，建立關(guān)于對(duì)系統(tǒng)整體的描述。微觀描述和宏觀描述就是一種特殊的局部描述與整體描述。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院242.2系統(tǒng)論基礎(chǔ)2.2.4系統(tǒng)論的方法4.確定性描述與不確定性描述相結(jié)合

對(duì)于系統(tǒng)演化進(jìn)行定量描述可以有兩種方式：確定性描述和不確定性描述。過(guò)去確定性的描述是指以牛頓力學(xué)為代表的描述，而不確定性的描述特指由統(tǒng)計(jì)力學(xué)和量子力學(xué)發(fā)展起來(lái)的概率論的描述。

2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院25第2章系統(tǒng)工程基本理論2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院262.1

概述2.2系統(tǒng)論基礎(chǔ)2.3控制論基礎(chǔ)2.4信息論基礎(chǔ)2.5運(yùn)籌學(xué)基礎(chǔ)2.6復(fù)雜系統(tǒng)理論2.3控制論基礎(chǔ)

控制論（cybernetics）是在20世紀(jì)30、40年代自動(dòng)控制、電子計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)和生物學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科蓬勃發(fā)展的背景下產(chǎn)生的。1948年，美國(guó)數(shù)學(xué)家維納將機(jī)器與生物的控制和通信機(jī)制進(jìn)行類比，抽象出共同特征，創(chuàng)立了控制論?？刂普撎釤挸龅幕靖拍睿T如目的、行為、通信、信息、輸人、輸出、反饋、控制以及在這些概念基礎(chǔ)上的控制論系統(tǒng)模型，即輸入一輸出反饋控制模型，具有廣泛的普遍意義，并且緊密聯(lián)系著基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)兩頭。

2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院272.3控制論基礎(chǔ)2.3.1控制論的發(fā)展1.社會(huì)背景

第二次世界大戰(zhàn)在客觀上大大促進(jìn)了科學(xué)的進(jìn)步、技術(shù)的發(fā)展，特別是與作戰(zhàn)有關(guān)的科學(xué)技術(shù)。2.理論淵源

（1）數(shù)學(xué)和物理學(xué)為控制論的產(chǎn)生提供了數(shù)量計(jì)算和演化機(jī)制分析的基礎(chǔ)。（2）生命科學(xué)為控制論的產(chǎn)生提供了可供類比的對(duì)象。（3）計(jì)算機(jī)科學(xué)和邏輯學(xué)的發(fā)展與控制論的產(chǎn)生和發(fā)展互為因果、相互促進(jìn)。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院282.3控制論基礎(chǔ)2.3.2控制論的基本概念1.控制論

控制論的創(chuàng)始人維納曾經(jīng)給出了控制論的經(jīng)典定義：控制論是關(guān)于動(dòng)物和機(jī)器中控制和通信的科學(xué)理論。由維納給出的定義出發(fā)，現(xiàn)在人們對(duì)控制論的公認(rèn)說(shuō)法是：控制論是以研究各種系統(tǒng)共同存在的控制規(guī)律為對(duì)象的一門科學(xué)。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院292.3控制論基礎(chǔ)2.3.2控制論的基本概念2.控制

2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院30控制必須有目的控制是一個(gè)反復(fù)的行為過(guò)程控制：根據(jù)信息選擇目的的行為及實(shí)現(xiàn)這一行為的過(guò)程。2.3控制論基礎(chǔ)2.3.2控制論的基本概念2.控制

2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院31控制實(shí)現(xiàn)的條件：必須了解事物狀態(tài)發(fā)展的可能性空間；必須確切清楚自己希望事物朝著可能性空間中的哪個(gè)或哪些狀態(tài)演化；必須能夠改變和創(chuàng)造條件，使事物朝著第二條所選的目標(biāo)方向轉(zhuǎn)化發(fā)展。2.3控制論基礎(chǔ)2.3.2控制論的基本概念3.輸入與輸出環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的作用和影響稱為系統(tǒng)的輸入系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的作用和影響稱為系統(tǒng)的輸出2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院32輸入可控輸入與不可控輸入反應(yīng)時(shí)間（時(shí)滯）輸出2.3控制論基礎(chǔ)2.3.2控制論的基本概念4.反饋

所謂反饋，就是系統(tǒng)的輸出對(duì)于輸入的影響根據(jù)反饋對(duì)被控對(duì)象作用方向，分為負(fù)反饋和正反饋兩種。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院332.3控制論基礎(chǔ)2.3.3控制系統(tǒng)及其分類1.控制系統(tǒng)

施控裝置：有傳感器和控制器中間元件叫做執(zhí)行元件被控對(duì)象接受控制之后，對(duì)外產(chǎn)生輸出。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院342.3控制論基礎(chǔ)2.3.3控制系統(tǒng)及其分類2.按控制任務(wù)進(jìn)行控制系統(tǒng)分類

一定的控制過(guò)程有一定的控制任務(wù)?？刂葡到y(tǒng)是人們?yōu)橥瓿梢欢ǖ目刂迫蝿?wù)而設(shè)計(jì)制造的。按照控制任務(wù)的不同，可將控制系統(tǒng)主要分為以下幾種類型：

(1)定值控制

(2)程序控制

(3)隨動(dòng)控制

(4)最優(yōu)控制2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院352.3控制論基礎(chǔ)2.3.3控制系統(tǒng)及其分類3.按控制方式進(jìn)行控制系統(tǒng)分類

2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院36（2）閉環(huán)控制系統(tǒng)（3）組合控制系統(tǒng)（1）開(kāi)放控制系統(tǒng)2.3控制論基礎(chǔ)2.3.4控制系統(tǒng)的主要方法1.功能模擬方法

所謂模擬，是指采用間接實(shí)驗(yàn)的方法，先設(shè)計(jì)與自然現(xiàn)象或過(guò)程相似的模型，然后通過(guò)模型來(lái)間接地研究原型的規(guī)律性的實(shí)驗(yàn)方法。

2.黑箱方法

所謂黑箱方法，就是運(yùn)用相對(duì)獨(dú)立的原則，確認(rèn)黑箱，通過(guò)分析系統(tǒng)的輸入、輸出及其動(dòng)態(tài)過(guò)程，在未知其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下，來(lái)定量或定性地認(rèn)識(shí)系統(tǒng)的功能特性、行為方式，以及探索其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和機(jī)理的一種控制論認(rèn)識(shí)方法。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院372.3控制論基礎(chǔ)2.3.4控制系統(tǒng)的主要方法3.反饋方法反饋方法，是指用系統(tǒng)活動(dòng)的結(jié)果反過(guò)來(lái)調(diào)整系統(tǒng)活動(dòng)的方法。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院382.3控制論基礎(chǔ)2.3.5基本控制規(guī)律1.位式控制規(guī)律

位式控制規(guī)律就是控制器的開(kāi)關(guān)控制規(guī)律，對(duì)應(yīng)于不同的偏差，控制器為二值輸出，要么開(kāi)啟，要么關(guān)閉。2.比例控制規(guī)律比例控制規(guī)律，就是在控制器輸出與偏差之間增設(shè)一個(gè)比例關(guān)系，它是對(duì)位式控制中被控量無(wú)穩(wěn)態(tài)值的一種改進(jìn)，即令2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院392.3控制論基礎(chǔ)2.3.5基本控制規(guī)律3.比例積分控制規(guī)律

比例積分控制規(guī)律，除了設(shè)定控制器的輸出與偏差成正比外，系統(tǒng)同時(shí)還對(duì)偏差進(jìn)行時(shí)間積分，可用下式表示:2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院404.比例積分微分控制規(guī)律

外界環(huán)境會(huì)對(duì)控制系統(tǒng)施加干擾，從而使被控量偏離期望值，出現(xiàn)偏差。若干擾比較劇烈，就會(huì)造成被控量與期望值之間的偏差很大。2.3控制論基礎(chǔ)2.3.6控制論的應(yīng)用

控制論發(fā)展的一大特點(diǎn)是它同時(shí)在理論和技術(shù)上并駕齊驅(qū)。給諸多領(lǐng)域提供了新的研究思路和方法，極大地促進(jìn)了多個(gè)學(xué)科的發(fā)展，甚至促使了一些新學(xué)科的產(chǎn)生。

1.最優(yōu)控制理論

這是現(xiàn)代控制論的核心內(nèi)容，主要應(yīng)用于工程控制系統(tǒng)和社會(huì)控制系統(tǒng)。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院412.3控制論基礎(chǔ)2.3.6控制論的應(yīng)用

2.自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)控制理論

自適應(yīng)控制系統(tǒng)是一種前饋控制系統(tǒng)，就是在環(huán)境條件還沒(méi)有影響到被控對(duì)象之前，就通過(guò)預(yù)測(cè)而去進(jìn)行控制的一種方式。它能按照外界條件的變化，自動(dòng)調(diào)整自身的結(jié)構(gòu)或參數(shù)，使控制性能一般的控制系統(tǒng)更具適應(yīng)性。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院422.3控制論基礎(chǔ)2.3.6控制論的應(yīng)用3.模糊控制理論

模糊控制理論建立在模糊數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上，主要用于解決一些不確定性系統(tǒng)的控制問(wèn)題。模糊數(shù)學(xué)將傳統(tǒng)集合推廣為模糊集合，用于描述一些不夠明確的信息和概念，并創(chuàng)立了模糊現(xiàn)象的數(shù)學(xué)模型，從而探索出一套分析和處理事物的模糊方法。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院432.3控制論基礎(chǔ)2.3.6控制論的應(yīng)用4.大系統(tǒng)控制論

大系統(tǒng)控制論是現(xiàn)代控制論最新發(fā)展的一個(gè)重要領(lǐng)域，它是系統(tǒng)工程中解決大系統(tǒng)整體與部分、整體與外界環(huán)境之間的相互關(guān)系，以達(dá)到最優(yōu)控制的理論和研究方法。大系統(tǒng)指的是一個(gè)由共同目標(biāo)聯(lián)合起來(lái)的、有若干內(nèi)在聯(lián)系的子系統(tǒng)的集合體。大系統(tǒng)控制論的研究對(duì)象就是各種規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大系統(tǒng)的控制問(wèn)題；研究的具體內(nèi)容包括工程技術(shù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生物生態(tài)等領(lǐng)域大系統(tǒng)的分析、綜合及模型化。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院44第2章系統(tǒng)工程基本理論2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院452.1

概述2.2系統(tǒng)論基礎(chǔ)2.3控制論基礎(chǔ)2.4信息論基礎(chǔ)2.5運(yùn)籌學(xué)基礎(chǔ)2.6復(fù)雜系統(tǒng)理論2.4信息論基礎(chǔ)

信息論是關(guān)于信息的本質(zhì)和傳輸規(guī)律的科學(xué)理論，是研究信息的獲取、存儲(chǔ)、傳輸、顯示和應(yīng)用的一門新興學(xué)科，它是人類通信發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院462.4信息論基礎(chǔ)2.4.1信息論的發(fā)展

現(xiàn)代信息論是從20世紀(jì)20年代奈奎斯特N．Nyquist）和哈特利（L．v．R．Hartley）的工作開(kāi)始的，他們最早研究了通信系統(tǒng)傳輸信息的能力，并試圖度量系統(tǒng)的信道容量。

1948年，香農(nóng)發(fā)表了具有里程碑性質(zhì)的論文——《通信的數(shù)學(xué)理論》。這是世界上首次將通信過(guò)程建立了數(shù)學(xué)模型的論文。這篇論文和1949年發(fā)表的另一篇論文奠定了現(xiàn)代信息論的基礎(chǔ)。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院472.4信息論基礎(chǔ)2.4.2信息論的基本概念1.信息的定義香農(nóng)把信息定義為兩次不確定性之差，即信息＝通信前的不確定性—通信后仍有的不確定性

對(duì)于信息給予下面的進(jìn)一步解釋：（1）所謂信號(hào)，包括光、一般電磁波、聲波或任何其他物質(zhì)流。這些物質(zhì)流要稱為信號(hào)必須是對(duì)某個(gè)主體而言包含某種信息，否則就僅是一種物質(zhì)流。（2）信息是包含在信號(hào)中的，并非信號(hào)或其一部分的本體，因而是需要主體從信號(hào)中提取的。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院482.4信息論基礎(chǔ)2.4.2信息論的基本概念

（3）與信號(hào)和信息關(guān)聯(lián)的另一個(gè)概念是“消息”。消息是有語(yǔ)義的，它是物質(zhì)系統(tǒng)的屬性存在值在信號(hào)中的表達(dá)的語(yǔ)言形式。但消息能否成為信息，則在于主體的加工效果及其對(duì)主體的意義。（4）所謂的有意義或有價(jià)值是指，在這些信息的指導(dǎo)下，主體作出了某些行為決定，或改變了某種思想認(rèn)識(shí)，或從中導(dǎo)出了新的知識(shí)。信息在主體的行為或思想變化中起了某種限制或規(guī)定性的作用。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院492.4信息論基礎(chǔ)2.4.2信息論的基本概念2.信息的特性（1）信息是客觀性和主觀性的統(tǒng)一（2）信息具有知識(shí)的秉性（3）信息能夠成為一種資源（4）信息具有抽象性、無(wú)限性和共享性信息不同于物質(zhì)和能量，具有不守恒性、共享性2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院502.4信息論基礎(chǔ)2.4.2信息論的基本概念3.通信系統(tǒng)模型2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院512.4信息論基礎(chǔ)2.4.2信息論的基本概念3.通信系統(tǒng)模型（1）信源：即信息的來(lái)源（2）編碼：即把信息編譯成信道可識(shí)別的代碼（3）信道：即傳播信息的通道和媒介（4）噪聲：指通信系統(tǒng)中除了預(yù)定傳送的信號(hào)之外的其它一切信號(hào)（5）譯碼：與編碼過(guò)程相反，把信道傳出的代碼轉(zhuǎn)換為原來(lái)信息的過(guò)程（6）信宿：即信息的接收者2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院522.4信息論基礎(chǔ)2.4.2信息論的基本概念4.香農(nóng)信息的度量

從通信理論來(lái)看，信息是消除不確定性的手段，信息的多少即是人們通過(guò)這個(gè)信息而消除的不確定性的多少，信息的多少即為信息量，信息量是在通信中消除了的不確定性。而事物的不確定性其實(shí)就是事物的多種可能性。因此，我們可以通過(guò)概率對(duì)其進(jìn)行表述。也就是說(shuō)，信息量的大小可以通過(guò)概率的手段來(lái)測(cè)量。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院532.4信息論基礎(chǔ)2.4.3信息方法與技術(shù)1.信息獲取技術(shù)

信息獲取技術(shù)就是借助物質(zhì)手段，擴(kuò)大信息獲取的范圍、數(shù)量、精度等的技術(shù)。例如古代發(fā)明的秤、量尺、指南針、地動(dòng)儀等，近代發(fā)明的望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡、聽(tīng)診器等儀器，都屬于獲取信息的硬技術(shù)。而人們依靠閱讀、打探等了解周圍環(huán)境的情況，中醫(yī)通過(guò)望、聞、問(wèn)、切的手段來(lái)獲知患者的病情等，則是獲取信息的軟技術(shù)。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院542.4信息論基礎(chǔ)2.4.3信息方法與技術(shù)

2.信息傳輸技術(shù)

簡(jiǎn)單地說(shuō)，信息傳輸技術(shù)就是狹義上的通信技術(shù)，用人體之外的物質(zhì)手段進(jìn)行通信的技術(shù)。現(xiàn)代通信技術(shù)是信息的發(fā)送技術(shù)、編碼技術(shù)、抗噪聲技術(shù)、信道技術(shù)、譯碼技術(shù)等的總稱，包含的技術(shù)種類和方法非常之多。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院552.4信息論基礎(chǔ)2.4.3信息方法與技術(shù)

3.信息處理技術(shù)

對(duì)原始信息進(jìn)行加工，去粗取精、去偽存真，過(guò)濾出能反映事物本質(zhì)特征且便于利用的那些信息的過(guò)程，叫做信息處理過(guò)程，其中用于加工信息的工具設(shè)備、所采用的方法技能等，就是信息處理技術(shù)。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院562.4信息論基礎(chǔ)2.4.3信息方法與技術(shù)

4.信息存儲(chǔ)技術(shù)

信息存儲(chǔ)技術(shù)就是把暫時(shí)不用或需要反復(fù)使用的信息存儲(chǔ)起來(lái)，以備不時(shí)之需?，F(xiàn)代信息存儲(chǔ)技術(shù)主要有：信息記載技術(shù)，如錄音、錄像等；信息載體的縮微技術(shù)，如光盤、電腦芯片等；數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，如建立通用的綜合數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，統(tǒng)一收集并保存各種數(shù)據(jù)資料，以供不同用戶共享的技術(shù)等。這些信息存儲(chǔ)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，同樣需要大量地運(yùn)用到電子計(jì)算機(jī)。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院572.4信息論基礎(chǔ)2.4.4信息論的應(yīng)用1.信息分析與預(yù)測(cè)信息分析與預(yù)測(cè)是對(duì)已知信息的內(nèi)容進(jìn)行整合和科學(xué)抽象的一種信息深加工活動(dòng)，目的是為了獲取增值的、具有決策支持作用的信息分析與預(yù)測(cè)產(chǎn)品，以便能夠更好地開(kāi)發(fā)和利用信息資源。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院582.4信息論基礎(chǔ)2.4.4信息論的應(yīng)用2.信息與管理信息與管理有著密不可分的關(guān)系。管理的全過(guò)程就是信息處理與流動(dòng)的過(guò)程。管理信息是從管理中產(chǎn)生、并為管理服務(wù)的一種信息類型。管理需要信息，信息也需要管理，兩者的相互結(jié)合產(chǎn)生了管理信息系統(tǒng)。

2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院59第2章系統(tǒng)工程基本理論2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院602.1

概述2.2系統(tǒng)論基礎(chǔ)2.3控制論基礎(chǔ)2.4信息論基礎(chǔ)2.5運(yùn)籌學(xué)基礎(chǔ)2.6復(fù)雜系統(tǒng)理論2.5運(yùn)籌學(xué)基礎(chǔ)

運(yùn)籌學(xué)是一門相對(duì)獨(dú)立的學(xué)科，它和自然科學(xué)、技術(shù)科學(xué)及社會(huì)科學(xué)都有密切的聯(lián)系，其理論和方法涉及到科學(xué)管理、工程技術(shù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、軍事決策等各個(gè)方面。運(yùn)籌學(xué)是一門應(yīng)用科學(xué)，它廣泛應(yīng)用現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)知識(shí)和數(shù)學(xué)方法，解決實(shí)際中提出的問(wèn)題，為決策者的最優(yōu)決策提供定量依據(jù)。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院612.5運(yùn)籌學(xué)基礎(chǔ)2.5.1運(yùn)籌學(xué)的發(fā)展

我國(guó)科學(xué)家許國(guó)志、華羅庚等借用了《史記》中“夫運(yùn)籌于帷幄之中，決勝于千里之外”的“運(yùn)籌”二字將其譯為運(yùn)籌學(xué)現(xiàn)代最早進(jìn)行運(yùn)籌學(xué)工作的是以A.V.Hill為首的英國(guó)國(guó)防部防空試驗(yàn)小組在第一次世界大戰(zhàn)期間進(jìn)行高射炮系統(tǒng)的研究。英國(guó)人P.M.Morse建立的分析美國(guó)海軍橫跨大西洋護(hù)航隊(duì)損失的數(shù)學(xué)模型，也是運(yùn)籌學(xué)的早期工作

20世紀(jì)50年代中期，錢學(xué)森、許國(guó)志等一批院士將運(yùn)籌學(xué)由國(guó)外引入，并結(jié)合我國(guó)的特點(diǎn)在國(guó)內(nèi)推廣應(yīng)用。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院622.5運(yùn)籌學(xué)基礎(chǔ)2.5.2運(yùn)籌學(xué)的基本概念

運(yùn)籌學(xué)以整體最優(yōu)為目標(biāo)，從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，力圖以最佳的方式來(lái)解決該系統(tǒng)各部門之間的利害沖突。對(duì)所研究的問(wèn)題求出最優(yōu)解，尋求最佳的行動(dòng)方案。運(yùn)籌學(xué)作為一門應(yīng)用學(xué)科，它的主要特點(diǎn)是合理的籌劃和最佳的運(yùn)用，具體表現(xiàn)有四點(diǎn)：2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院632.5運(yùn)籌學(xué)基礎(chǔ)2.5.2運(yùn)籌學(xué)的基本概念

（1）它以整體最優(yōu)為目標(biāo)，對(duì)所研究的問(wèn)題求出最優(yōu)解，尋求最佳的行動(dòng)方案，從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，力圖以整個(gè)系統(tǒng)最佳的方式來(lái)解決該系統(tǒng)各部門之間的利害沖突，所以運(yùn)籌學(xué)也可看成是一門優(yōu)化技術(shù)，提供的是解決各類問(wèn)題的優(yōu)化方法；（2）它是在不增加新的人員、物質(zhì)、設(shè)備或資金的情況下，對(duì)現(xiàn)有的人力、物力、財(cái)力進(jìn)行分析研究，做出最合理的籌劃和有效的運(yùn)用，以達(dá)到費(fèi)用最少、效果最大的目的；2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院642.5運(yùn)籌學(xué)基礎(chǔ)2.5.2運(yùn)籌學(xué)的基本概念

（3）運(yùn)籌學(xué)已被廣泛應(yīng)用于工商企業(yè)、軍事部門、民政事業(yè)等研究組織內(nèi)的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)問(wèn)題，故其應(yīng)用不受行業(yè)、部門之限制；（4）運(yùn)籌學(xué)既對(duì)各種經(jīng)營(yíng)方式進(jìn)行創(chuàng)造性的科學(xué)研究，又涉及到組織中實(shí)際的管理問(wèn)題，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，最終應(yīng)能向決策者提供建設(shè)性的意見(jiàn)，并收到實(shí)效。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院652.5運(yùn)籌學(xué)基礎(chǔ)2.5.3運(yùn)籌學(xué)的主要內(nèi)容1.規(guī)劃論

規(guī)劃論又稱“分配理論”，它是運(yùn)籌學(xué)的一個(gè)重要分支。規(guī)劃論是研究對(duì)有限資源進(jìn)行合理分配、全面安排、統(tǒng)籌規(guī)劃，以取得最佳效果的一種數(shù)學(xué)理論。規(guī)劃論研究的問(wèn)題一般可分為兩類：對(duì)一定數(shù)量的資源進(jìn)行合理安排，以完成可能實(shí)現(xiàn)的最大任務(wù)；用盡可能少的資源，來(lái)完成既定目標(biāo)。規(guī)劃論的作用是在滿足給定的條件（或要求）下，按照某一衡量指標(biāo)，從各種可行的方案中尋求某種最優(yōu)方案，為科學(xué)決策提供可靠的依據(jù)。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院662.5運(yùn)籌學(xué)基礎(chǔ)2.5.3運(yùn)籌學(xué)的主要內(nèi)容2.對(duì)策論

對(duì)策論又稱為“博弈論”，它是研究競(jìng)爭(zhēng)局勢(shì)對(duì)抗模型和探索最優(yōu)對(duì)抗策略的一種數(shù)學(xué)方法。對(duì)策論的研究對(duì)象主要是，有利害關(guān)系沖突的雙方在競(jìng)爭(zhēng)性活動(dòng)中的各種對(duì)策現(xiàn)象。運(yùn)用對(duì)策論的方法，在各方具有一定行為規(guī)則可循的情況下，可以根據(jù)對(duì)方可能采用的策略和手段來(lái)決定對(duì)付對(duì)方的辦法，以使自己在對(duì)抗競(jìng)爭(zhēng)中處于有利的地位。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院672.5運(yùn)籌學(xué)基礎(chǔ)2.5.3運(yùn)籌學(xué)的主要內(nèi)容3.決策論

決策論又稱為“判決理論”，它是研究決策問(wèn)題的基本理論和方法。所謂決策就是根據(jù)客觀可能性，借助一定的理論、方法和工具，科學(xué)地選擇最優(yōu)方案的過(guò)程。決策論的主要內(nèi)容是通過(guò)對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)信息的處理，設(shè)計(jì)針對(duì)這些信息可能選取的策略，并估算出采取這些策略對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)所產(chǎn)生的后果，對(duì)其進(jìn)行綜合研究，以便按照某種衡量準(zhǔn)則，選擇出一個(gè)最優(yōu)的策略。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院682.5運(yùn)籌學(xué)基礎(chǔ)2.5.3運(yùn)籌學(xué)的主要內(nèi)容4.排隊(duì)論

排隊(duì)論又稱“隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)理論”。排隊(duì)論主要研究各種系統(tǒng)的排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)、排隊(duì)的等待時(shí)間，以及提供的服務(wù)等各種參數(shù)之間的關(guān)系，以便利用更少的資源，實(shí)現(xiàn)更好的服務(wù)。排隊(duì)論研究的主要內(nèi)容包括隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)中排隊(duì)現(xiàn)象的等待時(shí)間、排隊(duì)長(zhǎng)度的概率分布和能夠達(dá)到的服務(wù)質(zhì)量的好壞，它的基本運(yùn)算工具是概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院692.5運(yùn)籌學(xué)基礎(chǔ)2.5.3運(yùn)籌學(xué)的主要內(nèi)容5.庫(kù)存論

庫(kù)存論又被稱為“存儲(chǔ)論”，它是研究庫(kù)存系統(tǒng)最優(yōu)儲(chǔ)存量的理論和方法。常見(jiàn)的庫(kù)存策略有三種：（1）定期定量策略，即每隔固定時(shí)間向系統(tǒng)供應(yīng)相同的貨物量，故又稱為-循環(huán)策略；

（2）標(biāo)準(zhǔn)量策略，又稱為策略，即當(dāng)存儲(chǔ)量多于某一定值標(biāo)準(zhǔn)時(shí)不供應(yīng)，當(dāng)存儲(chǔ)量低于時(shí)，立即供應(yīng)并達(dá)到存儲(chǔ)量。（3）混合策略，又稱為策略，即每隔一定時(shí)間檢查一次庫(kù)存量，當(dāng)發(fā)現(xiàn)庫(kù)存量大于時(shí)不供應(yīng)，當(dāng)庫(kù)存量小于時(shí)供應(yīng)并達(dá)到存儲(chǔ)量。

2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院702.5運(yùn)籌學(xué)基礎(chǔ)2.5.3運(yùn)籌學(xué)的主要內(nèi)容6.搜索論

搜索論是一種研究在尋找某個(gè)目標(biāo)的過(guò)程中，如何合理地使用一定的搜索手段，以取得最好的搜索效果的理論和方法。搜索系統(tǒng)主要包含了搜索者、目標(biāo)和環(huán)境這三個(gè)要素。搜索者是動(dòng)作行為的主體；目標(biāo)通常是需要處理的系統(tǒng)對(duì)象，如某種礦物、隱藏的潛水艇、機(jī)器故障、事件的關(guān)鍵環(huán)節(jié)等；環(huán)境則是搜索進(jìn)行時(shí)的外部條件。

2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院712.5運(yùn)籌學(xué)基礎(chǔ)2.5.3運(yùn)籌學(xué)的主要內(nèi)容6.搜索論

搜索論研究的主要內(nèi)容，就是在考慮這三個(gè)因素的基礎(chǔ)上，使搜索的成本（即所需耗費(fèi)的人力、物力、資金和時(shí)間等資源）最小而獲得的信息量最大。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院722.5運(yùn)籌學(xué)基礎(chǔ)2.5.3運(yùn)籌學(xué)的主要內(nèi)容7.可靠性理論

在給定的時(shí)間區(qū)間和規(guī)定的運(yùn)行條件下，一個(gè)實(shí)體系統(tǒng)（設(shè)備、部件或元件等）能有效地執(zhí)行其任務(wù)的概率，稱為該實(shí)體系統(tǒng)的可靠性?？煽啃岳碚撗芯康南到y(tǒng)一般分為兩類：不可修復(fù)系統(tǒng)，如導(dǎo)彈等，這種系統(tǒng)的可靠性參數(shù)是系統(tǒng)的壽命、運(yùn)行可靠度等；可修復(fù)系統(tǒng)，如一般的機(jī)電設(shè)備等，度量這種系統(tǒng)的可靠性有一個(gè)重要的參數(shù)——有效度，其值為系統(tǒng)的正常工作時(shí)間與正常工作時(shí)間加上事故修理時(shí)間之和的比值。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院732.5運(yùn)籌學(xué)基礎(chǔ)2.5.3運(yùn)籌學(xué)的主要內(nèi)容8.網(wǎng)絡(luò)分析

網(wǎng)絡(luò)分析是利用網(wǎng)絡(luò)圖，把復(fù)雜的系統(tǒng)工程項(xiàng)目的各個(gè)具體環(huán)節(jié)合理地銜接起來(lái)，使之相互協(xié)調(diào)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)項(xiàng)目整體在資源使用上達(dá)到最優(yōu)目標(biāo)的一種理論和方法。

網(wǎng)絡(luò)分析的研究著眼于系統(tǒng)整體，通過(guò)將整體工程中各環(huán)節(jié)的相互聯(lián)系與時(shí)間關(guān)系組織成統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)形式，可以清晰地反映出整個(gè)工程的主要矛盾、關(guān)鍵環(huán)節(jié)和各項(xiàng)工作順序。而網(wǎng)絡(luò)圖的繪制和網(wǎng)絡(luò)時(shí)間的計(jì)算，可以預(yù)計(jì)影響工程進(jìn)度和資源利用的各項(xiàng)因素，做到統(tǒng)籌規(guī)劃、合理安排和使用資源，從而保證順利完成系統(tǒng)工程項(xiàng)目整體的預(yù)定目標(biāo)。

2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院742.5運(yùn)籌學(xué)基礎(chǔ)2.5.4運(yùn)籌學(xué)解決問(wèn)題的步驟1.確定問(wèn)題及目標(biāo)

首先對(duì)所研究的系統(tǒng)和問(wèn)題進(jìn)行觀察和分析，歸納出決策的目標(biāo)及制定決策時(shí)的種種限制。2.搜集數(shù)據(jù)建立模型

模型是對(duì)實(shí)際問(wèn)題的抽象概括和嚴(yán)格的邏輯表達(dá)。模型的正確建立是運(yùn)籌學(xué)研究中關(guān)鍵的一步，它是將實(shí)際問(wèn)題、經(jīng)驗(yàn)、科學(xué)方法三者有機(jī)結(jié)合的創(chuàng)造性的工作。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院752.5運(yùn)籌學(xué)基礎(chǔ)2.5.4運(yùn)籌學(xué)解決問(wèn)題的步驟3.求解模型

根據(jù)問(wèn)題的要求，采用數(shù)學(xué)方法或其他輔助工具對(duì)模型求解，可分別求出最優(yōu)解、次優(yōu)解或滿意解；根據(jù)對(duì)解的精度的要求及算法上實(shí)現(xiàn)的可能性，又可區(qū)分為精確解和近似解等。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院762.5運(yùn)籌學(xué)基礎(chǔ)2.5.4運(yùn)籌學(xué)解決問(wèn)題的步驟4.檢驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑榱藢?duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)，需要將實(shí)際問(wèn)題的歷史數(shù)據(jù)資料代入到模型中，研究得到的解與歷史實(shí)際的符合程度，以判斷模型是否正確。

5.結(jié)果分析及實(shí)施任何模型都有一定的適用范圍，模型的解是否有效取決于模型是否繼續(xù)有效。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院77第2章系統(tǒng)工程基本理論2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院782.1

概述2.2系統(tǒng)論基礎(chǔ)2.3控制論基礎(chǔ)2.4信息論基礎(chǔ)2.5運(yùn)籌學(xué)基礎(chǔ)2.6復(fù)雜系統(tǒng)理論2.6復(fù)雜系統(tǒng)理論

在經(jīng)典科學(xué)的世界中，各種復(fù)雜的現(xiàn)象都是由一些簡(jiǎn)單的規(guī)律加以解釋的，相信客觀世界本質(zhì)上是簡(jiǎn)單的，復(fù)雜性是披在簡(jiǎn)單性之上的面紗?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展表明，不能把復(fù)雜性全部歸結(jié)為認(rèn)識(shí)過(guò)程的不充分性，必須承認(rèn)存在客觀的復(fù)雜性，真正的復(fù)雜性具備自身特有的規(guī)定性，即使已被人們認(rèn)識(shí)，即使找到解決辦法，它仍然是復(fù)雜的。

2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院792.6復(fù)雜系統(tǒng)理論2.6.1復(fù)雜系統(tǒng)概述1.復(fù)雜性的涵義

按照普利高津在其專著《探索復(fù)雜性》一書中的解釋，復(fù)雜性能夠?qū)崿F(xiàn)不同動(dòng)態(tài)之間的轉(zhuǎn)變；而圣塔菲研究所的科學(xué)家們認(rèn)為，復(fù)雜性主要是指復(fù)雜適應(yīng)性系統(tǒng)的演化特征，它一般處于混沌的邊緣。復(fù)雜性可以表示為變化無(wú)常且琢磨不定的一些秩序，它們通過(guò)自適應(yīng)和自組織，經(jīng)歷一系列的過(guò)程而向更高級(jí)、更優(yōu)化的秩序演變。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院802.6復(fù)雜系統(tǒng)理論2.6.1復(fù)雜系統(tǒng)概述1.復(fù)雜性的涵義復(fù)雜性可以從元素方面進(jìn)行分析，也可以從關(guān)系方面進(jìn)行分析：（1）系統(tǒng)中需要識(shí)別的元素的種類越多，其數(shù)量越大，系統(tǒng)就越復(fù)雜。系統(tǒng)中元素的數(shù)量及其多樣性是復(fù)雜性的第一個(gè)基本的客觀標(biāo)準(zhǔn)。復(fù)雜性的形成需要足夠的系統(tǒng)規(guī)模，這是產(chǎn)生復(fù)雜性的必要條件，但不是充分條件。

2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院812.6復(fù)雜系統(tǒng)理論2.6.1復(fù)雜系統(tǒng)概述1.復(fù)雜性的涵義

（2）系統(tǒng)元素之間的相互關(guān)系越緊密，相互聯(lián)系的范圍越廣泛，系統(tǒng)就越復(fù)雜。元素之間的關(guān)系越緊密，就意味著它們的特征相互約束、相互依賴和相互規(guī)定越強(qiáng)烈，要了解其中之一，必定需要了解相關(guān)的其他元素，對(duì)整體的理解依賴于對(duì)部分的分析。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院822.6復(fù)雜系統(tǒng)理論2.6.1復(fù)雜系統(tǒng)概述2.復(fù)雜性的特征

（1）復(fù)雜性體現(xiàn)了系統(tǒng)的整體性整體大于各組成部分之和，這是非線性系統(tǒng)所具有的特征，尤其對(duì)涵蓋了多個(gè)層次的復(fù)雜系統(tǒng)，單個(gè)層次的性質(zhì)不能說(shuō)明整體的性質(zhì)，低層次的規(guī)律也不能說(shuō)明高層次的規(guī)律。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院832.6復(fù)雜系統(tǒng)理論2.6.1復(fù)雜系統(tǒng)概述2.復(fù)雜性的特征（2）復(fù)雜性意味著系統(tǒng)在組成和結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)包含了多個(gè)子系統(tǒng)，個(gè)體、子系統(tǒng)、系統(tǒng)具有各自相對(duì)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)、功能與行為，各組成之間、不同層次的組成之間相互關(guān)聯(lián)、相互制約。復(fù)雜系統(tǒng)的多層次結(jié)構(gòu)反映在時(shí)間與空間兩個(gè)尺度上，可以形成不均一的網(wǎng)絡(luò)體系。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院842.6復(fù)雜系統(tǒng)理論2.6.1復(fù)雜系統(tǒng)概述2.復(fù)雜性的特征（3）復(fù)雜性意味著系統(tǒng)與環(huán)境、子系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間存在非線性相互作用。系統(tǒng)與外部環(huán)境相互關(guān)聯(lián)、相互制約、高度統(tǒng)一；系統(tǒng)內(nèi)部的各個(gè)層次之間、各個(gè)子系統(tǒng)之間，以及各個(gè)組成成分之間均存在著復(fù)雜的非線性相互作用。（4）復(fù)雜系統(tǒng)的演化方向多是進(jìn)化系統(tǒng)的演化可有進(jìn)化、退化兩個(gè)方向，復(fù)雜系統(tǒng)里，進(jìn)化起著重要的作用。復(fù)雜系統(tǒng)隨著時(shí)間而變化，不斷調(diào)節(jié)和適應(yīng)周圍環(huán)境，通過(guò)自組織的作用涌現(xiàn)出一定的行為和特征，整體一般趨向有序化發(fā)展。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院852.6復(fù)雜系統(tǒng)理論2.6.1復(fù)雜系統(tǒng)概述2.復(fù)雜性的特征（5）系統(tǒng)的演化形式是多樣的，有漸變和突變系統(tǒng)科學(xué)中的突變指的是非常劇烈的變化，不強(qiáng)調(diào)變化的瞬時(shí)性。其中，漸變是量變，是某種作用、因素的積累，是突變的基礎(chǔ)；而突變是質(zhì)變，是系統(tǒng)從低級(jí)向高級(jí)進(jìn)化的階段性的轉(zhuǎn)折。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院862.6復(fù)雜系統(tǒng)理論2.6.2自組織理論

自組織理論是研究客觀世界中自組織現(xiàn)象的產(chǎn)生、演化等的理論。所謂自組織是指在系統(tǒng)開(kāi)放的背景下，系統(tǒng)自發(fā)形成內(nèi)部有序結(jié)構(gòu)的過(guò)程。自組織指系統(tǒng)形成的各種結(jié)構(gòu)并非是外界環(huán)境直接強(qiáng)加給系統(tǒng)的，而外界是以非特定的方式作用于系統(tǒng)。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院872.6復(fù)雜系統(tǒng)理論2.6.2自組織理論

自組織和其他組織的區(qū)別在于：同樣對(duì)于系統(tǒng)新?tīng)顟B(tài)的出現(xiàn)、新功能的形成、一定目的的達(dá)到，其原因不同。對(duì)于他組織，出現(xiàn)這些現(xiàn)象的原因在于系統(tǒng)之外；自組織則不同，所以出現(xiàn)組織結(jié)構(gòu)，其直接原因在于系統(tǒng)的內(nèi)部，與外界無(wú)關(guān)。1.自組織現(xiàn)象自組織的一個(gè)典型案例是貝納德流，它是流體力學(xué)中最簡(jiǎn)單的自組織現(xiàn)象，是由法國(guó)物理學(xué)家貝納德（Benard）于1900年利用流體完成的一個(gè)著名實(shí)驗(yàn)。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院882.6復(fù)雜系統(tǒng)理論2.6.2自組織理論貝納特對(duì)流實(shí)驗(yàn)取一層薄層流體（如樟腦油），上下各放置一片很大的恒溫?zé)嵩窗?，溫度分別恒定在、，要求板的寬度與長(zhǎng)度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于兩板之間的距離。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)兩板溫度相等，即=時(shí)，流體處于熱力學(xué)平衡態(tài)。當(dāng)溫差ΔT較小時(shí)，傳熱以導(dǎo)熱的方式平穩(wěn)進(jìn)行，液體從宏觀上看是靜止的；當(dāng)ΔT超過(guò)某一極限值ΔTc時(shí)，液體發(fā)生突變，變得不穩(wěn)定，出現(xiàn)對(duì)流，并可發(fā)展成為排列非常整齊的六邊形對(duì)流原胞。如果ΔT繼續(xù)增大，對(duì)流花紋可發(fā)生多次分合。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院892.6復(fù)雜系統(tǒng)理論2.6.2自組織理論2.耗散結(jié)構(gòu)理論耗散結(jié)構(gòu)：處在非線性區(qū)（遠(yuǎn)離平衡區(qū)）的非平衡系統(tǒng)，其狀態(tài)隨時(shí)間的變化，有可能有序結(jié)構(gòu),即耗散結(jié)構(gòu)。與處在線性區(qū)（即近平衡區(qū)）的非平衡系統(tǒng)隨時(shí)間變化所趨向的定態(tài)（熵產(chǎn)生率最小的狀態(tài)）有著質(zhì)的區(qū)別（結(jié)構(gòu)改變了）。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院902.6復(fù)雜系統(tǒng)理論2.6.2自組織理論2.耗散結(jié)構(gòu)理論一個(gè)系統(tǒng)在自組織的過(guò)程中，有序程度不斷增加，最終達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，其有序程度較自組織過(guò)程初始要高。耗散結(jié)構(gòu)形成的條件包括以下幾方面：（1）系統(tǒng)必須開(kāi)放（2）遠(yuǎn)離平衡態(tài)（3）非線性相互作用（4）漲落現(xiàn)象2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院912.6復(fù)雜系統(tǒng)理論2.6.2自組織理論2.耗散結(jié)構(gòu)理論形成的耗散結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：（1）耗散結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程伴隨著對(duì)稱性的破缺（2）耗散結(jié)構(gòu)是一種有序結(jié)構(gòu)（3）耗散結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)依賴于系統(tǒng)的自催化作用（4）耗散結(jié)構(gòu)現(xiàn)象存在分岔2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院922.6復(fù)雜系統(tǒng)理論2.6.3協(xié)同學(xué)1971年哈肯第一次提出“協(xié)同”的概念1973年提出協(xié)同學(xué)理論的基本觀點(diǎn)。1975年，哈肯在《現(xiàn)代物理評(píng)論》上發(fā)表了論文《遠(yuǎn)離平衡系統(tǒng)和非物理學(xué)系統(tǒng)中的合作現(xiàn)象》。1977年，德國(guó)Springer-Verlag出版社發(fā)行了“《協(xié)同學(xué)導(dǎo)論》”（Synergetics—AnIntroduction）一書，至此初步形成了協(xié)同學(xué)的基本框架。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院932.6復(fù)雜系統(tǒng)理論2.6.3協(xié)同學(xué)1.協(xié)同學(xué)的主要觀點(diǎn)協(xié)同學(xué)（Synergetics）這個(gè)詞是從希臘文來(lái)的，意思是“一門關(guān)于協(xié)作的科學(xué)”或者是“一個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)部分協(xié)同工作”。協(xié)同學(xué)就是研究一類由許多子系統(tǒng)構(gòu)成的系統(tǒng)如何協(xié)作而形成宏觀尺度上的空間結(jié)構(gòu)、時(shí)間結(jié)構(gòu)或功能結(jié)構(gòu)，特別關(guān)注這種有序結(jié)構(gòu)是如何通過(guò)自組織的方式形成的。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院942.6復(fù)雜系統(tǒng)理論2.6.3協(xié)同學(xué)2.序參量的概念

自組織系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)的狀態(tài)變量很多，無(wú)法逐一加以描述，而在自組織的過(guò)程中，各子系統(tǒng)變量之間緊密相連、相互影響。自組織的過(guò)程就是各狀態(tài)變量相互作用，形成一種統(tǒng)一的“力量”，是系統(tǒng)發(fā)生質(zhì)變的過(guò)程。哈肯提出序參量的概念，為描述系統(tǒng)的自組織過(guò)程提供了方便的方法。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院952.6復(fù)雜系統(tǒng)理論2.6.3協(xié)同學(xué)3.支配原理

支配原理是協(xié)同學(xué)的一條基本原則，它描述了系統(tǒng)在相變發(fā)生時(shí)各個(gè)狀態(tài)變量的演化行為，并給出了簡(jiǎn)化處理多變量微分方程的快變量消去法。支配原理體現(xiàn)了相變時(shí)系統(tǒng)內(nèi)子系統(tǒng)之間協(xié)同作用的特點(diǎn)，即由序參量或慢變量來(lái)支配快變量而形成協(xié)同作用。2023/7/27北京物資學(xué)院信息學(xué)院962.6復(fù)雜系統(tǒng)理論2.6.4復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論

復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)（ComplexAdaptiveSystem,CAS）是1994年由美國(guó)圣塔菲研