第1章

系統(tǒng)學(xué)概述第1章系統(tǒng)學(xué)概述教學(xué)重點重點掌握幾個內(nèi)容：系統(tǒng)學(xué)是關(guān)于整體涌現(xiàn)性的基礎(chǔ)科學(xué)理論整體涌現(xiàn)性的表述涌現(xiàn)的產(chǎn)生機制涌現(xiàn)的刻畫涌現(xiàn)的實驗系統(tǒng)科學(xué)與系統(tǒng)工程概論教學(xué)重點重點掌握幾個內(nèi)容：第1章系統(tǒng)學(xué)概述1.1系統(tǒng)學(xué)是整體涌現(xiàn)性的基礎(chǔ)科學(xué)理論系統(tǒng)學(xué)的界限系統(tǒng)論屬于哲學(xué)系統(tǒng)學(xué)屬于科學(xué)，界定概念、揭示規(guī)律、闡述原理、制訂方法時使用科學(xué)語言，符合科學(xué)規(guī)范系統(tǒng)學(xué)不直接指導(dǎo)工程技術(shù)，無須考慮應(yīng)用問題第1章系統(tǒng)學(xué)概述1.1系統(tǒng)學(xué)是整體涌現(xiàn)性的基礎(chǔ)科學(xué)理論第1章系統(tǒng)學(xué)概述1.1系統(tǒng)學(xué)是整體涌現(xiàn)性的基礎(chǔ)科學(xué)理論系統(tǒng)學(xué)的定義系統(tǒng)學(xué)是一門研究系統(tǒng)的整體涌現(xiàn)性的基礎(chǔ)科學(xué)，它是關(guān)于整體涌現(xiàn)性的基礎(chǔ)理論，這樣的界定才能體現(xiàn)出系統(tǒng)學(xué)的根本特征。在技術(shù)科學(xué)層次，研究系統(tǒng)現(xiàn)象無須強調(diào)涌現(xiàn)概念，在該層次，功能是系統(tǒng)最重要的涌現(xiàn)特性，抓住了功能問題實際上就是把握了涌現(xiàn)問題。第1章系統(tǒng)學(xué)概述1.1系統(tǒng)學(xué)是整體涌現(xiàn)性的基礎(chǔ)科學(xué)理論第1章系統(tǒng)學(xué)概述1.1系統(tǒng)學(xué)是整體涌現(xiàn)性的基礎(chǔ)科學(xué)理論系統(tǒng)學(xué)的根本任務(wù)是以涌現(xiàn)的觀點研究系統(tǒng)現(xiàn)象和系統(tǒng)問題，揭示系統(tǒng)產(chǎn)生涌現(xiàn)性的條件、機制、規(guī)律、原理，制定刻畫涌現(xiàn)的基本方法，建立關(guān)于涌現(xiàn)的一般理論體系，給技術(shù)科學(xué)層次的系統(tǒng)理論提供指導(dǎo)。第1章系統(tǒng)學(xué)概述1.1系統(tǒng)學(xué)是整體涌現(xiàn)性的基礎(chǔ)科學(xué)理論第1章系統(tǒng)學(xué)概述1.2整體涌現(xiàn)性的表述涌現(xiàn)現(xiàn)象和涌現(xiàn)性的實質(zhì)：整體大于部分之和。（亞里士多德的命題）令W記系統(tǒng)整體，由n個部分組成，令pi記第i個部分，i=1，2，…，n，以∑記求和運算，則亞氏命題可形式化表示為第1章系統(tǒng)學(xué)概述1.2整體涌現(xiàn)性的表述第1章系統(tǒng)學(xué)概述1.2整體涌現(xiàn)性的表述簡潔表達為：1+1>2是一個量化命題，并非涌現(xiàn)原理的科學(xué)表述，只算一種形象比喻涌現(xiàn)首先是個定性問題第1章系統(tǒng)學(xué)概述1.2整體涌現(xiàn)性的表述第1章系統(tǒng)學(xué)概述涌現(xiàn)原理整體具有部分及其總和所沒有的新的屬性或行為模式，用部分的性質(zhì)或模式不可能全面解釋整體的性質(zhì)和模式。整體與部分表現(xiàn)出同質(zhì)的功能，彼此具有可比性，涌現(xiàn)效應(yīng)基本表現(xiàn)在量的方面，這樣的整體涌現(xiàn)性就是非加和性。涌現(xiàn)原理的表述不應(yīng)是“整體大于部分之和”，應(yīng)是“整體不等于部分之和”第1章系統(tǒng)學(xué)概述涌現(xiàn)原理第1章系統(tǒng)學(xué)概述系統(tǒng)不等于部分之和又分兩種情況：正加和效應(yīng)：整體大于部分之和負加和效應(yīng)：整體小于部分之和三個臭皮匠，勝過一個諸葛亮一個和尚挑水吃兩個和尚抬水吃三個和尚沒水吃第1章系統(tǒng)學(xué)概述系統(tǒng)不等于部分之和又分兩種情況：三個臭皮匠第1章系統(tǒng)學(xué)概述非系統(tǒng)集合體的基本特性是加和性原理，表述為“整體等于部分之和”。涌現(xiàn)的構(gòu)成論表述：系統(tǒng)已經(jīng)給定，不問它如何產(chǎn)生和演化，只考察已產(chǎn)生或演化完畢后呈現(xiàn)出來的系統(tǒng)特征，通過比較整體與部分的異同，揭示整體涌現(xiàn)性。第1章系統(tǒng)學(xué)概述非系統(tǒng)集合體的基本特性是加和性原理，表述為第1章系統(tǒng)學(xué)概述1.3涌現(xiàn)的產(chǎn)生機制(1)非線性的相互作用系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性的來源，歸根于系統(tǒng)組分之間、層次之間、系統(tǒng)和環(huán)境之間的相互作用，涌現(xiàn)性是組分之間、層次之間、系統(tǒng)和環(huán)境之間互動互應(yīng)所激發(fā)出來的系統(tǒng)整體效應(yīng)。相互作用可以有線性和非線性之分，線性相互作用產(chǎn)生平庸的涌現(xiàn)性，非線性的相互作用才能產(chǎn)生非平庸的涌現(xiàn)性。第1章系統(tǒng)學(xué)概述1.3涌現(xiàn)的產(chǎn)生機制第1章系統(tǒng)學(xué)概述(2)差異的整合涌現(xiàn)的前提是存在多樣性和差異性，特別是系統(tǒng)內(nèi)部的種種差異，但是這兩種特性不會直接的轉(zhuǎn)變?yōu)橛楷F(xiàn)性，須經(jīng)過必要的整合或組織而形成一定的系統(tǒng)，才能產(chǎn)生涌現(xiàn)性。涌現(xiàn)性是系統(tǒng)的整合效應(yīng)，即結(jié)構(gòu)效應(yīng)和組織效應(yīng)。第1章系統(tǒng)學(xué)概述(2)差異的整合第1章系統(tǒng)學(xué)概述(3)等級層次結(jié)構(gòu)復(fù)雜系統(tǒng)從組分層次到整體層次的涌現(xiàn)不可能經(jīng)過一次整合就完成，須要經(jīng)過多次逐級整合，逐級涌現(xiàn)，才能完全實現(xiàn)從元素質(zhì)到系統(tǒng)質(zhì)的飛躍。在這種逐級整合的過程中，每一次整合形成一個新層次，每一次整合完成一次部分質(zhì)變，這樣就形成一個低層次支撐高層次，高層次管束低層次，每一層次都有自己特有的涌現(xiàn)特性。第1章系統(tǒng)學(xué)概述(3)等級層次結(jié)構(gòu)第1章系統(tǒng)學(xué)概述(4)信息運作對于系統(tǒng)的生成、維護、運行和演化，信息起整合力和組織力的作用。無論是組分之間和層次之間的整合，還是系統(tǒng)與環(huán)境之間的整合，都是通過一定的信息運作實現(xiàn)的。復(fù)雜系統(tǒng)的整合過程，子系統(tǒng)的形成，層次的形成，都伴隨著種種信息運作。第1章系統(tǒng)學(xué)概述(4)信息運作第1章系統(tǒng)學(xué)概述(5)環(huán)境選擇系統(tǒng)生成、發(fā)展、演化中的整合不限于組分之間，還包含系統(tǒng)與環(huán)境的整合，使系統(tǒng)和環(huán)境之間建立穩(wěn)定有序的互動互應(yīng)關(guān)系。環(huán)境具有對系統(tǒng)的生成、運行、演化的評價和選擇作用，迫使系統(tǒng)以適應(yīng)環(huán)境為標準來整合組分，組織自己，改變自己。系統(tǒng)和環(huán)境是相互塑造的，在互相塑造中尋找平衡點，以求達成共生共榮。

第1章系統(tǒng)學(xué)概述(5)環(huán)境選擇第1章系統(tǒng)學(xué)概述1.4涌現(xiàn)的刻畫系統(tǒng)學(xué)主要是研究系統(tǒng)動態(tài)性質(zhì)的理論，其研究對象為動力學(xué)系統(tǒng)（結(jié)構(gòu)、屬性、行為、狀態(tài)隨時間而改變）就建模遵循的系統(tǒng)思想看，涌現(xiàn)的刻畫分為構(gòu)成論與生成論兩種。第1章系統(tǒng)學(xué)概述1.4涌現(xiàn)的刻畫第1章系統(tǒng)學(xué)概述構(gòu)成論的系統(tǒng)刻畫將系統(tǒng)看成既定的，即組分是給定的，系統(tǒng)已經(jīng)形成，通過考察組分之間的關(guān)聯(lián)方式（結(jié)構(gòu)）以建立數(shù)學(xué)模型，借助研究模型來了解系統(tǒng)整體的狀態(tài)、特性、行為、功能及其演化。第1章系統(tǒng)學(xué)概述構(gòu)成論的系統(tǒng)刻畫第1章系統(tǒng)學(xué)概述構(gòu)成論的系統(tǒng)刻畫從直接刻畫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)入手如果元素或組分之間的關(guān)聯(lián)方式能夠用數(shù)學(xué)的關(guān)系概念表示，則系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原則上可以用集合論來描述。系統(tǒng)是全部組分相互聯(lián)系或互動互應(yīng)所形成的整體。網(wǎng)絡(luò)是一類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的幾何表達，稱為網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。從幾何的角度，系統(tǒng)的特性可以區(qū)分為拓撲特性和非拓撲特性。凡網(wǎng)絡(luò)都呈現(xiàn)某種拓撲特性。第1章系統(tǒng)學(xué)概述構(gòu)成論的系統(tǒng)刻畫第1章系統(tǒng)學(xué)概述構(gòu)成論的系統(tǒng)刻畫從刻畫系統(tǒng)的定量特征入手系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和某些深層次的系統(tǒng)特性原則上難以作定量刻畫，而行為和狀態(tài)一般易于作量化處理。把對象看成以若干特征量為要素構(gòu)成的系統(tǒng)，用數(shù)學(xué)模型描述特征量（輸入量、輸出量、狀態(tài)量）之間的關(guān)系，可以對系統(tǒng)作定量刻畫。輸入—輸出法狀態(tài)空間法第1章系統(tǒng)學(xué)概述構(gòu)成論的系統(tǒng)刻畫第1章系統(tǒng)學(xué)概述生成論的刻畫通俗表述：“多來自少”“復(fù)雜來自簡單”基本理念：“有生于微”科學(xué)地刻畫系統(tǒng)生成，第一步是確定作為生成起點的那個微的具體表現(xiàn)形式，第二步是考察從微到系統(tǒng)整體的生成過程，揭示將涌現(xiàn)出那些整體特性，以及這些特性是如何涌現(xiàn)出來的。第1章系統(tǒng)學(xué)概述生成論的刻畫第1章系統(tǒng)學(xué)概述生成論的刻畫這一方面的成果尚少成功事例：元胞自動機人工生命分形幾何第1章系統(tǒng)學(xué)概述生成論的刻畫第1章系統(tǒng)學(xué)概述構(gòu)成論與生成論相結(jié)合的刻畫

構(gòu)成論和生成論各有所長，功能互補，對于刻畫系統(tǒng)都不可缺少，如能結(jié)合使用，效果更佳。構(gòu)成論描述的系統(tǒng)有生成問題，生成論討論的系統(tǒng)也有構(gòu)成問題。以網(wǎng)絡(luò)為例，規(guī)則網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)的刻畫完全是構(gòu)成論的；隨機網(wǎng)絡(luò)描述系統(tǒng)生成的能力十分有限，本質(zhì)上仍屬于構(gòu)成論的描述；無標度網(wǎng)絡(luò)提供的已遠不止構(gòu)成論的描述，它在相當(dāng)程度上是生成論的描述。第1章系統(tǒng)學(xué)概述構(gòu)成論與生成論相結(jié)合的刻畫第1章系統(tǒng)學(xué)概述1.5涌現(xiàn)的實驗研究

例如：化合實驗發(fā)現(xiàn)化合物的涌現(xiàn)特性物種雜交實驗獲得新的生物涌現(xiàn)特性總結(jié)生產(chǎn)活動的實際資料數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟系統(tǒng)的涌現(xiàn)特性第1章系統(tǒng)學(xué)概述1.5涌現(xiàn)的實驗研究第1章系統(tǒng)學(xué)概述1.5涌現(xiàn)的實驗研究

計算機數(shù)值實驗日益顯示出具有社會實踐的基本品格，逐漸