No.3 系统性思维(上：理论篇)

      以往研究问题，一般是把事物分解成若干部分，抽象出最简单的因素来，然后再以部分的性质去说明复杂事物。这是笛卡尔奠定理论基础的分析方法(第一性)。这种方法的着眼点在局部或要素，遵循的是单项因果决定论，虽然这是几百年来在特定范围内行之有效、人们最熟悉的思维方法。但是它不能如实地说明事物的整体性，不能反映事物之间的联系和相互作用，它只适应认识较为简单的事物，而不胜任于对复杂问题的研究。在现代科学的整体化和高度综合化发展的趋势下，在人类面临许多规模巨大、关系复杂、参数众多的复杂问题面前，就显得无能为力了。正当传统分析方法束手无策的时候，系统分析方法为现代复杂问题提供了有效的思维方式。

一、系统的概念

      系统是指将零散的东西进行有序的整理编排形成的具有整体性的整体。

      系统是由相互作用相互依赖的若干组成部分结合而成的，具有特定功能的有机整体，而且这个有机整体又是它从属的更大系统的组成部分。

      运动着的若干部分，在相互联系、相互作用之中形成的具有某种确定功能的整体，谓之系统。

                                    一一钱学森

      一般系统论创始人贝塔朗菲定义：“系统是相互联系相互作用的诸元素的综合体”

定义如果对象集S满足下列两个条件：

（1）S中至少包含两个不同元素；

（2）S中的元素按一定方式相互联系；

则称S为一个系统，S的元素为系统的组分。

这个定义指出了系统的三个特性：

一是多元性，系统是多样性的统一，差异性的统一；

二是相关性，系统不存在孤立元素组分，所有元素或组分间相互依存、相互作用、相互制约；

三是整体性，系统是所有元素构成的复合统一整体。

该定义说明了一般系统的基本特征，但对于定义复杂系统有着局限性。

      另外严格意义上现实世界的“非系统”是不存在的，构成整体却没有联系性的多元集是不存在的。一些群体中元素间联系微弱的系统可以忽略这种联系，我们把它们视为二类非系统。(如一堆散沙)

内涵

从三个方面理解系统的概念：

1．系统是由若干要素（部分）组成的。这些要素可能是一些个体、元件、零件，也可能其本身就是一个系统（或称之为子系统）。

2．系统有一定的结构。一个系统是其构成要素的集合，这些要素相互联系、相互制约。系统内部各要素之间相对稳定的联系方式、组织秩序及失控关系的内在表现形式，就是系统的结构。例如：人体由各个器官组成，单个各器官简单拼凑在一起不能成其为一个有行为能力的人。

3．系统有一定的功能，或者说系统要有一定的目的性。系统的功能是指系统与外部环境相互联系和相互作用中表现出来的性质、能力、和功能。

      还要从以下几个方面对系统进行理解：系统由部件组成，部件处于运动之中；部件间存在着联系；系统各主量和的贡献大于各主量贡献的和，即常说的1+1〉2；系统的状态是可以转换、可以控制的。

      系统观是指以系统的观点看自然界，揭示了自然界物质系统的整体性、关联性、层次性、开放性和动态性、自组织性。系统观是指以系统的观点看自然界，系统是自然界物质的普遍存在形式，提出了系统和要素，结构与功能等新的范畴。

      系统论是研究系统的结构、特点、行为动态、原则、规律以及系统间的联系，并对其功能进行数学描述的新兴学科。系统论的基本思想是把研究和处理的对象看作一个整体系统来对待。系统论的主要任务就是以系统为对象，从整体出发来研究系统整体和组成系统整体各要素的相互关系，从本质上说明其结构、功能、行为和动态，以把握系统整体，达到最优的目标。

      系统论在具备系统科学之个性化属性的同时，又有别于具体的数学方法、物理方法或化学方法等等具体科学门类的技术方法，从而具有普遍意义上的的哲学属性。

二、系统8种基本原理

1.整体性原理

    系统是由若干要素组成的具有一定新功能的有机整体, 各个作为系统子单元的要素一旦组成系统整体, 就具有独立要素所不具有的性质和功能, 形成了新的系统的质的规定性, 从而表现出整体的性质和功能不等于各个要素的性质和功能的简单加和(涌现属性)。

    整体性是这一系统区别于其它系统的一种规定性，才有相对差别性，才有质的多样性世界。也是系统运动保持（ 演化）的规定性。才有系统的整体突变，否则只有量变(一堆无穷的沙子是简单集合不称为系统一一两极相通)。

    系统的非线性(同时发生、并存，多方向多连接)相互作用， 不再等于部分相互作用的简单线性迭加，部分不可能在不对整体造成影响的情况下从整体分离出来，各部份都是相互影响相互制约的。

      整体大于部分之和。系统整体性质不可能完全归结为系统要素的性质(机械和)。取决于各部分之间的相互作用：协同(大等小)物理学的机械论在后面详说。

      分析是把整体分解为部分，深入认识。(孤立静止如盲人摸象)综合是认识整体的部分、要素、各方面的本质、统一联系，是分析的归宿(辨证关系：缺乏分析的整体如传统东方思维天人合一是片面性的整体)。

2.层次性原理

      实在是有组织实体的庞大的层次序列；从物理、化学系统到生物、社会系统，高踞于梯级的高层。科学的统一性不是把所有的科学虚幻地还原为物理化学，而是来自实在的不同层次的一致性。一一《一般系统论》

      系统层次性是指由于组成系统的各要素的种种差异(包括结合方式上)，从而使系统组织在地位与作用、结构与功能上表现出等级秩序性，形成了具有质的差异的系统等级

      宇宙就是按空间尺度或质量划分的客观世界的系统层次；社会系统：个体、群体、单位、社区、省市、国家的层次序列；认知层次：感觉、感知、悟性、理性。

      系统和要素、高层和低层具有相对性：这一系统只是上一级系统的要素。客观世界的无限，对于系统层次的认识在深度广度上都是无尽的。

      关系：高层次作为整体制约低层次，又具有低层次所不具有的性质。低层受制于高层，但有自己的一定的(部分)独立性。不同层次间相互联系(上下相邻且多层间协同作用)：相干、整合。

      层次多样性(按实践划分)反映要素间纵向联系差异性之中的多种共性。

      不同层次，系统的属性、结构、功能也不同。层次愈高，其属性、结构、功能也就愈复杂。不同层次具有不同功能与层次的结合强度(结构)相关，随层次的升高结合强度越小。要素结合强度较大系统，具有更大确定性，反之，则有较大灵活性。多层次高效灵活系统是经过多阶段发展实现的(大脑)。层次性是系统发展(演化性)的连续性和阶段性(凝固）结果，如生命演化。

      层次与类型：层次揭示系统纵向的等级性。系统横向揭示系统的多种状态及共性，即类型性。如学科分类、物理运动类型(声热光电)、化学(金属与非金属分类)。系统的普遍联系：一定类型贯穿多个层次；一定层次横跨(包含)多种类型。即深度广度

3.开放性原理

    外因是变化的条件，内因是变化的根据外因通过内因而起作用。一一《矛盾论》

      系统开放性是指系统具有不断与外界环境进行物质、能量、信息交换的性质与功能系统向环境开放是向上发展的前提，也是稳定存在的条件。

      客观世界的层次性任何系统都是相对的即系统具有环境性，因而系统按一定程度向环境(相对的内在)开放。主观世界离开对环境的开放，认识就如无源之水(精神上死亡)封闭系统与外界沒任何交换只会自发走向混乱无序＂死亡＂， (热力学第二定律：均匀无序的热平衡混沌态)。孤立封闭系统只存 在于理论抽象中。 薛定谔：生命赖以负熵为生。(海胆实验的异因同果性)

      内因与外因：开放性使内因与外因(潜在可能性)发生联系与作用，转化为现实性引起系统发生质量互变。

      开放度：0为封闭系统。100系统没有相对于环境的边界(交换毫无过滤选择)，与环境融为一体，系统不复存在(独立自主性)充分开放基础是保持稳定发展(自调机制)。

4.目的性原理

      系统目的性指组织系统在与环境的相互作用中，在一定范围内其发展变化不受(或少受)条件变化(或途径经历)的影响，坚持表现出某种趋向预先确定的状态。区别于其它系统的标志。

      系统目标是系统要达到预定目的所必须做到的具体指标。目的可用定性方式描述，目标则一般都需要定量描述。

      亚里士多德四因：质料因、形式因、动力因、目的因。贝塔朗菲指出开放系统三种目的性：异因同果型、反馈稳定型、适应行为型。(系统对环境输入的反应，而且把自己对环境的反应输出给环境的返复一一反馈机制：无机系统无意识、有机系统有意识地遵从合目的地发展变化)

    简单线性因果系统：近代科学独立质点的单向因果联系。分析法把整体分解为部分直至质点，有机体分解为细胞，行为分解为反射，知觉分解为点状感觉，因果关系是单向线性，系统是孤立单元的单因果系统。系统中不同部分不同要素之间的相互联系被忽略，相互作用简化。环境向系统的一定输入必定引起系统向环境的一定输出。

      目的系统(非线性)：非线性相互作用表现系统复杂的反馈机制，相当大范围内环境向系统的不同输入，系统能调节应付不同环境影响，表现出自主性、自稳定、自协调，产生出相同(或基本相同)的输出，系统保持不变的发展方向性。(包括生命物理社会系统)。机械系统无反馈。

    目的确定性与不确定性：系统发展方向的确定性(一定阶段一定条件下阶段规律性)机械决定论实际上是原因与结果的绝对同一性。不确定性是多种可能原因系统调整选择时情况根本性改变的新发展阶段。

5.突变性原理

      系统突变性指系统通过失稳从一种状态进入另一种状态的突变过程，系统质变的基本形式，突变方式多种，同时系统发展分叉使质变多样。

      自然现象如火山爆发寒流飓风基因突变社会战火；主观：心理格式塔转换，灵感⋯

      突变使系统发展变化出现分叉(临界点变化的不连续性或突跳性)。分叉意味着获取新质的不确定性(客观上系统内部和变化中环境因素的不确定性)，在决定性因素和随机性因素相互作用中选择新质的规定性

6.稳定性原理

      系统稳定性指在外界作用下开放系统具有一定的自我稳定能力，能在一定范围内自我调节，从而保持和恢复原来的有序状态、原有的结构和功能。

      系统的存在就意味着在一定范围内是稳定的，系统在开放之中的稳定性，同时意味着系统是动态稳定(熵产生输出给环境，  从环境引入负熵)。静止平衡稳定是机械论. 片面性(系统没有自我运动和发展能力)。

      相互作用是系统稳定性也是整体性、目的性的根本原因。系统稳定性不是指个别要素、个别部分、个别层次，指的是系统整体(要素优化不等于系统优化，部分优化不等于整体优化)。

      相对稳定：工程系统追求稳定性(动态或静态的)，它是一种被组织的系统，不是自组织系统。自组织系统总处于演化中(物化、生物、社会系统)，它的稳定性非绝对意义上的，任何时候、任何条件下系统存在涨落，稳定中存在不稳定(局部的不稳定因素使系统整体上失稳从而进入新稳定态一一发展)。系统中正(破坏稳定)负(稳定)反馈共存。

7.自组织原理

      系统自组织指开放系统在内外两方面因素的复杂非线性相互作用下，内部要素偏离稳定态的涨落得以放大，从而在系统中产生更大范围的更强烈的长程相关，自发组织起来，使系统从无序到有序，从低级有序到高级有序。

    现实的系统都处于自我运动、自发组织结构、自发演化之中。(物活论，第一推动力，进化论)

    理论：耗散结构论，协同论，超循环论突变论，混沌论。充分开放是自组织演化的前提条件，非线性相互作用是内在动力，涨落是原始诱因，循环是组织形式，相变和分叉体现多样性，混沌和分形揭示了从简单到复杂。

      自组织：表示系统运动是自发的、不受特定外来干预进行的，以内部矛盾为根据以环境为条件(开放性)的交叉作用，包括了系统的进化和优化。人类社会的形成，社会的发展。

      他组织：自组织的相对性。子系统的运动组织总是受到整体特定的制约，也总是受到作为其环境的其它系统的制约。不可能有完全自由的自发运动和自我组织。

      优化：天然系统的自组织演化优化是系统与环境的相互作用中通过自然选择实现。人工系统优化则是在对自然系统优化演化机制认识的基础上对系统组织、结构的动态设计。

8．相似性原理

      系统相似性指系统具有同构和同态的性质，即系统的结构和功能、存在方式和演化过程具有共同性(差异的共性：系统统一性)

      是普遍性的系统理论建立的基础：把各个科学领域中进行的努力联合起来，使它们致力于相似问题的划一的解决。

      存在方式相似性：结构上几何的、相对静止的相似性。(分形)

      演化方式相似性：过程上运动节律、显著变动的相似性。(平衡混沌一一有序一一非平衡混沌一一另一种有序)

      相似不是等同(绝对相似)，世上没有两片完全相同的树叶(莱布尼茨)。差异才是绝对的。

      物理模拟，数学模拟，功能模拟。

三、系统的5个基本规律

      是关于系统存在基本状态和演化发展趋势的必然的稳定的普遍联系和关系，比系统原理具有更大普遍性。

1.结构功能相关律

      结构和功能是系统普遍存在的基本属性，相互关联和相互转化的关系。

      结构：取决于各要素间的联系方式、组织秩序、时空关系。是系统内在联系和质的规定性。

      功能：系统联系方式组织秩序时空关系的外在表现，与结构相对应。瞬间性(环境状态及变化有关)，多功能(环境不同)。

      关系：结构是功能的基础，功能依赖于结构一一决定性意义：同构同功能(也有异构同功能的)。同一系统表现多种功能(同构多功能如化学中的两性物质)。    相互转化 即功能反作用于结构(用进废退)。复杂性(两者之间的非线性关系)

No.3 系统性思维(上：理论篇)

2.信息反馈律

      信息反馈机制使系统稳定加强或远离稳定性。信息是控制的基础，信息不是物质也不是能量。(三大支柱)

      反馈：把系统的(部分)输出反作用于输入端，从而影响系统的再输出。反馈涉及到物质流能量流信息流，但本质上回路传递的是信息。形式上：输入和输出不断相互作用的循环(非机械论的传统物理学基础：单向因果性)。

      负反馈：使系统运动和发展保持向既有目标方向进行(稳定性因素)。

      正反馈：使系统偏离既有目标值，导致原系统解体(放大涨落推动演化进入新稳定态)。如马太效应(锦上添花)

      关系：稳定性和发展性的统一。原因和结果的双向作用(《降临》七支桶思维)。

3.竞争协同律

      要素之间、系统与环境之间存在整体同一性(协同因素)，又存在个体差异性(竞争因素)，相互对立相互转化，推动系统演化。

      阴阳学说。物体现象的引力和斥力在量和质方面的变化。进化论(个体性存在就处于相竞相争)。

      竞争是事物、系统或要素具有(保持)个体性的必然结果。协同反映事物之间、系统或要素间保持合作性、集体性的状态和趋势没有要素的合作(即各要素是绝对的个体).就没有系统(统一体)。没有竞争系统也没有活力。一一互相依赖。竞争又协作、吸引与排斥推动系统自组织演化。

4.涨落有序律

      系统发展演化通过涨落达到有序，个别差异得到集体响应放大，偶然性表现出必然性从而实现无序到有序、低级向高级发展。

      涨落：即起伏(噪声、干扰)，是对系统稳定态的偏离，是系统同一发展过程之中的差异。建设性：达到有序使系统实现发展进化。破坏性：系统崩溃解体(无序)。

      涨落放大前提是系统远离平衡及存在非线性相互作用机制(各要素相互关联，竞争协同交织)。

      在分叉点之前决定论支配，分叉点上非决定论(随机选择)支配，新稳态分支被选择后，决定论重新起支配作用。

5.优化演化律

    指系统处于不断演化之中，优化得到实现从而展现了系统的发展进化。(黄金分割比、进化论)

    演化与存在：演化标志事物和系统的运动、发展和变化(方生方死;达尔文)。存在反映事物和系统的静止、恒常和不变(相对静止：物之为物；牛顿的＂存在物理学＂)。

      优化：演化具有两种趋势，向上发展的(之中也有下降方面)趋势；下降的(退化) 趋势。优化是进步方面，在一定条件下对系统的组织、结构和功能的改进，从而实现耗散最小而效率最高、效益最大的过程。

      系统的优劣是相对的，在客观基础上作出的价值判断。具体的优化与具体的目的相联系。(物理世界中最小值原理：最速落径.费马原理．生物：适者生存。)

      自组织优化：自然界生命形态，鱼的流线性体形．植物根干茎呈圆柱形．蝙蝠定位

      被组织优化：运筹学(既定条件下，按不同方案具有不同效果，选择适当方案的决笨)。最优控制(选择一个信号区，将其输入到被控系统，使系统的某一动态性能达到最优值，同时兼顾到一些限制条件。即使输入信号与噪声或扰动中具有随机因素，也可通过状态滤波器进行滤波)。自适应系统研制.

      整体优化：优化的核心。(长期与短期利益)优化的动力来自系统内部及系统之间的协同和竞争。

      系统进化基本法则：形态越高，发展越快。

      人工系统优化：1.提出优化问题，并收集相关数据和资料。2.建立优化数学模型，确定变量，列出目标函数和约束条件。3.分析模型，选择优化方法。4.求出优化解(编程运算)。5.优化解的检验和实施。