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系統論

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什么是系統論？

確切地說， 系統論應當稱為“ 一般系統論”，其創始人 貝塔朗菲（L.Bertalanffy）是這樣描述這一理論的：“一般系統論是一個邏輯----數學領域，它的任務是表述和推導適用于‘系統’的一般原理，不論其組成要素以及其相互關系或‘力’的種類如何”。“在所有領域中所涉及的是關于系統的科學時，就出現不同領域的規律性形式上的一致和邏輯上的‘同一’”。“…在嚴格的形式中，一般系統論具有公理性質。” 對于“一致”、“同一”等概念，貝塔朗菲是這樣解釋的：“…出現了進一步普遍化傾向。在生物學以及在 行為科學和社會科學中的很多現象已經應用數學表達式和模型了。在不同領域中這些模型及其與異質同型的其他模式在結構上的類似性是顯而易見的，正是這些有關秩序、組織、整體性、 目的論等等最重要的問題…就是‘ 一般系統論’的觀念。” 由此可見，一般系統論是一門跨學科的學說，它超然于具體學科之外，是概括各學科普遍具有的基本規律性的理論。其目的是用一般系統論的成果指導具體學科的研究并通過開拓思維空間使 具體科學的研究達到更高的層次，拓展到更廣闊的領域，這正是 系統論的精髓所在。 貝塔朗菲成立的“ 一般系統研究會”的最初綱領恰好體現了這一思想：“研究各個領域中概念法則和模型的同型性，并促進各領域之間有益的轉換；盡量減少不同領域中 重復性的理論工作；通過加強各專家之間的交流來促進科學的統一。”

系統論的基本范疇

作為一種具有普遍指導意義的理論，系統論有一套完整的概念和方法體系。本文所涉及的是其基本的概念： 系統 系統定義為“由定量測度Q1，Q2，……Q3標征的相互作用的一系列要素P1，P2，……P3”。這一定義說明，系統是由相互作用的若干組成部分結合而成的整體。 系統有如下形式特征： 終極性 “系統的實際變化將依賴于只有將來才能建立起來的終態，事件不僅依賴于現實條件而且依賴于終態（ 平衡態）”。這一表述說明：第一、系統是變化的；第二、系統能夠達到最終的平衡狀態；第三、系統總是向著平衡狀態的方向變化。由此可見，系統是有目的性的，系統經過一系列變化將達到最終的平衡狀態。 整體性 “系統表現為一個整體，其中每一要素的變化依賴于所有其他要素”。即各要素具有相關性，系統是各個組成要素相互影響、相互作用的有機整體。 漸進性?具體表現為兩種形式----漸進機械化和漸進集中化。漸進機械化指“系統從整體性狀態（各要素相關的狀態）連續過度到總和狀態（各要素獨立行動的狀態）”，這意味著，系統各要素在相互作用過程中不斷進行協調、定位，逐步喪失調節能力，最終失去相關性，各要素獨立發揮作用。漸進集中化指系統的主導部分隨時間流逝而逐漸形成。漸進性表現出系統的演化過程，也可稱為動態性。 環境適應性?系統（開放系統）的外部環境發生變化時，系統內各要素會自動調節，使系統達到新的平衡。 開放系統 開放系統指系統中存在要素的流入和流出，其組成要素發生著更換。開放系統具有一個重要性質：等終極性。等終極性是有生命物表現出的特征，其含義是，在廣泛的范圍內，系統可以由不同的初始狀態和不同方式達到相同的終態。 開放系統只要達到流動平衡，就是等終極的。 封閉系統 無要素流入、流出的系統稱為封閉系統。封閉系統的行為不可能是等終極的，即系統只能由不同的初始狀態達到不同的終態。 封閉系統最終達到真平衡（具有最大熵和最小 自由能）。 等級秩序 “有這樣的系統，它們的單個項本身又是上一級的系統，…這就被稱為等級秩序的事態”。各種有機體按照嚴格的等級組織起來，通過各層系統逐級的組合，形成越來越高級、越來越龐大的系統，這種現象稱為等級秩序。 貝塔朗菲認為，“等級秩序的一般理論顯然將是 一般系統論的主要支柱。”他“把宇宙‘看’作一個巨大的等級系統”。如果以直觀的樹型結構來表達這一概念，我們會發現，這是一棵囊括了從宏觀到微觀各個層次、諸多領域的參天大樹。

系統論的基本內容

系統論的思想 系統論的思想是一種相關與演化的思想，這與唯物主義 普遍聯系、變化發展的觀點是一致的。系統論抽象掉不同事物、不同現象的各種差異，而把它們歸結到“系統”這一概念，并揭示了其規律。 系統論的規律 系統論的規律主要是系統的規律： 第一、系統各組成要素之間的相互作用使系統最終達到平衡狀態（終態），對封閉系統而言是 定態，對 開放系統而言是穩態。 第二、系統逐步由 無序向有序演變，當系統的外部環境發生變化時，系統會隨之發生量變，如果這種改變突破某一界限，系統發生質變。（普里高津的 耗散結構論） 第三、開放系統達到穩態時，各要素間的結合方式是有規律的，各要素自身的“新陳代謝”并不改變這種結合方式，這種現象稱為 自組織現象，這種結合方式稱為協同。（哈肯的 協同學理論） 第四、系統的演化是一個從低層次循環到高層次循環的過程。（ 艾根的 超循環理論）

控制論

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什么是控制論？

對于這一概念，維納（N.Wiener）的定義是“關于動物和機器中控制和通訊的科學”， 貝塔朗菲的定義是“ 控制論是以系統與環境之間和在系統內部的通信（信息傳遞），以及系統對環境作用的控制（反饋）為基礎的一種控制系統的理論”。艾什比（W.Ashby）把控制論確切地定義為“它是研究這樣一類系統的科學，在這類系統中能量無關緊要，而信息及控制卻非常重要。控制論是研究系統的調節與控制的一般規律的科學，其任務是實現系統的穩定和有目的的行動”。由此可以看出，控制論主要研究系統的各個部分如何進行組織以實現系統（開放系統）的穩定性和 環境適應性，即系統是如何實現其漸進性的。 控制論要考慮比現實范圍大得多的“一批可能性”，然后研究為什么具體情形會受具體條件的限制。“對于那些以復雜著稱而其復雜性不容忽視的系統，控制論給出了一種新的科學研究方法”。“它可以告訴我們什么是辦得到的，…其次是它給出能用來對付各種情況的一般策略”。可見，控制論研究的對象是開放系統的運行過程及這一過程中各要素的關系。

控制論的基本范疇

行為 “行為就是一個實體相對于它的環境作出的任何變化”、“一個客體的可以從外部探知的任何改變都可以稱作行為”。這里的行為是指任何實體發生的所有變化，范圍很廣，需要進行分類。 控制論研究的是有目的的主動行為，其中“有目的”指趨向終極條件，“主動行為”指“客體是和一個給定的特殊反應有關的輸出能源”，即客體的行為，是客體輸出自身積累的輸入，影響其外部環境的過程。 輸入 輸入就是客體以外的任一事件以任一方式改變該客體。 輸出 輸出就是客體使環境產生某種變化。 反饋 嚴格意義的反饋“表示客體的行為受到客體在給定時間內和某一相對特定的目標所要保持的誤差界限的控制”。這是一種 負反饋，即反饋傾向于反抗系統正在進行的動作。 正反饋則指輸入信號的增加，即于原輸入信號同號。反饋過程就是信息傳遞和返回的過程。 熵 這是一個物理學的概念，它被定義為概率的 對數，用來測度概率。概率的對數是與概率 數量級不同的表示形式。概率表示事件發生的可能性的大小，因此，熵表示確定性的大小。熵越大，表示系統的確定程度越高，系統的有序性越好，反之亦然。在孤立系（封閉系統）的 不可逆過程中，系統由 無序漸進趨向有序，熵（可以理解為概率、確定性）在這一過程中增加，趨向最大。當系統達到 定態時，熵也達到最大值。在 開放系統中，既有不可逆過程熵的產生，同時也有熵的輸入，但這個熵是 負熵，它減弱系統演變的漸進過程，可以阻止系統到達毫無 自由度可言的死寂的終態，而是處于“活”的有機狀態。

控制論的基本內容

控制論的思想 控制論的基本思想是通過把一個系統或系統的一部分量化，找出系統中主要要素之間的關系，然后用適當的模型來模擬它，進而對系統的未來或未知狀態進行預測和估計。其建模過程大致如此： 初始含糊判斷---Õ 實驗并得到數據---Õ 分析數據---Õ 作較精確判斷---Õ 進一步實驗---Õ 進一步分析數據---Õ 抽象出理論 這是一個由“閉盒（closed box）”被逐步打開，系統的構成和規律性被揭示出來，成為“開盒(opened box)”的過程，這是一個科學技術不斷進步的過程。 控制論的貢獻 控制論在科學上有兩點重要貢獻： 第一、給出一套統一的描述系統的概念，因而可以建立各門學科之間的準確關系。通過它們所具有的共同語言，把一門學科上的發現和成果用到另一門學科上去，使它們相互促進。 第二、給出一種新的研究方法，使對復雜系統的研究成為可能。 控制論的應用 控制論是一門實用性很強的邊緣學科，其一般原理和方法在技術、經濟、社會等許多領域都有廣泛的應用，形成了多門邊緣學科。控制論在經濟領域的應用主要是描述 經濟系統的穩定性、可靠性、 能控性與 能觀測性，對經濟系統進行反饋控制，從而使系統達到最優。

信息論

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什么是信息論？

信息論是一門研究信息傳輸和信息處理系統中一般規律的學科。 申農（C.E.Shannon）在他的《通訊的數學理論》中明確提出：“通訊的基本問題是在通訊的一端精確地或近似地復現另一端所挑選的消息。”

信息論的基本范疇

信息 信息是“人們在選擇一條消息時選擇的 自由度的量度”。消息所帶的信息可以解釋為 負熵，即概率的負 對數。威沃爾（W.Weaver）指出，“‘信息’一詞在此理論中只在一種專門的意義上加以使用，我們一定不要把它和其通常用法混淆起來”。也就是說，這里的信息不是我們通常使用的概念（各種消息、情報和資料的總稱），而是一個變量，它表示 信息量的大小。而信息量則是某種不確定性趨向確定的一種量度，消息的可能性越大，信息就越少。如果一個系統是有序的，它不具有很高的混亂度或選擇度，其信息（或熵）是低的。 通訊 威沃爾把通訊定義為“一個人的思想可以藉以影響另一個人思想的一切過程和步驟”，這是狹義的通訊。廣義的通訊是信息傳遞并產生效用的過程，它有三個水平：技術問題、語義問題和效用問題。 通訊系統 通訊系統是完成信息傳遞過程的相關軟硬件的總稱，包括五個基本部分： 信源、發送器、信道、接收器和消息接受者，另外，可能包含噪聲（影響信息傳遞準確性的隨機因素）。

信息論的基本內容

信息論的思想 申農的《通訊的數學理論》主要解決通訊過程中的技術問題，而威沃爾把通訊擴展為三個層次，擴大了其使用范圍。這樣，信息論的基本思想撇開了物質與能量的具體運動形態，系統有目的的運動被抽象為信息變換過程，系統的控制過程通過信息傳遞完成。

“三論”的關系

編輯 系統論、 控制論、信息論三門學科密切相關，它們的關系可以這樣表述： 系統論提出系統概念并揭示其一般規律，控制論研究系統演變過程中的規律性，信息論則研究控制的實現過程。因此，信息論是控制論的基礎，二者共同成為系統論的研究方法。

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總結

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