才能形成有序结构建立自组织涨落原理系统理论与方法精品课程.ppt

自组织原理自组织的研究对象主要是复杂自组织系统(生命系统、社会系统)的形成和发展机制问题，即在一定条件下，系统是如何自动地由无序走向有序，由低级有序走向高级有序的。

自组织由以下理论构成：1.耗散结构论主要研究系统与环境之间的物质与能量交换关系及其对自组织系统的影响等问题。

建立在与环境发生物质、能量交换关系基础上的结构即为耗散结构，如城市、生命等。

远离平衡态、系统的开放性、系统内不同要素间存在非线性机制、系统的涨落是耗散结构出现的四个基本条件。

远离平衡态，指系统内部各个区域的物质和能量分布是极不平衡的，差距很大。

2.协同论主要研究系统内部各要素之间的协同机制，认为系统各要素之间的协同是自组织过程的基础，系统内各序参量之间的竞争和协同作用使系统产生新结构的直接根源。

涨落是由于系统要素的独立运动或在局部产生的各种协同运动以及环境因素的随机干扰，系统的实际状态值总会偏离平均值，这种偏离波动大小的幅度就叫涨落。

当系统处在由一种稳态向另一种稳态跃迁时，系统要素间的独立运动和协同运动进入均势阶段时，任一微小的涨落都会迅速被放大为波及整个系统的巨涨落，推动系统进入有序状态。

3.突变论它建立在稳定性理论的基础上，认为突变过程是由一种稳定态经过不稳定态向新的稳定态跃迁的过程，表现在数学上是标志着系统状态的各组参数及其函数值变化的过程。

突变论认为，即使是同一过程，对应于同一控制因素临界值，突变仍会产生不同的结果，即可能达到若干不同的新稳态，每个状态都呈现出一定的概率。

4.协同动力论有三大要点：第一，在大量子系统存在的事物内部，在平权输入必要的物质、能量和信息的基础上，须激励竞争，形成影响和相互作用的网络；第二，提倡合作，形成与竞争相抗衡的必要的张力，并不受干扰地让合作的某些优势自发地、自主地形成更大的优势；第三，一旦形成序参量后，要注意序参量的支配不能采取被组织方式进行，应按照体系的自组织过程在序参量支配的规律下组织系统的动力学过程。

自组织原理结课论文摘要：一般来说，组织是指系统内的有序结构或这种有序结构的形成过程。

德国理论物理学家H.Haken认为，从组织的进化形式来看，可以把它分为两类：他组织和自组织。

如果一个系统靠外部指令而形成组织，就是他组织；如果不存在外部指令，系统按照相互默契的某种规则，各尽其责而又协调地自动地形成有序结构，就是自组织。

自组织现象无论在自然界还是在人类社会中都普遍存在。

一个系统自组织功能愈强，其保持和产生新功能的能力也就愈强。

例如，人类社会比动物界自组织能力强，人类社会比动物界的功能就高级多了。

关键词：八个自组织原理正文：（一）涌现原理：所谓涌现原理，通常是指多个要素组成系统后，出现了系统组成前单个要素所不具有的性质，这个性质并不存在于任何单个要素当中，而是系统在低层次构成高层次时才表现出来，所以人们形象地称其为“涌现”。

系统功能之所以往往表现为“整体大于部分之和”，就是因为系统涌现了新质的缘故，其中“大于部分”就是涌现的新质。

系统的这种涌现性是系统的适应性主体之间非线性相互作用的结果。

涌现是一种从低层次到高层次的过渡，是在微观主体进化的基础上，宏观系统在性能和机构上的突变,在这一过程中从旧质中可以产生新质。

“系统科学中，有一条很重要的原理，就是系统结构和系统环境以及它们之间关联关系，决定了系统整体性和功能。

也就是说，系统整体性与功能是内部系统结构与外部系统环境综合集成的结果，也就是复杂性研究中所说的涌现(E-mergence)。

”涌现过程是新的功能和结构产生的过程，是新质产生的过程，而这一过程是活的主体相互作用的产物。

自下而上式、自发性，涌现性是自组织必备的和重要特征。

（二）非线性原理：所有已知系统，当输入足够大时，都是非线性的。

因此，非线性系统远比线性系统多得多，客观世界本来就是非线性的，线性只是一种近似。

对于一个非线性系统，哪怕一个小扰动，象初始条件的一个微小改变，都可能造成系统在往后时刻行为的巨大差异。

73化 石2023年 第3期进化论坛郭建崴涨落与有序结构形成进化论系列讲座（三十一）前文说到，普利高津的耗散结构理论把远离平衡态作为自组织现象产生的必要条件之一。

除此之外，系统产生不稳定现象却又能形成稳定的有序结构的另一个必要条件，是系统的动力学过程中包含的非线性反馈步骤。

反馈的概念来自于控制论——系统输出的信息又被输入回系统，调节控制系统的再输出，这一过程称之为反馈。

反馈有正反馈和负反馈两种基本类型。

一般情况下，负反馈是维持系统稳定的反馈，正反馈则是放大系统偏离的反馈。

系统的动力学过程是否包含反馈步骤，情况大不相同。

一个远离平衡的系统，当其内部的动力学过程存在非线性的反馈时，不可逆过程不仅能够使系统的原有状态失去稳定性，还可以从中产生出新的有序结构，并且还能使有序结构稳定存在。

例如在生命活动中发生的各种酶的催化调节（即酶促反应）中，就存在非线性反馈的这种双重作用。

既能使酶活化并不断增强酶促反应，对有机体某种状态的稳定性产生动摇；又能进行抑制调节，使酶促反应保持在适当的限度内，从而维持有机体的稳定状态。

那么，当上述两个必要条件均具备了，系统是如何跨越从无序到有序的“门槛”形成耗散结构呢？一个决定性的触发因素是——涨落。

介绍涨落之前，还必须先铺垫一个概念——控制参数。

前面曾经介绍过，当一个系统在经历了一段时间的自发变化到达平衡态时，系统不仅内部不再发生任何宏观过程，而且与环境之间也不再发生宏观的物质转移和能量传输。

对环境而言，此时一定处于某种特定的不变状态。

这种状况可以一定的环境参数来表征。

用A 代表环境对系统的输入、B 代表系统对环境的输出，那么当系统到达平衡态时，A 和B 就会有彼此密切相关的两个确定值A 0和B 0。

一旦A 0和B 0的值改变，系统就将出现宏观过程从而离开平衡态。

环境参数A 和B 代表了从外部控制系统状态的作用。

当把这种控制作用同系统内部的动力学过程结合起来，可以用一个综合的量——控制参数，来表征外部和内部相结合的对系统的控制。

非平衡是有序的源泉。

在此处这种情形是特别清楚的。

在平衡态，分子作为基本上是独立的实体而动作；它们互不理睬。

我们愿意把它们称作是“睡子”或“梦游者”。

虽然它们当中的每一个都可能像我们所希望的那样复杂，但它们互不干涉。

但是，非平衡却把它们唤醒，且引入了一种和平衡态大不相同的相干性。

涨落有序律。

系统的发展演化通过涨落达到有序，通过个别差异得到集体影响得到放大，通过偶然性表现出来必然性，从而实现无需到有序、从低级向高级的发展，这就是涨落有序律。

涨落有序这一重要发现，在非平衡非线性热力学基础上给予秩序和涨落的关系以全新的自洽的解释。

通过涨落达到有序是系统自组织向上发展的基本途径。

自组织的机制就是通过涨落的有序。

这就是说系统的自组织的这个基本途径包括丰富的内容。

涨落。

涨落也被称作起伏，有时也被称作噪声，干扰，从系统的存在状态来看，涨落是对系统的稳定的平衡状态的偏离。

从系统的演化过程来看，涨落是系统同一发展演化过程之中的差异。

因此，从平衡非平衡角度看，涨落就是在一种不平衡性。

任何一个现实的系统，都不可能处于绝对静止的状态，都有其非平衡因素。

热力学第三定律说，绝对零度不可能达到，就意味着系统不可能处于绝对的平衡状态。

只要是由大量子系统或要素组成的宏观系统，其中就必定存在着一定的涨落。

涨落是普遍的，无处不在的。

涨落普遍存在，其形式是多种多样的。

类型：1、从形成涨落作用的主要因素来考察，涨落作用可以区分为内涨落和外涨落。

内涨落是指主要由自组织系统内部因素所引起的涨落作用形式。

外涨落是指主要由自组织系统外部因素所引起的涨落作用形式。

2、从各种涨落作用对自组织系统整体稳定性的影响程度来看，涨落作用又可以区分为微涨落和巨涨落。

微涨落是指作用程度不能改变系统结构性的整体性，起作用不足以破坏系统结构原有稳定性的涨落作用形式；巨涨落是指其作用程度可以改变系统结构的整体性，其作用力足以破坏系统结构原有稳定性的涨落作用形式。

3、从各种涨落作用自组织系统整体演化方式，演化方向等各方面的不同关系来考察，涨落作用还可以区分微正向涨落和反向涨落。

自组织与生活结课论文经管1405 殷元文 14241129原理及举例:（一）涌现原理：所谓涌现原理，通常是指多个要素组成系统后，出现了系统组成前单个要素所不具有的性质，这个性质并不存在于任何单个要素当中，而是系统在低层次构成高层次时才表现出来，所以人们形象地称其为“涌现”。

系统功能之所以往往表现为“整体大于部分之和”，就是因为系统涌现了新质的缘故，其中“大于部分”就是涌现的新质。

系统的这种涌现性是系统的适应性主体之间非线性相互作用的结果。

例：有时候，当许多人一起工作的的时候，工作效果会大于一个人一个人单独工作，相互之间相互影响，形成新质，使1+1>2。

（二）非线性原理：所有已知系统，当输入足够大时，都是非线性的。

因此，非线性系统远比线性系统多得多，客观世界本来就是非线性的，线性只是一种近似。

对于一个非线性系统，哪怕一个小扰动，象初始条件的一个微小改变，都可能造成系统在往后时刻行为的巨大差异。

例：在化学中，反应链上存在着自催化或交叉催化的环节，即某些反应物分子的一个生成物正是它们自身所需要的催化剂，从而使反应速率达到雪崩式的加快（自催化）；或属于两个不同反应链上的两个产物能各自催化对方的反应（交叉催化），其结果是可以产生一种难以控制的剧变行为。

（三）反馈原理：反馈就是由控制系统把信息输送出去，又把其作用结果返送回来，并对信息的再输出发生影响，起到控制的作用，以达到预定的目的。

原因产生结果，结果又构成新的原因、新的结果……反馈在原因和结果之间架起了桥梁。

一般而言，系统自然存在着始端对中间及末端的影响和作用，不存在末端对始端的影响和作用。

实践当中，人们为了改善系统功能，往往建立一定的反馈环节，形成末端对始端的影响和作用。

正反馈闭环管理系统就是为了改善经营管理，在满足特定反馈条件时，经一定的反馈周期和反馈途径,由系统末端发出脉冲式的利益流作用于系统始端，强化始端功能,进而强化中间功能及末端功能。

反馈分为正反馈和负反馈，正反馈与负反馈的适当结合，才能实现系统的自我组织。

耗散结构涨落定理耗散结构和涨落定理可是超级有趣的概念呢！咱先来说说耗散结构吧。

想象一下，一个系统就像一个小社会，里面有各种各样的元素在跑来跑去、相互作用。

耗散结构这个概念啊，是说在一个远离平衡态的开放系统中，通过不断地和外界交换物质、能量啥的，系统内部会形成一种有序的结构。

这就好比一个混乱的班级，原本大家各干各的，乱得很。

但是呢，老师（外界因素）引入了一些规则，像小组竞赛（交换物质、能量的类比），然后班级里就慢慢形成了几个学习小组，每个小组都有自己的分工，变得有序起来了。

这种有序不是自然而然就有的，是在和外界互动的过程中产生的。

再来说说涨落定理。

这个定理就像是系统里的小惊喜或者小意外。

在耗散结构的系统里，涨落是随时都在发生的。

就像是平静的湖面上偶尔会泛起的小涟漪。

这些涨落可能是因为系统内部某个小元素突然调皮了一下，或者是外界传来了一点小小的干扰。

有时候啊，这些涨落可能很小，就像微风吹过树叶，树叶只是轻轻晃动一下就没了。

但有时候呢，这些涨落可能会被放大，就像星星之火可以燎原一样。

一个小小的涨落，可能会让整个系统发生巨大的变化。

比如说，在那个班级的例子里，有一个同学突然提出了一个很新颖的学习方法（涨落），这个方法如果被大家认可并且推广，可能就会改变整个班级的学习氛围和秩序呢。

耗散结构和涨落定理之间的关系也是很密切的。

耗散结构就像是一个舞台，而涨落定理就是舞台上的那些意外情节。

没有耗散结构这个大框架，涨落可能就只是一些毫无意义的小波动。

但是有了耗散结构，涨落就有了发挥的空间。

就像在一个稳定的生态系统（耗散结构）里，一种新的物种（涨落）出现了。

如果这个生态系统是封闭的，这个新物种可能就没法生存。

但因为是开放的，这个新物种可能就会找到自己的生存空间，然后慢慢改变整个生态系统的结构。

还有在我们的身体里，人体也是一个耗散结构。

我们吃进去食物，呼出二氧化碳，和外界进行物质和能量的交换。

身体内部的各种生理过程也是有序进行的。