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开放复杂巨系统理论

开放复杂巨系统理论

和性能的数学关系，即建立系统的数学模型。
THANK YOU!
•把人与计算机结合起来，充分利用知识工程、专家系 统、智能机器长于逻辑运算、速度高、容量大、不怕 疲劳等特点，同时发挥人脑的洞察力、长于形象思维 的优点，使两者取长补短，相互激发，产生出更高的 智慧。
3
3.定性到定量的综合集成法

综合集成的实质是专家经验、统计数据和
信息资料、计算机技术三者的有机结合，构
2.2复杂巨系统
不同巨系统之间在规模上仍可能有显著区别，但 事实表明，在巨系统这个等级上，再按规模大小 进行分类已无实际意义。而按结构的复杂程度进 行分类，可以更好的把握系统。
系统规模大 花色品种多 多阶段 动态性 非线性 复杂巨系统
2.2复杂巨系统
总之，复杂巨系统的复杂一词并非泛泛而论，
第13章 开放复杂巨系统理论
谢建丽 120720080 管理科学与工程
Contents
1 系统的新分类
2
特殊的开放复杂巨系统
3
从定性到定量综合集成法
4
建立系统学新思路
科学技术体系的层次划分：
开放复杂巨系统
作为基础科学的
技术科学层次的 理论成果，亦称
开放复杂巨系统
理论，亦称开放 复杂巨系统学
为系统理论
成一个以人为主的高度智能化的人——机结
合系统，发挥这个系统的整体优势，去解决
问题。
4.1建立系统学新思路
信息学 运筹学 耗散结构 论 超循环论 混沌学
控制学
系统工程 与一般系 统论
协同学
微分动力 系统
形成一门关于一般系统的基础学科，即系统学
4.1建立系统学新思路
得到系统分类后，钱学森意识到系统学的对 象是巨系统，也有分支学科，原来设想的只是 简单巨系统学，还应有复杂巨系统学，他不可 能在现有系统理论的基础上经过综合建立起来， 由此而引出关于复杂巨系统学的研究。 在概括出“综合集成法”这个概念后，钱学森 对于建立系统学有了全新的想法。该方法是先 讲大的总观点，然后讲特例，但如何实践这个 纲领性德观点，尚无进一步的阐开放复杂巨系统理论开辟了复杂性研究

系统思维能力与应对复杂性ppt课件

系统思维能力与应对复杂性ppt课件


46
1）进化结果 2）来自于经验 3）专长性 4）无意识和偏差性

47
二）影响直觉的三种启发性因素：
– 易得性启发因素：“最容易获取的刺激” 对直觉产生启发。
– 代表性启发因素：“普遍性特征”对直 觉产生启发。
– 锚定性启发因素：“先入为主”的想法 对直觉的启发。
• 善于运用批判性思维…… • 正确推理…… • 知道哪些因素影响你的判断……
边缘系统

55
第二节）推理判断
1. 演绎推理 2. 归纳推理 3. 概率推理

56
第三节）酝酿和顿悟

57
一）酝酿 -----思绪的自组织过程……

38
三）系统思维

39

40

41
第二节）近代科学思维方式的产生

42
第二章 人类思维机制分析

43
第一节 直觉及其形成机制
两种心理过程：自动过程和控制过程。
“Weltanschauung” ：世界观+人生观
中文语境的“世界观”与“人生观”相分 离。
“大同的世界观，独立的人生观。”

23
“对于那些希望管理有目的的系统 或进行干预以对其进行改变的人 来说，世界观对变革的阻力，或 相反为动力，变得至关重要。 ”
一阶学习（单环学习）：在现存心智模式下的学习。
169170吸引子不动点极限环环面平衡态周期态准周期态混沌运动体制171人类自觉的目的性一种主观上强烈吸引人的未来可能状态常常被当成追求的目标而实际上未必具有可达性有时可能仅仅是一种一厢情愿的主观愿自觉的他组织的固有缺陷与此有关他组织活动奉行的理论计划方案等是否具有可达性需要在实践中检查修正补充甚至需要推倒重建

复杂系统与网络科学

复杂系统与网络科学
网络脆弱性的来源与表现形式
1.网络脆弱性主要来源于网络结构、协议、软件等方面的缺陷。 2.脆弱性的表现形式包括网络瘫痪、数据泄露、服务中断等。 3.针对不同的脆弱性来源，需要采取不同的防范措施。
网络的鲁棒性与脆弱性
▪ 网络鲁棒性与脆弱性的关系
1.网络鲁棒性和脆弱性是相互对立的两个概念。 2.提高网络的鲁棒性可以降低脆弱性带来的风险。 3.在网络设计和运维过程中，需要平衡鲁棒性和其他性能指标 的关系。
复杂系统与网络科学
目录页
Contents Page
1. 复杂系统基本概念与特性 2. 网络科学基础与图论简介 3. 复杂系统的建模与分析 4. 网络中心度与结构洞理论 5. 网络动力学与演化机制 6. 网络的鲁棒性与脆弱性 7. 复杂系统与网络的应用 8. 前沿方向与未来挑战
复杂系统与网络科学
复杂系统基本概念与特性
复杂系统与网络科学
网络动力学与演化机制
网络动力学与演化机制
▪ 网络动力学模型
1.网络动力学是研究网络结构和功能随时间变化的行为和规律，对网络的设计、优 化和控制具有重要意义。 2.网络动力学模型主要包括网络演化模型、网络传播模型和网络流模型等。 3.通过分析网络动力学模型，可以揭示网络的稳定性、鲁棒性和演化规律等关键指 标，为网络科学提供重要的理论基础。
网络科学基础与图论简介
网络科学基础
1.网络科学的定义和研究范畴，包括复杂网络的结构、行为和演化。 2.网络科学在数学、物理学、计算机科学和社会科学等领域的应用。 3.网络科学的基础理论和方法，包括图论、统计物理和信息论等。 网络科学是一门研究复杂网络结构、行为和演化的跨学科科学，涉及数学、物理学、计算机科学和 社会科学等多个领域。网络科学的研究对象是各种具有复杂结构的系统，如互联网、社交网络、生 物网络和大脑网络等。网络科学的基础理论和方法包括图论、统计物理和信息论等，这些理论和方 法为网络科学的研究提供了有力的支持。通过对复杂网络的研究，网络科学可以帮助我们更好地理 解网络的结构和行为，进而设计和控制网络，为实际应用提供指导。

复杂性、复杂系统与复杂性科学(中科院系统所)

复杂性、复杂系统与复杂性科学(中科院系统所)

2.2 复杂系统的分类 复杂性的种类很多，从不同的角度可 以进行不同的分类。以下是两种分类： （ 1 ）物理（自然系统）复杂性、生物 复杂性、社会复杂性（成思危）； （2）主观复杂性与客观复杂性。
3 . 复杂性科学
3 .1 复杂性科学的定义
复杂性科学就是运用非还原论方法研究复杂系统产 生复杂性的机理及其演化规律的科学。
4.3 结构复杂性学派
（ 1 ）起源与发展：美国 Warfield 教授 1975 年开始研究， 1990年出版了A Science of Generic Design: Managing Complexity Through Systems Design，1994年出版了： A Handbook of Interactive Management。 （ 2 ）复杂性科学的定义：复杂性是指当人们在处理系 统问题由于对所研究问题缺乏足够了解而受挫时，在 人脑中所产生的一种的感觉。 那些认为复杂性只是所研究系统的一种特性的人 们将会面临找出众多不同待研系统的共同特性的挑战。 即使能找到这种特性，也还会遇到诸如他们如何去处 理这些系统而不是仅仅考虑一下，比如：所设计的系 统或模型没有任何可观测的特性，那么，他们将不得 不解释为什么对有些系统有的人能够搞明白而有些人 却一筹莫展。
3.3 复杂性科学的基本原理
(1) 整体性原理。由于复杂性科学的研究对象是 非线性经济系统，传统的叠加原理失效，因此，不能 采用把研究对象分成若干个小系统分别进行研究，然 后进行叠加的办法，而只能从总体上把握整个经济系 统。这一点也很符合系统科学的思想。 (2) 动态性原理。复杂系统必然是动态系统，即 与时间变量有关的系统。没有时间的变化，就没有系 统的演化，也就谈不上复杂性规律。因为“事物总是 发展变化的”。

开放复杂巨系统理论PPT课件

开放复杂巨系统理论PPT课件

➢简单环境中的 ➢复杂环境中的 ➢简单环境中的 ➢复杂环境中的
简单巨系统
简单巨系统 复杂巨系统
复杂巨系统
开放复杂巨系统
-
18
2.3开放复杂巨系统
❖ 所谓开放复杂巨系统，根据多年来钱学森在不同场合下的 论述，指的是具有下列特征的一大类系统：
（1）系统规模巨大，即巨型性；
▪
（2）系统组分彼此差异显著，花色品种多，即异质性；
-
23
4.1建立系统学新思路
信息学
运筹学
耗散结构 论
超循环论
混沌学
控制学
系统工程 与一般系
统论
协同学
微分动力 系统
形成一门关于一般系统的基础学科，即系统学
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4.1建立系统学新思路
▪ 得到系统分类后，钱学森意识到系统学的对 象是巨系统，也有分支学科，原来设想的只是 简单巨系统学，还应有复杂巨系统学，他不可 能在现有系统理论的基础上经过综合建立起来， 由此而引出关于复杂巨系统学的研究。
▪ 圣塔菲的主要人物都是在基础科学层次卓有成 就的学者，注重对复杂系统运行演化机制和基 本规律的研究，不大关心复杂性研究的当前应 用问题。他们的长处正是中国从事系统学研究 的主力短缺之处，所以，建立开放复杂巨系统 学应当
▪ “偏师借重圣塔菲”。
-
26
4.2建立开放复杂巨系统的唯象理论
唯象论：就是从现象出发，光描述现象，把各种复杂现象的数据用数学的关系表达出来。
-
17
2.3开放复杂巨系统
对开放性的深入研究，导致钱学森按照系统与环境关系对巨系统
作出如下完备分类：
如人体系统，
如贝纳德流， 激光器
如智能机器 人，环境复 杂多变，系 统却是简单 的

系统与复杂理论演示文稿课件

系统与复杂理论演示文稿课件
感谢观看
自组织是由系统内部元素之间的 相互作用形成的，而他组织则是 由外部力量对系统进行的控制和
调节。
在实际应用中，自组织和它组织 往往是相互补充的。
05
非线性动力学与混沌理 论
CHAPTER
非线性动力学的基本概念
01
02
非线性
动力学
03 非线性动力学
混沌理论的发展历程
19世纪末，学者们开始研究混沌现象。
系统与复杂理论演示 文稿课件
目 录
• 系统理论概述 • 复杂理论概述 • 系统与复杂理论的关系 • 系统稳定性与自组织 • 非线性动力学与混沌理论 • 系统建模与仿真 • 系统与复杂理论的应用 • 前沿研究方向与展望
contents
01
系统理论概述
CHAPTER
定义与分类
定义 分类
系统论的发展与应用
经济系统中的应用
经济系统的组成 经济系统的演化 经济系统的预测
08
前沿研究方向与展望
CHAPTER
复杂网络及其应用
总结词
详细描述
复杂系统中的优化问题
总结词
挑战性、广泛应用
详细描述
复杂系统中的优化问题是一类具有挑战性的问题，包括寻找最优解、最小化系统 能量、最大化系统性能等。优化方法在解决实际问题中具有广泛应用，如电力系 统优化、物流优化、交通优化等。
线性模型
离散模型
非线性模型 连续模型
系统仿真及其应用领域
系统仿真 通过模拟系统运行过程，预测系统的 性能和行为。
军事领域 模拟战争、战术和武器系统的性能。
工业领域 模拟生产、制造和物流系统的性能。
交通领域
模拟交通流量、交通规划和交通管制 系统的性能。

第7章复杂适应系统理论及其应用PPT课件


第5页
16.09.2020
管理学院
2、 CAS理论的核心思想
CAS理论研究的重要方面是复杂性的产生机制研究。其核心 思想是适应性造就复杂性，但CAS理论不排除复杂性产生的其他 机制和渠道。
CAS理论的基本思想：系统是由主体构成的。主体在持续不 断的交互作用中，不断地学习或积累经验，从而改变自身的结构 和行为方式。整体演化或进化，包括新层次的产生，分化和多样 性的出现，新的更大的主体出现等，都是在这个基础上逐步派生 出来的。
第6页
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管理学院
按照传统看法，复杂性主要来自系统的外部。认为任何事物发 展遵循：从不对称到对称，从有结构到无结构，从有差别到无差别 ，从复杂到简单。还原观使人们对片面看法视而不见。
现代系统科学打破了这种形而上学的看法，从系统内部寻找系 统性的来源。但最初认为系统构成个体是被动的、静止的，难以有 效地应用到生物、生态、经济和社会系统。
（4）引进了随机因素的作用，活的主动性个体具有学习功能， 使它具有更强的描述和表达能力。
CAS 考虑随机因素的处理方法是特别的，从生物界许多现象中 吸取有益启示，其集中表现是遗传算法。
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16.09.2020
二、个体适应和学习
主体的基本行为模型包括三个步骤： （1）建立执行系统的模型； （2）确定信用分派的机制； （3）提供规则发现的手段。
CAS理论在这方面有重大突破，把系统的成员看成具有自身目 的与主动性的、积极的“活的”主体。这种主动性以及它与环境的 相互作用是系统发展和进化的基本动因。
个体与环境之间这种主动的、反复的交换作用就是“适应性”
。 第7页
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管理学院
3、 CAS理论的基本概念

复杂系统及其复杂性科学概述

具有一定的智能
➢ 复杂社会系统：社会泛指由于共同物质条件、经济条 件、信息条件等而相互联系起来的人群、集团、公司、 组织等
人作为子系统参与其中
第6章
6.2 复杂系统的分类
6.2.3 复杂自然系统、复杂工程系统、复 杂社会系统
➢ 系统科学的发展是从研究复杂自然系统，到研究人造 复杂工程系统，再到研究复杂社会系统，即从研究自 然物，扩展到研究人工物，再到研究人类社会发展过 程
➢ 有机系统（organic system）由许多高度特 化的、相互联系紧密的、不同种类的组分组 成的系统
有机系统易于进行功能描述，其中组分的功能是 通过在维持系统处于期望状态中的作用加以定义 和刻画的
典型的是生物体系统
第6章
6.2 复杂系统的分类
6.2.1 多体系统、有机系统、控制系统
➢ 控制系统（cybernetic system）把多体系 统和有机系统结合起来的系统，如神经网络
启示：组织管理者要减少计划和控制，激发自组织
➢ 了解相干环境
组织管理者要了解相干环境，应创造自组织产生的条件，创 造信息凝聚而非仅仅是兴趣共享
➢ 了解产生凝聚的能力
组织管理者最重要的不是组织的集体的力量而是个人产生凝 聚的能力
第6章
6.5 复杂性科学
6.5.3 复杂性科学思想方法的启示
➢ 整体和部分的共同进化
人是一个如此复杂和统一的控制系统，以至于许 多人都不愿意研究由人组合起来的系统
对其他系统的刻画用“行为”表示就足够了，而 对人的刻画用“行为”表示就不成，因为人有意 向性行为
第6章
6.2 复杂系统的分类
6.2.2 非平衡系统、复杂适应性系统、开 放的复杂巨系统
➢ 非平衡系统：由无生命子系统组成的系统，每一个子 系统非常简单，子系统之间的相互作用也简单

开放复杂巨系统课件

化的系统。
鲁棒控制
通过设计具有鲁棒性的控制策略 ，使得系统在面对不确定性和干 扰时仍能保持稳定和可靠的性能 。这种方法适用于具有强不确定
性和高风险的系统。
05 开放复杂巨系统 的应用案例
互联网病毒传播防御
1 2 3
互联网病毒传播的危害
互联网病毒传播具有广泛性、快速性和破坏性， 对个人、企业和社会都带来了严重威胁。
03
特点
复杂适应系统具有非线性、自组织、涌现性等特点，其行为和性质不能
简单地由其组成部分的特性和行为的线性叠加来解释。
复杂适应系统的特征
适应性
个体具有学习和适应环境变化的能力，能 够根据环境的变化调整自身的行为和特性 。
动态性
复杂适应系统是动态的，其行为和结构会 随时间而变化，具有历史依赖性和不可预 测性。
多尺度问题
开放复杂巨系统涉及的时 间和空间尺度非常广泛， 从微观粒子到宏观宇宙， 如何处理这些不同尺度之 间的问题也是一个难点。
THANKS
感谢观看
结合理论分析、计算机模拟和实际数据分析等多种方法来研究 复杂适应系统，以全面揭示其特性和行为。
04 开放复杂巨系统 的建模与分析
开放复杂巨系统的建模方法
基于力学定律的建模
利用力学定律，如牛顿运动定律、麦克斯韦方程等，对系统进行 建模。这种方法适用于具有明确物理意义的系统。
基于统计学的建模
通过分析系统的统计性质，如概率分布、相关函数等，建立数学模 型。这种方法适用于具有不确定性和随机性的系统。
01 02
定义
复杂适应系统（Complex Adaptive Systems, CAS）是由具有适应能 力的个体组成，且这些个体之间以及与环境之间通过相互作用和影响而 产生复杂、动态的系统。

复杂适应系统(CAS)理论


CAS 理论的 7 个基本点
3）流：在个体与环境之间存在有物质资、能量和 信息流，这些流的渠道是否通畅、周转迅速到什么 程度，都直接影响系统的演化过程。 4 4）多样性：在适应过程中，由于种种原因，个体 之间的差别会发展与扩大，最终形成分化，这是 CAS 的一个显著特点。
CAS 理论的 7 个基本点
5）标识：为了相互识别和选择，个体的标识在个体与环境 的相互作用中是非常重要的，因而无论在建模中，还是实际 系统中，标识的功能与效率是必须认真考虑的因素。 6 6）内部模型：在 CAS 中不同层次的个体都有预期未来的能 力，每个个体都是有复杂的内部机制的。对于整个系统来说， 这就统称为内部模型。 7）积木块：复杂系统常常是相对简单的一些部分通过改变 组合方式而形成的。因此，事实上的复杂性往往不在于块的 多少和大小，而在于原有构筑块的重新组合。
CAS理论
复杂适应系统（CAS）理论的提出 霍兰J( Holland John) 于1994 年提出复杂适 应系统( CAS) 理论, 迅速引起学界关注, 被尝 试用于观察和研究各种不同领域的复杂系统, 成为当代系统科学引人注目的一个热点。
CAS理论的概念 复杂适应系统（Complex Adaptive systems, 简称CAS），也称复杂性科学（Complexity science）， Holland教授在复杂系统的研究 中，发现了一大类系统都是由一系列具有适 应性的个体组成的，他把这类系统叫做复杂 适应系统。
适应性主体的概念
复杂适应系统的一个重要的概念是适应性主体的 概念。CAS 无例外地皆由大量具有主动性的元素 （active element）组成。这些元素在形式上和 性能上各不相同，但它们具有一些共同的特征， 即具有主动适应环境和其它元素的变化而调整自 己的行为，能够进行“学习”和“积累经验”。 这些元素就叫做适应性主体（agent）。
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7
美国Santafe研究所对于复杂系统理论的研究
• 复杂系统会涌现出各式各样的斑图 • 无序到有序过程是由混沌边缘来完成，混
沌控制就是一种可能机制,但决不是惟一机 制
.
8
复杂性理论的启示
• 采用纯确定性或纯随机性观点来研究系统 都存在偏面性,对一个系统行为的研究需要 把这两种方法有机地统一起来
• 2． 目标：以系统的整体行为，如涌现等 作为主要研究目标和描述对象。
• 3． 规律：以探讨一般的演化动力学规律 为目的。例如，遗传规则，自组织临界性 等。
.
4
复杂系统的特点
• 非均匀性 • 非线性 • 自适应性 • 网络性
.
5
研究方法
• 数学理论与计算机科学的结合 • 非线性分析结构 • 克服对立统一规律下，观察和分析事物简
.
2
发展中的“复杂系统理论”
复杂系统理论还处于萌芽阶段，它可能蕴育 着一场新的系统学乃至整个传统科学方法的 革命。生命系统、社会系统都是复杂系统， 复杂系统理论的应用在系统生物学的研究与 生物系统计算机数学建模中具有重要的意义。
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3
与传统控制系统的主要区别
• 1． 模型：系统的模型通常用主体及其相 互作用来描述，或者用演化的变结构描述。
• 共适应性和突现性取代了传统的因果律 • 语境融合为系统自身的一部分，变化成为
自身发展不可或缺的要素 • 静态的横向或共时分析方法转向动态的纵
向或历时分析方法。
.
9
复杂系统理论
system complexity
——杜文、柴挺赞
复杂系统理论（system complexity）
• 复杂系统理论（system complexity）是系 统科学中的一个前沿方向，它是复杂性科 学的主要研究任务。复杂性科学被称为21 世纪的科学，它的主要目的就是要揭示复 杂系统的一些难以用现有科学方法解释的 动力学行为。与传统的还原论方法不同， 复杂系统理论强调用整体论和还原论相结 合的方法去分析系统。
单的两元结构思维
.
6
诺贝尔奖获得者普利高津的观点
• 他认为西方的经典科学更多地强调了还原论,而中 国的古典哲学强调的是整体性,现在是到了强调两 者结合起来的时候了,也就是说科学研究应当进入 由简单化向复杂性转化时代。为此,他提出了耗散 结构理论。
• 按照这种元组成。这个系统应当是开放的,可以与 外界环境进行物质、能量和熵的交换,从而使系统 在处于远离平衡态时表现出耗散结构,实现 由混 沌到有序的转化。