开放的复杂巨系统优秀课件

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开放复杂巨系统理论PPT课件

（2）系统组分彼此差异显著，花色品种多，即异质性；
（3）系统是按照等级层次方式整合起来的，即等级层次性；
（4）非线性相互作用，即非线性；
（5）系统和环境之间不断交换物质、能量、信息，即开放性。
钱学森把具有上述特性的系统称为开放复杂巨系统，把这类系统的动力学特性称为复杂性。
2.4特殊的开放复杂巨系统
规模足够巨大，大到出现微观与宏观的层次划分，必须充分考虑自组织现象，那就是巨系统。
2.2复杂巨系统
20世纪80年代前期，钱学森对普利高津等人的理多论层成次果结寄构并予非厚一望切，巨系相信有了巨系统等概念统，的把基已本有特征的，系不统同融巨系会贯通，综合起来，建统立之统间一仍的有质框的架差，别就，不可以有效的描述和处理可各能种用巨统系一的统理问论题对，所有但建立系统学的实践表巨明系，统这做个出释同估。样计有过效分的解乐观了。
2.4特殊的开放复杂巨系统
从宏观上整体的看，社会系统的三种形态：
经济的社会形态
划分。
巨系统中会出现简单系统中没有的现象，如自组织现象，小系统和大系统只有平凡行为，巨系统可能表现出许多非平凡行为。
系统属性
.1巨系统
概言之，对于巨系统，按照系统规模做粗略的把握是必要的，但不是充分的，重要的还要看系统是否出现宏观与微观的层次划分，是否存在不可忽略的自组织现象。
2.1巨系统
按照规模
小系统
大系统
巨系统
规模通常是按照系统的组分数目N或分系统数目n 表示的，钱学森对“大”和“巨”的解释是分系统数量达到几十，上百，这个系统称为大系统，如果分系统数量极大，成万上亿，上百亿，那是巨系统了。
2.1巨系统

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

钱学森开放巨系统

谨以此文缅怀纪念民族魂魄、科学巨擎、我们永远的钱老——人民科学家钱学森先生！钱学森开放复杂巨系统理论视角下的科技创新体系——以城市管理科技创新体系构建为例宋刚北京大学遥感与地理信息系统研究所,北京100871摘要：本文基于钱学森开放复杂巨系统理论，对知识社会环境下的科技创新体系建构进行了研究。

在技术创新双螺旋基础上，进一步从科学研究、技术进步与应用创新的协同互动入手，并以城市管理科技创新体系建设为例，构建了科技创新体系构成图，分析了由以科学研究为先导的知识创新、以标准化为轴心的技术创新和以信息化为载体的现代科技引领的管理创新构成的科技创新体系。

三个体系相互渗透，互为支撑，互为动力，推动着科学研究、技术研发、管理与制度创新的新形态，共同塑造了面向知识社会的创新2.0形态。

现代城市管理作为现代服务业的重要组成部分，其科技创新体系的构建与实践对面向服务的科技创新体系建设具有直接参考价值，对知识社会环境下的科技创新体系的建构具有重要借鉴意义。

关键词：知识社会，科技创新体系，创新2.0，城市管理，复杂性Science & Technology Innovation System in Perspective of Open Complex Giant System Theory of Qian Xuesen - Example from Construction of Urban ManagementScience and Technology Innovation SystemSONG GangInstitute of Remote Sensing and GIS, Peking UniversityAbstract: Science & Technology Innovation System in knowledge-based society is studied in perspective of complexity science. Starting from the double helix structure of technology innovation, science and technology innovation is analyzed as interaction of scientific research, technology development and application innovation. With science and technology innovation system in urban management as an example, three subsystems, namely, knowledge innovation system lead by scientific research, technology innovation system supported by standardization, and management innovation enabled by modern ICT, are constructed and analyzed from the perspective of Open Complex Giant System Theory by Qian Xuesen. The convergence and interaction of the three subsystems triggered the paradigm shift of scientific research, technologyinnovation and management innovation, which lead to innovation 2.0 in a knowledge-based society. This construction can be borrow directly to other modern service-oriented industry, and is also revelatory to construction of science and technology innovation system in a knowledge-based society.Key words: Knowledge Society, Science & Technology Innovation System, Innovation 2.0, Urban Management, Complexity科技进步推动了复杂性科学的发展，让我们以全新的视野审视现代经济社会的发展及其科技创新支撑[1]。

一个科学新领域开放的复杂巨系统及其方法论

一个科学新领域开放的复杂巨系统及其方法论一、本文概述随着科技的飞速发展，人类对于自然界的认知不断深化，科学研究的领域也在不断扩展。

在这篇文章中，我们将探讨一个新兴的科学领域——开放的复杂巨系统（Open Complex Giant Systems, OCGS）。

这是一个跨学科的领域，涵盖了物理学、生物学、经济学、社会学等多个学科，其研究对象是那些规模庞大、结构复杂、动态开放的系统。

这些系统通常具有高度的非线性、自组织性和演化性，因此传统的科学研究方法往往难以应对。

本文首先将对开放的复杂巨系统的基本概念进行阐述，包括其定义、特征以及研究的重要性。

接着，我们将介绍该领域的研究现状和发展趋势，包括目前的主要研究方法和取得的成果。

在此基础上，我们将进一步探讨开放的复杂巨系统的方法论问题，包括如何建立有效的数学模型来描述这些系统的行为，如何运用计算机模拟和大数据分析来揭示这些系统的内在规律，以及如何将这些理论和方法应用到实际问题的解决中。

我们将对开放的复杂巨系统未来的研究方向和挑战进行展望，以期能够为该领域的发展提供一些有益的参考和启示。

通过本文的阐述，我们希望能够引起更多学者和研究者对开放的复杂巨系统的关注和兴趣，共同推动这一新兴科学领域的发展。

二、开放的复杂巨系统的特性开放的复杂巨系统（Open Complex Giant Systems, OCGS）是一类具有独特性质的系统，它们显著区别于传统的封闭、简单或小型系统。

OCGS的主要特性可以概括为以下几点：开放性：OCGS不是孤立的，而是与外部环境有着密切的物质、能量和信息交换。

这种开放性使得系统能够持续地从外部环境中吸收新的元素和可能性，从而保持其活力和进化能力。

复杂性：OCGS通常包含大量相互关联、相互作用的组件或子系统。

这些组件之间的相互作用是非线性的，且常常伴随着多种反馈机制和自组织现象。

因此，OCGS的行为往往难以预测和控制，呈现出高度的复杂性和不确定性。

复杂系统及其方法论ppt课件

14
综合集成思想与综合集成方法
从方法论角度来看，在这个发展过程中，还原论方法发挥了重要作用，特别在自然科学领域中取得了很大成功。还原论方法是把所研究的对象分解成部分，以为部分研究清楚了，整体也就清楚了。如果部分还研究不清楚，再继续分解下去进行研究，直到弄清楚为止。按照这个方法论，物理学对物质结构的研究已经到了夸克层次，生物学对生命的研究也到了基因层次。毫无疑问这是现代科学技术取得的巨大成就。但现实的情况却使我们看到，认识了基本粒子还不能解释大物质构造，知道了基因也回答不了生命是什么。这些事实使科学家认识到“还原论不足之处正日益明显”。这就是说，还原论方法由整体往下分解，研究得越来越细，这是它的优势方面，但由下往上回不来，回答不了高层次和整体问题，又是它的不足一面。
15
综合集成思想与综合集成方法
所以仅靠还原论方法还不够，还要解决由下往上的问题，也就是复杂性研究中的所谓涌现问题。著名物理学家李政道对于21世纪物理学的发展曾讲过“我猜想21世纪的方向要整体统一，微观的基本粒子要和宏观的真空构造、大型量子态结合起来，这些很可能是21世纪的研究目标”。这里所说的把宏观和微观结合起来，就是要研究微观如何决定宏观，解决由下往上的问题，打通从微观到宏观的通路，把宏观和微观统一起来。
3
现代科学技术的发展
➢方法论的发展
还原论方法、整体论方法、系统论方法
➢从人脑思维到人机结合思维
人类更加聪明了，有能力去认识更加复杂的事物.
➢创新方式的转变，由个体为主向以群体为主的转变，创新体系的出现。
4
主要内容
现代科学技术的发展系统与系统科学综合集成思想与综合集成方法综合集成理论与综合集成技术综合集成工程
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复杂巨系统

复杂巨系统系统学的研究对象是各类系统。

根据组成系统的元素和元素种类的多少以及它们之间关联的复杂程度，把系统分为简单系统和巨系统两大类。

简单系统是指组成系统的元素比较少，它们之间关系又比较单纯，如某些非生命系统；巨系统是指组成系统元素的数目非常庞大的系统。

如果组成系统的元素非常多，但元素种类比较少且它们之间关系比较简单，这类系统称为简单巨系统，如激光系统。

如果组成系统的元素不仅数量大而且种类也很多，它们之间的关系又很复杂，并有多种层次结构，这类系统称为复杂巨系统，例如人体系统和生态系统。

在人体系统和生态系统中，元素之间关系虽然复杂，但还是有确定规律的。

另一类复杂巨系统是社会系统，组成社会系统的元素是人。

由于人的意识作用，系统元素之间关系不仅复杂而且带有很大的不确定性,这是迄今为止最复杂的系统。

规模巨大且结构复杂的系统.钱学森系统分类中的一类，其特点是系统不仅规模巨大，属巨系统范畴，而且元素或子系统种类繁多，本质各异，相互关系复杂多变，存在多重宏、微观层次，不同层次之间关联复杂，作用机制不清，因而不可能通过简单的统计综合方法从微观描述推断其宏观行为.人脑、人体、生物、生态、地理环境以及许多宇宙现象等都属于复杂巨系统，其中社会系统是特殊复杂巨系统开放的复杂巨系统，是由我国科学家钱学森教授于1990年提出的概念，并认为复杂性问题实际上是开放复杂巨系统的动力学特性问题。

与国外提出的复杂性科学/复杂系统有异曲同工之妙。

其建立一个既有广泛的远程研讨人参加的、又有专家群体在中心研讨厅进行最终研讨决策的、大范围、分布式、多层次、自下而上递进式、人机动态交互性的研讨、决策体系。

钱学森指出它是一个科学新领域，后来戴汝为概括它为一门21世纪的科学。

钱学森等提出从系统的本质出发对系统进行分类的新方法，并首次公布了“开放的复杂巨系统”这一新的科学领域及其基本观点。

从系统的本质出发，根据组成子系统及子系统种类的多少和他们之间的关联关系的复杂程度，可以把系统分为简单系统和巨系统两大类。

开放复杂巨系统

俄罗斯综合集成公司( Metasynthesis Corporation) 在俄罗斯上世纪90年代中成立一个综合集成公司。这个公司在使用一套称为组织控制系统的概念与设计方法论。该方法论可以从不同观点来分析复杂对象，并综合出导致新的问题解决策略的制订解的步骤。提出可以有灵活性的概念模型，并能容易改造和适应组织外部条件变化的新方案。利用该方法论公司曾用于大型技术的概念设计、石油过程的再造工程、企业的组织管理和数据库与自动化系统的集成等。
10/29/2018 2018/10/29
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宏观经济决策综合集成研讨系统
（3）初步总结；三种观点：高速，中速，低速。各类经济有关方面支出收入情况及部分预测汇总表格，有相同观点和差别观点，例如一致认为公共卫生开支受非典影响严重，但是“高速增长”认为经济增长率约9%～10%，“中速增长”认为经济增长率约9%～10%但实际转化程度未知， “低速增长”认为经济增长率只是潜在东西，与现实有很大差距，等等。（4）深入探讨相关问题并得到调控方案；对于固定资产投资、利率和财政政策等主要调控变量，设置了多种取值方案，例如财政政策给出了两种方案。（5）模型选择、定量分析与测算；专家对现有模型评价逐一讨论分析，最终产生了6组取值方案和6组预测结果。（6）问题综合与反馈、重新讨论；使用了大量投票和调查问卷统计意见，对争论的核心问题——固定资产投资再次进行了量化分析，调用了“数据挖掘”和“在线建模”工具。（7）发布结论，研讨结束。分析后，预测2003年GDP最可能增速为8.5%左右，并对具体的调控政策提出了建议。
2018/10/29 11
综合集成研讨厅体系
从“厅”到”信息空间”
工作空间
信息空间
交互空间

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。

开放的复杂巨系统及其方法论

开放的复杂巨系统及其方法论1.引言1.1 概述概述在当今复杂多变的社会环境中，我们面临着一个个巨大而复杂的系统，这些系统包括经济、社会、生态等各个领域。

这些系统的复杂性和开放性使得它们在运行和演变过程中充满了挑战和不确定性。

开放性是指这些系统与外界环境相互交换物质、能量和信息的能力。

无论是人们的日常生活，还是经济的发展和社会的进步，都离不开这种开放性的运作方式。

开放性使得系统能够获得外部资源和信息，同时也给系统带来了更多的变数和不确定性。

复杂性是指这些系统内部的各个组成部分之间相互作用和相互依赖的关系。

一个复杂系统中的任何一个元素的变化都会对其他元素产生影响，进而引发连锁反应。

复杂系统的行为往往难以准确预测，因为它们受到多种因素和因果关系的影响，其中一些因素和关系可能互相交织并且相互作用。

面对这样的复杂开放系统，我们需要一种系统性的方法论来进行分析和解决问题。

方法论是指一种科学的思维方式和分析方法，它能够帮助我们理解和处理复杂问题，提供有针对性的解决方案。

本文将探讨开放的复杂巨系统及其方法论。

首先，我们将介绍开放的复杂巨系统的基本概念和特征，以帮助读者对其有一个整体的认知。

接着，我们将介绍一些常用的方法论，包括系统思维、系统动力学、网络分析等，这些方法论可以帮助我们深入理解和应对复杂开放系统中的挑战和问题。

通过对开放的复杂巨系统及其方法论的探讨，我们希望能够提高我们对复杂系统的认知和理解能力，为解决实际问题提供科学有效的方法和思路。

同时，我们也将展望未来，探讨可能的发展方向和挑战，以期进一步推动复杂系统研究和应用的发展。

1.2文章结构2. 正文2.1 开放的复杂巨系统在介绍开放的复杂巨系统之前，我们先来了解一下什么是复杂巨系统。

复杂巨系统是指由许多相互作用和相互依赖的组成部分构成的庞大系统，这些组成部分之间的关系和行为是相当复杂且难以预测的。

与传统的封闭系统不同，开放的复杂巨系统与外界环境有着不断的信息和能量交换，这使得系统具有很高的适应性和灵活性。

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突破平衡态物理学观点的束缚，把远离平衡态当作远离平衡态处理，创立了耗散结构论，给自组织现象以深刻的理论说明。
(4)把分形当作分形处理。
分形有两个基本特征，一是粗糙性(不规则性)，二是自相似性( 部分与整体相似)。
按照经典科学的方法处理，就是选定一个适当的尺度，把小于这个尺度的一切曲折性、不规则性忽略掉，化复杂的分形图形为至少是分段光滑的规整图形。这样做固然大大简化了问题，同时也就人为地消除了它固有的粗糙性和自相似性。
把复杂性当作复杂性处理，是复杂性研究的方法论原则。这并非否定复杂性研究也需要简化，而是强调存在不同的简化路线或指导思想。复杂性问题要求性质不同的简化路线，即必须在保留系统产生复杂性之根源的前提下进行简化。
普利高津提出“结束现实世界简单性”的命题，圣菲研究所要建立复杂性科学，目的都是强调把复杂性当作复杂性处理这个新的科学方法论原则。
复杂性是自组织的产物，在远离平衡、非线性、不可逆的条件下，通过自发形成耗散结构这种自组织而产生出物理层次的复杂性，在此基础上才可能通过更高形式的自组织产生出生命、社会等层次的复杂性。
认为“物理学正处于结束‘现实世界简单性’信念的阶段”’ ，用复杂性科学表述正在兴起的新型科学。
(3)有效复杂性概念
芒德布罗反其道而行之，把粗糙性和白相似性当作这类对象的本质特征对待，即把分形当作分形来描述，创立了全新的分形几何学及其方法论。
(5)把模糊性当作模糊性处理。
开放的复杂巨系统
介绍钱学森等提出的复杂巨系统理论。
•关于复杂性 •把复杂性当作复杂性处理 •开放的复杂巨系统 •从定性到定量综合集成方法 •综合集成研讨厅体系
一、关于复杂性
1、定量方法的缺陷
传统的理解，简单与复杂是相对的，一旦被认识就变得简单。现代科学技术的发展表明，不能把复杂性全部归结为认识过程的不充分性，必须承认存在客观的复杂性，即使已被人们认识并找到解决办法，它仍然是复杂的。复杂性研究必须注重各种特定的可以检验的机理，分门别类进行研究。但单纯用定量化、形式化方法描述和解决复杂性问题只是对传统还原论方法的修正，不可能使科学方法论实现革命性变革。反映出复杂性研究的不成熟，尚未找到真正克服现有科学方法论局限性的有效途径。
1990年代，盖尔曼提出有效复杂性概念，把它“定义为用来描述其(指复杂适应系统)规律性的图式的长度”，仍然属于西方学术界用定量化、形式化方式刻划复杂性的传统方法，决定了这个概念只能应用于较窄的范围。
原始复杂性和算法复杂性不能表示通常理解的复杂性(并批评它们与“复杂性”所指的意思没有多大关系)，反对就复杂性概念来研究复杂性，主张把复杂性研究同复杂适应系统的研究联系起来。
二、把复杂性当作复杂性处理
科学研究对象从简单性和简单系统转向复杂性和复杂系统，要求在方法论上实现根本的转变。
经典科学相信客观世界本质上是简单的，复杂性是披在简单性之上的面纱。因此，在面对复杂的问题时，总是设法把复杂性简化掉，即把复杂性当作简单性处理，这样处理必然把产生复杂性的根源简化掉，得到的结果不再能够反映对象的固有特性。
这些思想对其后的复杂性研究起了积极的推动作用。
(2) 自组织观点
普利高津、哈肯等人用演化的、自组织的观点解释复杂性。
普利高津提出，复杂性存在于一切层次，不同层次的复杂性既有差别，又有同一性，物理层次已经具备“最低限度的复杂性”。
平衡态、线性关系、可逆过程只能产生简单性，远离平衡态、非线性关系、不可逆过程是产生复杂性的根源。
盖尔曼围绕有效复杂性讨论所提出的种种议论，包含深刻的系统思想。
上述工作都有助于从某个侧面理解复杂性，但总的来看，复杂性还不能算作一个严格的科学概念，人们也没有给出一个公认的复杂性定义。
2、复杂性研究的方法论
1990年代，钱学森在建立系统学的过程中，逐步认识到复杂性研究的重要理论和实践意义。
(4)复杂性研究不能从严格界定复杂性概念开始，应从研究各种具体的复杂系统入手，寻找解决这些复杂系统的有效方法，不断积累经验和知识，待条件成熟后再作概括性研究，建立理论体系。
(5) 提出“所谓‘复杂性’实际是开放的复杂巨系统的动力学，或开放的复杂巨系统学” 。从一开始就把复杂性研究明确纳入系统科学范围，这是钱学森有别于国外学者的一大特点。
(1)要跳出从几个世纪以前开始的一些科学研究方法的局限性。
(2)凡是不能用还原论方法处理的或不宜用还原论方法处理的问题，而要用或宜用新的科学方法处理的问题，都是复杂性问题。从研究方法上区分简单性与复杂性，是一个很有价值的新观点。
(3) 主张把复杂性作为一类系统属性来对待。他对系统的分类就是基于复杂性的不同层次而给出的。
非线性科学就是把非线性当作非线性来研究的科学，也必须在把非线性当作非线性的前提下进行必要的简化处理。
(2)把远离平衡态当作远离平衡态处理。
经典科学视平衡态为系统的唯一正常状态，把非平衡态理解为干扰因素造成的非正常状态，力求将平衡态下获得的结论线性地推广于非平衡态。
普利高津发现，系统在平衡态及其附近只能表现出简单的平庸行为，在远离平衡态时才能够表现出各种非平庸的复杂行为。
但有几项试图超越传统的思路，在复杂性探索中有重要启迪作用，值得稍加讨论。
(1) 分层复杂性概念
西蒙的分层复杂性概念是1962年提出来的。
1)把等级层次结构与复ຫໍສະໝຸດ 性明确联系起来，从4个方面给复杂性以系统阐述。
2)从系统演化的角度讨论复杂性，论证复杂系统的结构是在演化过程中“涌现”出来的。
3)按照层次结构组织起来的系统的动态性质，把复杂性与系统动力学特性联系起来。
鉴于复杂性尚无统一定义，我们先就几类特殊的复杂性来分别说明这个原则。
(1)把非线性当作非线性处理。
经典的简单性科学包含许多非线性问题，基本的处理办法是把问题线性化。
线性化无疑把问题大大简化了，但同时也就把非线性产生的许多非平庸特性(如自激振荡、分岔、突变、混沌等)给简化掉了。
必须采取全新的简化方法，在保留非线性的前提下寻找描述非线性的简化方法。