突变理论

新三论与旧三论所谓的“新三论”指的是耗散结构理论、协同论和突变理论。

耗散结构理论是比利时物理学家普利高津于1969年提出来的。

一般说来，开放系统有三种可能的存在方式：（1）热力学平衡态；（2）近平衡态；（3）远离平衡态。

好散结构论者认为，系统只有在远离平衡的条件下，才有可能向着有秩序、有组织、多功能的方向进化，这就是普利高津提出的“非平衡是有序之源”的著名论断。

在长期的研究工作中普利高津发现，当一个远离平衡态的开放系统由于许多复杂因素的影响而出现非对称的涨落现象,当达到非线性区时，在不断与外界进行物质和能量交换的条件下，系统将可能发生突变，由原来的无需混沌状态自发地转变为一种在时空或功能上的有序结构。

事物的这种在非平衡状态下新的稳定有序结构就称为好散结构。

而好散结构则是探索耗散结构微观机制的关于非平衡系统行为的理论。

系统论所要寻求的也就是这种具有有序性的稳定结构，从这个意义上说，好散结构与系统有异曲同工之妙。

协同论是20实际70年代联邦德国著名物理学家赫尔曼〃哈肯在1973年创立的。

他科学地认为自然界是由许多系统组织起来的统一体，这许多系统就称为小系统，这个统一体就是大系统。

在某个大系统中的许多小系统既相互作用，又相互制约，（它们是平衡的结构），而且由旧的结构转变为新的结构，则有一定的规律，研究本规律的科学就是协同论。

协同理论是处理复杂系统的一种策略。

协同论的目的是建立一种用统一的观点去处理复杂系统的概念和方法。

协同论的重要贡献在于通过大量的类比和谨慎的分析，论证了各种自然系统和社会系统从无序到有序的演化，都是组成系统的各元素之间相互影响又协调一致的结果。

它的重要价值在于即为一个学科的成果推广到另一个学科提供了理论依据，也为人们已知领域进入未知领域提供了有效手段。

突变理论是比利时科学家托姆在1972年创立的。

其研究重点是在拓扑学、奇点理论和稳定性数学理论上，通过描述系统在临界点上，来研究自然各种形态、结构和社会经济活动的连续性突然变化现象，并通过耗散结构论、协同论与系统联系起来，并对系统的发展产生推动作用，突变理论通过探讨客观世界中不同层次上各类系统普遍存在这的突变式质变过程，揭示出系统突变式质变的一般方式，说明了突变在系统自组织演化的过程中的普遍意义，她突破了牛顿质点的简单性思维，揭示出物质世界客观的复杂性，，突变理论中所蕴含的科学哲学思想，主要包含以下几个方面的内容，：内部因素与外部因素的辩证统一；渐变与突变的辩证关系，确定性与随机性的内在联系；质量互变规律深化发展。

耗散结构论、协同论、突变论
耗散结构论、协同论、突变论
耗散结构论是由美国著名的系统理论家科森和他的同事发展起
来的一种新的系统观点。

它强调在环境、社会、经济和技术发展改变的现实面前，任何系统都是一个动态系统，必须处于一种持续的变化之中，以便能够维持其正常状态。

耗散结构论把这些变化描述为复杂系统的不断耗散，意味着它们无法永久保持同样的状态，但却可以维持在一种稳定的状态中。

协同论的基本思想是，系统是由多个元素或多个网络组成的，多个元素之间存在着相互协调、相互调整的关系，彼此之间能够通过共同的行动实现有效的结果。

它建议，通过确定各个元素的顺序，以及实现系统的目标的方法，其中最重要的是要确保各个元素之间的沟通和合作。

突变论认为，系统是复杂的，它们的发展是由个体个体之间的动态互动引起的，突变是其发展过程中系统优化的有效手段。

它认为，突变是环境变化和发展步伐的有效适应机制，是一种包含系统自身变化的表现形式，它将不断地影响系统的发展，以及整个系统的未来变化趋势。

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突变理论在事故机理和预测中的应用研究摘要突变理论研究的是从一种稳定组态跃迁到另一种稳定组态的现象和规律。

本文简单阐述了突变理论的产生和发展，主要内容以及对它主要的应用领域做了简单介绍，就目前突变理论用于事故机理分析和事故预测的最新成果作了综合阐述，特别就人机系统事故机理作了说明，并以煤矿事故为例介绍了突变理论在事故机理分析和预测管理的具体应用。

事故的发生可以理解为系统内某些参数的连续变化引起系统的突变变质，系统由安全状态转化为事故状态实际是一种突变现象。

详细地分析事故原因的系统，介绍了突变理论在事故预防管理中的应用及预防管理措施，说明将突变理论应用于事故预防管理中建立事故突变理论是非常必要的。

关键词：突变理论，事故机理，事故预测，煤矿The mutation theory in the accidentmechanism and the research on theapplication of prediction Specialty: Safety Technology and Engineering0801 Student: Hu PanfengAdvisor: Zhao Jiangping, Associate ProfessorAbstract：The catastrophe theory study mutations froma stable configuration warp to another kind of stabilityconfiguration of the phenomenon and law. In this paper, the author briefly expounds the origin and development of the catastrophe theory, the main content, the mainapplication fields of it also reviewed, the mutation theory is used for accident mechanism analysis and the latest achievements of accident forecast for acomprehensive elaboration, especially the man-machine system accident explains the mechanism, and with coal mine accident is presented in this paper in the accident catastrophe theory mechanism analysis and prediction of the specific application management. The accident can be understood as system in some parameters of the continuous changes of mutations in the system, the system safety state by bad into accident state is actually a mutation phenomenon. Detailed analysis of the causes of theaccident system, this paper introduces the theory of mutations in the accident prevention managementapplication and prevention and management measures, and illustrates that the mutation will apply theory toaccident prevention management establish accidentcatastrophe theory is very necessary.Key words:Catastrophe theory Accident mechanism Accident forecast Coal mine目录1绪论2事故突变理论及其研究2.1突变理论的产生2.2突变理论的内容2.3突变理论的应用3运用突变理论研究事故机理3.1基于突变原理研究事故机理的基本原理3.2基于突变理论事故原因的系统分析4突变理论在事故预测中的应用4.1基于突变理论事故预防分析4.2突变理论在煤矿事故预防管理中的应用4.3基于突变理论减少事故发生的预防管理措施5结束语6致谢7参考文献1绪论本世纪60年代中期开始，以R.Thom 的工作为先导，逐步形成了现在称为突变理论（Catastrophe Theory，也译为灾变理论）的一些数学内容。

突变理论的研究对象及应用突变理论是一种进化生物学理论，着重研究基因突变在物种进化和适应性演化中的作用。

它研究基因突变如何在遗传信息中产生新的基因型和表现型变异，从而对物种的生存和繁殖产生影响。

突变理论的研究对象主要包括突变的类型、频率、效应以及突变如何在种群和物种层面与自然选择相互作用。

突变是遗传变异的主要来源之一，它是指在基因组中发生的一种突发性的、基因型和表现型突变的变化。

突变可以分为点突变和结构突变两类。

点突变是指单个核苷酸的改变，包括碱基置换、插入和缺失。

结构突变则是指基因组中较大范围的变化，如染色体片段的插入、缺失、倒位、重复和颠倒等。

突变的频率是指在一个物种中发生突变的概率。

突变的频率可以通过实验和调查的方法得到。

突变的频率与突变的类型相关，一般来说，点突变的频率相对较高，而结构突变的频率相对较低。

突变的效应是指突变对个体的表型特征和生存力的影响。

突变可以是有益的、有害的或者中性的。

有益突变可能会增加个体的适应度，提高其在环境中的生存和繁殖能力。

有害突变则可能导致个体的适应度降低，甚至导致其死亡。

中性突变则对个体的适应度没有明显影响。

突变与自然选择是物种进化和适应性演化密切相关的两个过程。

突变提供了遗传变异的基础，而自然选择则通过筛选和积累有利的突变，推动物种适应环境变化。

突变理论研究突变与自然选择之间的相互作用关系，探索突变如何通过自然选择在物种演化中起到关键作用。

突变理论的研究还可以用于解释和预测遗传疾病的发生和发展。

突变是导致遗传疾病的主要原因之一，通过研究突变的类型、频率和效应可以帮助我们理解遗传疾病的发生机制，并为疾病的预防、诊断和治疗提供理论依据。

此外，突变理论还可以应用于生物技术和基因工程领域。

通过人工诱导和筛选突变，可以获得具有经济价值的新品种或改良品种。

突变技术还可以用于基因组编辑和功能解析，帮助我们更好地理解基因的功能和调控机制。

总之，突变理论的研究对象主要包括突变的类型、频率、效应以及突变与自然选择的相互作用关系。

耗散结构论、协同论、突变论
耗散结构论、协同论、突变论是三种重要的理论，它们都是从不同的角度来解释事物的演变和发展。

耗散结构论是从热力学的角度出发，研究系统的自组织和演化；协同论是从生物学的角度出发，研究生物体内各个部分之间的协同作用；突变论是从进化论的角度出发，研究物种的进化和变异。

耗散结构论认为，系统在不断地吸收和释放能量的过程中，会出现自组织现象，形成耗散结构。

这种结构具有稳定性和复杂性，能够适应环境的变化。

例如，人类社会就是一个耗散结构，它由各种不同的组织和个体组成，能够适应不同的社会环境。

协同论认为，生物体内各个部分之间存在着协同作用，这种协同作用是生命活动的基础。

例如，人体的各个器官之间相互协调，才能保持身体的正常运转。

协同作用还可以促进生物体的进化，使其适应环境的变化。

突变论认为，物种的进化和变异是由基因突变引起的。

这种突变可以使物种适应环境的变化，从而生存下来。

例如，恐龙灭绝后，哺乳动物就开始大量繁殖，逐渐成为地球上的主宰物种。

这三种理论虽然从不同的角度出发，但都强调了系统的自组织和适应能力。

在现代社会中，我们也可以从这些理论中得到启示，例如，企业要不断地吸收新的知识和技术，才能适应市场的变化；团队要
协同合作，才能完成任务；个人要不断地学习和成长，才能适应社会的变化。

突变理论和黑箱方法金观涛一、从灾变说到突变理论近200年前，法国科学家居维叶引用了“灾变”(catastrophe）一词来命名他的学说，用来说明地层的断裂、古生物的灭绝和大陆海洋的变迁等过程中发生的突变现象。

为了证明灾变说在方法论上的正确性，居维叶曾作过一个十分著名的论断，他说：“没有缓慢作用的原因能够产生突然作用的结果”，“微小作用力即使连续作用达数百万年也不可能产生诸如阿尔卑斯山岩层断裂和倒转”。

在今天看来，虽然居维叶的灾变说在地质学上仍具有一定生命力，但他那著名的论断已被证明是错误的。

百多年来，科学家们发现了大量连续变化引起突然作用的事例；哲学家们也一再谈论着量变会引起不连续飞跃的命题。

但是，真正搞清楚“原因连续的作用有可能导致结果的突然变化”的机制，却是本世纪70年代的事情。

这就是一门新兴的数学分支——突变理论的出现。

突变理论(catastrophe theory)是微分拓扑学的新成果，它是法国著名数学家R·托姆(Rene Thom)提出的。

托姆于1972年发表的数十万字的专著《结构稳定性和形态形成学》(Stabilite Structurelle et Morphogenese)，标志着突变理论正式问世。

近十几年来，这一理论已引起了数学家、生物学家和哲学家的广泛注意。

突变理论虽然引用了居维叶建立灾变说时用的“catastrophe”一词来代表自己的理论，但它的基本思想却和居维叶的论断相反。

突变理论正是研究自然界连续的量变是怎样引起突变的，并企图用统一的数学模型来把握它们。

我们知道，自然界存在着两种基本的变化方式，一种是连续变化，另一种是不连续的飞跃。

人们早已掌握了描述连续变化过程的数学工具，这就是微分方程。

对那些纯粹不连续的变化过程，科学家可以用概率论和离散数学来剖析。

使科学家感到棘手的是那些界于连续变化和飞跃之间的变化，它们既不能用微分方程来处理，又不能将它们当作完全离散的过程来研究。

数学分支之突变理论突变理论是20世纪70年代进展起来的一个新的数学分支。

突变理论的产生许多年来，自然界许多事物的连续的、渐变的、平滑的运动变化过程，都能够用微积分的方法给以圆满解决。

例如，地球绕着太阳旋转，有规律地周而复始地连续不断进行，使人能及其精确地推测以后的运动状态，这就需要运用经典的微积分来描述。

然而，自然界和社会现象中，还有许多突变和飞跃的过程，飞越造成的不连续性把系统的行为空间变成不可微的，微积分就无法解决。

例如，水突然沸腾，冰突然融解，火山爆发，某地突然地震，房屋突然倒塌，病人突然死亡……。

这种由渐变、量变进展为突变、质变的过程，确实是突变现象，微积分是不能描述的。

往常科学家在研究这类突变现象时遇到了各式各样的困难，其中要紧困难确实是缺乏恰当的数学工具来提供描述它们的数学模型。

那么，有没有可能建立一种关于突变现象的一样性数学理论来描述各种飞跃和不连续过程呢？这迫使数学家进一步研究描述突变理论的飞跃过程，研究不连续性现象的数学理论。

1972年法国数学家雷内·托姆在《结构稳固性和形状发生学》一书中，明确地阐明了突变理论，宣告了突变理论的产生。

突变理论的内容突变理论要紧以拓扑学为工具，以结构稳固性理论为基础，提出了一条新的判别突变、飞跃的原则：在严格操纵条件下，假如质变中经历的中间过渡态是稳固的，那么它确实是一个渐变过程。

比如拆一堵墙，假如从上面开始一块块地把砖头拆下来，整个过程确实是结构稳固的渐变过程。

假如从底脚开始拆墙，拆到一定程度，就会破坏墙的结构稳固性，墙就会哗啦一声，倒塌下来。

这种结构不稳固性确实是突变、飞跃过程。

又如社会变革，从封建社会过渡到资本主义社会，法国大革命采纳暴力来实现，而日本的明治维新确实是采纳一系列改革，以渐变方式来实现。

关于这种结构的稳固与不稳固现象，突变理论用势函数的洼存在表示稳固，用洼取消表示不稳固，并有自己的一套运算方法。

例如，一个小球在洼底部时是稳固的，假如把它放在突起顶端时是不稳固的，小球就会从顶端处，不稳固滚下去，往新洼地过渡，事物就发生突变；当小球在新洼地底处，又开始新的稳固，因此势函数的洼存在与消逝是判定事物的稳固性与不稳固性、渐变与突变过程的依照。