天然辩证法
汗青唯物主义
（社会辩证法） 系统工程理论
第一节 体系科学的学科体系
我国有名科学家钱学森提出了一个清晰的现代科学技巧的体系构造，认为从应用实践到差不多理论，现代科学技巧能够分为四个层次：起首是工程技巧这一层次，然后是直截了当为工程技巧供给理论差不多的技巧科学这一层次，再确实是差不多科学这一层次，最后经由过程进一步综合、提炼达到最高概括的马克思主义哲学。如图2-1所示。在此差不多上他又进一步提出了一个体系科学的体系构造。他认为体系科学是由体系工程这类工程技巧，体系工程的理论方法（像运筹学、大年夜体系理论等）这一类技巧科学（统称为体系学），以及它们的理论差不多和哲学层面的科学所构成的一类新兴科学。如图2-2所示。
图2-1现代科学技巧体系
体系学重要研究体系的广泛属性和活动规律，研究体系演变、转化，协同和操纵的一样规律、体系间复杂关系的形成轨则、构造和功能的关系、有序、无序状况的形陈规律以及体系的仿确实基来源差不多理等，跟着科学的成长，它的内容也赓续在丰富。因为其尚属于起步时期，还不敷成熟，因而学者们对体系科学的学科体系的熟悉仍有较大年夜差别。体系工程是从实践中产生的，它用体系的思惟与定量和定性相结合的体系方法处理大年夜型复杂体系的问题，它是一门交叉学科。
体系工程是把天然科学和社会科学的某些思惟、理论、方法、策略和手段等依照总体调和的须要，有机地接洽起来，把人们的临盆、科研、经济和社会活动有效地组织起来，应用定量和定性分析相结合的方法和运算机等技巧对象，对体系的构成要素、组织构造、信息交换和反馈操纵等功能进行分析、设计、制造和办事，从而达到最优设计、最优操纵和最优治理的目标，以便最充分地发挥人力、物力和信息的潜力，经由过程各类组织治理技巧，使局部和整体之间的关系调和合营，以实现体系的综合最优化。
体系工程是一门工程技巧，但它与机械工程、电子工程、水利工程等其它工程学的某些性质不尽雷同。上述各门工程学都有其特定的工程物质对象，而体系工程则不然，任何一种物质体系都能成为它的研究对象，同时还不只限于物质体系，它能够包含天然体系、社会经济体系、经营治理体系、军事批示体系等等。因为体系工程处理的对象主假如信息，因此体系工程是一门“软科学”。
系统科学的体系结构
系统科学体系结构
系统科学是一门综合性的科学，其核心思想是将事物看作是一个整体，而不是分散、孤立的部分。其研究范围非常广泛，涉及到的领域包括物理学、化学、生物学、信息科学、管理科学等等。为了更好地理解系统科学的体系结构，本文将分为以下几点进行阐述：
一、系统科学基础理论
系统科学中的基础理论包括系统论、控制论、信息论等。其中，系统论是整个系统科学体系的核心。系统论的研究对象是系统本身，它将系统看作是由若干个元素构成的整体，这些元素相互作用、相互联系，形成了一个有机的整体。系统论中还包括系统分类、系统演化、系统评价、系统控制等课题。控制论则是研究系统的控制和稳定性问题，强调通过对系统行为的反馈来控制系统的发展。信息论是研究信息传递和处理的科学，它成为了现代通信技术的基础。
二、系统科学应用领域
系统科学的应用领域非常广泛，例如控制系统、决策支持系统、机器学习等都是系统科学的应用领域。控制系统是系统科学用来控制系统行为的一种技术手段，其应用广泛，例如航空、自动化、智能家居等等。决策支持系统则是将系统科学中的多种分析技术和方法应用于决策中，以支持复杂的决策过程。机器学习则是系统科学中的一个重要分支，其应用范围涵盖了自动驾驶、语音识别、图像处理、金融风控等多个领域。
三、系统科学研究方法
系统科学研究方法的主要特点是“整体性”。其基本方法是分析事物的内在联系，研究其内部机理，找到系统中关键性的元素和因素。系统科学研究方法具有创新性和全面性，通过系统思维的方法，将事物的本质和发展规律揭示出来。同时，系统科学也包括对系统的建模、模拟、优化等技术手段，以便更好地理解和掌握系统的本质。
四、系统科学的应用案例
1. 智慧城市
智慧城市是一个典型的系统工程。它融合了信息技术、物联网、大数据等多种技术手段，通过对城市各种交通、环境、能源、公共服务等要素进行整合、优化和协调，达到提高城市管理和服务水平的目的。
第一章
系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分 （要素）结合而成的、具有特定功能的有机整体 。
贝塔朗菲在20世纪60年代曾提出由系统的科学与数学系统论、系统技术、系统哲学构成广义系统论的设想。于 1937
年第一次提出系统是 相互作用的诸要素的综合体 ”，
萨缪尔森1976年提出将系统论、控制论、信息论综合成一门新学科的建议。
钱学森1979年提出了建立系统科学学科体系的思想。他认为系统科学应当是与自然科学、社会科学、数学具有同等地
位的科学体系，因此应具有工程技术、技术科学、基础理论和哲学四个层次。
顾基发认为，系统科学应当包括五个方面的内容，即系统概念、一般系统理论、系统理论分论、系统方法论、系统方 法应用。
系统必须具备三个条件： 第一，系统必须由两个以上的要素 （部分、元素）所组成，要素是构成系统的基本单位， 因而也
是系统存在的基础和实际载体，系统离开了要素就不成其为系统； 第二，要素与要素之间存在着一定的有机联系，从
而在系统的内部和外部形成一定的结构或秩序，任一系统又是它所从属的一个更大系统的组成部分 （要素）。这样，系统
整体与要素，要素与要素，整体与环境之间，存在着相互作用和相互联系的机制； 第三，任何系统都有特定的功能，
这是整体具有不同于各个组成要素的新功能，这种新功能是由系统内部的有机联系和结构所决定的。
系统与要素的相互作用是：1•系统通过整体作用支配和控制要素 系统通过其整体作用来控制和决定各个要素在系统中
的地位、排列顺序、作用、作用的大小以及作用的范围，协调着各要素之间的数量比例关系等等。系统整体稳定，则 要素也稳定；系统整体特性和功能发生变化，则要素以及要素之间的关系也会随之变化。 2•要素通过相互作用决定系统
的特性和功能 一、要素的组成成分和数量具有一种协调、适应的比例关系，使得要素能够维持系统的动态平衡和稳
定，并使系统走向组织化、有序化；二、要素之间出现不协调、不适应的比例关系，这就会破坏系统的平衡和稳定，
1、如何理解整体论(性)观点是认识世界的出发点? 答：【还原论是将物质的高级运动形式(如生命运动)归结为低级运动形式(如机械运动)，用低级运动形式的规律代替高级运动形式的规律的形而上学方法。还原论认为，各种现象都可被还原成一组基本的要素，各基本要素彼此独立，不因外在因素而改变其本质。通过对这些基本要素的研究，可推知整体现象的性质。】 整体论把世界宇宙看作是一个统一的整体，各种事物之间相互联系，不可机械地分割。整体论思想是：整体的性质和功能不等同干其各部分(要素)的性质和功能的迭加；整体的运动特征只有在比其部分(要素)所处层次更高的整体层次上才能进行描述；整体与部分(要素)遵从不同描述层次上的规律。简言之整体性也就是非还原性或非加和性。 尽管过去几百年以还原论为基础的西方科学取得了巨大成功，但是，20世纪基础科学的三大成就相对论、量子论和复杂科学的核心思想和结论分别从宇观、微观和宏观尺度下证实了还原论的局限性，整体论观点成为我们认识世界的出发点。 2、古今系统思想发展的几个阶段和特点。 答：古今系统思想发展大致经过了以下几个阶段： 1)“不见树木，只见森林”。古代农事、工程、医药、天文知识和成就，以及建立在这些成就之上的古代中国和希腊朴素的唯物主义自然观都在不周程度上反映了朴素的系统概念的自发应用。 2)“只见树木，不见森林”。十五世纪下半叶，近代科学开始兴起，并由此产生形而上学的自然观。形而上学在深入的、细节的考察方面它比古代哲学是一个进步，但是，形而上学撇开总体的联系来考察事物和过程，蕴含着极大的局限性。 3)“既见树木，又见森林”。十九世纪自然科学取得了一系列伟大成就。建立在这一成就基础之上的辩证唯物主义自然观体现物质世界普遍联系及其整体性的思想，也就是系统思想。 3、用系统思想说明现代化与复杂性的关系。 答:1)现代化使社会演化的复杂性增加。社会生产规模越来越大，生产技术越来越复杂，科学研究涉及的专业和部门越来越多。这些大规模的生产系统、技术系统和科学系统由许多部分组成关系错综复杂，需要人们从整体和相互联系的角度去考虑问题，需要制定一套处理复杂系统和组织工作的科学方法及程序。 2)现代化使社会时空结构发生了变化。现代交通、通讯和互联网的发展，使人们相互联系的空间变窄、时间缩短、普遍联系加强，人与人之间的联系更加广泛、密切，交流更加频繁，相互依赖作用明显增强。 3)现代化使社会更加开放，普遍联系加强。全球经济一体化、互联网的发展，将地球的每一个角落都联系起来，世界复杂多变，整个社会系统呈现出开放性、多样性(非线性)、随机性和涌现性(如出现了“人口爆炸”、“知识爆炸”、“信息爆炸”等涌现现象)，地球某个地方一个微小的变化，可能会放大波及整个社会。社会系统会出现从无序到有序或从有序到混沌的自发性。 随着现代化的发展，事物之间的联系越来越紧密，越来越复杂，导致复杂性越来越高. 4、试述钱学森关于建立系统科学体系的思想。 答：钱学森关于建立系统科学体系的思想，在国际上独树一帜。他认为：随着科学技术的进步，学科分化和综合的不断更新，有必要建立新的学科体系，主张把系统工程与系统科学加以区别，前者是工程技术，后者是基础理论。系统工程技术与各传统科学结合，形成系统工程的应用，如军事系统工程、社会系统工程、经济系统工程等。系统科学体系中，应当区分技术科学(如运筹学，控制论等)和基础科学。他主张将一般系统论、耗散结构理论、协同学等广泛学科成就，进行全面总结后，建立系统科 11、熵的含义和重要特征什么? 答：熵是系统宏观状态的物理量。描述系统的不确定性和无序程度。熵定律的重要特征有：1)独立性：熵的变化规律是在封闭系统中出现的，系统并不违背能量守恒定律和质量守恒定律。可见，熵定律是独立于上两定律以外的定律.物质、能量守恒定律表明两者既不能创造，也不能消灭。系统的物质、能量的值是不变，但熵变了。熵定律所揭示的规律是指事物的运动方向，即时间箭头的指向。 2)等效性：一切不可逆过程均可以归结为“热扩散”和“物扩散”。而上面计算表明，虽然这二个过程从现象看如此不同，但都是熵增大原理表现的两个侧面。等效性表明此规律的普遍性，即适用干物理、化学和生物世界。等效性是指一种不可逆过程可以推出另一种不可逆过程，不同过程之间存在相互关联，这是熵定律普遍性的实质。 3)不可逆性：不可逆过程表现为：存在温度差，经过热扩散到热死，存在浓度差(密度差、压力差)，经过物扩散到物死。4)无序性：对于封闭系统，系统朝最大熵Smax演变，因为Smax对应于微观粒子的最大配容数，设粒子所处微观量子态是等概率的，那么无序状态也就是配容数最大(也是概率最大)的最可几状态，系统趋向于最可几状态。 16、复杂适应系统(CAS)理论的基本思想是什么?举例说明“资源”和“位置”的含义。 答：复杂适应系统(CAS)理论的基本思想可以概述如下： 我们把系统中的成员称为具有适应性的主体(Adaptive Agent)，简称为主体。所谓具有适应性，就是指它能够与环境以及其它主体进行交互作用。主体在这种持续不断的交互作用的过程中，不断地“学习”或“积累经验”，并且根据学到的经验改变自身的结构和行为方式。整个宏观系统的演变或进化，包括新层次的产生，分化和多样性的出现，新的、聚合而成的、更大的主体的出现等等，都是在这个基础上逐步派生出来的。 资源的意义十分广泛。例如现实生活中的水井或泉水，它可以不断地向主体提供所需要的某种物质或能量。类似地在经济系统中，银行就起着提供资金的作用。 位置是一个可以容纳若干个体活动的“容器”，具有一定的环境条件与资源条件，例如“温度”，“服务水平”等。个体可以在位置之间移动和选择。各个位置之间还有“距离”等概念。 17、元胞自动机中存在哪几种行为模式?与连续动力系统的行为模式有何不同。 答：元胞自动机的演化行为按其结构定性地分为下面四大类，即元胞自动机的稳态行为只能是下述几类之一：第一类：均匀状态，即点态吸引子；第二类：简单的周期性结构，即周期性吸引子；第三类：混沌的非周期性模式，即混沌吸引子；第四类：具有某种局部结构的复杂模式（连续系统中没有对应的模式）。 ： 18.刺激—反应模型与一般的“IF…THEN…”规则推理有什么区别? 答：一般的“IF…THEN”。規则推理：所有规则都应当相互一致，既不重复(每一个刺激只有一种确定的反应)也不遗漏(每一个刺激必然有唯一的一条规则与之相对应)，否则就是有矛盾，系统就会被认为是处于错误的状态。 刺激—反应模型：CAS论引进了一个重要的思想。它认为，这种看法和要求不适用于复杂系统的建模，恰恰相反，应当把这些规则看作是有待干测试和认证的假设。进化的过程正是要提供多种多样的选择，因而需要有矛盾、沖突和不一致，而不是避免或消除它们，这里的规则应当足够多而且有选择的余地，它们之 间不但可以，而且需要有矛盾和不一致。当然，为了真正进行操作，需要在这些规则之间建立一种进行比较和选择，进而进行淘汰的机制。 19.什么是自组织?举例说明公共管理中的自组织现象。 答：自组织是系统科学的一个重要概念，它是复杂系统演化时出现的一种现象。在系统实现空间的、时间的或功能的结构过程中，如果没有外界的特定干扰，仅是依靠系统内部的相互作用来达到的，我们便说系统是自组织的，这里“特定干扰”一词是指外界施加作用、影响的形式、特点与系统所形成的结构和功能之间存在直接的联系。自组织指系统形成的各种结构并非是外界环境直接强加给系统的，而外界是以非特定的方式作用于系统。 没有外部工头的命令，工人们依靠某种相互默契，协同工作，各尽职责来生产产品。 20世纪90年代以来，温州经济社会领域中出现的一个引人注目的社会现象，就是以服装商会为代表的一大批民间商会和行业协会大量涌现，一大批由民营企业家自发自愿组建起来的商会和行业协会，通过民主选举的方式产生商会的领导人。 23.《系统方法导论》与《定量分析方法》在研究对象和研究方法上有什么不同? 答：系统方法就是系统科学方法与系统工程方法的总称，主要的系统工程方法我们在定量分析方法已经讲到，本课程所讲的是认识、分析复杂系统的方法—系统科学方法， 系统科学属于基础科学层次，主要讨论系统的概念、特征、分类及演化规律，探讨系统分析的方法和系统逻辑的具体应用。重点是复杂系统演化规律的研究，难点是整体与局部关系的研究。系统工程是一门改造客观世界的工程技术实践。是一门组织管理的技术。系统方法就是系统科学方法与系统工程方法的总称。定量分析方法是对系统的量的分析，具体的研究方法是一系列的数学理论工具以及能够定量处理系统各组成部分相互联系的科学方法及计算机方法。 附1、怎样理解“我们被网络包围着，几乎所有的复杂系统都可以抽象成网络模型”这句话的含义，并举例说明。 答：世界是物质的，物质之间是普遍联系的，物质可以当作节点，联系可以当作边，所以几乎所有的复杂系统都可以抽象成网络模型，这些网络往往有着大量的节点，节点之间有着复杂的连接关系。例如，人类社会是人通过各种社会关系连成的网络，英特网是由路由器和计算机连成的网络，万维网(world wide web)是由大量页面通过超链接组成的网络，甚至世界贸易、城市经济都可以描述成一个网络。 附2、在高于三维的非线性系统有哪几类吸引子。 答：在连续非线性系统中，存在点吸引子、周期吸引子、伪周期吸引子和混沌吸引子。在离散非线性系统中，存在点吸引子、周期吸引子、混沌吸引子和具有某种局部结构的复杂模式(连续系统中没有对应的模式)。 附3、非线性系统的分岔与突变现象有何联系及区别。 答：突变理论源于Whitney的光滑映射的奇点理论和Poincare及Andronov动力学系统的分岔理论。奇点是研究多变量多值函数极大和极小值的更深刻的概念。分叉是当控制参数改变时导致系统定态失稳和重组的非线性现象，突变理论是奇点理论和分叉理论的应用。 基础理论，叫做系统学。而反映一般系统论中的哲学内容，应当分离出来，归纳为系统观，作为唯物辩证法过渡到系统学的一座桥梁。并一步建立系统科学体系得四个层次，即：(1)系统哲学；(2)基础理论：(3)技术科学；(4)工程技术。 5、开放系统的两种稳态结构有何特点，其实质是什么? 答：开发系统有两种稳态结构： 1)平衡有序。考虑系统与环境只有能量交换而没有物质交换的情形。平衡有序结构是在微观尺度上的协同与关联，是一种静态的结构，没有持续做功的本领。 2)非平衡有序。考虑系统与环境既有能量交换又有物质交换的情形。非平衡有序结构是在宏观尺度上的协同与关联，是一种活的结构，具有持续做功的本领。 6、“开放搞活、封闭搞死”结合我国改革开放的实际，谈谈对开放系统思想的认识。 答：【封闭系统只会熵增大，趋向死亡；只有开放系统才可能出现有序稳定的结构，从而才能建立秩序、结构和组织，产生新的事物。 “开放”不仅意味着系统与环境进行物质、能量和信息交换，接受环境的输入和干扰、向环境提供输出，而且还具有主动适应和进化的含义。 对于开放系统，要考虑系统与环境间的相互作用，系统将达到稳态，处在稳态下的物质浓度与初始条件无关。而且，当稳态受到干扰时，例如加入或者移走某一数量的反应物，系统将重建稳态。】 按照开放系统理论，开放是生命赖以生存和发展的必要条件。封闭系统自发的运动方向，是走向无序平衡态。平衡态对应于生命的死亡状态，只有开放系统才有可能维持有序稳定状态，保持盎然生机。因此，开放对于一切生命都是十分重要的。 人类社会是以高级生命体—人为单元组成的系统。对于社会系统来讲，环境是指自然环境和社会环境的总和。如果这两方面完全封闭起来，人作为生物学的个体就会无法生存，那么社会作为群体来讲自然也会随之消亡。从这个意义上讲，社会系统必须是开放的。 城市就是一个开放的系统，随着我国改革开放以来，加大了对外开放的程度，经济得到了迅速的发展，尤其是沿海和交通便利的城市发展更快，这是有目共睹的事实。可见，对于城市的生存和发展，开放是不可缺少的。 总之，“开放搞活，封闭搞死”这是生物和社会系统共同的运行规律-对于自然环境，开发才能维持生存，封闭就要走向死亡；对于社会环境，“活”即是指生存，又指发展和提高；“死”既指死亡，又指停滞和落后。开放搞活是指系统只有处在开放条件下，才能源源不断地供应生命物体进行新陈代谢所必需的物质、能量、信息，不进行物质、能量，信息交换，新陈代谢就无法维持，生命将终止。 10、试述涨落的作用，怎样利用微涨落放大？ 答：涨落对于系统结构演化起着重要作用，适应性和可靠性是它的主要作用。一方面涨落和选择之间的作用导致系统的演化，适应新的竞争环境。另一方面，涨落的出现使系统可靠性降低。因此，涨落具有两面性：适应性要求大些涨落和平坦的势曲线，而可靠性要求小些涨落和深谷势曲线或尖峰定态分布。 通过降低势垒，使系统从q1态到q2态，当系统进入q2态时，再提高势垒，使系统继续保持在q2状态，即通过外部的作用和微涨落放大而使系统演化。微涨落放大还可以通过分岔引起稳定性交换来说明。正常情况下，涨落对于统计均值是一个小量，不会影响原结构的稳定性。然而在临界点处，情况就不同了这时候微涨落放大，有可能形成巨涨落，涨落的效应达到了宏观的等级。
