系统论

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什么是系统论？

确切地说，系统论应当称为“一般系统论”，其创始人贝塔朗菲（L.Bertalanffy）是这样描述这一理论的：“一般系统论是一个逻辑----数学领域，它的任务是表述和推导适用于‘系统’的一般原理，不论其组成要素以及其相互关系或‘力’的种类如何”。“在所有领域中所涉及的是关于系统的科学时，就出现不同领域的规律性形式上的一致和逻辑上的‘同一’”。“…在严格的形式中，一般系统论具有公理性质。”

对于“一致”、“同一”等概念，贝塔朗菲是这样解释的：“…出现了进一步普遍化倾向。在生物学以及在行为科学和社会科学中的很多现象已经应用数学表达式和模型了。在不同领域中这些模型及其与异质同型的其他模式在结构上的类似性是显而易见的，正是这些有关秩序、组织、整体性、目的论等等最重要的问题…就是‘一般系统论’的观念。”

由此可见，一般系统论是一门跨学科的学说，它超然于具体学科之外，是概括各学科普遍具有的基本规律性的理论。其目的是用一般系统论的成果指导具体学科的研究并通过开拓思维空间使具体科学的研究达到更高的层次，拓展到更广阔的领域，这正是系统论的精髓所在。贝塔朗菲成立的“一般系统研究会”的最初纲领恰好体现了这一思想：“研究各个领域中概念法则和模型的同型性，并促进各领域之间有益的转换；尽量减少不同领域中重复性的理论工作；通过加强各专家之间的交流来促进科学的统一。”

系统论的基本范畴

作为一种具有普遍指导意义的理论，系统论有一套完整的概念和方法体系。本文所涉及的是其基本的概念：

系统 系统定义为“由定量测度Q1，Q2，……Q3标征的相互作用的一系列要素P1，P2，……P3”。这一定义说明，系统是由相互作用的若干组成部分结合而成的整体。

系统有如下形式特征：

终极性 “系统的实际变化将依赖于只有将来才能建立起来的终态，事件不仅依赖于现实条件而且依赖于终态（平衡态）”。这一表述说明：第一、系统是变化的；第二、系统能够达到最终的平衡状态；第三、系统总是向着平衡状态的方向变化。由此可见，系统是有目的性的，系统经过一系列变化将达到最终的平衡状态。

整体性 “系统表现为一个整体，其中每一要素的变化依赖于所有其他要素”。即各要素具有相关性，系统是各个组成要素相互影响、相互作用的有机整体。

渐进性 具体表现为两种形式----渐进机械化和渐进集中化。渐进机械化指“系统从整体性状态（各要素相关的状态）连续过度到总和状态（各要素独立行动的状态）”，这意味着，系统各要素在相互作用过程中不断进行协调、定位，逐步丧失调节能力，最终失去相关性，各要素独立发挥作用。渐进集中化指系统的主导部分随时间流逝而逐渐形成。渐进性表现出系统的演化过程，也可称为动态性。

环境适应性 系统（开放系统）的外部环境发生变化时，系统内各要素会自动调节，使系统达到新的平衡。

开放系统 开放系统指系统中存在要素的流入和流出，其组成要素发生着更换。开放系统具有一个重要性质：等终极性。等终极性是有生命物表现出的特征，其含义是，在广泛的范围内，系统可以由不同的初始状态和不同方式达到相同的终态。开放系统只要达到流动平衡，就是等终极的。

封闭系统 无要素流入、流出的系统称为封闭系统。封闭系统的行为不可能是等终极的，即系统只能由不同的初始状态达到不同的终态。

封闭系统最终达到真平衡（具有最大熵和最小自由能）。

等级秩序 “有这样的系统，它们的单个项本身又是上一级的系统，…这就被称为等级秩序的事态”。各种有机体按照严格的等级组织起来，通过各层系统逐级的组合，形成越来越高级、越来越庞大的系统，这种现象称为等级秩序。贝塔朗菲认为，“等级秩序的一般理论显然将是一般系统论的主要支柱。”他“把宇宙‘看’作一个巨大的等级系统”。如果以直观的树型结构来表达这一概念，我们会发现，这是一棵囊括了从宏观到微观各个层次、诸多领域的参天大树。

系统论的基本内容

系统论的思想

系统论的思想是一种相关与演化的思想，这与唯物主义普遍联系、变化发展的观点是一致的。系统论抽象掉不同事物、不同现象的各种差异，而把它们归结到“系统”这一概念，并揭示了其规律。

系统论的规律

系统论的规律主要是系统的规律：

第一、系统各组成要素之间的相互作用使系统最终达到平衡状态（终态），对封闭系统而言是定态，对开放系统而言是稳态。

第二、系统逐步由无序向有序演变，当系统的外部环境发生变化时，系统会随之发生量变，如果这种改变突破某一界限，系统发生质变。（普里高津的耗散结构论）

第三、开放系统达到稳态时，各要素间的结合方式是有规律的，各要素自身的“新陈代谢”并不改变这种结合方式，这种现象称为自组织现象，这种结合方式称为协同。（哈肯的协同学理论）

第四、系统的演化是一个从低层次循环到高层次循环的过程。（艾根的超循环理论）

控制论

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什么是控制论？

对于这一概念，维纳（N.Wiener）的定义是“关于动物和机器中控制和通讯的科学”，贝塔朗菲的定义是“控制论是以系统与环境之间和在系统内部的通信（信息传递），以及系统对环境作用的控制（反馈）为基础的一种控制系统的理论”。艾什比（W.Ashby）把控制论确切地定义为“它是研究这样一类系统的科学，在这类系统中能量无关紧要，而信息及控制却非常重要。控制论是研究系统的调节与控制的一般规律的科学，其任务是实现系统的稳定和有目的的行动”。由此可以看出，控制论主要研究系统的各个部分如何进行组织以实现系统（开放系统）的稳定性和环境适应性，即系统是如何实现其渐进性的。

控制论要考虑比现实范围大得多的“一批可能性”，然后研究为什么具体情形会受具体条件的限制。“对于那些以复杂著称而其复杂性不容忽视的系统，控制论给出了一种新的科学研究方法”。“它可以告诉我们什么是办得到的，…其次是它给出能用来对付各种情况的一般策略”。可见，控制论研究的对象是开放系统的运行过程及这一过程中各要素的关系。

控制论的基本范畴

行为 “行为就是一个实体相对于它的环境作出的任何变化”、“一个客体的可以从外部探知的任何改变都可以称作行为”。这里的行为是指任何实体发生的所有变化，范围很广，需要进行分类。控制论研究的是有目的的主动行为，其中“有目的”指趋向终极条件，“主动行为”指“客体是和一个给定的特殊反应有关的输出能源”，即客体的行为，是客体输出自身积累的输入，影响其外部环境的过程。

输入 输入就是客体以外的任一事件以任一方式改变该客体。

输出 输出就是客体使环境产生某种变化。

反馈 严格意义的反馈“表示客体的行为受到客体在给定时间内和某一相对特定的目标所要保持的误差界限的控制”。这是一种负反馈，即反馈倾向于反抗系统正在进行的动作。正反馈则指输入信号的增加，即于原输入信号同号。反馈过程就是信息传递和返回的过程。

熵 这是一个物理学的概念，它被定义为概率的对数，用来测度概率。概率的对数是与概率数量级不同的表示形式。概率表示事件发生的可能性的大小，因此，熵表示确定性的大小。熵越大，表示系统的确定程度越高，系统的有序性越好，反之亦然。在孤立系（封闭系统）的不可逆过程中，系统由无序渐进趋向有序，熵（可以理解为概率、确定性）在这一过程中增加，趋向最大。当系统达到定态时，熵也达到最大值。在开放系统中，既有不可逆过程熵的产生，同时也有熵的输入，但这个熵是负熵，它减弱系统演变的渐进过程，可以阻止系统到达毫无自由度可言的死寂的终态，而是处于“活”的有机状态。

控制论的基本内容

控制论的思想

控制论的基本思想是通过把一个系统或系统的一部分量化，找出系统中主要要素之间的关系，然后用适当的模型来模拟它，进而对系统的未来或未知状态进行预测和估计。其建模过程大致如此：

初始含糊判断---Õ 实验并得到数据---Õ 分析数据---Õ 作较精确判断---Õ 进一步实验---Õ 进一步分析数据---Õ 抽象出理论

这是一个由“闭盒（closed box）”被逐步打开，系统的构成和规律性被揭示出来，成为“开盒(opened box)”的过程，这是一个科学技术不断进步的过程。

控制论的贡献

控制论在科学上有两点重要贡献：

第一、给出一套统一的描述系统的概念，因而可以建立各门学科之间的准确关系。通过它们所具有的共同语言，把一门学科上的发现和成果用到另一门学科上去，使它们相互促进。

第二、给出一种新的研究方法，使对复杂系统的研究成为可能。

控制论的应用

控制论是一门实用性很强的边缘学科，其一般原理和方法在技术、经济、社会等许多领域都有广泛的应用，形成了多门边缘学科。控制论在经济领域的应用主要是描述经济系统的稳定性、可靠性、能控性与能观测性，对经济系统进行反馈控制，从而使系统达到最优。

信息论

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什么是信息论？

信息论是一门研究信息传输和信息处理系统中一般规律的学科。申农（C.E.Shannon）在他的《通讯的数学理论》中明确提出：“通讯的基本问题是在通讯的一端精确地或近似地复现另一端所挑选的消息。”

信息论的基本范畴

信息 信息是“人们在选择一条消息时选择的自由度的量度”。消息所带的信息可以解释为负熵，即概率的负对数。威沃尔（W.Weaver）指出，“‘信息’一词在此理论中只在一种专门的意义上加以使用，我们一定不要把它和其通常用法混淆起来”。也就是说，这里的信息不是我们通常使用的概念（各种消息、情报和资料的总称），而是一个变量，它表示信息量的大小。而信息量则是某种不确定性趋向确定的一种量度，消息的可能性越大，信息就越少。如果一个系统是有序的，它不具有很高的混乱度或选择度，其信息（或熵）是低的。

通讯 威沃尔把通讯定义为“一个人的思想可以藉以影响另一个人思想的一切过程和步骤”，这是狭义的通讯。广义的通讯是信息传递并产生效用的过程，它有三个水平：技术问题、语义问题和效用问题。

通讯系统 通讯系统是完成信息传递过程的相关软硬件的总称，包括五个基本部分：信源、发送器、信道、接收器和消息接受者，另外，可能包含噪声（影响信息传递准确性的随机因素）。

信息论的基本内容

信息论的思想

申农的《通讯的数学理论》主要解决通讯过程中的技术问题，而威沃尔把通讯扩展为三个层次，扩大了其使用范围。这样，信息论的基本思想撇开了物质与能量的具体运动形态，系统有目的的运动被抽象为信息变换过程，系统的控制过程通过信息传递完成。

“三论”的关系

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系统论、控制论、信息论三门学科密切相关，它们的关系可以这样表述：系统论提出系统概念并揭示其一般规律，控制论研究系统演变过程中的规律性，信息论则研究控制的实现过程。因此，信息论是控制论的基础，二者共同成为系统论的研究方法。