《科學思維與科學方法論》第五章 系統(tǒng)科學方法

第七章系統(tǒng)科學方法

第一節(jié)系統(tǒng)論

系統(tǒng)論

一、系統(tǒng)和系統(tǒng)方法1、什么是系統(tǒng)？貝塔朗菲說：“系統(tǒng)是處在一定相互聯(lián)系中并與環(huán)境發(fā)生關系的各組成部分的總和”。2、系統(tǒng)方法

系統(tǒng)論是奧地利生物學家貝塔朗菲創(chuàng)立的。

二、系統(tǒng)方法的基本原則

1、整體性原則①從要素間的協(xié)同作用上了解部分對整體的影響作用

都江堰位于四川成都平原西部的岷江上，建于公元三世紀，是中國戰(zhàn)國時期秦國蜀郡太守李冰及其子率眾修建的一座大型水利工程，是全世界至今為止，年代最久、唯一留存、以無壩引水為特征的宏大水利工程。２２００多年來，至今仍發(fā)揮巨大效益，李冰治水，功在當代，利在千秋，不愧為文明世界的偉大杰作，造福人民的偉大水利工程（2000年被聯(lián)合國教科文組織列入了世界文化遺產）都江堰水利工程示意圖

都江堰渠首的三大主體工程

都江堰渠首工程主要有魚嘴分水堤、飛沙堰溢洪道、寶瓶口進水口三大部分構成，科學地解決了江水自動分流、自動排沙、控制進水流量等問題，消除了水患，使川西平原成為“水旱從人”的“天府之國”。魚嘴分水工程

“魚嘴”是都江堰的分水工程，因其形如魚嘴而得名，它昂頭于岷江江心，把岷江分成內外二江。西邊叫外江，俗稱“金馬河”，是岷江正流，主要用于排洪；東邊沿山腳的叫內江，是人工人工引水渠道，主要用于灌溉?！帮w沙堰”溢洪道

飛沙堰的作用主要是當內江的水量超過寶瓶口流量上限時，多余的水便從飛沙堰自行溢出；如遇特大洪水的非常情況，它還會自行潰堤，讓大量江水回歸岷江正流。另一作用是“飛沙”，岷江從萬山叢中急馳而來，挾著大量泥沙，石塊，如果讓它們順內江而下，就會淤塞寶瓶口和灌區(qū)。飛沙堰真是善解人意、排人所難，將上游帶來的泥沙和卵石，甚至重達千斤的巨石，從這里拋入外江（主要是巧妙地利用離心力作用），確保內江通暢，確有鬼斧神功之妙。寶瓶口

寶瓶口，是前山(今名灌口山、玉壘山)伸向岷江的長脊上鑿開的一個口子，它是人工鑿成控制內江進水的咽喉，因它形似瓶口而功能奇持，故名寶瓶口。都江堰水利工程

都江堰水利工程都江堰的修建很大程度上得益于岷江的天然河道在魚嘴處和寶瓶口處的兩個彎曲?，F代水利科學中有一個“彎道環(huán)流”的原理，說的是由于河流中的水是分層的，上層水清，下層水濁，清水流得快，因而先行沖向凹岸，再帶著從凹岸沖下的泥沙下沉折向凸岸，濁水流得慢，遇到上述折回的水因而流動受阻，流向又受凹岸的折射而偏向凸岸，泥沙就在凸岸沉積下來。魚嘴和寶瓶口的修建選擇在兩個彎曲河道處，正好利用了水流的上述規(guī)律，使得清水徑直沖入內江河道，濁流則折入外江。②從組成部分的相互關系上考察整體的功能

“整體大于部分之和”

“整體小于部分之和”

“整體大于部分之和”

拿破侖分析馬木留克騎兵和法兵作戰(zhàn)的力量對比：

馬法

3＞3

100＝100

300≤300

1500＜10002、最佳化原則

①整體效應

最佳目標

最佳設計

最佳控制

最佳運動

最佳效果

最佳設計的實例系統(tǒng)的優(yōu)化同系統(tǒng)的整體性是密切聯(lián)系的使整體達到最優(yōu)是系統(tǒng)優(yōu)化原則的核心。如，一千多年以前，汴梁皇城失火，宮殿燒毀。大臣丁渭奉宋真宗的旨意，主持修復工程。他提出的施工方案，很有系統(tǒng)方法的特色。首先，把皇宮前面的大街挖成大溝，就地取土燒磚；然后引汴水入溝，使所需其它建筑材料能用船直接運入工地；宮殿建成后，再把廢物填入溝中，修復原來的大街。這個杰出的施工方案，是把全部修復工程作為一個整體來對待的，根據整個工程內部各部分工程的聯(lián)系、次序，進行了合理安排，從而避免了從遠處取土、向遠處運廢料的浪費，利用了當時水運比陸運方便等條件。丁渭事實上是考慮了整體的“最佳化”，制定了一個最優(yōu)施工方案。

②多級優(yōu)化（確定最佳目標之后，把整個系統(tǒng)按照不同等級和層次結構運用模型和計算機等技術手段，作逐級優(yōu)化處理。

如：葛洲壩水電站包括若干個子系統(tǒng)（欄洪、灌溉、發(fā)電、航運等）。葛洲壩水電站1,

3、動態(tài)原則動態(tài)性是指系統(tǒng)的狀態(tài)是隨著時間而變化的。動態(tài)性原則就是把系統(tǒng)視為動態(tài)系統(tǒng)，在動態(tài)中協(xié)調部分與部分、部分與整體之間的關系。系統(tǒng)、系統(tǒng)的各種聯(lián)系都是隨著是時間而發(fā)展變化的。這要求我們在考察系統(tǒng)時，注意系統(tǒng)產生、發(fā)展全過程的每個歷史階段上聯(lián)系的具體性，并從中預測其前景。要在運動中把握聯(lián)系，不能靜止地研究聯(lián)系。在動態(tài)中考察系統(tǒng)的內、外聯(lián)系的全過程，才能認清系統(tǒng)的本質。

系統(tǒng)是開放的、動態(tài)的活系統(tǒng)

要把系統(tǒng)看成是不斷發(fā)展變化的過程一個人的成長分為兒童、少年、青年、壯年和老年幾個階段。4、模型化原則

在運用系統(tǒng)方法研究規(guī)模龐大、因素繁多、結構復雜的研究對象時，遵循模型化原則，以期事半功倍。模型化原則是指人們在研究復雜系統(tǒng)時，首先要建立系統(tǒng)模型，在該模型上確立研究的邊界范圍，借助模型便捷地揭示和定量描述系統(tǒng)的聯(lián)系和規(guī)律。特別是高速電子計算機的出現，給模型化手段注入了勃勃生機。人們借助計算機，作出各種模擬。比如，星體內部溫度的推測、可控反應堆溫度場分布、航天飛機飛行和返回時的復雜流場等，以及核反應堆在地震等特種條件下的安全性分析。只有運用模型化研究才能達到預期目的。系統(tǒng)方法運用的模型通常有實物模型（如城市規(guī)劃）、理論概念模型（如力學上的質點）、數學模型（如對孤立波相互作用的數值模擬）、物理模型等。

三、系統(tǒng)方法的作用

1、系統(tǒng)方法提供了認識、解決復雜系統(tǒng)的有效手段。

阿波羅登月計劃

阿波羅登月計劃

1957年前蘇聯(lián)首次發(fā)射人造衛(wèi)星及載人衛(wèi)星成功后，美國制定阿波羅登月計劃急起直追。在這個行動中，動員了四十二萬科學家、國內外一百二十所大學和研究機構、兩萬多家企業(yè)，為時十一年，耗資二百四十四億美元，生產部件三百萬件，研究和解決了上萬個課題，終于實現了預期目標，把宇航員送上月球。對這樣一個十分龐大而復雜的項目，人們始終從整體出發(fā)來處理各個問題，使每一個問題的解決都服從于整體的總目標；精確定量，以保證各個環(huán)節(jié)在時間、空間上緊密配合。為此大量使用電子計算機進行計劃、生產、科研和行政管理，關鍵是運用系統(tǒng)方法進行有效的組織管理。2、系統(tǒng)方法為人們提供了制定系統(tǒng)最 佳方案，以實行優(yōu)化組合和優(yōu)化 管理的手段。

①合理調配人、財、物，實現優(yōu)化組合和優(yōu)化管理

②系統(tǒng)方法兼有確定目標和實現目標兩項功能

③系統(tǒng)方法兼有研究現狀和預測未來的兩種功能

④系統(tǒng)方法可以綜合運用信息論、控制論等系統(tǒng)科學 的理論和方法，借助電子計算機建立信息網絡系統(tǒng)， 實現決策管理科學化。

3、系統(tǒng)方法為科學認識提供了新的

思維模式

系統(tǒng)方法把不同物質形態(tài)的研究對象看成具有共同性質和運動規(guī)律的系統(tǒng)加以研究，不僅突破了不同質的事物和不同學科的界限，而且找到了從一個領域過渡到另一個領域的途徑，為不同學科領域的研究者提供了共同語言，從而加強了科學整體化的趨勢，促進了自然科學和社會科學的統(tǒng)一和科學家同哲學家的聯(lián)盟。四、系統(tǒng)方法的應用

廣泛應用于自然科學、技術科學、社會科學、 環(huán)境科學、醫(yī)學、管理科學、軍事科學等多 種領域。

例

某城市籌建一座焦化廠，預計每年可提供5萬m3煤氣，這些煤氣的用途？運用系統(tǒng)方法進行研究：

①明確研究對象的范圍、性質并作一個系統(tǒng)考察

②確定系統(tǒng)要達到的總目標

③可行性研究，制訂出若干個可行性方案

④對方案進行模擬或計算機仿真

⑤根據模擬數據、結果找出最佳方案

⑥按最佳方案確定系統(tǒng)的組成，建立系統(tǒng)各部分關系

上例經可行性研究，提出三個可行性方案

①煉鋼，保持原產量不變，節(jié)煤1萬噸/年

②化肥生產，節(jié)煤1.5萬噸/年

③居民用做燃料，節(jié)煤3萬噸/年五、系統(tǒng)方法的程序步驟

1、擺明問題對問題和有關情況進行全面的研究和闡述，明確研究對象的范圍、性質并將其作為一個系統(tǒng)來加以考察。系統(tǒng)地了解構成問題的各方面及各種影響因素，為進一步的研究提供科學依據。

2、目標選擇根據擺明的問題和研究的任務，確定系統(tǒng)要達到的總目標，這是考慮其它問題的出發(fā)點。根據系統(tǒng)研究所要達到的總目標，提出各種技術指針和經濟效果等，并進一步提出達到總目標的具體標準（得出目標函數）。3、系統(tǒng)綜合根據總目標進行可行性研究，制定出實現總目標的若干個可行性方案，比如技術方案、政策與控制手段等，并且明確提出實施每一種方案時采取的手段和衡量它是否取得成功的標準，從而形成系統(tǒng)的整體概念。4、系統(tǒng)分析設計出以上各可行性方案的模型，對系統(tǒng)做實際模擬或電子計算機仿真，對各種方案進行分析和研究，了解和把握各種方案的優(yōu)點與缺點。5、系統(tǒng)選擇運用多種技術手段，根據模擬和仿真的事實、資料對各方案進行比較，找出最佳方案。在尋找最佳方案中，可以不斷調整系統(tǒng)的結構，直到找出最優(yōu)化的方案。6、決策系統(tǒng)最優(yōu)化的方案往往不只一個，而有多個。比如一個生產系統(tǒng)，有的方案產量高，有的方案成本低。除了定量目標之外，有時還應考慮定性目標，如政治情況、社會情況、人們的心理狀況等。這就需要由決策者根據全面的要求，權衡利弊得失，進行決策，從多個最優(yōu)化的方案中選出一個或幾個系統(tǒng)方案進行試用。7、實施計劃根據決策中所選的方案進行實施。如果在實以驗中比較順利，或遇到的困難不大，略加修改即可實施。如果問題較多，就需要回到前面幾個步驟中的一個，重新做起。第二節(jié)信息論

一、信息的含義及其本質

1、信息的含義

在中國文史資料中，信息一詞最早出自唐詩《碧云集》的“暮春懷故人”

“夢斷美人沉信息，

目穿長路倚樓臺。”

2、信息的本質

①學者的不同觀點1）認為信息是獨立的物質實體，它以“信息場”的形態(tài)存在2）認為信息是非物質的精神的東西，是純粹的精神活動3）認為信息不僅是物質的，而且有時也是觀念的4）認為信息既非物質，也非精神，而是某種“第三者”5）認為信息是物質的普遍屬性或存在方式

信息是物質的普遍的基本屬性

1）信息與物質、能量既有聯(lián)系又相互區(qū)別

2）客觀世界的任何物質都可以成為信源，都可 以產生和發(fā)出信息

二、信息的固有特征

1、信息的可識別性由于信息反映了物質和能量在空間結構和時間順序上分布不均勻的狀態(tài)，因而人們可以對信息進行識別。通過感官進行的是直接識別；通過各種探測手段進行的為間接識別。對不同的信息源，可以用不同的識別方式。

2、信息的可轉換性 信息的可轉換性。信息可以從一種形態(tài)轉換為另一種形態(tài)。比如：物質信息可以根據需要轉換為語言、文字、圖表等信息形式，也可以轉換為電子計算機的代碼、電信、廣播、電視信號，而代碼和信號又可以轉換為語言、文字、圖表、圖像等等。認識了這個特征，我們就可以擴展接受知識和傳播信息的渠道和范圍。

3、信息的可存儲性

信息可大量存儲在人腦、計算機和書刊等中。動物的信息存儲叫記憶，人腦的記憶系統(tǒng)由長期記憶和短期記憶兩部分組成，計算機也有內存儲器和外內存。隨著科學技術的發(fā)展，錄音、錄像等技術的產生，更增大了信息存儲的范圍。4、信息的可擴散性由于信息傳輸工具的現代化、傳輸渠道的多樣化以及信息形態(tài)的可轉換性，信息得以迅速擴散。比如：奧運會的盛況，通過電視、廣播或報紙可以在當天擴散到全國、全球。5、信息的可壓縮性人們對信息可以進行加工、整理、分析、綜合、概括、歸納，使它更加濃縮、精煉。6、信息的可替代性

信息已經成為現代人類社會能夠進行交換和創(chuàng)造價值的東西，是生產力、競爭力的一個重要因素。信息的正確利用，可以替代資金、勞動力和物質材料。如果在生產領域中掌握了信息，就可以減少資金、勞動力和原材料的消耗，降低成本，提高產品質量，提高勞動生產率。如果在流通領域中及時獲得了市場信息，就可以合理組織貨源，打開銷路，既不積壓又不“斷檔”，最佳地搞好購、銷、調、存，提高經濟效益。7、信息的可傳輸性

凡是信息都可以通過一定的信道和載體進行傳輸。從信源（發(fā)信者）到信宿（收信者）是信息的空間傳輸；從過去到將來，是信息的時間傳輸。信息存儲，實質是時間傳輸的延續(xù)。不同的材料、能量構成的信道，可以傳輸同一個內容的信息；不同的信息可以通過同一種信道傳輸。個人間的信息傳輸，主要靠語言、表情、動作等；社會性活動的信息，則主要通過報刊、告示、廣播、電視以及其它通信工具（如吹軍號、打旗語、放信號彈等）進行傳輸。傳輸的速度和效益取決于傳輸手段和通信工具。目前最先進的通信技術是光導纖維通信和人造衛(wèi)星通信，這兩種通信技術容量大，傳輸速度快，效果可靠。

8、信息的可再生性

信息是可再生資源和非再生資源之外維持人類社會生產活動和其它社會活動的第三資源。人們收集的信息，經過處理后，可以用語言、文字、圖像等形式加以再生。電子計算機收集的信息，也可以用顯示、擴印、繪圖等形式再生出來。9、信息的可分享性

信息不同于實物，一件實物分配給別人自己就沒有了，而信息可分享。比如：對于同一個學術報告，一個人去聽與一百個人去聽，每人所得信息可以完全相同，絕非一個人聽時所得信息為百分之百，百人聽時為百分之一。自然界和人類社會，潛藏著無窮無盡的信息，不具備一定的基礎知識和經驗，就失去了進一步分享新的信息的先決條件，因此，一定要學好基礎知識，以便分享、掌握更多的信息。10、信息的可擴充性

隨著時間的推移和知識的積累，現代社會的信息比之古代已大大擴充了。信息必將隨著社會的需要和科學的進步而不斷得到擴充。

三、信息方法及其特點

1、信息方法的含義

信息方法是現代通訊理論、控制論，自動化技術、電子計算機技術的綜合運用。

2、信息方法的特點

完全撇開對象的具體運動形態(tài)，把系統(tǒng)的有目的運動抽象為信息變換的過程。

直接從整體出發(fā)，用聯(lián)系、轉化的觀點，綜合研究系統(tǒng)的信息過程。

四、信息方法的作用

1、信息方法揭示了不同物質形態(tài)之間的信息聯(lián)系。

2、信息方法揭示了傳統(tǒng)方法無法揭示的事物運動 的新規(guī)律。

3、信息方法為實現管理現代化提供了武器。

五、信息方法的基本步驟

1、撇開研究對象的具體物質和能量形態(tài)，把研究對象 抽象為信息及其變換過程2、對抽象出來的信息過程進行定性與定量研究。3、綜合整理研究所取得的材料，建立各種信息模型。4、根據對模型的研究，評判被模擬的信息過程的功能、機理，并對其未來的行為方式作出觀測，指出改善原型功能的途徑。5、在反復實踐中，檢驗、修改和完善己建立的信息模 型，使之更符合信息運動的實際過程。

上述步驟與過程的圖式：

抽象信息過程

↓

進行定性與定量分析

↓

建立信息模型

↓修

依據模型闡明原型改

↓模

在實踐中進行檢驗型

↓結束 ←滿意 →否

﹉

第二節(jié)控制論

一、控制論的產生及其定義

定義

控制論是“關于在動物或機器中控制和通訊的學科”。

二、控制論創(chuàng)立的方法論特點

1、控制論是在多門學科邊緣的空白區(qū)開墾出來的 杰出成果。

2、控制論從不同的系統(tǒng)中抽象出共同規(guī)律，突破 了學科的界限。

3、控制論突破了傳統(tǒng)的機械決定論的束縛，為現 代科技研究提供了新思路。三、控制過程和步驟

1、了解系統(tǒng)的運動狀態(tài)和它所面臨的可能性空間 的構成。

2、確定要達到的目標及其在可能性空間的位置，并據此作出必要的決策，制定出相應的措施。

3、控制最佳條件，實現上述決策，使系統(tǒng)的狀態(tài)向這一目標轉化。

四、控制方式

1、試探控制

2、經驗控制

3、推理控制

4、最優(yōu)控制五、幾種控制論方法

（一）黑箱方法

1、黑箱的概念

黑系統(tǒng)

灰系統(tǒng)

白系統(tǒng)

2、什么是黑箱方法？

黑箱方法的根據是結構與功能的內在聯(lián)系。

黑箱方法的實質是由功能探索結構的方法與模型方法的聯(lián)合運用。打破黑暗世界的工具——黑箱方法無處不在的黑箱如何打開黑箱？

第一種方法是通過一定的手段進入客體的內部，直接觀察客體的內部結構，直接控制客體的內部運動。第二種是黑箱方法。黑箱方法屬于控制論中的一門學科。1945年，控制論的創(chuàng)始人維納在一篇文章中寫道：“所有的科學問題都是作為‘閉盒’問題開始的”，“若干可供選擇的結構被密封在‘閉盒’中，研究它們的唯一途徑是利用閉盒的輸入和輸出”。由簡陋到高級的黑箱工具黑箱方法是打開黑箱的方法，而在運用這種方法時，必須使用具體的工具。黑箱工具有兩種類型：第一種類型的工具是無形的，是從人的主觀意識出發(fā)，對黑箱進行觀察、分析、判斷，自始至終都是屬于人的一種純心理思維活動。第二種類型的工具是有形的，是人類創(chuàng)造出來的一種外在的物質。隨著科學技術的不斷發(fā)展，這種類型的黑箱工具越來越先進，也越來越成為黑箱方法運用中的主導工具。3、黑箱辨識方法的一般程序

①、用相對孤立原則確認黑箱由于任何事物和過程都是相互聯(lián)系相互作用的，所以必須把研究對象從環(huán)境中“分離”出來，才能進行研究。把研究對象所受到的環(huán)境的主要影響，看作通過特定信道實現的“輸入”，把研究對象對環(huán)境的主要影響看作是通過特定信道實現的“輸出”。這樣就把研究對象從環(huán)境中相對地孤立出來，這就是相對孤立原則。確認黑箱的過程，就是確定被研究對象與環(huán)境之間聯(lián)系的邊界，弄清受環(huán)境影響的主要傳輸信道的過程。②、通過觀察和實驗考察黑箱在通過觀測或主動實驗，測定輸入和輸出動態(tài)變化的信息資料來考察黑箱時，要有選擇地規(guī)定黑箱的輸入和相應地所要觀測的輸出。因為現實的系統(tǒng)有可能有無窮多種的輸入（即研究主體用以影響箱子的可能方法），同樣它也可能有無窮多種的輸出。但要進行觀察、研究就必須選擇所用的輸入與所要觀測的輸出是什么。有時為了使系統(tǒng)的特性更明顯地暴露出來，可有意識地輸入特殊信號，然后再觀察其輸出反應，以便獲取更多信息，作為認識黑箱的依據。③建立模型以闡明黑箱根據觀測或實驗所獲得的信息資料及原來對對象已有的認識，建立黑箱模型，進行研究。黑箱模型可以是框圖、動態(tài)資料登記表或數學公式等，然后對模型進行研究，以判明黑箱的某些性質，對黑箱的可能行為作出某種預測。④、檢驗黑箱闡明黑箱規(guī)律性的東西，變換成相應的信息，對黑箱作新的輸入，通過對新的輸入、輸出資料的分析，看是否與所發(fā)現的規(guī)律相符合，或完善，或糾正。4、黑箱方法的作用

①為研究復雜系統(tǒng)和不能打開或不便打開的黑 系統(tǒng)提供了有效的方法。復雜系統(tǒng)和不能打開或不便打開的系統(tǒng)：

A、內部結構十分復雜的系統(tǒng)。

B、外界的介入將會嚴重干擾其自身結構及其運動的系統(tǒng)。

C、目前人類無法介入的系統(tǒng)。②黑箱方法是使黑箱轉化為白箱的必經途徑

科學面對的原初系統(tǒng)，一般都是黑箱，如早期的人體解剖學、細胞學以及微觀物理學的對象。隨著使用黑箱方法的初步研究，人們的認識由無知轉化為有知，再由知之不多轉化為知之甚多，黑系統(tǒng)便逐漸轉化為灰系統(tǒng)，再進一步則可轉化為白系統(tǒng)。人類的認識就是一個不斷接觸、研究黑箱和轉化黑箱的過程。由此看來，在探索性的科學研究中，用黑箱方法的基本思想來分析處理問題是十分必要的。5、黑箱方法的局限性

①由于它只研究系統(tǒng)的外部行為，而不研究系統(tǒng)的內部結構，因而不可能深刻理解系統(tǒng)的功能特征及其基礎和本質。

②由于系統(tǒng)的功能和結構之間并不都是單值對應關系，還存在著同功異構的情況，因而運用黑箱方法所認識的系統(tǒng)的內部結構機理，具有一定的推測性和或然性。

（二）功能模擬法

1、功能模擬法的概念

功能模擬方法是探索系統(tǒng)的結構與功能并加以實際應用的方法，它是指在暫不考慮系統(tǒng)內部組成要素及結構的條件下，僅僅以功能和行為的相似為基礎，用模型來模仿原型的功能和行為的一種模擬方法。

2、功能模擬法具有不同于傳統(tǒng)模擬方法的特點

①功能模擬從信息的統(tǒng)一觀點出發(fā)，只以功能和行為的相似為基礎。

②傳統(tǒng)模擬法的模型只是認識原型的一種手段，而功能模 擬法的模型則是具有生物目的性行為的機器，它本身就是研究的目的。3、功能模擬法對現代科學技術作用，

①、功能模擬使機器代替人腦的部分功能成為可能。

②、功能模擬為人工智能的研究提供了有效的方法。

③、功能模擬為從功能出發(fā)研究復雜系統(tǒng)的結構、機制提供了一條重要的途徑。

④、功能模擬開辟了向生物界尋求科學技術設計思想的新途徑。

人工智能是對人的思維進行

結構模擬或功能模擬智能機器人 人工智能的原理信息輸入設備感覺器官記憶運算器存儲器控制器調節(jié)指揮加工分析處理輸出設備效應器官信息人工智能的意義

極大地突破并彌補了人腦在意識活動方面的局限性，發(fā)展了人的意識活動本身的能動性、創(chuàng)造性。?！人工智能的意義

極大地發(fā)展了人類改造客觀世界的能力。人工智能的局限

人工智能不具有人類思維的心理性質人工智能的局限 人工智能不具有社會性人工智能的局限

人工智能不具有人類意識所特有的創(chuàng)造性0只！9只！樹上有10只鳥，獵人開槍打死一只，樹上還有幾只？人工智能的局限 人工智能不具有主體性（三）反饋控制方法

1、含義一個系統(tǒng)輸出的信息，作用于目的對象后的狀況，又作為一種信息重新送回系統(tǒng)輸入端，并對系統(tǒng)的未來行為發(fā)生影響的過程，這種用系統(tǒng)活動的結果調整系統(tǒng)本身活動的方法稱為反饋方法。2、反饋控制方法的作用

①在工程技術研究中指導人們自覺設計控制裝置， 以提高技術系統(tǒng)的功能和穩(wěn)定性。

②為生物控制論的創(chuàng)立奠定了基礎

③反饋控制法也是經濟管理和社會管理的重要方法。

第四節(jié)自組織理論方法

一、自組織理論的基本思想

1、自組織的概念

“協(xié)同學”創(chuàng)始人哈肯第一次在科學意義上提出了“自組織”概念，同時比較清晰地比較了“自組織”和“組織”概念的差別。他用一個通俗例子解釋了自組織與組織的區(qū)別，他說，比如說有一群工人，“如果每一個工人都是在工頭發(fā)出的外部命令下按完全確定的方式行動，我們稱之為組織，或更嚴格一點，稱它為有組織的行為”，“如果沒有外部命令，而是靠某種相互默契，工人們協(xié)同工作，各盡職責來生產產品，我們就把這種過程稱為自組織”。哈肯的定義在自組織科學共同體內獲得了公認：“如果一個體系在獲得空間的、時間的或功能的結構過程中，沒有外界的特定干涉，我們便說該體系是自組織的。這里‘特定’一詞是指，那種結構或功能并非外界強加給體系的，而且外界是以非特定的方式作用于體系的?！?、自然演化疑難

①自然界是否是發(fā)展的？人們相信自然界是發(fā)展的，天體不斷演化，生物生生不息，社會朝代不斷更替，人的文化從粗陋、蒙昧逐漸進入文明和科學。②這個發(fā)展的總的方向是什么？從簡單到復雜、從無序到有序、從低級到高級不斷發(fā)展。③如何證明這種定向的發(fā)展？

或者說這種發(fā)展的根本機制是什么？自然界從簡單到復雜、從無序到有序、從低級到高級不斷發(fā)展的機制需要合理的科學理論模型來解除，這就是自組織理論要解決的問題。3、自組織理論

①、耗散結構理論

1）什么是耗散結構耗散結構是自組織現象中的重要部分，它是在開放的遠離平衡條件下，在與外界交換物質和能量的過程中，通過能量耗散和內部非線性動力學機制的作用，經過突變而形成并持久穩(wěn)定的宏觀有序結構。耗散結構理論的創(chuàng)始人是伊里亞·普里戈金教授，由于對非平衡熱力學尤其是建立耗散結構理論方面的貢獻，他榮獲了1977年諾貝爾化學獎。

2）耗散結構形成的條件

內熵dis和熵流des⑴系統(tǒng)必須是開放系統(tǒng)

一個孤立系統(tǒng)的平衡態(tài)就是這個系統(tǒng)的熵取極大值的狀態(tài)。熵是描述系統(tǒng)無序程度的物理量。熵越大，系統(tǒng)的混亂程度、無序程度越大。⑵系統(tǒng)必須遠離平衡態(tài)，才能形成耗散結（“非平衡是有序之源”），非平衡態(tài)存在于開放系統(tǒng)，在開放系統(tǒng)下，系統(tǒng)通過和外界交換物質和能量，能夠從外界吸收負熵流來抵消系統(tǒng)內熵的產生，使系統(tǒng)的熵減少，這是形成有序結構的首要條件。⑶系統(tǒng)內部必須存在一種非線性相互作用的機制線性和非線性本來是數學名詞。所謂線性是指量與量之間的正比關系，用直角坐標形象地畫出來，是一根直線。非線性則指整體不等于部分之和，疊加原理失效，非線性方程的兩個解之和不再是方程的解。3）耗散結構理論的基本思想

⑴非平衡與負熵在開放系統(tǒng)中，由于物質、能量、信息的不斷輸入和輸出，系統(tǒng)內總是存在著基本的流，存在著溫度、壓力、濃度以至能量和信息的不平衡。中不平衡和流雖然存在著不斷趨于平衡和混亂的趨向，但也為系統(tǒng)內的重新組合和有序發(fā)展提供了可能并開辟了道路。⑵非平衡和開放系統(tǒng)機理的實踐意義

非平衡性、差別是有序之源，它引起社會中的種種流動，形成人們多種多樣的愿望、愛好和追求，刺激人們的生產積極性，推動社會的進化和發(fā)展。

協(xié)同學

1）協(xié)同學的基本理論思想

協(xié)同學是研究開放系統(tǒng)在物質流、能量流、信息流作用下，系統(tǒng)自身要素通過協(xié)同作用自發(fā)組織起來，形成一種宏觀有序狀態(tài)，或功能行為的科學理論。

協(xié)同學思想源于哈肯對激光理論長期精心研究的結果。哈肯最初在激光實驗中發(fā)現，大量的活性原子在能量不斷輸入和耗散的條件下，經過一個特定的閾值點，會從一種普通的發(fā)光方式突然形成一種特殊的發(fā)光方式，這種光單色性強，有相干性，方向性強，能量集中，這就是激光。哈肯認為，激光的形成主要原因是因為原子與原子之間發(fā)生了聯(lián)系，許多原子在發(fā)光行為上采取了共同的模式，使得系統(tǒng)在宏觀上表現出有序性，表現出新的功能。

2）協(xié)同機制

協(xié)同學的中心任務是研究生命和非生命世界中各種不同系統(tǒng)如何通過自組織形成某種穩(wěn)定的結構。如果某客體開始處于混亂、無序狀態(tài)，后來在外來能量或物質的集聚達到某個臨界值的時候，客體內的組成部分就產生相互作用，并且開始參加協(xié)調的集體的運動，當這種協(xié)調運動加強并取得支配地位時，系統(tǒng)就由無序變?yōu)橛行?，組成部分由從前獨立的客體變?yōu)槟撤N組織系統(tǒng)的元素。系統(tǒng)的自組織不是漸進、平穩(wěn)的過程，而是自發(fā)的突變過程。物質的組織由量變轉化為根本質變，初始結構變?yōu)樾陆Y構，從而系統(tǒng)變得更復雜，得到更完善的發(fā)展。③突變論

突變論的創(chuàng)始人是法國數學家雷內托姆，他于1972年發(fā)表的《結構穩(wěn)定性和形態(tài)發(fā)生學》一書闡述了突變理論，榮獲國際數學界的最高獎---菲爾茲獎章。突變論的出現引起各方面的重視，被稱之為“是牛頓和萊布尼茨發(fā)明微積分三百年以來數學上最大的革命”。③突變論

在自然界和人類社會活動中，除了漸變的和連續(xù)光滑的變化現象外，還存在著大量的突然變化和躍遷現象，如水的沸騰、巖石的破裂、橋梁的崩塌、地震、細胞的分裂、生物的變異、人的休克、情緒的波動、戰(zhàn)爭、市場變化、經濟危機等等。突變論方法正是試圖用數學方程描述這種過程。突變論的研究內容簡單地說，是研究從一種穩(wěn)定組態(tài)躍遷到另一種穩(wěn)定組態(tài)的現象和規(guī)律。突變論

突變論能解說和預測自然界和社會上的突然現象，無疑它也是軟科學研究的重要方法和得力工具之一。突變論在數學、物理學、化學、生物學、工程技術、社會科學等方面有著廣闊的應用前景?！洞笥倏颇觇b》1977年版中寫道：“突變論使人類有了戰(zhàn)勝愚昧無知的珍奇武器，獲得了一種觀察宇宙萬物的深奧見解”。自然，突變論的應用在某些方面還有待進一步的驗證，在將社會現象全部歸結為數學模型來模擬時還有許多技術細節(jié)要解決，在參量的選擇和設計模型方面還有大量工作要做。

神奇的轉折點

——通過它理解突變論“9·11”——改變世界格局的轉折點這不是一場孤立的恐怖襲擊，它引起了一連串的多米諾骨牌效應：2001年10月7日，美國對阿富汗發(fā)動軍事進攻，12月初，阿富汗的塔利班政權垮臺；2003年3月20日，與“9·11”襲擊無關聯(lián)的伊拉克遭受美國軍事攻擊，4月10日，薩達姆政權滅亡；現在，美國又對朝鮮施加了愈來愈大的壓?！@一切表明，國際政治格局正在發(fā)生深刻變化?！?·11”——改變世界格局的轉折點在“9·11”之前，美國遭受到的大大小小的恐怖襲擊不計其數，其中影響比較大的就有：2000年10月12日，美國“科爾”號軍艦在也門亞登港口加油時遭襲擊；1998年8月7日，美國駐肯尼亞和坦桑尼亞大使館遭襲擊；1995年4月19日，美國俄克拉荷馬市的政府大樓發(fā)生爆炸；1993年2月26日，紐約世界貿易中心樓下的停車場發(fā)生爆炸；1988年12月21日，美國泛美航空公司一架自倫敦飛往紐約的波音747客機，在蘇格蘭小鎮(zhèn)洛克比上空被放在機上的炸彈炸成碎片。從上述事件過程中，我們可以看到，“9·11”是一個明顯的分水嶺，一個神奇的轉折點。在一個復雜的動態(tài)系統(tǒng)中，如果很多變化已經累積，一個微小的擾動就能帶來根本的改變，嶄新的變化就會突然涌現，這種突然的變化就稱為“神奇轉折點”。在轉折點之前，事物在緩慢地變化著，只有引不起多大波浪的小效應，人們的感受并不是很明顯。就像“9·11”之前的那么多恐怖襲擊事件，并沒有產生多米諾骨牌效應，也沒有使美國在對外政策發(fā)生重大改變。但“9·11”之后，歷史的既有軌跡改變了，新的變化出現了。人類歷史的轉折點

美國著名科普作家馬克·布查納在《臨界》一書中，對爆發(fā)第一次世界大戰(zhàn)的轉折點進行過極其精彩的描述：

“1914年6月28日上午11時，薩拉熱窩一個晴好的夏日上午，一輛汽車載著兩名乘客，司機拐錯了彎。這輛車本沒打算離開大街，但它的確拐出了大街，上了一個沒有退路的窄道。這并不是一個嚴重的錯誤，在擁擠不堪、塵土飛揚的街道上這種失誤是難免的。但是這位司機這天犯的這個錯誤卻打亂了無數人的寧靜生活，改變了世界歷史的進程。人類歷史的轉折點“這輛車恰好停在了一位19歲的塞爾維亞學生加夫利羅·普林西普的前面。普林西普是塞爾維亞恐怖組織黑手黨的成員，他幾乎不能相信自己的運氣竟如此好。他大步走到汽車跟前，從口袋里撥出一只小手槍瞄準，開了兩槍。車上的兩位乘客——奧匈帝國的弗蘭茲·費迪南大公和他的妻子