系統(tǒng)論、信息論、控制論

系統(tǒng)論美籍奧地利人、生物學(xué)家貝塔朗菲于1934年發(fā)表了《現(xiàn)代發(fā)展理論》，提出：數(shù)學(xué)和模型研究之生物學(xué)方法以及“機(jī)體系統(tǒng)”概念。系統(tǒng)論是邏輯和數(shù)學(xué)領(lǐng)域，它的任務(wù)在于確立適用于系統(tǒng)的一般原則。1956年貝塔朗菲發(fā)表了《一般系統(tǒng)論：基礎(chǔ)、發(fā)展和運(yùn)用》，將機(jī)體系統(tǒng)引入到心理、社會(huì)和文化等領(lǐng)域，使系統(tǒng)論更趨完善。系統(tǒng)論的主要思想：（1）系統(tǒng)論原理，系統(tǒng)的構(gòu)成和重要特征、系統(tǒng)的類型和一般特征、系統(tǒng)環(huán)境和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析、系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律和系統(tǒng)生命周期，實(shí)踐中就是堅(jiān)持整體最優(yōu)化的原則。（2）系統(tǒng)方法，包括結(jié)構(gòu)法、功能方法、歷史方法等。（3）系統(tǒng)工程，屬系統(tǒng)科學(xué)的技術(shù)層面。美國(guó)學(xué)者霍爾的三維結(jié)構(gòu)圖方法知識(shí)維（專業(yè)學(xué)科）實(shí)施計(jì)劃決策最優(yōu)化系統(tǒng)分析系統(tǒng)綜合目標(biāo)選擇問(wèn)題形成社科工程法律醫(yī)學(xué)教育環(huán)境

規(guī)劃計(jì)劃研制生產(chǎn)安裝運(yùn)行更新系統(tǒng)論時(shí)間維（進(jìn)程）邏輯維（步驟）A.D.Hall三維結(jié)構(gòu)方法霍爾三維結(jié)構(gòu)分析邏輯維（解決問(wèn)題的邏輯過(guò)程）運(yùn)用系統(tǒng)工程方法解決某一大型工程項(xiàng)目，一般可分為七個(gè)步驟：明確問(wèn)題：理由：由于系統(tǒng)工程研究的對(duì)象復(fù)雜，包含自然界和社會(huì)經(jīng)濟(jì)各個(gè)方面，而且研究對(duì)象本身的問(wèn)題有時(shí)尚不清楚，如果是半結(jié)構(gòu)性或非結(jié)構(gòu)性問(wèn)題，也難以用結(jié)構(gòu)模型定量表示。因此，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的最初階段首先要明確問(wèn)題的性質(zhì)，特別是在問(wèn)題的形成和規(guī)劃階段，搞清楚要研究的是什么性質(zhì)的問(wèn)題，以便正確地設(shè)定問(wèn)題，否則，以后的許多工作將會(huì)勞而無(wú)功。造成很大浪費(fèi)。方法：直觀的經(jīng)驗(yàn)方法。頭腦風(fēng)暴法。總結(jié)人們的經(jīng)驗(yàn)，集思廣益，通過(guò)分散討論和集中歸納，整理出系統(tǒng)所要解決的問(wèn)題。預(yù)測(cè)法。德?tīng)柗品?、情景分析法、交叉影響法、時(shí)間序列法等。系統(tǒng)要分析的問(wèn)題常常與技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和外部環(huán)境的變化有關(guān)，其中有許多末知因素，這些因素可用打分或主觀概率方法來(lái)處理。霍爾三維結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)模型法。復(fù)雜問(wèn)題可用分解的方法，形成若干相關(guān)聯(lián)的相對(duì)簡(jiǎn)單的子問(wèn)題，然后用網(wǎng)絡(luò)圖方法將問(wèn)題直觀地表示出來(lái)。常用的方法有解釋結(jié)構(gòu)模型法、決策試驗(yàn)法、圖論法等。其中，用圖論中的關(guān)聯(lián)樹(shù)來(lái)分析目標(biāo)體系和結(jié)構(gòu)，可以比較各種替代方案，在問(wèn)題形成、方案選擇和評(píng)價(jià)中很有用。多變量統(tǒng)計(jì)分析法。用統(tǒng)計(jì)理論方法所得到的多變量模型一般是非物理模型，對(duì)象也常是非結(jié)構(gòu)的或半結(jié)構(gòu)的。統(tǒng)計(jì)分析法中比較常用的有因子分析法、主成份分析法等，成組分析和正側(cè)分析法也屬此類。此外，還有利用行為科學(xué)、社會(huì)學(xué)、一般系統(tǒng)理論和模糊理論來(lái)分析，或幾種方法結(jié)合起來(lái)分析，使問(wèn)題明確化。霍爾三維結(jié)構(gòu)分析建立價(jià)值體系或評(píng)價(jià)體系：

評(píng)價(jià)體系需明確的問(wèn)題：評(píng)價(jià)指標(biāo)如何定量化，評(píng)價(jià)中的主觀成分和客觀成分如何分離，如何進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，如何確定價(jià)值觀問(wèn)題等。行之有效的價(jià)值體系方法：效用理論。該理論是從公理出發(fā)建立的價(jià)值理論體系，反映了人的偏好，建立了效用理論和效用函數(shù)，并發(fā)展為多屬性和多隸屬度效用函數(shù)。費(fèi)用/效益分析法。多用于經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)評(píng)價(jià)，如投資效果評(píng)價(jià)、項(xiàng)目可行性研究等。風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)。在系統(tǒng)評(píng)價(jià)申，風(fēng)險(xiǎn)和安全性評(píng)價(jià)是一個(gè)重要內(nèi)容，決策人對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的態(tài)度也反映在效用函數(shù)上。在多個(gè)目標(biāo)之間有沖突時(shí)，人們也常根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)來(lái)進(jìn)行折衷評(píng)價(jià)。價(jià)值工程。價(jià)值是人們對(duì)事物優(yōu)劣的觀念準(zhǔn)則和評(píng)價(jià)準(zhǔn)則的總和。案例—要解決的問(wèn)題是否值得去做，解決問(wèn)題的過(guò)程是否適當(dāng)，結(jié)果是否滿意等。以生產(chǎn)為例，產(chǎn)品的價(jià)值主要體現(xiàn)在產(chǎn)品的功能和質(zhì)量上，降低投入成本和增加產(chǎn)出是兩項(xiàng)相關(guān)的準(zhǔn)則。價(jià)值工程是個(gè)總體概念，具體體現(xiàn)在設(shè)計(jì)、制造和銷售各個(gè)環(huán)節(jié)的合理性上?；魻柸S結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)分析不論是工程技術(shù)問(wèn)題還是社會(huì)環(huán)境問(wèn)題，系統(tǒng)分析首先要對(duì)所研究的對(duì)象進(jìn)行描述，建模的方法和仿真技術(shù)是常采用的方法；對(duì)難以用數(shù)學(xué)模型表達(dá)的社會(huì)系統(tǒng)和生物系統(tǒng)等，也常用定性和定量相結(jié)合的方法來(lái)描述。系統(tǒng)分析的主要內(nèi)容涉及：系統(tǒng)變量的選擇。用于描述系統(tǒng)主事?tīng)顟B(tài)及其演變過(guò)程的是一組狀態(tài)變量和決策變量。系統(tǒng)分析首先選擇能反映問(wèn)題本質(zhì)的變量，并區(qū)分內(nèi)生變量和外生變量，用靈敏度分析法可區(qū)別各個(gè)變量對(duì)系統(tǒng)命題的影響程度，并對(duì)變量進(jìn)行篩選。建模和仿真。在狀態(tài)變量選定后，要根據(jù)客觀事物的具體特點(diǎn)確定變量間的相互依存和制約關(guān)系，即構(gòu)造狀態(tài)平衡方程式，得出描述系統(tǒng)特征的數(shù)學(xué)模型。在系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不清楚的情況下，可用輸入輸出的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得出關(guān)系式，構(gòu)造出系統(tǒng)模型。系統(tǒng)對(duì)象抽象成模型后，就可進(jìn)行仿真，找出更普遍、更集中和更深刻反映系統(tǒng)本質(zhì)的特征和演變趨勢(shì)。實(shí)用的大系統(tǒng)仿真軟件：隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)的GPSS軟件，復(fù)雜社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)仿真的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)(SD)軟件等?；魻柸S結(jié)構(gòu)分析可靠性工程。系統(tǒng)可靠性工程是研究系統(tǒng)中元素的可靠性和由多個(gè)元素組成的系統(tǒng)整體可靠性之間的關(guān)系。一般講，可靠的元件是組成可靠系統(tǒng)的基礎(chǔ)，然而，局部的可靠性和整體可靠性間并非簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系，系統(tǒng)工程強(qiáng)調(diào)從整體上來(lái)看問(wèn)題。在40年代，馮.羅伊曼(VonNeumann)開(kāi)始研究用重復(fù)的不那么可靠的元件組成高度可靠系統(tǒng)的問(wèn)題，并進(jìn)行了可靠性理論探討。錢學(xué)森教授也提出，現(xiàn)在大規(guī)模集成電路的發(fā)展便元器件的成本大大降低，如何用可靠性較低的元器件組成可靠性高的系統(tǒng)，是個(gè)很有現(xiàn)實(shí)意義的問(wèn)題。近年來(lái)，己采用的可靠性和安全性評(píng)價(jià)方法有FTA或ETA等樹(shù)狀圖形方法。馮·諾依曼霍爾三維結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)綜合系統(tǒng)綜合是在給定條件下，找出達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的手段或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。一般來(lái)講，按給定目標(biāo)設(shè)計(jì)和規(guī)劃的系統(tǒng)，在具體實(shí)施時(shí)，總與原來(lái)的設(shè)想有些差異，需要通過(guò)對(duì)問(wèn)題本質(zhì)的深入理解，作出具體解決問(wèn)題的替代方案，或通過(guò)典型實(shí)例的研究，構(gòu)想出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)單易行的能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)要求的實(shí)施方案。系統(tǒng)綜合的過(guò)程常常需要有人的參與，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和系統(tǒng)仿真可用于系統(tǒng)綜合，通過(guò)人機(jī)的交互作用，人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，使系統(tǒng)具有推理和聯(lián)想的功能。近年來(lái)，知識(shí)工程和模糊理論已成為系統(tǒng)綜合的有力工具?；魻柸S結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)方案的優(yōu)化選擇在系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和目標(biāo)函數(shù)已經(jīng)建立的情況下，可用最優(yōu)化方法選擇便目標(biāo)值最優(yōu)的控制變量值或系統(tǒng)參數(shù)。所謂優(yōu)化，就是在約束條件規(guī)定的可行域內(nèi)，從多種可行方案或替代方案中得出最優(yōu)解或滿意解。實(shí)踐中要根據(jù)問(wèn)題的特點(diǎn)選用適當(dāng)?shù)淖顑?yōu)化方法。目前應(yīng)用最廣的仍是線性規(guī)則和動(dòng)態(tài)規(guī)則，非線性規(guī)則的研究很多，但實(shí)用性尚有待改進(jìn)，大系統(tǒng)優(yōu)化已開(kāi)發(fā)了分解協(xié)調(diào)的算法。組合優(yōu)化適用于離散變量，整數(shù)規(guī)則中的分枝定界法，逐次逼近法等的應(yīng)用也很廣泛。多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題的最優(yōu)解處于目標(biāo)空間的非劣解集上，可采用人機(jī)交互的方法處理所得的解，最終得到滿意解。當(dāng)然，多目標(biāo)問(wèn)題也可用加權(quán)的方法轉(zhuǎn)換成單目標(biāo)來(lái)求解，或按目標(biāo)的重要性排序，逐次求解，例如目標(biāo)規(guī)則法。霍爾三維結(jié)構(gòu)分析決策"決策就是管理"，"決策就是決定"，人類的決策管理活動(dòng)面臨著被決策系統(tǒng)的日益龐大和日益復(fù)雜。決策有個(gè)人決策和團(tuán)體決策、定性決策和定量決策、單目標(biāo)決策和多目標(biāo)決策之分。戰(zhàn)略決策是在更高層次上的決策。在系統(tǒng)分析和系統(tǒng)綜合的基礎(chǔ)上，人們可根據(jù)主觀偏好、主觀效用和主觀概率做決策。決策的本質(zhì)反映了人的主觀認(rèn)識(shí)能力，因此，就必然受到人的主觀認(rèn)識(shí)能力的限制。近年來(lái)人們?nèi)找嬷匾暃Q策支持系統(tǒng)，系統(tǒng)分析者將各種數(shù)據(jù)、條件、模型和算法植入決策支持系統(tǒng)中，該系統(tǒng)甚至包含了有推理演繹功能的知識(shí)庫(kù)，使決策者在做出主觀決策后，力圖從決策支持系統(tǒng)中盡快得到效果反應(yīng)，以求得到主觀判斷和客觀效果的一致。決策支持系統(tǒng)在一定條件下起到?jīng)Q策科學(xué)化和合理化的作用。但在真實(shí)的決策中，被決策對(duì)象往往包含許多不確定因素和難以描述的現(xiàn)象。群決策有利于克服某些個(gè)人決策中主觀判斷的失誤，但群決策過(guò)程比較長(zhǎng)。為了實(shí)現(xiàn)高效率的群決策，在理論方法和應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)方面，許多人做了大量工作。如多人多目標(biāo)決策理論、主從決策理論、協(xié)商談判系統(tǒng)、沖突分析等，有些應(yīng)用軟件已實(shí)用化?；魻柸S結(jié)構(gòu)分析制定計(jì)劃有了決策就要付諸實(shí)施，實(shí)施就要依靠嚴(yán)格的有效的計(jì)劃。案例：以工廠為例，為實(shí)現(xiàn)工廠的生產(chǎn)任務(wù)和發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，就要制定當(dāng)年的生產(chǎn)計(jì)劃和未來(lái)的發(fā)展規(guī)劃。廠內(nèi)還要按廠級(jí)、車間級(jí)和班組級(jí)分別制定實(shí)施計(jì)劃。案例：一項(xiàng)大的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，涉及設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、研究和施工等許多環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)又涉及組織大量的人、財(cái)、物。在系統(tǒng)工程申常用的計(jì)劃評(píng)審技術(shù)(PERT)和關(guān)鍵路線路(CPM)在制定和實(shí)施計(jì)劃方面起了重要的作用。模型庫(kù)支持群決策霍爾三維結(jié)構(gòu)分析時(shí)間維（工作進(jìn)程）對(duì)于一個(gè)具體的工作項(xiàng)目，從制定規(guī)劃起一直到更新為止，全部過(guò)程可分為七個(gè)階段：規(guī)劃階段調(diào)研、程序設(shè)計(jì)階段，目的是謀求活動(dòng)規(guī)劃與戰(zhàn)略擬定方案提出具體的計(jì)劃方案研制階段作出研制方案及生產(chǎn)計(jì)劃生產(chǎn)階段生產(chǎn)出系統(tǒng)的零部件及整個(gè)系統(tǒng)，并提出安裝計(jì)劃安裝階段將系統(tǒng)安裝完畢，并完成系統(tǒng)的運(yùn)行計(jì)劃運(yùn)行階段系統(tǒng)按照預(yù)期的用途開(kāi)展服務(wù)更新階段即為了提高系統(tǒng)功能，取消舊系統(tǒng)而代之以新系統(tǒng)，或改進(jìn)原有系統(tǒng)，使之更加有效地工作知識(shí)維（專業(yè)科學(xué)知識(shí)）系統(tǒng)工程除了要求為完成上述各步驟、各階段所需的某些共性知識(shí)外，還需要其他學(xué)科的知識(shí)和各種專業(yè)技術(shù)，霍爾把這些知識(shí)分為工程、醫(yī)藥、建筑、商業(yè)、法律、管理、社會(huì)科學(xué)和藝術(shù)等。各類系統(tǒng)工程，如軍事系統(tǒng)工程、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)工程、信息系統(tǒng)工程等。都需要使用其它相應(yīng)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)信息論系統(tǒng)和信息的關(guān)系：人們能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行研究并預(yù)測(cè)其未來(lái)的發(fā)展態(tài)勢(shì)，是由于能夠正確感知并有效處理系統(tǒng)傳送給我們的信息。信息：是物質(zhì)具備的一種屬性，是物質(zhì)之間聯(lián)系的一種形式；意識(shí)是信息運(yùn)動(dòng)的過(guò)程；意識(shí)對(duì)物質(zhì)的反映過(guò)程是信息過(guò)程。申龍信息論創(chuàng)始人信息論信息論：美國(guó)貝爾電話研究所的申龍1948年《通訊的數(shù)學(xué)理論》（貝爾系統(tǒng)技術(shù)雜志）奠定了信息論的基礎(chǔ)。他與魏維爾合著《信息論》。主要研究通訊過(guò)程中信息的度量、提取、存儲(chǔ)、變換、傳遞、檢測(cè)和識(shí)別的規(guī)律與方法，實(shí)質(zhì)內(nèi)容：一是關(guān)于信源、編碼、信道、信宿問(wèn)題。二是關(guān)于濾波理論和調(diào)制問(wèn)題，是比較側(cè)重科學(xué)技術(shù)的學(xué)問(wèn)。這一理論后被廣泛應(yīng)用于物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、心理學(xué)和管理學(xué)等學(xué)科，形成信息科學(xué)。貝爾電話公司LOGO變化史申農(nóng)的信息量公式H(x)=ΣP(xi)h(xi)=—ΣP(xi)·log2P(xi)h(xi)=—log2P(xi)，表示某狀態(tài)xi的不定性數(shù)量或所含的信息量。若P(xi)=1，則h(xi)=0；若P(xi)=0，則h(xi)=∞；當(dāng)ｎ=2，且P1=P2=1/2時(shí)，H(x)=1比特。因此可見(jiàn)一個(gè)等幾率的二中擇一的事件具有1比特的不定性或信息量。

控制論控制論的緣起：自從1948年諾伯特·維納發(fā)表了著名的《控制論——關(guān)于在動(dòng)物和機(jī)中控制和通訊的科學(xué)》一書(shū)以來(lái)，控制論的思想和方法已經(jīng)滲透到了幾乎有的自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域。維納把控控制論制論看作是一門研究機(jī)器、生命社會(huì)中控制和通訊的一般規(guī)律的科學(xué)，更具體地說(shuō)，是研究動(dòng)態(tài)系統(tǒng)在變的環(huán)境條件下如何保持平衡狀態(tài)或穩(wěn)定狀態(tài)的科學(xué)。他特意創(chuàng)造“Cybernetics”這個(gè)英語(yǔ)新詞來(lái)命名這門科學(xué)。“控制論”一同最初來(lái)源希臘文“mberuhhtz”，原意為“操舵術(shù)”，就是掌舵的方法和技術(shù)的思。在柏拉圖（古希臘哲學(xué)家）的著作中，經(jīng)常用它來(lái)表示管理人的藝術(shù)。

1834年，著名的法國(guó)物理學(xué)家安培寫(xiě)了一篇論述科學(xué)哲理的文章，他進(jìn)行科學(xué)分類時(shí)，把管理國(guó)家的科學(xué)稱為“控制論”，他把希臘文譯成法“Cybernetigue”。在這個(gè)意義下，“控制論”一詞被編入19世紀(jì)許多著詞典中。維納發(fā)明“控制論”這個(gè)詞正是受了安培等人的啟發(fā)。

控制論控制和控制論為了“改善”某個(gè)或某些受控對(duì)象的功能或發(fā)展，需要獲得并使用信息，以此信息為基礎(chǔ)而選出的、于該對(duì)象上的作用，即控制?？刂婆c信息的關(guān)系：控制的基礎(chǔ)是信息，一切信傳遞都是為了控制，進(jìn)而任何控制又都有賴于信息反饋來(lái)實(shí)現(xiàn)。信息反饋是控制論的一個(gè)極其重要的概念。通俗他說(shuō)，信息反饋就是指由控制系統(tǒng)把信輸送出去，又把其作用結(jié)果返送回來(lái)，并對(duì)信息的再輸出發(fā)生影響，起到制的作用，以達(dá)到預(yù)定的目的。管理系統(tǒng)是一種典型的控制系統(tǒng)。管理系統(tǒng)中的控制過(guò)程在本質(zhì)上與程的、生物的系統(tǒng)是一樣的，都是通過(guò)信息反饋來(lái)揭示成效與標(biāo)準(zhǔn)之間的差，并采取糾正措施，使系統(tǒng)穩(wěn)定在預(yù)定的目標(biāo)狀態(tài)上的。故從理論說(shuō)，適合于工程的、生物的控制論的理論與方法，也適