第五講系統(tǒng)和系統(tǒng)理論

第五講系統(tǒng)和系統(tǒng)理論2023/6/41第一頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一系統(tǒng)論1、系統(tǒng)學(xué)——一般系統(tǒng)論2、系統(tǒng)方法——運(yùn)籌學(xué)3、系統(tǒng)工程2023/6/42第二頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一一、一般系統(tǒng)論簡(jiǎn)介“系統(tǒng)”概念的內(nèi)涵“系統(tǒng)”的特征系統(tǒng)的分類物質(zhì)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)2023/6/43第三頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一“系統(tǒng)”概念的內(nèi)涵

把極其復(fù)雜的研究對(duì)象稱為系統(tǒng)，即由相互作用和相互依賴的若干組成部分結(jié)合成具有特定功能的有機(jī)整體，而且這個(gè)系統(tǒng)本身又是它們從屬的更大系統(tǒng)的組成部分。（錢學(xué)森）2023/6/44第四頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一“系統(tǒng)”概念的內(nèi)涵系統(tǒng)是處于一定相互聯(lián)系中的與環(huán)境發(fā)生關(guān)系的各組成成份的總體。

貝塔朗菲（一般系統(tǒng)論創(chuàng)立者）

“相互作用”指的是，若干要素（P）處于若干關(guān)系（R）中，以致一個(gè)要素P在R中的行為不同于它在另一關(guān)系R’中的行為。如果要素的行為在R和R’中并無差異，那么就不存在相互作用，要素的行為就不依賴于R和R’。

貝塔朗菲，《一般系統(tǒng)論：基礎(chǔ)發(fā)展和應(yīng)用》林康義等譯，清華大學(xué)出版社1987年6月，P51）2023/6/45第五頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一對(duì)系統(tǒng)概念內(nèi)涵的分析物質(zhì)系統(tǒng)是由兩個(gè)或兩個(gè)以上的物質(zhì)要素構(gòu)成的。這些共存于一個(gè)統(tǒng)一體中的要素是具有一定的差異性的，甚至是異質(zhì)的。

例這些共存于一個(gè)統(tǒng)一體中的要素是通過相互聯(lián)系，即通過相互影響，相互制約，相互作用構(gòu)成統(tǒng)一的整體。如果各部分之間互不相干，則不能構(gòu)成系統(tǒng)。

例這些相互聯(lián)系的物質(zhì)要素所構(gòu)成的統(tǒng)一整體是具有特定功能的統(tǒng)一整體。這里的功能主要指的是整體功能，是不能簡(jiǎn)單地還原為其構(gòu)成要素的功能的。2023/6/46第六頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一對(duì)系統(tǒng)概念內(nèi)涵的分析這種特定的功能，是物質(zhì)系統(tǒng)與其外部環(huán)境系統(tǒng)的相互聯(lián)系中顯示出來的，也就是說物質(zhì)系統(tǒng)的特定功能是在物質(zhì)系統(tǒng)與物質(zhì)系統(tǒng)的相互聯(lián)系中表現(xiàn)出來的。2023/6/47第七頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一對(duì)系統(tǒng)概念內(nèi)涵的分析某一物質(zhì)系統(tǒng)的環(huán)境系統(tǒng)是相對(duì)于我們考察對(duì)象的范圍而言的，把一定區(qū)域的物質(zhì)要素所構(gòu)成的統(tǒng)一整體視為一個(gè)物質(zhì)系統(tǒng)的話，這個(gè)區(qū)域之外的全部要素所構(gòu)成的系統(tǒng)就是該物質(zhì)系統(tǒng)的環(huán)境系統(tǒng)。2023/6/48第八頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一和實(shí)生物《國(guó)語·鄭語》中錄史伯之言：“先王以土與金木水火雜以成百物，是以和五味以調(diào)口，剛四支以衛(wèi)體，和六律以聰耳，……聲一無聽，色一無文，味一無果（美），物一不講（媾）。”（一種音調(diào)不能譜成動(dòng)聽的樂曲，一種顏色不能形成好看的紋飾，一種味道的飯菜吃不飽肚子，同一種性別的動(dòng)物難以交配）講的是“和異而生物”。2023/6/49第九頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一和實(shí)生物古希臘哲學(xué)家赫拉克里特也提出過十分相似的思想：“自然也追求對(duì)立的東西，它是用對(duì)立的東西制造出和諧，而不是用相同的東西，例如將雌雄相配，而不是將雌配雌、將雄配雄；聯(lián)合相反的東西造成協(xié)調(diào)，而不是聯(lián)合——致的東西。藝術(shù)也是這樣做的，顯然是模仿自然。繪畫在畫面上混合著白色和黑色、黃色和紅色的成分，造成酷肖原物的形象。音樂混合音域不同的高音和低音、長(zhǎng)音和短音，造成一支和諧的曲調(diào)。書法混合元音字母和輔音字母，拼寫出完整的字句。返回2023/6/410第十頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一例漢高祖劉邦得天下之后，在一次聚會(huì)時(shí)，問眾卿：“皆言其情，吾所以有天下者何？項(xiàng)氏所以失天下者何？”高起、王陵對(duì)曰：“陛下使人攻城略地，所降下者，因以與之，與天下同利也。項(xiàng)羽妒賢嫉能，有功者害之，賢者疑之，戰(zhàn)勝而不與人功，得地而不與人利，此其所以失天下也。”劉邦總結(jié)說：“運(yùn)籌帷幄之中，決勝于千里之外，我不如子房；鎮(zhèn)國(guó)家，撫百姓，給餉饋，不絕糧道，吾不如蕭何；連百萬之眾，戰(zhàn)必勝，攻必取，吾不如韓信。三人皆人杰，吾能用之，此吾所以取天下也。項(xiàng)羽有一范增而不能用，此所以為我擒也。”劉邦總結(jié)的很有道理，他手下的這三位大將，各有其長(zhǎng)，在劉邦的領(lǐng)導(dǎo)下，能有機(jī)地結(jié)合起來，充分發(fā)揮作用，所以能取得勝利。這是“合異生物”的典范。return2023/6/411第十一頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一系統(tǒng)的特征整體性有機(jī)關(guān)聯(lián)性動(dòng)態(tài)性有序性預(yù)決性2023/6/412第十二頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一1.系統(tǒng)的整體性所謂整體性，是針對(duì)機(jī)械論的系統(tǒng)觀而提出的。無論哪種觀點(diǎn)，都不否認(rèn)系統(tǒng)是由其組成部分（要素或子系統(tǒng)）構(gòu)成的。2023/6/413第十三頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一1.系統(tǒng)的整體性如果認(rèn)為系統(tǒng)的性質(zhì)或特點(diǎn)是其組成部分的性質(zhì)或特點(diǎn)的簡(jiǎn)單總和（代數(shù)和，或說具有可加性），則是一種機(jī)械的系統(tǒng)觀。系統(tǒng)論的觀點(diǎn)是：整體大于各孤立部分之和（亞里斯多德的著名悖論命題）。2023/6/414第十四頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一系統(tǒng)的整體性“整體大于部分之和”的含義：組合性（constitutive）特征不能用孤立部分的特征來解釋。因此，復(fù)合體特征與其要素相比似乎是“新加的”或“突現(xiàn)的”。然而，如果我們知道了一個(gè)系統(tǒng)所包含的所有組成部分以及它們之間的各種關(guān)系，那么就可能從組成部分的行為推導(dǎo)出這個(gè)系統(tǒng)的行為。三個(gè)臭皮匠，賽過諸葛亮。協(xié)同出現(xiàn)新功能，不是各自獨(dú)立簡(jiǎn)單相加。2023/6/415第十五頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一系統(tǒng)的整體性按照一般系統(tǒng)論的觀點(diǎn)，系統(tǒng)決不是其各個(gè)部分的簡(jiǎn)單相加，而是各個(gè)部分的有機(jī)結(jié)合。為了理解一個(gè)系統(tǒng)，就不僅需要了解其各個(gè)部分，而且需要了解各個(gè)部分之間的相互關(guān)系和相互作用。只有從各個(gè)部分的相互關(guān)系和相互作用中，才能發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的一般方面、發(fā)現(xiàn)其一致性和同態(tài)性，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的規(guī)律。貝塔蘭菲認(rèn)為，這一點(diǎn)正是系統(tǒng)思想的核心。他甚至以此給出了一般系統(tǒng)論的一個(gè)定義：一般系統(tǒng)論是關(guān)于"整體"的一般科學(xué)。2023/6/416第十六頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一

科學(xué)自然觀邏輯數(shù)學(xué)方法經(jīng)驗(yàn)社會(huì)技術(shù)、文化要素

BA科學(xué)的有機(jī)系統(tǒng)整體2023/6/417第十七頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一２．系統(tǒng)的有機(jī)關(guān)聯(lián)性有機(jī)關(guān)聯(lián)性原則： 一是系統(tǒng)內(nèi)部諸要素的有機(jī)關(guān)聯(lián)；二是系統(tǒng)同外部環(huán)境的有機(jī)關(guān)聯(lián)。2023/6/418第十八頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一２．系統(tǒng)的有機(jī)關(guān)聯(lián)性一般系統(tǒng)論所研究或處理的系統(tǒng)基本上都是開系統(tǒng)。開系統(tǒng)與外界有物質(zhì)的、能量的、信息的交換，有相應(yīng)的輸入和輸出以及量的增加或減少。系統(tǒng)的這種性質(zhì)很重要。2023/6/419第十九頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一系統(tǒng)的有機(jī)關(guān)聯(lián)性(continue)系統(tǒng)內(nèi)部諸要素之間的有機(jī)關(guān)聯(lián)可以用數(shù)學(xué)語言加以描述。（仍不完備）ｄＱｉ／ｄｔ＝ｆｉ（Ｑ1，Ｑ2，……Ｑｎ）（ｉ＝1,2,…n）Ｑｉ表示系統(tǒng)中某元素的某種量。聯(lián)立方程組表明，任意的一個(gè)Ｑｉ量的變化都要受到所有的Ｑ的制約。反之，任一Ｑ的變化也會(huì)影響到其它量。系統(tǒng)是一個(gè)由相互關(guān)聯(lián)的要素構(gòu)成的整體。2023/6/420第二十頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一《紅樓夢(mèng)》第七十四回：

抄檢大觀園賈探春：“可知咱們這樣大戶人家，若從外頭殺來，一時(shí)是殺不死的。這可是古人說的‘百足之蟲，死而不僵’，必須先從家里自殺自滅起來，才能一敗涂地呢!”2023/6/421第二十一頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一系統(tǒng)的有機(jī)關(guān)聯(lián)性醫(yī)學(xué)美學(xué)的“真、善、美”關(guān)系真——準(zhǔn)確、有效善——治病救人、解除痛苦美——不留創(chuàng)傷、傷口美觀2023/6/422第二十二頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一３．系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性任何系統(tǒng)都隨時(shí)間不斷地變化，另外從生物學(xué)的角度看，動(dòng)態(tài)也是系統(tǒng)保持靜態(tài)的前提。例如：生命有機(jī)體保持體內(nèi)平衡的基礎(chǔ)之一是新陳代謝的存在。有機(jī)關(guān)聯(lián)性——各要素間空間的分布動(dòng)態(tài)性原則——時(shí)間上的變化。2023/6/423第二十三頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一３．系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性一方面，系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)分布不是固定不變的，而是隨時(shí)間變化的。另一方面，系統(tǒng)的開放性質(zhì)，有機(jī)關(guān)聯(lián)性質(zhì)強(qiáng)調(diào)的是系統(tǒng)同外界進(jìn)行物質(zhì)、能量、信息的關(guān)聯(lián)和交換。2023/6/424第二十四頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性動(dòng)態(tài)可以表現(xiàn)為相對(duì)的穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)不是靜態(tài)，而是含有動(dòng)態(tài)的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如“漸進(jìn)分異”，“發(fā)育”等概念都有運(yùn)動(dòng)的含義。2023/6/425第二十五頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性任何系統(tǒng)都是開放系統(tǒng)，開放系統(tǒng)每時(shí)每刻都處于物質(zhì)、能量、信息的交換、流動(dòng)之中。開放系統(tǒng)是系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)的條件，動(dòng)態(tài)又是開放系統(tǒng)的必然表現(xiàn)。2023/6/426第二十六頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一４．系統(tǒng)的有序性無序是系統(tǒng)熵最大的一種狀態(tài)，用物理學(xué)語言描述之，就是熱力學(xué)系統(tǒng)分子最均勻的狀態(tài)。遠(yuǎn)離無序的狀態(tài)就是有序狀態(tài)。系統(tǒng)從無序到有序標(biāo)志著系統(tǒng)的組織性或組織化程度的增長(zhǎng)。系統(tǒng)的組織性與系統(tǒng)內(nèi)部要素的有機(jī)關(guān)聯(lián)性及其動(dòng)態(tài)過程都有關(guān)系。系統(tǒng)的有機(jī)關(guān)聯(lián)性所表現(xiàn)出的結(jié)構(gòu)、層次以及系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性所表現(xiàn)的漸進(jìn)分異的方向性，都使系統(tǒng)具有有序性的特點(diǎn)。2023/6/427第二十七頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎無序狀態(tài)有序狀態(tài)2023/6/428第二十八頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一５．系統(tǒng)的預(yù)決性（finality,或目的性）系統(tǒng)的預(yù)決原則，又被稱為終極原則或者目的原則。這就是說，系統(tǒng)的有序是具有方向性的，系統(tǒng)的這種方向性又受到系統(tǒng)的目的性或者預(yù)決性制約。2023/6/429第二十九頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一５．系統(tǒng)的預(yù)決性（finality,或目的性）一般系統(tǒng)論認(rèn)為，系統(tǒng)的有序性不是為有序而有序的，而是按一定方向而有序，不僅如此，這種方向是由一定的預(yù)決性或目的性所支配的。2023/6/430第三十頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一系統(tǒng)的預(yù)決性（finality,或目的性）貝塔朗菲認(rèn)為，一個(gè)系統(tǒng)不僅要由實(shí)際條件來決定，而且要受所達(dá)到的最后狀態(tài)所制約。這也就是說，一個(gè)系統(tǒng)的發(fā)展方向，不但受到實(shí)際狀態(tài)和條件的影響，而且取決于對(duì)未來狀態(tài)的預(yù)測(cè)。因此，在研究一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，其變化不僅可以從實(shí)際狀態(tài)方面來表示，而且可以從其距離達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的目標(biāo)有多遠(yuǎn)來表示。2023/6/431第三十一頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一系統(tǒng)的分類

①根據(jù)物質(zhì)系統(tǒng)與其環(huán)境相互聯(lián)系的程度——孤立系統(tǒng)、封閉系統(tǒng)與開放系統(tǒng)。（從物質(zhì)、能量交換方面看）②根據(jù)物質(zhì)系統(tǒng)自身組織程度的高低——有序系統(tǒng)和無序系統(tǒng)

2023/6/432第三十二頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一系統(tǒng)的分類③根據(jù)構(gòu)成物質(zhì)系統(tǒng)要素的多少以及要素與要素之間構(gòu)成方式的復(fù)雜程度——簡(jiǎn)單系統(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng)④根據(jù)物質(zhì)系統(tǒng)空間域的大小——微觀（細(xì)胞、分子以下）系統(tǒng)、宏觀系統(tǒng)、宇觀系統(tǒng)（指星系以上）。2023/6/433第三十三頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一系統(tǒng)的分類⑤根據(jù)人類在物質(zhì)系統(tǒng)構(gòu)建中的地位和作用，——天然系統(tǒng)和人工系統(tǒng)。⑥根據(jù)物質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)參量和時(shí)間的關(guān)系——?jiǎng)討B(tài)系統(tǒng)和靜態(tài)系統(tǒng)。2023/6/434第三十四頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一四、物質(zhì)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)每一個(gè)物質(zhì)系統(tǒng)是其要素的系統(tǒng)，同時(shí)也是更大系統(tǒng)的要素。這就是所謂的物質(zhì)系統(tǒng)的層次。2023/6/435第三十五頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一四、物質(zhì)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)自然界物質(zhì)系統(tǒng)的層次具有無限性，即層次是無窮的。物質(zhì)的無限可分不應(yīng)理解為無休止地機(jī)械分割，而應(yīng)理解為層次的無限性（量的無限擴(kuò)張和質(zhì)的無限多樣性）。2023/6/436第三十六頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一四、物質(zhì)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)例如：原子－分子－分子團(tuán)－細(xì)胞－組織－器官－系統(tǒng)－人－家庭－社團(tuán)－人類－地球生態(tài)－地球……（每一環(huán)節(jié)都是一個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)）2023/6/437第三十七頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一高低層次間的關(guān)系①高層系統(tǒng)是由低層系統(tǒng)構(gòu)成的，各要素相互作用產(chǎn)生了整體結(jié)構(gòu)及功能。②低層系統(tǒng)并不因高層系統(tǒng)的產(chǎn)生而消失。2023/6/438第三十八頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一高低層次間的關(guān)系③要素處于系統(tǒng)中因受到制約，性質(zhì)有所改變。④結(jié)合度隨層次增設(shè)而降低。因此，在處理高層次問題時(shí)可以把低層次系統(tǒng)（要素）當(dāng)作黑箱來考慮。2023/6/439第三十九頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一ABS2S1S2023/6/440第四十頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一系統(tǒng)的結(jié)合度問題的啟示《資治通鑒》

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——初命晉大夫魏斯、趙籍、韓虔為諸侯。解放戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期國(guó)民黨打敗仗與蔣介石的越權(quán)指揮企事業(yè)單位行政管理問題2023/6/441第四十一頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一作業(yè)搜集一個(gè)與自己專業(yè)有關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)理論的實(shí)例，并論述。下次課堂討論2023/6/442第四十二頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一二系統(tǒng)工程除一般系統(tǒng)論外（generalsystemtheory）外，系統(tǒng)論還應(yīng)包括系統(tǒng)工程和系統(tǒng)方法——運(yùn)籌學(xué)（systemsengineeringandoperationalresearch），后二個(gè)方面的知識(shí)具有較強(qiáng)的可操作性和實(shí)踐意義。2023/6/443第四十三頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一古代系統(tǒng)工程的典范－都江堰2023/6/444第四十四頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一都江堰的分水排沙原理2023/6/445第四十五頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一系統(tǒng)方法——運(yùn)籌學(xué)運(yùn)籌學(xué)是關(guān)于決策問題的科學(xué)，研究范圍十分寬泛，大致可歸并于以下８?jìng)€(gè)方面。①分配問題。對(duì)資源、人員、設(shè)備、時(shí)間等進(jìn)行有效地分配。②庫(kù)存問題。太多則積壓，太少則脫銷，軍用物質(zhì)更如此。2023/6/446第四十六頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一運(yùn)籌學(xué)研究的問題③排隊(duì)問題。以打開水為例說明之。有四個(gè)人排隊(duì)在一個(gè)水龍頭下接開水，這四個(gè)人分別帶1、2、3、4個(gè)水瓶，如果拿4只水瓶的人先沖，按沖每瓶水2分鐘計(jì)算，依次沖完需要8×4＋6×3＋4×2＋2×1=60分鐘（相當(dāng)于一個(gè)人等60分鐘的時(shí)間）。而如果讓只帶一只水瓶的人先沖，依次沖完則只需要2×4＋4×3＋6×2＋8×1=40分鐘。

2023/6/447第四十七頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期一運(yùn)籌學(xué)研究的問題④順序問題。公共服務(wù)系統(tǒng)要考慮的問題。如何安排服務(wù)設(shè)施的秩序。如醫(yī)院就醫(yī)順序。⑤更新問題。汽車的報(bào)廢。設(shè)備更新。⑥路線問題。最有效路程。推銷員走幾個(gè)城市最佳路線。以走跳棋為例。⑦對(duì)抗問題。尋求最優(yōu)對(duì)抗策略。如孫臏賽馬。（博奕論gametheory）