开放复杂巨系统理论PPT课件.pptx

第第13章章 开放复开放复杂巨系巨系统理理论谢建建丽 120720080 管理科学与工程管理科学与工程1.Contents系系统的新分的新分类特殊的开放复特殊的开放复杂巨系巨系统从定性到定量从定性到定量综合集成法合集成法建立系建立系统学新思路学新思路41232.科学技术体系的层次划分：作作为基基础科学的科学的开放复开放复杂巨系巨系统理理论，亦称开放，亦称开放复复杂巨系巨系统学学开放复开放复杂巨系巨系统技技术科学科学层次的次的理理论成果，亦称成果，亦称为系系统理理论3.钱学森从系从系统学到复学到复杂性性研究之路：研究之路：关注新关注新兴的系的系统工程和运筹学，特工程和运筹学，特别是通是通过创立工程控制立工程控制论对初初创时期的系期的系统科学有了深入的把握。科学有了深入的把握。4.其一其一其一其一其二其二其二其二其三其三其三其三特点特点 和国外同行相比和国外同行相比钱学森的复杂性研究显著特点：以以马克思主克思主义哲学，哲学，特特别是是实践践论和和矛盾矛盾论为指指导把复把复杂性研究放在建性研究放在建立系立系统学、完善系学、完善系统科学体系的工作中，科学体系的工作中，坚持用系持用系统观点点阐释复复杂性，用系性，用系统方法方法处理复理复杂性性问题逐步介入新中国建逐步介入新中国建设的方方面面，的方方面面，给中国中国社会主社会主义事事业的的发展展提供理提供理论武器和武器和实行行方法，成方法，成为他研究复他研究复杂性的主要目的性的主要目的5.意义：开放复开放复杂巨系巨系统理理论开辟了复开辟了复杂性研究性研究的一条独特途径，既吸收了国外复的一条独特途径，既吸收了国外复杂性性研究的成果，又体研究的成果，又体现了了现代科学和中国代科学和中国古代文明的精古代文明的精华、现代中国革命和建代中国革命和建设的成功的成功经验的的结合。合。6.1.系统的新分类非系非系统科学科学如按如按组分的机制分的机制特性划分，有物特性划分，有物理系理系统、生物系、生物系统、社会系、社会系统、或物或物质系系统与心与心理系理系统、实体系体系统与符号系与符号系统等。等。系系统科学科学突出的是突出的是对象象类型的系型的系统意意义，即撇开即撇开组分的具分的具体基体基质特性和特性和组分之分之间相互作用相互作用的具体特性，的具体特性，仅仅把把对象作象作为系系统来区分。来区分。封封闭系系统与开放系与开放系统、静静态系系统与与动态系系统、有控制系有控制系统与无控制与无控制系系统等等7.1.系统的新分类上述系上述系统分分类都是按照一定都是按照一定标准准给出的两出的两分式划分，不是完分式划分，不是完备的系的系统分分类。但系。但系统科学科学发展到今天，展到今天，为建立它的完整科学体建立它的完整科学体系，特系，特别是建立系是建立系统学学这门基基础理理论，给出系出系统的完的完备分分类已成已成为必必须解决的解决的问题。8.1.系统的新分类 20世世纪70年代，年代，为解决有关建立系解决有关建立系统科学体系和系科学体系和系统学的学的问题，钱学森通学森通过多年探索，多年探索，给出如下的系出如下的系统分分类：系系统简单系系统巨系巨系统小系小系统 大系大系统简单巨系巨系统复复杂巨系巨系统一般复一般复杂巨系巨系统特殊复特殊复杂巨系巨系统典型的、完备的系统科学分类9.2.特殊的开放复杂巨系统巨系巨系统复复杂巨系巨系统开放复开放复杂巨系巨系统特殊的开特殊的开发复复杂巨系巨系统10.2.1巨系统规模通常是按照系模通常是按照系统的的组分数目分数目N或分系或分系统数目数目n表示的表示的，钱学森学森对“大大”和和“巨巨”的解的解释是分系是分系统数量达到几十，上百，数量达到几十，上百，这个系个系统称称为大系大系统，如果分系如果分系统数量极大，成万上数量极大，成万上亿，上百，上百亿，那，那是是巨系巨系统了。了。小系小系统大系大系统巨系巨系统按照按照规模模11.2.1巨系统大系大系统一般也包含不一般也包含不同同层次，但没有形成次，但没有形成微微观和宏和宏观的的层次划次划分。而一切巨系分。而一切巨系统都都有宏有宏观和微和微观的的层次次划分。划分。巨系巨系统中会出中会出现简单系系统中没有的中没有的现象，如自象，如自组织现象，小系象，小系统和大系和大系统只只有平凡行有平凡行为，巨系，巨系统可能可能表表现出出许多非平凡行多非平凡行为。结构构系系统属性属性12.2.1巨系统 概言之，概言之，对于巨系于巨系统，按照系，按照系统规模做粗略模做粗略的把握是必要的，但不是充分的，重要的的把握是必要的，但不是充分的，重要的还要要看系看系统是否出是否出现宏宏观与微与微观的的层次划分，是否次划分，是否存在不可忽略的自存在不可忽略的自组织现象象。规模模足足够巨大，大到出巨大，大到出现微微观与宏与宏观的的层次划次划分，必分，必须充分考充分考虑自自组织现象，那就是巨系象，那就是巨系统。13.2.2复杂巨系统20世世纪80年代前期，年代前期，钱学森学森对普利高津等普利高津等人的理人的理论成果寄予厚望，相信有了巨系成果寄予厚望，相信有了巨系统等概念，把已有的系等概念，把已有的系统融会融会贯通，通，综合起合起来，建立来，建立统一的框架，就可以有效的描述一的框架，就可以有效的描述和和处理各种巨系理各种巨系统问题，但建立系，但建立系统学的学的实践表明，践表明，这个估个估计过分分乐观了。了。多多层次次结构并非一切巨系构并非一切巨系统的基本特征，不同巨系的基本特征，不同巨系统之之间仍有仍有质的差的差别，不，不可能用可能用统一的理一的理论对所有所有巨系巨系统做出同做出同样有效的解有效的解释。14.2.2复杂巨系统不同巨系不同巨系统之之间在在规模上仍可能有模上仍可能有显著区著区别，但，但事事实表明，在巨系表明，在巨系统这个等个等级上，再按上，再按规模大小模大小进行分行分类已无已无实际意意义。而按。而按结构的复构的复杂程度程度进行分行分类，可以更好的把握系，可以更好的把握系统。系系统规模大模大花色品种多花色品种多复复杂巨系巨系统多多阶段段非非线性性动态性性15.2.2复杂巨系统总之，复之，复杂巨系巨系统的复的复杂一一词并非泛泛而并非泛泛而论，组分的异分的异质性、性、结构的多构的多层次性、次性、过程的程的阶段段性和性和动态性、相互关系和作用的非性、相互关系和作用的非线性，就是性，就是钱学森所学森所说的复的复杂性的具体内涵。性的具体内涵。16.2.3开放复杂巨系统 对于于复复杂巨系巨系统，开放将引起每个，开放将引起每个组分分发生相生相应的的变化，化，产生生许多新的分系多新的分系统以便管理系以便管理系统与与环境的交境的交换活活动，从，从而而导致整个系致整个系统运行机制、行运行机制、行为方式和功能效益的改方式和功能效益的改变，基于，基于这些考些考虑，钱学森学森进一步提出开放复一步提出开放复杂巨系巨系统的概念。的概念。钱学森关于系学森关于系统概念概念认识的三次的三次飞跃：开放复杂巨系统复杂巨系统巨系统17.开放复开放复杂巨系巨系统如如贝纳德流，德流，激光器激光器简单环境中的境中的简单巨系巨系统如智能机器如智能机器人，人，环境复境复杂多多变，系，系统却是却是简单的的复复杂环境中的境中的简单巨系巨系统如今天改革如今天改革开放中的中开放中的中国社会及其国社会及其国国际环境都境都是极其复是极其复杂的的复复杂环境中的境中的复复杂巨系巨系统2.3开放复杂巨系统对开放性的深入研究，开放性的深入研究，导致致钱学森按照系学森按照系统与与环境关系境关系对巨系巨系统作出如下完作出如下完备分分类：如人体系如人体系统，人人脑系系统，对国国际社会社会交往极少的交往极少的封封闭社会，社会，可看作可看作简单的的环境境简单环境中的境中的复复杂巨系巨系统18.2.3开放复杂巨系统v所所谓开放复开放复杂巨系巨系统，根据多年来，根据多年来钱学森在不同学森在不同场合下的合下的论述，指的是具有下列特征的一大述，指的是具有下列特征的一大类系系统：钱学森把具有上述特性的系学森把具有上述特性的系统称称为开放复开放复杂巨系巨系统，把，把这类系系统的的动力学特性称力学特性称为复复杂性。性。（1）系）系统规模巨大，即巨型性；模巨大，即巨型性；（2）系）系统组分彼此差异分彼此差异显著，花色品种多，即异著，花色品种多，即异质性；性；（3）系）系统是按照等是按照等级层次方式整合起来的，即等次方式整合起来的，即等级层次性；次性；（4）非）非线性相互作用，即非性相互作用，即非线性；性；（5）系）系统和和环境之境之间不断交不断交换物物质、能量、信息，即开放性、能量、信息，即开放性。19.2.4特殊的开放复杂巨系统 不同的开放复不同的开放复杂巨系巨系统之之间仍然有仍然有显著差异，著差异，其中其中钱学森把社会看做特殊的开放复学森把社会看做特殊的开放复杂巨系巨系统。社会系。社会系统的的这种特殊复种特殊复杂性，表性，表现在作在作为这种系种系统基本基本组分的人，分的人，其自身就是开放复其自身就是开放复杂巨系巨系统。由于以人。由于以人为基本基本组分，分，u社会系社会系统与与环境的关系具有其他任何系境的关系具有其他任何系统不具有的复不具有的复杂性；性；u社会系社会系统具有的内在异具有的内在异质性特性特别发达；达；u社会系社会系统非非线性特性特别发达；达；u社会系社会系统的的动态性特性特别强烈；烈；u社会系社会系统的不确定性特的不确定性特别强烈。烈。20.2.4特殊的开放复杂巨系统从宏从宏观上整体的看，社会系上整体的看，社会系统的三种形的三种形态：政治的社会形政治的社会形态指指社会政治制度，社会政治制度，是国家政是国家政权的的性性质、形、形态，包括政党制度、包括政党制度、法律体制和法律体制和社会政治关社会政治关系等系等意意识的社会形的社会形态指指社会思想文化体社会思想文化体系，主要是哲系，主要是哲学、宗教、学、宗教、伦理道德、教理道德、教育、科学技育、科学技术、文学文学艺术等等经济的社会形的社会形态是指社会是指社会经济制制度，包括生度，包括生产、分配、交分配、交换、消、消费的方式，各种的方式，各种社会社会经济关系关系经济的社会形的社会形态意意识的社会形的社会形态政治的社会形政治的社会形态社会系社会系统要正常运行要正常运行发展，展，应该把把这三个分系三个分系统统一起考一起考虑，整体地、，整体地、协调地地规划、划、组织、管理他、管理他们的运行，的运行，这一一过程的复程的复杂性不言而性不言而喻。21.3.定性到定量的综合集成法钱学森学森认为，解决开放复，解决开放复杂巨系巨系统问题目前唯一有效的目前唯一有效的办法，就是使用定性到定量的法，就是使用定性到定量的综合集成法，合集成法，简称称综合集成，合集成，其要点如下：其要点如下：直接直接诉诸实践践经验，特，特别是是专家的家的经验、不成文的感、不成文的感受、判断力，把受、判断力，把这些些经验知知识和和现代科学提供的理代科学提供的理论知知识结合起来，甚至与前人或古人的知合起来，甚至与前人或古人的知识结合起来；合起来；1 1专家的家的经验是局部的、多半是定性的，要通是局部的、多半是定性的，要通过建模建模计算把算把这些定性知些定性知识和各种和各种观测数据、数据、统计资料料结合起合起来，来，实现从局部定性的知从局部定性的知识达到整体定量的达到整体定量的认识；2 2把人与把人与计算机算机结合起来，充分利用知合起来，充分利用知识工程、工程、专家系家系统、智能机器、智能机器长于于逻辑运算、速度高、容量大、不怕疲运算、速度高、容量大、不怕疲劳等特点，同等特点，同时发挥人人脑的洞察力、的洞察力、长于形象思于形象思维的的优点，使两者取点，使两者取长补短，相互激短，相互激发，产生出更高的智慧。生出更高的智慧。3 322.3.定性到定量的综合集成法v 综合集成的合集成的实质是是专家家经验、统计数据和信息数据和信息资料、料、计算机技算机技术三者的有机三者的有机结合，构成一个以合，构成一个以人人为主的高度智能化的人主的高度智能化的人机机结合系合系统，发挥这个系个系统的整体的整体优势，去解决，去解决问题。23.4.1建立系统学新思路形成一形成一形成一形成一门门关于一般系关于一般系关于一般系关于一般系统统的基的基的基的基础础学科，即系学科，即系学科，即系学科，即系统统学学学学信息学信息学信息学信息学控制学控制学控制学控制学运筹学运筹学运筹学运筹学系系系系统统工程工程工程工程与一般系与一般系与一般系与一般系统论统论耗散耗散耗散耗散结结构构构构论论协协同学同学同学同学微分微分微分微分动动力力力力系系系系统统超循超循超循超循环论环论混沌学混沌学混沌学混沌学24.4.1建立系统学新思路 得到系得到系统分分类后，后，钱学森意学森意识到系到系统学的学的对象是巨系象是巨系统，也有分支学科，原来，也有分支学科，原来设想的只是想的只是简单巨系巨系统学，学，还应有复有复杂巨系巨系统学，他不可学，他不可能在能在现有系有系统理理论的基的基础上上经过综合建立起来，合建立起来，由此而引出关于复由此而引出关于复杂巨系巨系统学的研究。学的研究。在概括出在概括出“综合集成法合集成法”这个概念后，个概念后，钱学森学森对于建立系于建立系统学有了全新的想法。学有了全新的想法。该方法是先方法是先讲大的大的总观点，然后点，然后讲特例，但如何特例，但如何实践践这个个纲领性德性德观点，尚无点，尚无进一步的一步的阐述。述。25.4.1建立系统学新思路圣塔菲学派宣称以复圣塔菲学派宣称以复杂适适应系系统为研究研究对象，象，以建立复以建立复杂适适应系系统的一元化理的一元化理论为目目标，这同学同学钱学森学派以开放复学森学派以开放复杂巨系巨系统为对象，以象，以建立开放复建立开放复杂巨系巨系统学学为目目标相当接近。相当接近。圣塔菲的主要人物都是在基圣塔菲的主要人物都是在基础科学科学层次卓有成次卓有成就的学者，注重就的学者，注重对复复杂系系统运行演化机制和基运行演化机制和基本本规律的研究，不大关心复律的研究，不大关心复杂性研究的当前性研究的当前应用用问题。他。他们的的长处正是中国从事系正是中国从事系统学研究学研究的主力短缺之的主力短缺之处，所以，建立开放复，所以，建立开放复杂巨系巨系统学学应当当“偏偏师借重圣塔菲借重圣塔菲”。26.4.2建立开放复杂巨系统的唯象理论科学框架科学框架科学框架科学框架理理论创新从个体思新从个体思维转变为群体思群体思维，集大成，得，集大成，得智慧。智慧。充分充分应用用现代代科学技科学技术的成的成果，特果，特别是以是以计算机算机为核心核心的系息技的系息技术，实行人机行人机结合、合、以人以人为主的技主的技术路路线。定性与定量相定性与定量相结合，合，也就是人与人也就是人与人结合、合、人与机人与机结合、定性合、定性与定量与定量结合，通合，通过这种三种三结合而求得合而求得思思维系系统最佳的整最佳的整体涌体涌现性，以性，以产生生科学的框架。科学的框架。其一其一其二其二其三其三唯象唯象论：就是从：就是从现象出象出发，光描述，光描述现象，把各种复象，把各种复杂现象的数据用数学的关系表达出来。象的数据用数学的关系表达出来。27.4.2建立开放复杂巨系统的唯象理论通通过研究模型来建立关于研究模型来建立关于对象原型的科学理象原型的科学理论，是是现代科学技代科学技术的一大特点。的一大特点。唯象理唯象理论也要用模型方法，确定有关系也要用模型方法，确定有关系统的性的性态量，揭示性量，揭示性态量之量之间能能够反映系反映系统运行机制运行机制和性能的数学关系，即建立系和性能的数学关系，即建立系统的数学模型。的数学模型。28.THANK YOU!29.