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第六章 计算学科中的系统科学方法 6.1 系统科学与系统科学方法 6.2 软件开发中使用系统科学方法的原因 6.3 结构化方法 6.4 面向对象方法 第六章 计算学科中的系统科学方法 系统科学方法是指利用系统的观点来认识和处理问题的各种方法的总称。 模型方法是系统科学的基本方法，研究系统具体来说就是研究它的模型。模型是对系统原型的抽象，是科学认识的基础和决定性环节。 模型与实现是认识与实践的一种具体体现，在计算学科中，它反映了抽象、理论和设计3个过程的基本内容。模型与实现包括建模、验证和实现3方面的内容。 6.1 系统科学和系统科学方法 系统科学起源于对传统数学、物理学和天文学的研究，诞生于20世纪40年代 系统科学的崛起被认为是20世纪现代科学的两个重大突破性成就之一 建立在系统科学基础上的系统科学方法开辟了探索科学技术的新思路，它是认识、调控、改造和创造复杂系统的有效手段，它为系统形式化模型的构建提供了有效的中间过渡模式 6.1 系统科学和系统科学方法 现代计算机普遍采用的组织结构，即冯.诺依曼计算机组织结构就是系统科学在计算机领域所取得的应用成果之一 随着计算技术的迅猛发展，计算机软硬件系统变得越来越复杂，因此，系统科学方法在计算学科中的作用也越来越大 6.1 系统科学和系统科学方法 系统科学的基本概念 系统科学遵循的一般原则 常用的几种系统科学方法 实例 6.1 系统科学和系统科学方法 系统科学的基本概念 系统科学是探索系统的存在和运动变化规律的学问，是对系统本质的理性认识，是人们认识客观世界的一个知识体系。 6.1 系统科学和系统科学方法 系统科学的基本概念 ①系统和子系统 ②结构和结构分析 ③层次和层次分析 ④环境、行为和功能 ⑤状态、演化和过程 ⑥系统同构 6.1 系统科学和系统科学方法 系统科学的基本概念 ①系统和子系统 系统是指由相互联系、相互作用的若干元素构成的、具有特定功能的统一整体。 S=A,R A表示系统S中所有元素的集合 R表示系统S中所有元素之间关系的集合 6.1 系统科学和系统科学方法 系统科学的基本概念 ①系统和子系统 一个大的系统往往是复杂的，通常可以划分为一系列较小的系统，这些系统称为子系统。 Si=Ai,Ri Si﹤S，Ai﹤A,Ri﹤R 6.1 系统科学和系统科学方法 系统科学的基本概念 ②结构和结构分析 结构是指系统内各组成部分（元素和子系统）之间相互联系、相互作用的框架 结构分析的重要内容就是划分子系统，并研究各子系统之间的相互关系 6.1 系统科学和系统科学方法 系统科学的基本概念 ③层次和层次分析 层次是划分系统结构的一个重要工具，也是结构分析的主要方式。 系统的结构可以表示为各级子系统和系统要素的层次结构形式。 高层次包含和支配低层次，低层次隶属和支撑高层次 明确所研究的问题处在哪一个层次上，可以避免因混淆层次而造成的概念混乱 6.1 系统科学和系统科学方法 系统科学的基本概念 ③层次和层次分析 层次分析的主要内容有系统是否划分层次、划分了哪些层次、各层次的内容、层次之间的关系以及层次划分的原则等 6.1 系统科学和系统科学方法 系统科学的基本概念 ④环境、行为和功能 系统的环境是指一个系统之外的一切与它有联系的事物组成的集合。系统要发挥它应有的作用，达到应有的目标，系统自身一定要适应环境的要求 6.1 系统科学和系统科学方法 系统科学的基本概念 ④环境、行为和功能 系统的行为是指系统相对于它的环境所表现出来的一切变化 行为属于系统自身的变化，同时又反映环境对系统的影响和作用 系统的功能是指系统行为所引起的、有利于环境中某些事物乃至整个环境存在与发展的作用 6.1 系统科学和系统科学方法 系统科学的基本概念 ⑤状态、演化和过程 状态是指系统的那些可以观察和识别的形态特征，状态可以用系统的定量特征（如温度T、体积V等）来表示 演化是指系统的结构、状态、特征、行为和功能等随时间的推移而发生的变化 过程是指系统的演化所经过的发展阶段，它由若干子过程组成。过程的最基本元素是动作，动作不能再分 6.1 系统科学和系统科学方法 系统科学的基本概念 ⑥系统同构 系统同构是指不同系统数学模型之间存在的数学同构，它是系统科学的理论依据 在数学中，同构有以下二个重要特征： ①两个不同的代数系统，它们的元素基数相同，并能建立一一对应的关系 6.1 系统科学和系统科学方法 系统科学的基本概念 ⑥系统同构 ②两个代数系统运算的定义也对应相同。 一个代数系统中的两个元素经过某种运算后得到的结果与另一个代数系统对应的两个元素经相应的运算后得到的结果元素互为对应 一个代数系统中的元素被其对应系统的元素替换后，可得另一代数系统的运算表 6.1 系统科学和系统科学方法 系统科学的基本概念 ⑥系统同构 系统同构是