复杂系统理论方法研究进展课件.ppt

系统科学的基本理论方法和应用思考 严广乐 上海理工大学管理学院021glyan2003@ 一、揭开系统科学的神秘面纱（概念篇） 1、 在什么情况下1+12？ ——系统与系统思想 什么是系统：由相互区别、相互作用的各个部分有机地联系在一起，为同一目的而完成某种功能的集合体。 归纳为：多元性、相关性、整体性、目的性 系统思想的核心： （1）事物的普遍联系观点 （2）事物的永恒发展观点 系统的基本概念： （1）系统 S=A,R； S：系统； A；要素集合： R：关系集合 （2）结构、功能、行为 （3）开放、封闭 （4）状态、过程、演化 系统科学研究的核心问题： 大规模复杂系统的演化。系统演化的量个方向：起源与归宿 老子语：道生一，一生二，二生三，　　　三生万物，万物负阴以抱阳．  系统有序演化的自组织判据：  自组织有序演化　dr/dt = 0　　有序化临界 　 　　渐近无序化 　　系统熵可用于简单巨系统演化的描述与分析　 熵和序的关系: 熵:平均信息量,度量系统的不确定性和非均匀性;注重于量的度量. 序:对称破缺性,度量系统的差异性;注重于质的度量. 应用思考: 应用信息熵 （1）进行慢性疾病症状指标的聚类、关联性分析 （2）不同要素之间的相关性分析 （见孙继佳的部分工作） （3）运用熵判据描述和研究慢性疾病的演化进程（待探索）   　两类有序结构 静态有序结构： 静态结构，如食盐，冰—水—汽相互转化 动态有序结构： 耗散结构，如贝纳德流，生物系统等。 有序与系统演化： 进化—系统状态越来越有序； 退化—系统状态越来越无序。  4、船到桥头自会直 ——支配与演化 系统协同演化的三大基本原理： （1）不稳定性原理 不稳定性的积极作用 （2）支配原理 慢变量支配快变量 （3）序参量原理 序参量支配系统中其他变量 三个臭皮匠顶个诸葛亮——团队的整体涌现 三人行必有我师 （孔子语，概率约为99.93%） 水(H2O)的自豪与无奈 INTERNET与无标度网络（小世界、负幂率分布） 搭便车（行为学） 拉面中的长程关联 ——害羞的因果关系 长周期性： 太阳黑子爆发（约11.2年） 商业周期（4-5年） 库茨涅兹周期（15-16年） 经济长波（50-60年） 股票系统（？年） 一因多果，一果多因，多因多果（糖尿病） 应用思考： 慢性疾病在分子、细胞、组织、器官等方面存在复杂的纵向关联，呈现出一定的层次性和涌现性。因此，自组织理论包括协同理论和耗散结构理论将是处理问题的有力武器。 （1）城门失火，殃及池鱼 ——肾阴虚与季节有无（长程）关联？（五行学说） （2）慢性疾病的诊治有没有快变量和慢变量？其支配机制如何？序参量又是什么？（待探索） （3）慢性疾病发病过程是一个耗散结构演化过程？是有序化走向无序化？ （待探索） 最后一根稻草压死骆驼 ——量变与质变的阈值原理 真理与谬误仅一步之差（过犹不及） 变化与演化： 白蚁侵蚀木屋（突变） 炸药爆炸（崩溃） 零度水（临界） 应用思考： 慢性疾病病理变化的多阶段性，并且阶段内表现为数量渐变，阶段间表现为本质性突变。因此突变理论和方法将会有用武之地。 其势函数包括那些因素？突变芽如何确定？从量变到质变的内在机制是什么？（待研究）  6、电脑算命你信吗？ ——混沌与初值敏感性 什么是混沌？ （1）鱼缸中的苍蝇 （2）春蚕结茧 （3）心跳与脉搏 （4）天气能预报吗？ （5）股价指数谁能说得准？ １、一枚蹄钉亡了一个帝国—初值 敏感性 美国民谣： 缺了一枚钉，坏了一只蹄铁； 坏了一只蹄铁，翻了一匹马； 翻了一匹马，死了一位将； 死了一位将，输了一场战争； 输了一场战争，亡了一个帝国。 罗伦兹的故事 差之毫厘，谬以千里。 ８.混沌的基本特征： （1）初值敏感性 （2）非周期性 （3）局部不稳定、全局稳定性 （4）内在随机性 （5）自相似性 （6）分数维数 应用思考： 慢性疾病在发展过程中一些细微的因素可能会成为“导火索”，此时“蝴蝶效应”、初值敏感性，混沌理论可能会有表演的舞台。 （1）慢性疾病的病变过程中是否会有阈值效应？（待研究） （2）慢性疾病的演变有没有自相似过程？如果有，其自相似规律又是什么？（待研究）  分形： 海岸线到底有多长？ 传统维数的概念： d=㏑k/ ㏑l 点—零维； 线—一维 面—两维 体—三维 运动物体—四维 Sierpin