系统科学与系统工程.doc

第二章 系统科学与系统工程的理论基础 §2.1概述 · 依据系统思想建立完整科学体系称为系统科学 · 系统科学研究系统演化、发展的一般规律 · 系统科学的基本理论是系统学,它的技术基础是运筹学、控制论、信息论等，它的应用技术是系统工程。 · 系统科学的研究对象和其他学科不同，它不是研究某一特定形态的具体系统，它研究的是一般系统，反应的是自然界中各门科学、各个领域中共同的东西。 · 系统科学的研究内容是一般系统所具有的概念，系统所具有的共同性质和系统演化的一般规律，具体内容有： （1） 一般系统的概念 系统的定义、元素与结构、物性与系统性，实现与层次、系统与环境、行为与功能、存在与演化、状态与过程、系统与信息、系统分类、模型方法与系统描述等。 （2） 简单系统理论： 线性系统理论、信息论、控制论、大系统理论、运筹学、灰色系统理论、黑箱方法等。 （3） 开放系统理论： 开放与封闭的概念，可逆与不可逆，有序与无序，熵及其应用、平衡无序、平衡有序、非平衡有序、生命系统理论等。 （4） 非线性系统理论（一） 连续动力学模型、轨道、初态与终态、暂态与空态、运动稳定性、结构稳定性、吸引子、系统相图、分叉与多样性、突变与奇异性、连续混沌、瞬态特性与过程。 （5） 非线性系统理论（二） 离散动力学模型、离散映射、元胞自动机、布尔网络、神经网络、离散混沌等。 （6） 随机系统理论 随机过程与随机涨落、估计理论、主方程、朗之万方程，福克－普朗克方程、随机稳定性、随机系统定态解、随机控制。 （7） 自组织理论 自组织概念，自组织与他组织、自组织结构、支配原理序参量方程、自适应、自复制、自瓦解、自创性等。 （8） 简单原系统 熵与信息，统计综合，反应扩散模型，非线性振荡模型、微扰方法、时间均值分析、混沌的控制。 （9） 复杂适应系统理论 适应产生的复杂性、内部结构、内部模型、遗传算法echo模型、混沌边缘与复杂性、AN方法。 （10） 开放的复杂原系统 定性与定量相结合的综合集成法，从定性到定量的综合集成工程。 §2.2 一般系统论 一、 一般系统论的产生 背景：本世纪初，物理学、力学、化学等已得到深入发展、学科体系已趋于完整。 生物学却仍处于一种想象，试验的阶段。例如，生命的起源、生命的本质等问题，就存在两种激烈争论的观点 机械论与活力论 机械论：认为生物体应像机械体一样服从物理学、化学所阐明的各种规律，也就是说，把生命问题简化为物理和化学问题，纯粹用物理原因和化学原因来说明一切生命的生理现象和心理过程。 所以无法说明生命体的统一性. 活力论：认为不能把生命现象简单地归结为物理与化学过程，但却用“超自然的活力”来解释生命现象，认为有机界和无机界之间有一道不可逾越的鸿沟，支配生物体的是一种超物质力量。 美藉奥地利生物理论专家贝塔朗菲等人不满于机械论和活力论的解释，提出有有机体概念，强调要从整体关联角度看问题。 后来，“有机体”概念被进一步发展为“一般系统论”。 观点：一般系统论坚决反对活力论与机械论 1、 反对简单相加的观点，认为系统不是简单地等于各部分之和； 2、 反对机械观点，认为有机整体各部分的关系不能用机械关系来解释； 3、 反对被动反应观点，即生物活动不是受环境刺激作出简单信息，而是具有自调功能的活动，机体对于环境的干扰具有调节能力。 二、一般系统论的原则 1、 系统观点，即有机整体性原则 认为一切有机体都是一个开放的系统，都是一个有机整体。 2、 动态观点，即自组织性原则 认为一切生命现象本身都处于积极的活动状态，是自组织开放系统。 3、 组织等级观点 认为事物存在着不同组织等级和层次，各自的组织能力不同，并具有自身目的的性和自身调节性。 三、一般系统的内容 一般系统论包括三个方面 1、 系统科学理论――原理部分 2、 系统哲学――系统的哲学基础和哲学意义 3、 系统技术――应用技术 四、一般系统论的适用范围 不仅适合于有机体，而且也适合于经济、社会和科学技术等一切系统。 §2.3 大系统理论 2.3.1 什么是大系统？ 大系统的例子： · 工程技术大系统 大型工业企业，大型电力系统，交通运输系统，大型能源系统，大型建设工程 · 社会经济系统 国家行政管理系统，国民经济管理系统，商业系统，卫生医疗系统，教育系统 · 生物生态系统 人体控制系统，环境保护系统 大系统的特征： ① 规模庞大，构成大系统的要素本身就是一个完整系统，如：大型钢铁联合企业往往由炼铁厂、炼钢厂、轧钢厂等要素组成，而这些工厂本身就自成一个系统。 ② 结构复杂，各要素（子系统）之间存在多级递阶的复杂结构。 ③ 影响因素众多 大系统一般都是