系统方法论与

课题研究

仲鸿生2009 年 5 月 27 日

按照钱学森的观点 , 系统科学的体系结构是 : 哲学 ( 辨证唯物论 ) 系统科学哲学 ( 桥梁 ): 系统科学辩证法 , 系

统科学方法论 , 系统科学认识论 , 系统科学史……

基础科学 : 简单巨系统学 , 开放复杂巨系统学 技术科学 : 信息学 , 控制学 , 运筹学 , 事理学 ,

博弈学 工程技术 : 系统工程 , 控制工程 ( 社会实践 )

复杂性科学 ( 系统科学理论 ) 老三论 　 1 ．系统论（ System Theory ） 　 2 ．信息论 () 　 3 ．控制论 (Cybernetics) 新三论 　 4 ．耗散结构论 (Dissipative structure theory ) 　 5 ．协同论（ Synergetics theory ） 　 6 ．突变论（ Morphogenesis ） 以及 7 ．混沌理论 ; 8 ．模糊理论 ; 9 ．超循环

理论 ; 10 ．博弈论

系统论（ System Theory ）

是研究系统的一般模式、结构和规律的学问，它研究各种系统的共同特征，用数学方法定量地描述其功能，寻求并确立适用于一切系统的原理、原则和数学模型，是具有逻辑和数学性质的一门新兴的科学。

一般系统论的基本观点是，一个系统是由许多相互关联又相互作用的部分所组成的不可分割的整体，较复杂的系统可进一步划分成更小、更简单的次系统，许多系统可组织成更复杂的超系统，例如国家是大地区的次系统，大地区是国家的超系统；长江三角洲是中国的次系统，中国是长江三角洲的超系统。系统的活动总是朝着目标前进的。为了达到一个共同的目标，系统需要通过各次系统之间的相互作用，以及与环境的相互作用，持续地调整与环境的关系，达到适应环境的目标，因而必须整体地对待各系统内部与各系统之间的关系。

系统思想源远流长（如“牵一发而动全身”，中医的辩证施治等），但作为一门科学的系统论，公认是加籍奥地利人、理论生物学家 L.V. 贝塔朗菲（ L.Von.Bertalanffy ）创立的。他在 1952年发表“抗体系统论”，提出系统论思想。 1973 年他提出一般系统论原理，奠定这门科学的理论基础。他的论文《关于一般系统论》在 1945 年公开发表，他的理论到 1948 年在美国再次讲授“一般系统论”时，得到学术界的重视。

确立这门科学学术地位的是 1968 年贝塔朗菲发表的专著：《一般系统理论——基础、发展和应用》(General System Theory ： Foundations ， Development ， Applications),该书被公认为是这门学科的代表作。

系统论认为，整体性、综合性，等级结构性、动态平衡性、时序性、有效性以及定量化、最优化、信息化、人机化，并且使辩证法更加具体化和精确化等，是所有系统的共同的基本特征。

系统定义 一般系统论给出一个能描述各种系

统共同特征的一般的系统定义：由若干要素以一定结构形式联结构成的具有某种功能的有机整体。在这个定义中包括了系统、要素、结构、功能四个概念，表明了要素与要素、要素与系统、系统与环境三方面的关系。

系统论的核心思想是系统的整体观念，整体性具有方法的本征。贝塔朗菲强调，任何系统都是一个有机整体，它不是各部分的机械组合或简单相加，系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的新质。他用亚里斯多德的“整体大于部分之和”的名言来说明系统的整体性，反对那种认为要素性能好，整体性能一定好，以局部说明整体的机械论的观点。同时认为，系统中各要素不是孤立存在，每个要素在系统中都处于一定的位置，起着特定的作用。要素之间相互关联，构成一个不可分割的整体。

要素是整体中的要素，如果将要素从系统整体中割离出来，它将失去要素的作用。正像人手在人体中是劳动的器官，一旦将手从人体中砍下来，就不再是劳动的器官一样。

关于整体涌现性的研究

综合性。系统科学方法继承了传统综合方法的核心——联系的观点，结合现代科学发展的实际，赋予了新意。它要求对任一客观对象的研究都必须从其结构、成分、功能、相互联系的方式及其历史发展等多方面，一开始就进行综合考察。并且始终注意从纵横相结合的一切方面，研究某类或几类事物以至全部对象的共同属性和共同规律。

有效性。以往的研究方法只注意解决单因素、静态和简单的系统，而对多因素、动态、复杂系统的问题无能为力。现在，在电子计算机配合之下，运用系统科学方法顺利解决多因素、动态或复杂系统问题，提供了可能性和现实性。

定量化。系统科学方法在描述客体时，总是尽量用数学语言，使问题得到较精确的定量统计，因而使得包括社会、经济在内的许多复杂系统的研究，从定性走向量化。正因为系统科学具有这样的数学特征，所以，至今还有人把其相关的部分视为数学的分支。事实上，它的确有力地推动了应用数学的发展。

最优化。这一特征体现了系统科学方法解决问题时所要达到的目标，这是传统方法所不能及的。它可以根据需要和可能为系统确定出优化目标，运用新技术手段和处理方法，把整个系统逐级分成不同等级和层次，在动态中协调整体和部分的关系，使部分的功能和目标服从系统总体的最佳目标，以达到总体最优。

信息化。系统科学解决问题不是着眼于物质和能量，而是信息。即它撇开具体物质和能量形态，而把任何物质系统都视为信息的获取、传输、加工和处理过程，并认为正是由于内部存在的信息流才使系统维持正常、有序和有目的性的运动。进而把任何实践活动都可简化为三股流：人流、物流和信息流。其中，信息流起着支配作用，它调节着人流和物流方向、目标。据此，可控制信息流向。它对科学研究、调节社会平衡等都有益处。

人机化。改变了处理问题的方式，实现了“人——机器系统” 。通常人是思维的唯一主体，人脑是信息加工的唯一器官。但现实问题越来越复杂，处理的信息越来越多，单靠人脑加工信息已远不能适应需要。系统科学提供了人作为思维主体，利用电脑组成“人——机系统”，以实现最佳处理问题的目标。

使辩证法更加具体化和精确化。系统科学沟通了哲学与自然科学的联系，而辩证法就是关于普遍联系、普遍发展及其整体性、系统性的科学，系统科学正揭示了事物之间的信息联系和系统的联系。这使揭示事物普遍联系、普遍发展及其整体、系统性质的唯物辩证法具体化了。何况系统科学能用数学的表达式精确地描述上述联系、相互作用及其相互转化的关系，从而为进一步发展辩证唯物主义提供了丰富的材料。

系统论的基本思想方法，就是把所研究和处理的对象，当作一个系统，分析系统的结构和功能，研究系统、要素、环境三者的相互关系和变动的规律性，并优化系统的观点看问题，世界上任何事物都可以看成一个系统，系统是普遍存在的。大至茫茫宇宙，小至微观的原子，乃至一粒种子、一群蜜蜂、一台机器、一个工厂、一个学会团体、……都是系统，整个世界就是系统的集合。

系统是多种多样的，可根据不同原则和情况来划分系统的类型。按人类干预的情况可划分为自然系统、人工系统；按学科领域可分为自然系统、社会系统和思维系统；按范围大小划分则有宏观系统、微观系统；按与环境的关系划分有开放系统、封闭系统、孤立系统；按状态划分有平衡系统、非平衡系统、近平衡系统、远平衡系统等等。另外，还有大系统、小系统的相对区别。

系统论的任务，不仅在于认识系统的特点和规律，更重要的还在于利用这些特点和规律去控制、管理、改造或创造一系统，使它的存在与发展合乎人的需要。也就是说，研究系统的目的在于调整系统结构，即各要素的关系，使系统达到优化的目标 , 同时 ,处理好与环境的关系。

系统论的出现，使人类的思维方式发生了深刻变化。以往研究问题，是把事物分解成若干部分，抽象出最简单的因素来，然后再以部分的性质去说明复杂事物。这是笛卡尔奠定理论基础的分析方法。这种方法的着眼点在局部或要素，遵循的是单项因果决定论。虽然这是几百年来在特定范围内行之有效、人们最熟悉的思维方法，但它不能如实地说明事物的整体性，不能反映事物之间的联系和相互作用，它只适于认识较为简单的事物，而不胜任于研究复杂问题。

在现代科学的整体化和高度综合化发展的趋势下，在人类面临许多规模巨大、关系极其复杂、参数众多的复杂系统面前，仅用传统分析方法就显得无能为力了。正当人们束手无策时，系统分析方法却站在时代前列，高屋建瓴，综观全局，别开生面地为解决现代复杂问题提供了有效的思维方式。所以系统论，连同控制论、信息论等其他横断科学一起所提供的新思路和新方法，为人类的思维开拓了新路，它们作为现代科学的新潮流，促进着各门科学的发展。

系统论反映了现代科学发展的趋势，反映了现代社会化大生产的特点，反映了现代社会生活的复杂性，所以它的理论和方法能够得到广泛应用。系统论不仅为现代科学的发展提供了理论和方法，而且也为解决现代社会中的政治、经济、军事、科学、文化等等方面的各种复杂问题提供了方法论的基础，系统观念正渗透到每个领域。

当前系统论发展的趋势和方向是朝着统一各种各样的系统理论，建立统一的系统科学体系的目标前进着。随着系统运动而产生的各种各样的系统 ( 理 ) 论的统一业已成为重大的科学问题和哲学问题。

系统理论目前已经显现出几个值得注意的趋势和特点 :第一，系统论与控制论、信息论，运筹学、系统工程、电子计算机和现代通讯技术等新兴学科相互渗透、紧密结合；第二，系统论、控制论、信息论，正朝着“三归一”的方向发展，现已明确系统论是其它两论的基础；第三，耗散结构论、协同论、突变论、模糊系统理论等新的科学理论，从各方面丰富发展了系统论的内容，有必要概括出一门系统学——作为系统科学的基础科学理论；第四，系统科学的哲学方法论问题日益引起人们的重视。

系统工程Ｓ ystems Engineering, SE

20世纪中期兴起的一门实用学科，是软科学的重要组成部分；它不仅是一门综合性很强的实用性技术科学，也是一种现代化的组织管理技术；目前已被广泛应用于国民经济各个部门，成为制定最优规划，实现最优管理的重要方法和工具，在现代化建设中，发挥出重要的作用，并取得显著的成果。

定义 系统工程是用科学方法规划和组织人力、物力、财力，通过最优途径的选择，使人们的工作在一定期限内收到最合理、最经济、最有效的结果。

所谓科学方法，就是从整体观念出发，通盘筹划，合理安排整体中的每一个局部，以求得整体的最优规划、最优管理和最优控制，

控制论（ Cybernetics ） 维纳：控制论是关于动物、机器和社会的控制

与通信的科学； 钱学森：控制论是研究系统成员关系的人为调

控以达到系统整体运行优化的技术科学； 黄琳：控制论是研究在一定限制条件下，发挥

能动性以实现对系统的控制的一门技术科学；

　自从 1948 年诺伯特 ·维纳发表了著名的《控制论——关于在动物和机中控制和通讯的科学》一书以来，控制论的思想和方法已经渗透到了几乎所有的自然科学和社会科学领域。维纳把控制论看作是一门研究机器、生命社会中控制和通讯的一般规律的科学，更具体他说，是研究动态系统在变的环境条件下如何保持平衡状态或稳定状态的科学。他特意创造“ Cybernetics” 这个英语新词来命名这门科学。“控制论”一词最初来源于希腊文“ mberuhhtz” ，原意为“操舵术”，就是掌舵的方法和技术的思。

　 1834 年，著名的法国物理学家安培写了一篇论述科学哲理的文章，他进行科学分类时，把管理国家的科学称为“控制论”，他把希腊文译成法“ Cybernetigue” 。在这个意义下，“控制论”一词被编入 19 世纪许多著词典中。维纳发明“控制论”这个词正是受了安培等人的启发。

　在控制论中，“控制”的定义是：为了“改善”某个或某些受控对象的功能或发展，需要获得并使用信息，以这种信息为基础而选出的、于该对象上的作用，就叫作控制。由此可见，控制的基础是信息，一切信传递都是为了控制，而任何控制又都有赖于信息反馈来实现。信息反馈是控制论的一个极其重要的概念。通俗他说，信息反馈就是指由控制系统把信息输送出去，又把其作用结果返送回来，并对信息的再输出发生影响，起到控制的作用，以达到预定的目的。

　自动控制系统的理论。主要是反馈论，包括从功能的观点对机器和物体中（神经系统、内分泌及其他系统）的调节和控制的一般规律的研究。

　自动快速电子计算机的理论。即与人类思维过程相似的自组织逻辑过程的理论。

控制论系统的的主要特征

　第一个特征，是要有一个预定的稳定状态或平衡状态。例如在上述的度控制系统中，速度的给定值就是预定的稳定状态。

　第二个特征，是从外部环境到系统内部有一种信息的传递。例如，在度控制系统中，转速的变化引起的离心力的变化，就是一种从外部传递到统内部的信息。

　　

　第三个特征，是这种系统具有一种专门设计用来校正行动的装置。例如速度控制系统中通过调速器旋转杆张开的角度控制蒸汽机的进汽阀门升降装置。

　第四个特征，是这种系统为了在不断变化的环境中维持自身的稳定，内部都具有一种自动调节的机制，换言之，控制系统都是一种动态系统。

控制论在管理上的应用　　从控制系统的主要特征出发来考察管理系统，

可以得出这样的论：管理系统是一种典型的控制系统。管理系统中的控制过程在本质上与工程的、生物的系统是一样的，都是通过信息反馈来揭示成效与标准之间的差，并采取纠正措施，使系统稳定在预定的目标状态。因此，从理论上说，适合于工程的、生物的控制论的理论与方法，也适合于分析和说明管理控制问题。

　维纳在阐述他创立控制论的目的时说：“控制论的目的在于创造一种语言和技术，使我们有效地研究一般的控制和通讯问题，同时也寻找一套恰当的思想和技术，以便通讯和控制问题的各种特殊表现都能借助一定的概念加以分类。”　的确，控制论为其他领域的科学研究提供了一套思想和技术，以致在维纳的《控制论》一书发表后的几十年中，各种冠以控制论名称的边缘学科如雨后春笋般生长出来。例如工程控制论、生物控制论、神经控制论、经济控制论以及社会控制论等。而管理更是控制论应用的一个重要领域。人们对控制论原理最早的认识和最初的运用是在管理方面。从这个意义上说，控制论之于管理恰似青出于蓝。用控制论的概念和法分析管理控制过程，更便于揭示和描述其内在机理。

　在管理工作中，作为管理职能之一的控制是指：为了确保组织的目标以及为此而拟定的计划能够得以实现，各级主管人员根据事先确定的标准或因发展的需要而重新拟定的标准，对下级的员工进行衡量、测量和评价，并在出现偏差时进行纠正，以防止偏差继续发展，今后再度发生；或者，根据组织内外环境的变化和组织的发展需要，在计划的执行过程中，对原计划进行修订或制订新的计划，并调整整个管理工作程序。因此，控制工作是每个主管人员的职能。主管人员常常忽视了这一点，似乎控制工作是上层主管部门和中层主管部门的事。

管理控制与“控制”的相似处

　　管理活动中的控制工作，是一完整的复杂过程，也可以说是管理活动这一大系统中的子系统，其实质和控制论中的“控制”一样，也是信息反馈。　　管理活动中的控制工作与控制论中的

“控制”在概念上的相似之处：

　（ 1 ）二者的基本活动过程是相同的。无论是控制工作还是“控制”都包括三个基本步骤： 1 ）确立标准；2 ）衡量成效； 3 ）纠正偏差。为了实施控制，均需在事先确立控制标准，然后将输出的结果与标准进行比较；若发现有偏差，则采取必要的纠正措施，使偏差保持在容许的范围内。

　

　（ 2 ）管理控制系统实质上也是一个信息反馈系统，通过信息反馈，揭示管理活动中不足之处，促进系统进行不断的调节和改革，以逐渐趋于稳定、完善，直致达到优化的状态。同其他系统中的控制一样，在现代化管理中有许多情况要正反馈。两个组织之间的竞赛或竞争就是一例，你追我赶，相互促进。更大量的还是为了缩小和消灭与既定目标的差距的负反馈。

　（ 3 ）管理控制系统和控制论中的控制系统一样，也是一个有组织的系统。它根据系统内、外的变化而进行相应的调整，不断克服系统的不肯定性，而使系统保持在某种稳定状态。

管理控制与“控制”的区别　　 1. 控制论中的“控制”，实质是一个简单的

信息反馈，它的纠正措施往往是即刻就可付诸实施的。而且，若在自动控制系统中，一旦给定程序，衡量成效和纠正偏差就是自动进行的，而管理工作中的控制活动更为复杂和实际。主管人员当然要衡量实际的成效情况，并与标准相比较，并明确地分析出现的偏差和原因。但为了作出必要的纠正，主管人员必须为此而花费一定的人力、物力和财力去拟订计划并实施这一计划，才有可能纠正偏差以达到预期的成效。

　 2. 简单反馈中的“信息”，是一个一般意义上的词汇，即简单的“信息包括能量的机械传递、电子脉冲、神经冲动、化学反应、文字或口头的消息以及能够借以传递“消息”的任何其他手段。对于一个简单反馈的控制系来说，它所反馈的信息往往是比较单纯的。而对于管理控制工作中的“信息来说，它是根据管理过程和管理技术而组织起来的在生产经营活动中产的，并且经过了分析整理后的信息流或信息集，它们所包含的信息种类繁多数量巨大。

　这种管理信息（包括管理控制工作中的信息）和管理系统结合一起，就形成了一个系统——管理信息系统。这种系统，由于既要反映生产过程，以便使信息系统能起到控制产品生产过程和产品的价值形成过程的作用；又要适应管理决策的需要，使信息系统能起到为各级管理服务的作用，使信息的流动符合管理决策的需要，使信息系统成为进行科学管理严格执行计划的有力工具。

　因此，就要求它具有如下功能： （ 1 ）处理信息及时、准确； （ 2 ）控制计划和经营管理，使之处于最佳状态； （ 3 ）便于进行方案比较和择优； （ 4 ）有助于预测。

　管理是否有效，关键在于管理信息系统是否完善，信息反馈是否灵敏正确、有力。灵敏、正确和有力的程度是一个管理制度或一个管理职能部门是否有充沛生命力的标志，这就是现代管理理论中的反馈原理。要“灵敏”就必须有敏锐的“感受器”，以便能及时发现变化着的客观实际与计划目的之间的矛盾。要“正确”，就必须有高效能的分析系统，以过滤和加工得来的各种消息、情报、数据和信息等，“去粗取精、去伪存真、由此及彼、由表及里”。“有力”就是把分析整理后得到的信息化为主管人员强有力的行动，以修正原来的管理动作，使之更符合实际情况，以期达到管理和控制的目的。

　 3. 按照“控制论”的观点，生物或机械等等各种系统的活动均需要控制。

　进行这种控制活动的目的是设法使系统运行中所产生的偏差不致超出允许范围而维持在某一均衡点上。

　对管理来说，控制工作的目的不仅要使一个组织按照原定计划，维持其正常活动，以实现既定目标；而且力求使组织的活动有所前进，有创新，以达到新的高度，提出和实现新的目标。也就是说，管理的职能活动，通过信息反馈，形成了一个闭合回路系统。管理活动无始无终，一面要像控制论中的“控制”一样，使系统的活动维持在一均衡点上；另一面还要使系统的活动在原均衡点的基础上。求得螺旋形上升。全面质量管中推行的 PDCA 工作法，实际上就体现这个特点。

　在现代管理系统中，人、财、物等要素的组合关系是多种多样的，时间变化和环境影响很大，内部运行和结构有时变化也很大，加上组织关系错综复杂，随机因素很多，处在这样一个十分复杂的系统中，要想实现既定的目标，执行为此而拟定的计划，求得组织在竞争中的生存和发展，不进行控制工作是不可想象的。

信息论

　　　　信息论是一门用数理统计方法来研究信息的度量、传递和变换规律的科学。它主要是研究通讯和控制系统中普遍存在着信息传递的共同规律以及研究最佳解决信息的获限、度量、变换、储存和传递等问题的基础理论。

　

　信息论将信息的传递作为一种统计现象来考虑，给出了估算通信信道容量的方法。信息传输和信息压缩是信息论研究的两大领域。这两个方面又由信息传输定理、信源－信道隔离定理相互联系。

　香农被称为是“信息论之父”。人们通常将香农于 1948 年 10 月发表于《贝尔系统技术学报》上的论文《 A Mathematical Theory of Communication 》（通信的数学理论）作为现代信息论研究的开端。这一文章部分基于哈里 ·奈奎斯特和拉尔夫 ·哈特利先前的成果。在该文中，香农给出了信息熵（以下简称为“熵”）的定义：

H = - ∑ pilogpi

　这一定义可以用来推算传递经二进制编码后的原信息所需的信道带宽。熵度量的是消息中所含的信息量，其中去除了由消息的固有结构所决定的部分，比如，语言结构的冗余性以及语言中字母、词的使用频度等统计特性。

　目前，人们已把早先建立的有关信息的规律与理论广泛应用于物理学、化学、生物学等学科中去。一门研究信息的产生、获取、变换、传输、存储、处理、显示、识别和利用的信息科学正在形成。

　信息科学是人们在对信息的认识与利用不断扩大的过程中，在信息论、电子学、计算机科学、人工智能、系统工程学、自动化技术等多学科基础上发展起来的一门边缘性新学科。它的任务主要是研究信息的性质，研究机器、生物和人类关于各种信息的获取、变换、传输、处理、利用和控制的一般规律，设计和研制各种信息机器和控制设备，实现操作自动化，以便尽可能地把人脑从自然力的束缚下解放出来，提高人类认识世界和改造世界的能力。信息科学在安全问题的研究中也有着重要应用。

耗散结构论普里高津（ I. Prigogine ）教

授于 1969 年提出耗散结构论（ Dissipative structure theory ）

普里高津认为 :混沌与耗散结构代表了宇宙万物的根本规律 , 并证明了耗散结构理论内核的普遍适用性；第一次把可逆时间和不可逆时间、无序和有序、偶然性和必然性、热力学和动力学、物理学和生物学、自然科学与人文科学等都带到同一个新框架之内 , 并探讨它们相互间的关系 ,从而形成一种全新的科学观和自然观 。

协同论哈肯（ H.Haken ）教授于 1970 年提出协同论（ Syn

ergetics theory ）。

突变论

突变论是专门研究不连续现象的一个新兴学科。它的提出归功于法国数学家托姆。

　托姆曾经荣获菲尔兹奖章。该奖在多方面可和诺贝尔奖相比，是当今中青年数学家可望获得的最高奖赏。

　 300 多年来，数学家可利用的绝大多数技巧是对连续性态作定量研究。这些方法主要是以牛顿和莱布尼茨时代就很熟悉的微积分学为基础的。而不连续性态的研究就显得薄弱得多、落后得多。

自然界中一般有两种基本过程：一种是连续的或“光滑的”变化，另一种是不连续的或“突然的”变化。

7 种初等突变。 量变与质变（突变，灾变）。

混沌学自组织现象作为崭新的科学范例，使人们可以设想出有序如何从无序中产生，以及可在何种程度上加以探索和研究。混沌学的问世，也大大改变了我们对复杂性的看法。它是在科学前沿探索中多学科交叉的产物。

混沌学中的四对基本辩证科学范畴是：

“ 确定”与“随机”、“有序”与“无序”、“简单”与“复杂”、“线性”与“非线性”，它们都从相反相成的角度丰富和发展了传统西方辩证法的内涵和意义。

模糊数学方法以 1965 年札德（ L.A.Z ）的奠基性论驻

著《模糊集合》的发表为起点，经过 30 年的发展，这一学科在理论和应用方面均取得很大成果。它的产生和发展进一步丰富了科学方法论宝库。

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