1、第 6章 计算学科中的系统科学方法李陶深第 6章 计算学科中的系统科学方法6.1 系统科学的基本思想 o 系统科学方法是指用系统的观点来认识和处理问题的各种方法的总称，它是一般科学方法论中的重要内容。系统科学方法为现代科学技术的研究带来了革命性的变化，并在社会、经济和科学技术等各个方面都得到了广泛的应用。o 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。o 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。o 模型与实现包括建模、验证和实现 3方面的内容。n 建模主要属于学科
2、抽象形态方面的内容，n 模型的验证主要属于学科理论形态方面的内容，n 模型的实现则主要属于学科设计形态方面的内容。 系统（ System） 和子系统（ Subsystem）系统可以形式化地定义为： S=其中：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。一个大的系统往往是复杂的，它通常可以划分为一系列较小的系统，这些系统称为子系统。子系统可以形式化地定义为： Si=其中：SiS；AiA；RiR。结构（ Structure） 和结构分析（ Structure Analysis）o 所谓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。o 结构分析的重
3、要内容就是划分子系统，并研究各子系统的结构以及各子系统之间的相互关系。 层次（ Hierarchy） 和层次分析（ Hierarchy Analysis） o 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。一般来说，在系统中，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层次上，可以避免因混淆层次而造成的概念混乱。o 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。 环境 、 行为和功能o 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
4、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。o 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。o 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。 状态（ State）、 演化（ Evolution） 和过程（ Process） o 状态是系统科学中的基本概念之一，它是指系统的那些可以观察和识别的形态特征。状态一般可以用系统的定量特征来表示，如温度 T、体积 V等。o 演化是指系统的结构、状态、特征、行为和功能等随着时间的推移而发生的变化。系统的演化性是系统的基本特性。o 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。 常用的几种系统科学方法 o 系统分析法是以运筹学和计算机为主要工具，通过对系统各种要素、过程和关系的考察，确定系统的组成、结构、功能、效用的方法。系统分析法广泛应用于计算机硬件的研制和软件的开发，技术产品的革新，环境科学和生态系统的研究，以及城市管理规划等方面。 o 信息方法是以信息论为基础，通过获取、传递、加工、处理、利用信息来认识和改造对象的方法。
