1、S5.NUDT1第二章第二章 系统科学与系统工程系统科学与系统工程S5.NUDT22.1 系统科学体系系统科学体系一、构成系统学的基本理论一、构成系统学的基本理论 系统科学也像自然科学一样有基础科学，构筑这系统科学也像自然科学一样有基础科学，构筑这门基础科学的材料一方面来自于工程技术实践中提炼门基础科学的材料一方面来自于工程技术实践中提炼的技术科学，即二战发展起来的的技术科学，即二战发展起来的 运筹学运筹学 、 维纳的控制维纳的控制论论 和和 香农的信息论香农的信息论 ；另一方面来自自然科学和数学科；另一方面来自自然科学和数学科学中的系统理论，如冯学中的系统理论，如冯 .贝塔朗费的一般系统理论
2、和理贝塔朗费的一般系统理论和理论生物学、论生物学、 普里高津的耗散结构理论普里高津的耗散结构理论 、 哈肯的协同学哈肯的协同学、 托姆的突变论托姆的突变论 、 艾肯的生命自组织超循环理论艾肯的生命自组织超循环理论 、 圣圣菲研究所的霍兰的复杂适应系统理论菲研究所的霍兰的复杂适应系统理论 、 钱学森的开放钱学森的开放复杂巨系统理论复杂巨系统理论 等。等。 S5.NUDT3q一般系统论 （ general system theory)19241928;奥地利理论生物学家 L.VON 贝塔朗菲； 1945年发表 关于一般系统论 研究复杂系统一般规律的学科基本观点：整体性开放性及目的性（有效性、适应性
3、、寻的性）动态相关性（动态性取决于相关性）等级层次性有序性（结构或空间；发展或时间）1.一般系统论一般系统论S5.NUDT4 1925年，提出生物学机体理论；年，提出生物学机体理论； 1928年，发表年，发表 现代发展理论现代发展理论 ； 1932年，发表年，发表 理论生物学理论生物学 ； 1937年，在芝加哥大学讲课中口头提出一般系统理论年，在芝加哥大学讲课中口头提出一般系统理论(General Systems Theory, GST)； 1945年，年， 关于关于 GST 在在 德国哲学周刊德国哲学周刊 第第 18期发期发表；表； 1954年，在美国创立年，在美国创立 “一般系统理论（一般
4、系统理论（ GST）学会）学会 ”； 1968年，发表年，发表 GST：基础、发展和应用：基础、发展和应用 ； 1972年，临终前发表年，临终前发表 GST的历史与现状的历史与现状 。补：贝塔朗菲的成就补：贝塔朗菲的成就S5.NUDT5q耗散结构理论 （ dissipative structure theory)1969；比利时统计物理学家 I.普利高津研究 远离平衡态的开放系统 从无序到有序的演化规律的一种理论 .基本观点：耗散结构是系统的客观表现，其产生条件为：（ 1）系统必须是与环境进行能量、物质和信息交换的开放系统，并不断地引入足够大的负熵流；（ 2）系统必须是远离平衡态的非平衡系统；
5、（ 3）系统内各要素之间存在非线性的相互作用。 2.耗散结构理论耗散结构理论S5.NUDT63.协同学协同学q 协同学 （ synergetics）70年代初，联邦德国理论物理学家 H.哈肯研究 协同系统 从无序到有序的演化规律的新兴综合性学科协同学主要是从物理学角度出发运用现代科学技术的最新成果和现代数学理论提出了多维相空间的理论，研究了系统的组织状态，提出系统必定走向一有序结构，该结构就是系统的客观目标，不管从空间的哪一点开始，终归要走到这个代表有序结构的点，系统只有在此目标上才是稳定的，否则就不稳定。该理论解决了复杂系统如何由无序走向有序。 S5.NUDT7复杂系统理论 以非线性自组织理
6、论为核心的系统理论（欧洲学派） 以圣菲研究所（ SFI）为代表的理论框架，其代表性理论是 1994年霍兰提出的 CAS（复杂适应系统）理论（美国学派） 以开放的复杂巨系统理论为核心的理论体系（中国学派）霍兰认为：系统的复杂性源于主体的适应性；每个主体均有其复杂的内部结构；建立了刺激 -反应模型，描述了主体的适应和学习的过程。该理论采用人机结合以机为主的方法复杂系统问题。 4.复杂适应系统理论复杂适应系统理论 S5.NUDT8钱学森于 20世纪 80年代末提出了处理开放复杂系统的方法论 从定性到定量的综合集成方法和建立从定性到定量综合集成研讨厅的实践形式。综合集成法是从整体上研究问题的方法，采用
7、人机结合以人为主的思维方法和研究方式，对不同层次、不同领域的信息和知识进行综合集成，达到对整体的定量认识。该方法的实质是把专家系统、数据和信息系统以及计算机系统结合起来，构成一个高度智能化的人机结合系统。该方法精髓在于人机结合、以人为主和知识的综合集成。 5.开放复杂巨系统理论开放复杂巨系统理论 S5.NUDT9q超循环理论 （ hypercycle theory）1971，德国生物物理学家 M.艾根研究分子自组织的一种理论q突变论 （ catastrophe theory）60年代末，法国数学家 R.托姆研究不连续现象的一个新兴数学分支，也是一般形态学的一种理论，能为自然界中形态的发生和演化
8、提供数学模型q微分动力系统 （ differential dynamical systems）60年代初， S.斯梅尔、廖山涛（北大数学教授）系统科学的一个数学分支。主要研究随时间演变的 动力系统 的整体性质及其在扰动中的变化补补S5.NUDT10q分岔理论 （ bifurcation theory）50年代，苏联学者 A.A.安德罗诺夫等研究分岔现象的特性和产生机理的数学理论（早在 19世纪， C.雅可比、 H.庞加莱等人就已引进 “ 分岔 ” 概念）q卡姆定理 （ KAM theorem）50年代中至 60年代初， A.H柯尔莫戈罗夫、 B.阿诺德、 J.莫泽先后提出和证明关于哈密顿力学系统运动稳定性的一种论断，它反映 “ 弱 ” 不可积（或接近可积）系统的运动规律，该定理是牛顿力学在 20世纪的重大进展补补
