發布時間：2021-06-18所屬分類：文史論文瀏覽：1次
摘 要： 【摘要】系統理論反映了現代社會化大生產的特點和現代社會生活的復雜性，為解決現代復雜問題提供了有效的思維方式和新方法，得到了廣泛應用，成為現代科學的新潮流，促進著各門科學的發展、反映了現代科學發展的趨勢。文章對當前系統科學發展的學科體系、發
【摘要】系統理論反映了現代社會化大生產的特點和現代社會生活的復雜性，為解決現代復雜問題提供了有效的思維方式和新方法，得到了廣泛應用，成為現代科學的新潮流，促進著各門科學的發展、反映了現代科學發展的趨勢。文章對當前系統科學發展的學科體系、發展階段和前沿性的理論加以梳理、述評，力求描繪系統科學當前發展的全貌，為更好地對其加以應用奠定理論基礎。
【關鍵詞】系統科學;自組織;耗散結構;耦合;混沌
系統科學的思維方法是現代管理思想具有的一種普遍的思維方法。系統科學諸學科著眼于世界的復雜性，確立系統觀點即復雜性方法論原則，歸納整體和部分之間的相互關系、系統與環境之間的相互關系。
一、系統科學的學科體系
系統科學是研究系統的類型、一般性質和運動規律的科學。作為一個完整的科學體系，它包括三個部分：系統學、系統方法學和系統工程學。[1]系統學是系統科學的基礎理論，它研究一般系統的基本概念、基本性質和基本規律，分為系統概念論和系統進化論。系統概念論研究有關一般系統的基本概念和一般系統的基本性質，為系統學建立邏輯結構，并以數學形式表示這一邏輯結構。有關一般系統的基本概念有系統要素、環境、信息、結構、功能、漲落、系統時空等;一般系統的基本性質是整體性、穩定性、適應性、等級性和歷時性。系統進化論研究適用于各種具體系統的一般進化原理，也就是研究一般系統的產生、變化和發展的基本規律。系統進化是一個從無序到有序，再從新無序過渡到新有序的反復循環發展過程。系統進化的機制是漲落、環境選擇和隔離。漲落為系統進化提供材料，而環境選擇決定系統進化的方向。系統信息量的增加是系統進化的標志。與系統學研究有關的研究領域主要有五種:一是一般系統論;二是耗散結構理論;三是哈肯的協同學;四是艾根的超循環理論;五是槌田敦的資源物理學。
系統方法學根據系統學基本理論研究系統方法，其中包括系統方法的基本構成、系統方法的基本原則和若干方法論學科。系統方法是系統科學的基本方法，是結構方法、功能方法與歷史方法的辯證統一。系統方法的基本原則是提供研究或研制各種系統時所必須遵循的思想原則，其中包括整體性原則、相關性原則、綜合性原則、目的性原則、層次性原則和歷時性原則。系統方法學的核心是若干方法論學科，它們提供一些實用的系統方法理論，目前主要有五種。一是信息論。申農于1948年創立信息論，它是用數學方法研究信息的計量、傳輸、變換和儲存的一門學科。其主要任務在于提高信息傳輸的效能和保持傳輸信息的完整性。如何計量信息，是信息論最基本的問題。但申農只從量的方面考察了信息，哥爾德曼于1953年提出不僅要考慮信息的量而且要考慮信息對接受者的使用價值。貝里斯和桂阿斯于1968年提出“量——質”統一量度的信息，后來被稱為“有效信息”，夏爾馬等人于1978年進一步把它推廣為“廣義有效信息”。但是對信息本質問題至今仍然眾說紛紜。二是控制論。維納于1948年創立控制論，把它定義為動物和機器中控制和通訊的理論�，F在控制論分為古典控制理論和現代控制理論。前者主要用來解決單輸入——單輸出問題，所研究的一般是線性定常系統，后者主要用于解決多輸入——多輸出問題，所研究的可以是線性或非線性系統，定�；驎r變系統。在系統描述中，前者用一個高階微分方程，后者則用一階微分方程組(即狀態方程)。前者的方法是頻率法，后者的方法是時域法。三是系統動力學。這是美國麻省理工學院J·W·福菜斯特從1950年起倡導的一門學科。他以信息反饋系統理論為理論基礎，以電子數字計算機為計算手段(采用DYNAMO語言)，以軍事作戰行動中的決策機制研究和工程領域的仿真工作為經驗依據，建立了這門關于連續仿真建模技術的方法論學科。它能方便地模擬非線性、多重反饋、復雜時變的大系統，能把人的判斷力、經驗與邏輯推導結合起來，能適用于不確定性的長期宏觀規劃。四是灰色系統理論。這是華中工學院鄧聚龍從1979年起倡導的一種控制理論。他把各類系統分為白色系統、黑色系統和灰色系統，系統中既有白色又有黑色的參數就稱為灰色系統。它以灰色參數、灰色代數方程和灰色矩陣描述灰色系統。五是泛系方法論，也稱泛系理論或泛系分析。由武漢數字工程研究所吳學謀從1976年起倡導。泛系方法論是事物機理中廣義的系統、轉化與對稱的一種跨學科的研究和應用。它著重研究與十大關系(宏微、動靜、局整、形影、因果、觀控、串并、模擬、集散、異同)有關的一般數學結構，并且提出一系列新概念與定理，開辟了一系列新的理論研究與應用領域。此外，目前引人注目的方法論學科還有從20世紀60年代發展起來的模糊系統理論和從70年代發展起來的大系統理論。
系統工程學是系統科學的應用領域�？梢远x為：系統工程學=系統方法+運籌學+電子計算機技術。這里，系統方法為系統工程學提供思維方法和若干方法論學科，運籌學為它提供數學工具，電子計算機技術為它提供“計算”工具。將這三者應用于解決具體系統問題時，就形成了各項系統工程。
二、系統科學的發展階段
系統科學的發展可分為兩個階段：第一階段以二戰前后控制論、信息論和一般系統論等的出現為標志，主要著眼于他組織系統的分析。如果一個系統靠外部指令而形成組織，就是他組織。第二階段以耗散結構論、協同學、突變論、超循環論、分形理論和混沌理論等為標志，主要著眼于自組織系統的研究。如果不存在外部指令，系統按照相互默契的某種規則，各盡其責而又協調自動地形成有序結構，就是自組織。自組織現象無論在自然界還是在人類社會中都普遍存在。一般認為，系統開放、遠離平衡、非線性相互作用、漲落是自組織形成的基本條件。其中，耗散結構理論是解決自組織出現的環境條件問題;協同學基本上是解決自組織的動力學問題;突變論從數學抽象的角度研究了自組織的途徑問題，超循環論解決了自組織的結合形式問題;分形理論和混沌理論則從時序和空間序的角度研究了自組織的復雜性和圖景問題�；煦缰傅氖欠蔷�性確定性動態系統表現出來的終態不穩定性現象，這種現象來自于系統內在的隨機性，[2]而分形理論主要研究不規則、非光滑、具有分數維特征的幾何對象。
耗散結構理論指出，一個遠離平衡態的開放系統，通過與外界不斷地交換物質和能量，可以從無序狀態轉變為有序狀態，即耗散結構狀態。普里高津在研究了大量系統的自組織過程以后，總結歸納出影響耗散結構形成的四個因素：開放系統、遠離平衡態、非線性作用、漲落，[3]其中遠離平衡是對開放系統的進一步解釋，漲落是由非線性作用引起的。因此，這四個因素可以歸納成“非平衡、非線性”這兩個必要條件。耗散結構理論也稱為非平衡非線性自組織理論，說明了“非平衡非線性”是耗散結構形成的兩個本質條件。
協同學主要研究系統內部各要素之間的協同機制，認為系統各要素之間的協同是自組織過程的基礎，系統內各序參量之間的競爭和協同作用是使系統產生新結構的直接根源，即從無序轉變為有序的關鍵是系統的自組織現象，是系統內部各子系統在一定條件下相互作用造成的協同現象。
法國數學家勒內·托姆創立的突變論，是研究客觀世界非連續性突然變化現象的一門新興學科。突變論認為，系統所處的狀態可用一組參數描述。當系統處于穩定態時，標志該系統狀態的某個函數就取惟一的值。當參數在某個范圍內變化，該函數值有不止一個極值時，系統必然處于不穩定狀態。勒內·托姆指出：系統從一種穩定狀態進入不穩定狀態，隨參數的再變化，又使不穩定狀態進入另一種穩定狀態，那么，系統狀態就在這一剎那間發生了突變。突變論還提出：高度優化的設計很可能有許多不理想的性質，因為結構上最優，因而可能存在對缺陷的高度敏感性，產生特別難以對付的破壞性，以致發生真正的“災變”。突變論與耗散結構論、協同論一起，在有序與無序的轉化機制上，把系統的形成、結構和發展聯系起來，成為推動系統科學發展的重要學科之一。
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超循環理論是解決“塊復制”的機制問題，即組織的發展如何把自身的核心能力復制到要發展的區域并和環境融合起來。諾貝爾獎獲得者艾根將循環反應網絡分成三個等級：第一等級是反應循環。在一組相互關聯的反應中，如果任一反應產物與前面某一步驟中的反應物相同，就形成一個反應循環。這種反應循環作為一個整體就成為一個催化劑。第二等級是催化循環。如果一個反應循環中，至少有一個中間物是催化劑，就構成一個催化循環。最簡單的催化循環成為一個自復制單元，是保存信息所必需的。第三等級是催化超循環。超循環簡單地說就是由多個催化循環相互結合所構成的復雜化學循環。在艾根的超循環論中，所謂超循環是指關于催化功能是超循環的系統，即催化超循環。催化超循環是以循環聯系連接各個自催化劑或自復制單元而形成的。[4]
三、系統科學的主要觀點
1.系統是由兩個或兩個以上的元素(要素)相互作用而形成的整體。所謂相互作用主要指非線性作用，它是系統存在的內在根據，構成系統全部特性的基礎。系統具有層次性、整體性、集合性、相關性、目的性和環境適應性。
2.系統是一個為環境所影響，并反過來影響環境的開放系統。系統在與環境的相互影響中取得動態平衡的同時要從外界接受能源、信息、物料等各種投入，經過各種轉換，再向外界輸出產品。
3.系統內部的相互作用是系統演化的內在動力。系統內的相互作用從空間來看就是系統的結構、聯系方式，從時間來看系統的運動變化，就是相互作用中的各方力量總是處于此消彼長的變化之中，從而導致系統整體的變化。作為系統演化的根據，系統內的相互作用決定了系統演化的方向和趨勢。系統演化的基本方向和趨勢有兩種：一是從無序到有序、從低級到高級、從簡單到復雜的，前進的、上升的運動，即進化這是一個熵減或者說產生負熵流的過程。產生進化的基本根據是非線性作用及其對系統的正效應在系統中居于主導地位。在這一條件下，非線性作用進一步決定了什么樣的有序結構可能出現并成為穩定吸引子，同時決定了系統演化可能的分支。二是從有序到無序、從高級到低級、從復雜到簡單的，倒退的、下降的運動，即退化，這是一個熵增的過程。熱力學第二定律已經表明，在孤立或封閉系統內，這一演化趨勢是不可避免的。普利高津指出，對于一個處于熱力學平衡態或近(線性)平衡態的開放系統，其運動由玻耳茲曼原理決定，其運動方向總是趨于無序。從相互作用上來理解，退化主要基于非線性相互作用對系統的負效應占有了支配地位。
4.系統與環境的相互作用是系統演化的外部條件。從抽象意義上理解，任何現實系統都是封閉性和開放性的統一。環境構成了系統內相互作用的場所，同時又限定了系統內相互作用的范圍和方式，系統內相互作用以系統與環境的相互作用為前提，二者又總是相互轉化。在這個意義上，系統內的相互作用是以系統的外部環境為條件的，系統的進化尤其依賴于外部環境。[5]系統的相干作用是在系統內存在差異的情況下表現出來的。熱力學第二定律指出，系統內在差異總是在自發的不可逆過程中傾向于被削平，導致系統向無序的平衡態演化。因此，必須不斷從外部環境獲得足夠的物質和能量才能使系統差異得以建立和恢復，維持遠平衡狀態，使非線性作用實現出來。即系統必須對環境保持開放，才能進化。
但開放性只是進化的必要條件，而非充分條件。普利高津的耗散結構論指出，孤立系統沒有熵流(即系統與外界交換物質和能量而引起的熵)，而任一系統內部自發產生的熵總是大于或等于零的(當平衡時等于零)。因此，孤立系統的總熵大于零，它總是趨向于熵增，無序度增大。當一個系統的熵流不等于零時，即保持開放性時，有三種情況：第一種情況是熱力學平衡態，此種系統中，熵流是大于零的。此時物質和能量的涌入大大增加了系統的總熵，加速了系統向平衡態的運動。第二種情況是線性平衡態，它是近平衡態，其熵流約等于零。這種系統一般開始時有一些有序結構，但最終無法抵抗系統內自發產生的熵的破壞而趨平衡態。第三種情況大為不同，這種系統遠離平衡態，即熵流小于零(為負熵流)。此時物質和能量的涌入給系統帶來的是負熵，結果使系統有序性的增加大于無序性的增加，新的組織結構就能從中形成，這就是耗散結構，而系統也在此過程中隨之進化。
5.隨機漲落是系統演化的直接誘因。穩定與漲落是刻畫系統演化的重要概念。由于系統的內外相互作用，使得系統要素性能會有偶然改變、耦合關系會有偶然起伏、環境會帶來隨機干擾。系統整體的宏觀量很難保持在某一平均值上。漲落就是系統宏觀量對平均值的偏離。按照對漲落的不同反應，可把穩定態分為三種：恒穩態，對任何漲落保持不變;亞穩態，對一定范圍內的漲落保持不變;不穩態，在任何微小漲落下會消失。對于穩定態而言，漲落將被系統收斂平息，表現為向某種狀態的回歸。在熱力學平衡態中，不論何種原因造成的溫度、密度、電磁屬性等的差異，最終都將被消除以達到平衡態。但對于遠平衡態，如果系統中存在著正反饋機制，那么，漲落就會被放大，導致系統失穩，從而把系統推到臨界點上。系統在臨界點上的行為有多種可能性，究竟走向哪一個分支，是不確定的。是走向進化，還是走向退化，是走向這一分支，還是走向那一分支，漲落在其中起著重要的選擇作用。達爾文的生物進化論證明，生物物種偶然變異的積累可以改變物種原有的遺傳特性，導致新物種的出現。耗散結構論和協同學則定量地證明，隨著外界控制參量的變化，原有的穩態會失穩，并在失穩的臨界點上出現新的演化分支。
由此可見，穩定態對漲落的獨立性是相對的，超出一定范圍，漲落將支配系統行為。如果漲落被加以鞏固，那就意味著新穩態的形成。漲落在系統演化中的重要作用說明，系統演化是必然性與偶然性的辨證統一。普利高津指出，“遠離平衡條件下的自組織過程相當于偶然性與必然性之間、漲落和決定論法則之間的一個微妙的相互作用”。
綜上所述，系統理論是依據系統思想建立的一個完整科學體系，主要研究系統構成、演化、發展的一般規律。它認為事物的發展不是孤立的、割裂的、互不聯系的，而應將其看成相互聯系、相互作用、相互制約的統一整體，并將管理對象視為一個不斷變化的開放系統。耗散結構理論、協同學、超循環論、混沌理論乃至突變論等系統自組織理論的發展使我們對系統自然演化的前提條件、動力根據、誘因途徑、組織形式和發展前途等已能夠加以較為具體的刻畫，從而建立起真正的關于系統演化的科學。對系統各種各樣的演變規律加以認識、研究和把握，已經成為現代管理科學的方法論基礎。——論文作者：齊闖
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