系统科学方法论

立体哲学 2014-01-17

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系统科学方法论

小惠

20世纪，系统论、控制论、信息论等横向科学的迅猛发展，为发展综合思维方式提供了有力的手段，使科学研究方法不断地完善。而以系统论方法、控制论方法和信息论方法为代表的系统科学方法，又为人类的科学认识提供了强有力的主观手段。它不仅突破了传统方法的局限性，而且深刻地改变了科学方法论的体系。这些新的方法，既可以作为经验方法，作为获得感性材料的方法来使用，也可以作为理论方法，作为分析感性材料上升到理性认识的方法来使用，而且作为后者的作用比前者更加明显。它们适用于科学认识的各个阶段，因此，我们称其为系统科学方法。

一、基本概念：

1、系统方法：

按照事物本身的系统性，把对象放在系统的形式中加以考察的一种科学方法。即从系统的观点出发，着重从整体与部分之间，整体与外部环境的相互联系、相互作用的关系中，精确地考察对象，以求得整体获得最佳功能的科学方法。

2、系统：指由相互联系、相互作用的诸要素组成的具有特定功能的有机整体。

3、系统的构成条件：

第一，具有两个以上的要素。

第一，要素之间相互联系，相互作用。

第二，要素之间的联系与作用必须产生整体功能。

4、要素：构成系统的组成部分。

5、结构：指系统诸要素相互联系、相互作用的方式或秩序、即诸要素在时空连续区上相对稳定的排列组合方式。

6、功能：指系统与环境相互作用中所呈现的能力。

7、系统环境：指存在于系统外的，且与系统发生作用的事物的总称，即系统提供输入或接受它的输出的场所。

二、系统的分类：

（1）封闭系统：一个系统与外界环境没有联系，即与外界环境无物质、能量或信息交换的系统。

开放系统：一个系统与外界环境有输入-输出关系，即与外界环境有物质、能量或信息交换的系统。

（2）动态系统：系统的状态随时间的变化而变化的系统。

静态系统：系统的状态不随时间的变化而变化的系统。

三、系统方法的基本构成

（1）结构方法：是一种向内的研究方法，它基于系统的内部描述，着重研究产生系统功能所依赖的结构。

（2）功能方法：是一种向外的研究方法，它基于系统的外部描述，它把系统当做“黑箱”通过研究系统与环境的相互作用去研究系统的功能。

（3）历史方法：从系统的历时性及系统的进化规律出发，研究系统随时间变化，即系统的产生、发展、老化和消亡的过程。

四、系统方法的特点

整体性、综合性、最优化

五、系统科学的基本理论

1、控制论

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，首次提出控制论一词。

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、于该对象上的作用叫控制。

控制论是关于控制系统一般规律及控制过程的科学，其研究对象是控制系统。（1）控制论的三个基本部分

A. 信息论：主要是关于各种通路（包括机器、生物机体）中信息的加工传递和贮存的统计理论。

B. 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。

C. 自动快速电子计算机的理论：即与人类思维过程相似的自动组织逻辑过程的理论。

（2）控制论系统的的主要特征

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

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

第三，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，这种系统为了在不断变化的环境中维持自身的稳定，内部都具有自动调节的机制，换言之，控制系统都是一种动态系统。

2、信息论

美国数学家香农创立，1948年发表《通讯的数学理论》为信息论奠定基础。信息论是关于各种系统中信息的计量、传递、交换、存储和使用的规律的科学。

研究范围：

信息论的研究范围极为广阔。一般把信息论分成三种不同类型：

　(1)狭义信息论是一门应用数理统计方法来研究信息处理和信息传递的科学。它研究存在于通讯和控制系统中普遍存在着的信息传递的共同规律，以及如何提高各信息传输系统的有效性和可靠性的一门通讯理论。

　(2)一般信息论主要是研究通讯问题，但还包括噪声理论、信号滤波与预测、调制与信息处理等问题。

　(3)广义信息论不仅包括狭义信息论和一般信息论的问题，而且还包括所有与信息有关的领域，如心理学、语言学、神经心理学、语义学等。

3、系统论

美籍奥地利人、理论生物学家.贝塔朗菲（L.Von.Bertalanffy）创立的一门逻辑和数学领域的科学，1947年的《一般系统论》为其奠定了基础。

（1）系统：由相互联系、相互制约的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。

（2）系统的共同的基本特征

整体性、关联性，等级结构性、动态平衡性、时序性

（3）核心思想

系统论的核心思想是系统的整体观念。贝塔朗菲强调，任何系统都是一个有机的整体，它不是各个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性质。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地存在着，每个要素在系统中都处于一定的位置上，起着特定的作用。要素之间相互关联，构成了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。正象人手在人体中它是劳动的器官，一旦将手从人体中砍下来，那时它将不再是劳动的器官了一样。