Transcript 系统方法论与课题研究PPT

系统方法论
与
课题研究
仲鸿生
2009年5月27日

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
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

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
Ｓystems 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

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
（Synergetics 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。
谢谢!
再见！
仲鸿生教授的联系方式





电话:0574-88134015;13355946246;
024-86201886;13840265937;
E-mail:[email protected]
信箱:宁波市高校园区学府苑12号楼102室
邮编:315100