独家原创:系统科学的概论研究论文

【摘要】系统科学是以系统为研究对象的基础理论和应用开发的学科组成的学科群。它着重考察各类系统的关系和属性，揭示其活动规律，探讨有关系统的各种理论和方法。系统科学的理论和方法正在从自然科学和工程技术向社会科学广泛转移。本文从系统科学的主要特征来对它进行研究

【关键词】系统系统科学

1系统科学的含义

1.1系统的定义

人们对系统所下的定义五花八门，具有代表性的如下：

有名的Webster辞典认为：所谓系统，①是有机体或组织起来的整体；②是形成某种结合整体的各种理性观念和各种原理等的复合体；③是有规律性相互反应或相互依存的某种形态而构成的组合。或者：①是遵照共同的目标或寄予共同目的的；②是由许多不同部分构成的复杂单体。其强调的是系统的整体性和目的性。

拉波波特认为系统概念有两种基本的定义方式：数学的、分析的定义、直觉的、整体论的定义。

贝塔朗菲将系统定义为相互作用的诸元素的复合体。强调了多元性和相关性是系统概念最基本的规定性。

我国大多数学者认为系统是由相互联系、相互依赖、相互制约、相互作用的事物和过程组织成的具有整体功能和综合行为的统一体。

从系统的种种定义中；我们可以归纳出几个要点：①系统总是由两个以上相互联系和彼此影响的部分构成的集合体；②系统总是具有一定的界限，既把系统与环境区分开来，又促使系统与环境不断在进行能量、信息与物质的交换；⑧系统虽然是由相对独立的各个部分组成的，但却是具有一定功能和特性的有机整体。

1.2系统科学的基本概念与范畴

在系统科学中，系统与要素，结构与功能，系统与环境，输入与输出等几对

概念是十分重要的，有学者称之为系统科学基本范畴。

1．系统与要素。元素是系统的组成部分，在系统的元素中，有的不宜再作分

解的、且必不可少的部分，被称为要素。系统与要素的关系是对立统一的，是相互联系、彼此制约的，是可以相互转化的。由于各个系统的大小和复杂程度不同，系统的元素也不一样。明确了系统与要素的概念，可以确定系统的边界和边界内的成员。

2．结构与功能。系统的整体属性还取决于要素间的各种各样的关系即系统的

结构。而熵是描述复杂系统结构的一个物理量。社会系统作为一种特殊的内部由许多子系统组成的有组织的多层次的复杂系统，系统有多少个层次就至少需要多少组变量来描述．物理学对系统结构研究的锐利的武器之一就是熵的原理的提出，用熵来讨论系统结构时，可以在原来概念的基础上提出系统的层次及其状态变量．揭示系统的演化。

3．系统与环境。系统作为一定的有组织的整体，总是相对独立于一定的环境之中，每一系统都是时空上有限的存在。我们把系统之外并且影响系统存在与演化的各种集合体称为系统的环境。环境是系统能够存在的客观依据，系统只有不断地与环境进行能量、物质和信息的交换，才能维持自己的生存。人们认为，系统与环境具有交互响应。系统对外部环境做出的这种交互响应有两种表现：一是特定响应，即系统对首先未能预料的事件的响应；另一是计划响应，即对能预料的事件发生后的响应。

4．输入与输出。输入与输出是系统与外界存在的基本关系。通过输入与输出的分析可以很明确地划分系统的边界．外界环境给系统的输入通过系统的处理和变换，必然会产生出一个输出，再返回外界环境中。系统与环境之间的输入和输出的交互影响关系也是区分开放系统与封闭系统的一个基本标准。

2系统科学体系

学术界对系统论、系统科学、系统哲学和系统工程等存在着不同的认识，一般人的看法是：以一定的系统为研究对象，通过对特定系统的研究而形成的理论就是系统论，其中通过对系统的科学研究而形成的理论就是系统科学；通过对系统的哲学思考而形成的理论就是系统哲学；系统论的理论和技术在实际中的运用就是系统工程等。

我国最初接触的系统理论是一般系统论即系统论、信息论和控制论，曾有人称之为旧三论，因为随后文出：现了耗散结构理论、突变理论、协同学和超循环理论等，现在人们讲系统论或：系统科学一般是指这些理论的总和。

1．一般系统论。一般系统论的代表人物是奥地利生物学家贝塔朗菲，主要研究系统的普遍原理，以系统为中心概念，以整体性、有序性、层次性、动态性、开放性、目的性等为基本原则。贝塔朗菲认为一般系统论在未来科学中的作用，将类似于亚里士多德的逻辑学在古代科学中的作用。

2．耗散结构理论。比利时物理学家、化学家普利高津在1967年提出了耗散结构理论，即一个远离平衡态的开放系统，在外在条件变化达到某一特定的阈值时，量变可以引起质变。系统在与外在环境发生交换过程中，能自动产生一种自组织现象，系统的各个部分能够形成相互协同作用，通过能量的耗散和内部的非线性动力学机制形成和维持宏观时空有序结构。普氏在热力学基础上提出总熵变公式，给开放系统理论初步提供了一种精确的数量描述。钱学森先生高度评价耗散结构理论“使一般系统论的有序结构稳定性有了严密的理论基础”。

3．突变理论。法国数学家R．托姆为描述现实世界特别是形态发生问题中的突变现象而于20世纪60年代提出该理论。突变理论是一门有着系统研究背景的数学学科，在稳定性与不稳定性、连续性与间断性、渐变与突变等辩证关系的论述上对丰富系统科学做出了较大贡献。突变理论撇开不连续现象的具体特性，给突变形式以完备的分类；将结构稳定性与运动稳定性区别开来，运用了黑箱方法，在尚不知系统输入如何影响其输出的运行机制时，即系统运行是一个黑箱，可以根据输入和输出的具体情况来模拟黑箱内部结构。突变理论对我们研究社会现象能够提供极富启发意义的模型。

4．协同学。德国物理学家哈肯于1970年提出建立协同学问题，并在1975年建立起协同学的基本理论框架，现发展为自组织理论中一个富有特色的学派。协同学以开放系统为研究对象，既关注无序向有序的演化过程，也关注有序到混乱的演化规律，将有序与无序结合起来。协同学是一门综合与协作的科学，与耗散结构理论相比，协同学摆脱了热力学概念的束缚，采用了比较普适的概念和方法；与突变理论相比，它不限于有势系统，能够处理更广泛的有序演化问题o

3系统科学的独特性

3.1在原理层面上的独特性

系统科学有自己独特、有效的概念体系，这些概念为我们探索世界图景提供了思考的路径。现在普遍意义上起指导作用的系统科学原理有整体性原理、有序性原理、反馈原理、自组织原理等。还有前面提到的稳定和静止、熵等概念体系，这些概念具有广泛的适应性，世界的大部分可以被概念化地描绘成等级体系。系统科学对传统科学的革命性变革的意义之一在于，它打破了以往各门学科之间的界艰，沟通了各门学科间的联系，使之成为具有综合性、整体性和最优化的广阔视野的大科学。

1.整体性原理。整体性是系统思想的灵魂，系统的整体功能不仅有各部分的功能，而且有由各部分相互联系形成结构而产生的新功能。对客观世界整体性的认识可追溯到古代的思想家们如亚里士多德、老子等的朴素的整体性思想。近代实验科学的兴起产生了近代科学整体观。无论是自然界的演化还是人类的精神活动均构成一幅幅相互联系彼此作用无穷无尽交织的图景。系统科学的整体性原理与其他哲学整体论相比，有更为明确的内涵，如著名的“整体大于部分之和”。提出有组织的整体性是系统存在和演化的最基本的特性；突破了单质点科学哲学以“孤立性、绝对对称性、单调性与线性叠加可还原性”作为整体的基本特征的藩篱，揭示了系统作为有组织整体的“非线性非平衡特征；开放性征；组织性征和层次性征”。运用涨落这一概念来揭示系统整体性演化的过程，赋予系统整体性新的内涵。

2．有序性原理。系统结构由低向高逐渐高移化，称为有序。对于社会系统而言，只有开放、有涨落、远离平衡态才可能形成有序结构。贝塔朗菲认为开放性是系统发生有序演化的必要条件。系统内部非线性的相关作用是系统有序之源，系统不断地与外界发生各种联系,敞开输入和输出的通道,扩大信息和能量交换的流量,降低熵值。只有保持开放性，系统才能成为活的组织，这是有序原理的真谛。

3．反馈性原理。在系统的边界内存在着反馈回路，它是系统其本结构单元，决定了系统的动态行为。任何系统只有通过反馈回路，才能进行有效的控制。按输出对输入的影响。反馈可以分为两类：输出返回到输入端后。能加强输入的为正反馈---它使系统与目标状态间的距离增加；使输入减弱的为负反馈---它使系统与目标整体趋于吻合，能够维持系统的稳定。在不同的时期．正反馈和负反馈都有存在的必要。

4．自组织原理。组织与自组织是协同学的中心课题，组织被认为：是在特定的外部干预下获得其空间的、时间的或功能的结构；自组织则是系统内部在没有外部的干预下获得的结构。我国学者湛垦华认为，系统科学中基本的东西是非平衡自组织理论，离开了对自组织理论的把握就不能算是掌握了基本的系统哲学。系统的自组织性是系统科学中具有较强解释能力的原理。通过系统自组织的五种基本形态---自组织、自同构、自复制、自催化和自反馈可揭示系统的演化过程。

3.2在技术层面上的独特性

毫无疑问，系统科学能够给实践带来很多有用的技术，其中系统工程可以说是系统科学在实践中应用的总称，尽管人们对系统工程有种种解释，但并不妨碍系统工程的技术性质与应用价值。因为系统工程给人们最直观的印象和解释是传统工程与系统观点以及数学方法和计算技术的综合体。系统工程作为系统科学中的应用领域是一个多阶段的过程。一般认为系统工程包含以下几个环节：

问题的提出---系统分析---系统综合---系统优化---系统决策---系统设计---计划实施---运行阶段---更新阶段。其中系统分析阶段的原则基本上形成共识：①定量分析和定性分析相结合；②部分与整体相结合；③眼前利益与长远利益相结合；④系统要素与外部环境相结合。

从20世纪30年代提出系统分析一词以来，每一个年代对系统分析的概念解释都有发展。系统分析是指系统观念在解决复杂问题中的应用，从系统的观点出发，对所研究的事物进行有目的的、有步骤的探索分析过程。系统分析能够使人们对问题的认识更加清晰，特别有助于提高决策的科学化程度。系统分析的优越性在以下几个方面已形成共识：①决策者能更充分地考虑面临助各种不同选择；②稀缺而昂贵的人力物力资源能够得到更有效的利用；③能够更好更省地达到目的；④能够在有关资源合理分配、政策贯彻、目标设定、解决涉及牡会政治文化因素的问题等方面，加强决策能力。用系统的观点考察事物，包含着两个层面：一是内向描述，确定对象系统的组成要素及结构方式，并划分出不同的层次；二是外向描述，把研究对象作为更大系统的组成部分，考察对象与环境中其他系统的关系，准确地确定它在环境大系统中的位置。

【参考文献】

[1]钱学森：《论系统工程》，300页，长沙，湖南科学技术出版社，1982。

[2]湛垦华：《系统科学的哲学问题》，150~167页．西安，陕西人民出版社，1995。

[3][美]R．M．克朗：《系转分析和政策科学》．陈东威译，17页，北京，商务印书馆，1985。