系统的基本规律

孙子曰：“知彼知己，百战不殆。”我们时时置身于系统中，却对系统的了解少之又少，如果大家能够耐下性子读完这篇文章，就能对系统的基本规律有一个大概的认识，接下来，我来简要介绍系统的五大基本规律。文章提要：本篇文章接下来将会简要介绍系统的五大基本规律，分别是： 1、结构功能相关律； 2、信息反馈律； 3、竞争协同律； 4、涨落有序律； 5、优化演化律。以下是正文部分一、结构功能相关律结构和功能是系统普遍存在的两种既相互区别，又相互联系的基本属性，揭示结构与功能相互关联和相互转化的就是结构功能相关律。结构的概念：结构是指系统内部各个组成要素之间的相对稳定的联系方式、组织秩序及其时空关系的内在表现形式（结构是系统的内在联系与规定性，要素之间相互联系，相互制约从而使得系统有了整体行为）。简而言之，结构是要素及其关系在时空中的内在表现形式，没有一个系统是没有结构的。功能的概念：功能是指系统与外部环境相互联系和相互作用中表现出来的性质、能力和功效，系统内部相对稳定的联系方式、组织秩序及时空形式的外在表现形式（当我们在使用计算机系统的上网功能时，背后就涉及很多系统的联动，大家可以好好思考一下大概有哪些系统在联动）。简而言之，功能是要素及其关系在时空中的外在表现形式，没有一个系统是没有功能的。结构与功能的相对独立性使得人们可以分别对结构或功能进行研究。传统科学技术研究的模型方法实际上是从结构的角度来研究和运用模型的（白箱）。而系统科学则是贡献了从系统的功能相似的角度来建立模型（黑箱）。结构作用于功能，功能反作用于结构。不能把系统的结构与系统的功能的相对区别绝对化，我们对于一个系统的认识通常要经历三个阶段：黑箱方法阶段、灰箱方法阶段和白箱方法阶段。黑箱方法阶段的初始我们主要了解系统的功能，随着我们对系统功能了解逐渐深入并开始推测系统的内部结构后进入灰箱阶段，在我们不断地揭示系统结构与系统功能关系的过程中，灰箱逐渐变白，在这过程中我们对系统功能的认识逐渐深入并且了解到系统的结构与功能的关系，从而实现制备相应的结构以获取相应的功能。系统功能受到系统结构与系统所处环境的共同影响，因而系统存在同构异功和异构同功的现象，系统结构与系统功能之间的关系是错综复杂的非线性关系。从系统的过程来看，系统的结构具有相对稳定性，而系统的功能则是易于变化的。系统的结构制约着系统的功能，系统的功能在适应不断变化的环境的同时又反作用于系统的结构，促进系统结构的改变，改变的结构具有更好地能够适应环境的功能，使功能能够在环境中获得更好地发挥。人们对于物质结构及其功能的探索是一个由表及里的过程，也就是从性质到组成的过程。人类对于物质认识的大致过程:根据物质性质分类->利用物质组成来推断物质性质->物质的结构与属性之间具有的对应关系->物质结构、物质系统的结构与功能之间的对应关系。这里是我对一些相关概念的理解，写在这里给大家作参考：性质是指事物在不同环境中的表现出来的不同形式；组成是指事物是由哪些类型的更小层级的事物构成的；结构表现了事物内部更小层级的事物的组织方式及相互关系；属性是指某一事物在绝大多数环境中都会表现出来的形式（比如运动是物体的属性）；功能是指事物在某一环境中所能发挥的作用；用途是指事物在不同环境中所能发挥的不同作用；性能是指事物在环境中所发挥的作用相比于标准参照物而言效率有多高。二、信息反馈律信息反馈在系统中是普遍现象，信息反馈机制能使系统更稳定或更不稳定（由目标系统内的期待以及系统外对目标系统的期待共同决定）。信息的概念：在日常生活中，信息是指具有新内容、新知识的消息；香农对信息的定义是，信息是减少的不确定性；信息量则是指对不确定性的度量，信息差就是两次不确定性的增减之差。信息是进行控制的基础，接受信息和使用信息的过程就是我们对外界环境的种种偶然性进行调节并在该环境中有效地生活着的过程。物质、能量和信息是现代社会文明的三大支柱。本书作者比较认同信息是物质的一种普遍的基本属性，是关于系统的组织性和复杂性的规定性及其表征这一概念。反馈的概念：反馈调节概念基本模型是一个循环过程，部分的输出作为反应的初步结果，有控制地回馈到输入中去。反馈涉及到物质流、能量流和信息流，但是最为重要的则是信息，是关于系统的一种普遍的属性。不同系统的反馈回路可以很不相同，但是反馈的回路本质上是信息通道，通过信息通信来利用信息对系统组织性、复杂性进行新的规定，从而对系统发生作用、调节系统的结构、功能和行为。在信息反馈中，原因和结果是可以相互转化的。正反馈和负反馈是反馈的两种基本形式，负反馈是使得系统的运动和发展保持向既有目标方向进行的反馈。负反馈是使得系统保持稳定的因素，使得系统表现出合目的性行为（反馈信息输入系统后会抑制系统的指定输出（行为），不断循环，起到维持系统现有状态的作用）。正反馈是使得系统的运动和发展背离既有目标方向进行的反馈。正反馈是打破系统既有平衡创造新的平衡的因素，既可能使系统更适应环境，也可能使系统更不适应环境（反馈信息输入系统后会鼓励系统的指定输出（行为），不断循环，起到改变系统现有状态的作用）。经验是已经固定成信息的关于在特定环境中的输入-输出-反馈（再输入）回路的描述，日常生活中环境的信息经常被忽视，人们用经验解决问题时通常处于常见的环境中，遇到特殊的环境时经验并不完全适用。反馈是一个系统的信息输出到环境后，环境根据因果关系而传递给该系统的信息，因为环境时时刻刻都会给一个系统输入大量信息，因此反馈的信息需要经过重复验证才能够验证输出与反馈在某一环境下的因果关系，在没有办法重复验证的情况下（输出的限制、环境的限制）我们就容易混淆环境给我们的反馈。（反馈信息体现了一个系统在某一环境中的行为对环境以及自身造成的影响）环境就是要素与要素之间的关系组成的系统，物质、能量以及信息能够改变环境中的要素（其内部关系）以及要素之间的关系。正反馈能给予系统以发展性，而负反馈则能给予系统以稳定性。这体现了系统稳定性与发展性的统一，目的性与创造性的统一，必然性与偶然性的统一，原因与结果的统一。三、竞争协同律现代种种系统理论特别是系统自组织理论，大都认识到竞争与协同对于系统发展演化的根本作用。竞争的概念：竞争是相互联系的个体之间的一种基本关系，这种关系不是由外来力量强加于个体之间的，而是个体之间所固有的。如果把个体之间的关系看作外来力量规定的，那么就可以不采用竞争概念。竞争是事物、系统、要素之间具有差异性的必然表现结果。竞争是一种过程的差异，但并不等同于差异，因为差异既包含过程的差异，也包含状态的差异。协同的概念:协同反映的是事物之间、系统或要素之间保持合作性、集体性的状态和趋势。系统自组织理论既注意了竞争也注意了协同，耗散结构理论中，“耗散”指的是系统与环境的交换，既有与环境的合作，也有与环境的竞争。系统内部要素之间的关系构成了系统的结构，系统与外部要素之间的关系构成了系统的功能。如此看来，小系统的功能与其他相关小系统的功能经过有序的交织可以构成更高一级系统的结构。竞争是保持个体性的状态和趋势的因素，即使得系统丧失整体性，整体失稳的因素。协同的作用则与竞争相反。一个系统如果一直失稳，那么系统最终就会解体；一个系统如果只是稳定，那么系统就不可能有发展。对于一个系统而言，稳定与失稳都是需要的，稳定使系统得到保持，失稳使系统得到发展，要用辩证的眼光看待两者。竞争与协同紧紧的交织在一起，混沌系统是非线性系统，也是迄今（本书于1995年出版）发现的复杂性程度最高的系统，是一个排斥和吸引、竞争与协同并存的对立统一体，对混沌现象和分形现象的研究还表明，奇怪吸引子具有无穷嵌套结构即反映了系统的无穷相似性。这意味着竞争和协同矛盾深藏于系统之中，贯穿于系统之中的。竞争造成了系统的涨落，使系统中的各个子系统在获取物质、能量和信息方面出现了非平衡。当一些子系统突破现有稳定域到达其他可能的稳定域时，并得到许多其它子系统的承认与响应时，系统就会出现大的涨落，从而使得系统发生质变。这就是自组织理论的一个重要结论：通过涨落达到有序，这揭示了竞争是系统发展演化的创造性因素。涨落放大是协同在发挥作用，没有协同，就没有涨落的放大。一个系统之所以叫做系统是因为系统中的要素通过协同作用结合成为具有一定稳定性的系统整体。竞争中有合作，合作中有竞争，二者的相互依赖，相互转化是系统发展演化的推动力。在系统接近状态变化的临界点时，极少数的慢变量有机会支配和主宰着系统的演化、代表系统的序或状态，因而又叫序参量。四、涨落有序律系统的发展演化通过涨落达到有序，通过个别差异得到集体响应放大，通过偶然性表现出来的必然性，从而实现从无序到有序、从低级到高级的发展，这就是涨落有序律。自组织的机制就是通过涨落达到有序。涨落的概念：涨落又被称为起伏，有时也被称为噪声和干扰，任何一个现实的系统都不可能处于绝对静止的平衡状态（因为系统之中的要素不可能没有任何差异）涨落是普遍的，无处不在的。 1、从涨落作用的主要因素来区分，涨落可以分为内涨落和外涨落，前者由于自组织系统内部因素导致，后者由于自组织系统外部因素导致。2、从各种涨落作用对自组织系统整体稳定性的影响程度来看，涨落可以分为微涨落和巨涨落。3、从各种涨落作用于自组织系统整体演化方式、演化方向来考察可以分为正向涨落和反向涨落。前者使系统趋于稳定，后者使系统趋于不稳定。（详细的可以去看看与协同学相关的书籍）涨落对于系统的发展演化史一把双刃剑，既可能是破坏性因素，也可能是建设性因素（由是否能够使原有系统失稳并且号召众多子系统进入新的系统稳态来决定）有序的概念：有序是指系统内部要素之间以及系统之间的有规则的联系或联系的规则性。不存在绝对的有序，也不存在绝对的无序。无序与有序在一定条件下可以相互转化，无序的弥漫星际物质可以转化为恒星与恒星系，恒星也可以解体重新成为弥漫的星际物质，并进一步转化为新一代的恒星。现代科学认为，自然界的演化就是一个对称性不断破缺的过程。一次又一次的对称性破缺、对称性的降低，标志着大自然从无序到有序，从低级有序到高级有序，由简单有序向复杂有序演化发展的一个又一个不同的阶段。完全无序的状态具有最高的对称性，系统每发生一次从无序到有序的演化，就要发生一次对称性破缺。系统的序的规定性是多方面的，比如结构与功能，时间、空间与时空，宏观与微观的秩序等等。序参量是用以刻画支配系统演化的基本度量，熵是用以刻画系统有序程度的基本度量。我们的世界本质上是一个不可逆的世界，自然演化指向未来。本质虽是如此，但是道路却是曲折的。现实世界的发展实际上是在可逆和不可逆、前进和倒退，进化和退化的辩证过程之中实现的。比如一个系统整体的衰退并不影响其中的一些子系统朝着与该系统相反的趋势发展。五、优化演化律系统可能向好或坏的方向演化，这方向是相对于系统所处的环境而言的。系统如果演化得比原先更加适应环境那就是优化。演化的概念：演化与存在是一对相对应的范畴，演化标志着事物和系统的运动、发展和变化，而存在反映事物和系统的静止、恒常和不变。世界上没有离开演化的存在，也没有离开存在的演化。我们通常需要认识到一件事物、系统的存在，才能更进一步认识该事物、系统的演化。科学的诞生与发展的过程验证了这一说法。 20世纪中叶，系统科学登上了科学舞台，系统、层次、结构、功能、反馈、控制、信息这些概念获得了前所未有的重要性。优化的概念：优化是系统演化的进步方面，是在一定条件下，对于系统的组织、结构和功能的改进，从而实现耗散减少、效率提高、效益增大的过程。（总而言之就是通过改变，变得更加适应当前的环境）在一个系统中，每个模块都想要让自己处于有利地位，而系统又没有足够的资源让每个模块处于其理想的有利地位，因而总有一些模块被淘汰，有些模块脱颖而出。自组织优化是指系统内部自发产生的优化，（被）组织优化是指一个系统在该系统外部因素的影响下而产生的，但实际上这两者的区别只是系统层次上的区别。例如一个子系统经过自组织优化后对系统中的其它子系统施加影响使它们发生了（被）组织优化，但是系统这一层次来看这仍然是自组织优化，因为系统是可以层层嵌套的，因而是自组织优化还是（被）组织优化取决于我们划定的系统范畴，也就是我们把哪一层次的哪一类系统当作考察对象。自适应系统、自学习系统、自组织系统这些系统一个比一个在适应环境的改变的能力(优化)发展上更有潜力。系统优化可以划分为三种情况：1、局部最优，整体最优；2、局部最优，整体未必；3、局部未必，整体最优。我们需要做的努力是在保证整体最优的情况下努力达成第一种情况。从时间角度来看，对于长远利益和眼前利益的取舍也可以划分为三种情况：1、短期有利，长期有利；2、短期有利，长期未必；3、短期未必，长期有利。系统的整体优化离不开系统中子系统（要素）之间的协同与竞争（关系），稳定与失稳促进系统的改变，环境筛选出那些改变得很对周围的系统更具有竞争优势的系统。生物的演化史有点类似于养蛊的过程，只不过这一过程是近乎无限循环的。生物演化，某些演化得有竞争优势的个体获得繁衍优势，于是种群扩大，占据资源，开始内卷，激烈竞争，败者食尘，持续演化，不断循环。低一级系统处于更高一级的系统之中，低一级系统之外的部分就称为环境，系统与环境是互相影响的，特定系统改变必然影响所处环境，所处环境改变短期内不一定影响特定系统，但是长期来看必有影响。系统优化是系统发展演化的必然结果，因为只有更有竞争力的系统才有可能更长久地在系统海中生存、发展、繁衍，这些都得依靠系统的优化，系统的优化来自于系统的演化，系统的演化来自于系统内部的子系统之间的竞争与协同的关系。层次性是系统优化的一种方式，因为这种方式更有利于系统的演化，并确保了系统的相对稳定性。在系统工程中，人们对一个系统实施（被）组织优化通常有以下步骤：1、提出优化问题，并收集有关数据和资料（提出要将系统演化为什么样子，提出目标）；2、建立优化数学模型，确定变量，列出目标函数和约束条件（建立系统演化之后的数学模型，定量）；3、分析模型，选择合适的优化方法（分析现有系统状态达到目标系统状态有几套可能的方案？分别需要哪些步骤？）；4、求出优化解，一般通过编制程序，用计算机进行运算（挑选被以往的（已经存在的，包括自己和他人的）经验验证的并且符合现有环境与资源条件的综合最优的演化方案）；5、优化解的检验和实施（在实践中检验经过演化后的系统，如果符合预期，那么系统优化成功，否则对系统重新进行演化直至符合预期）。这些步骤相互制约、相互联系，实践中往往交叉进行。

防杠精备用

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