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本课程将从科学发展的基本趋势出发，介绍系统科学的思想、方法和部分研究内容，包括自组织现象、动力学与混沌、分形结构、复杂网络、复杂适应性系统等，同时展示复杂性研究在社会经济系统与生命系统中的应用实例。本课程为系统科学方面的入门课，将帮助我们初步了解系统科学的现状与发展，了解复杂性研究的一些基本概念、工具和方法，以及系统科学在社会经济、生命生态等领域内的初步研究与应用情况。
  
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2022年1月20日 (四) 22:52的版本

系统 system是一组构成有机整体的实体集合，这些实体之间相互作用或相互关联[1]。系统由其时空边界所描述，被其所处环境包围并影响；系统也由其结构和目的所描述，表达为其功能。系统是系统理论 systems theory的研究对象。


词源学

“术语 ‘System’源于拉丁语"systēma"，而这一拉丁词汇源于希腊语"σύστημα"。"systēma"意思为：由若干部分或成员组成的整体概念，系统，字面意义为"建构"。[2]


历史

根据马素·麦克鲁汉 Marshall McLuhan所说:

“系统”即“一种观测对象”，系统化需要极高的视觉梯度。而哲学上，笛卡尔之前没有“系统”，柏拉图没有“系统”，亚里士多德的也没有“系统”。 [3][4]

  • 19世纪，研究热力学 thermodynamics的法国物理学家尼古拉·莱昂纳尔·萨迪·卡诺 Nicolas Léonard Sadi Carnot开创了自然科学中的“系统”概念。1824年，他研究了蒸汽机中的一个系统，他称之为“工作介质 working substance”（通常是一团水蒸气），这涉及到加热时该系统的工作能力。该工作介质可与锅炉、冷水库（冷水流）、活塞（工作体通过推动它来做功的部件）接触。1850年，德国物理学家鲁道夫·克劳修斯扩展了这一图景，把外部环境的概念纳入其中，并开始以“工作体”来指称该系统。
  • 生物学家路德维希·冯·贝塔郎菲 Ludwig von Bertalanffy成为一般系统论的先驱之一，1945年，他提出了适用于广义系统及其子类的模型、原理和法则，而不考虑它们的特殊类型、组成要素的性质、乃至其相互之间的关系或‘力’。。[5]

概念

环境和边界

系统论 Systems theory认为世界是一个由相互连接的部分组成的复杂系统。辨识系统的方法是定义系统的边界 (拓扑) Boundary (topology)，即选择哪些实体位于系统内部，而哪些实体在外部——即作为环境的一部分。可以简化系统的表述（科学建模 Scientific modelling）以理解、预测或影响其未来活动。这些模型描绘了系统的结构 structure和行为 behavior。


自然系统和人造系统

系统可分为自然系统和人造（人为设计）系统。自然系统的存在肯没有明确目的，但是自然系统的活动却可以被观察者当作有所目的去解读。人造系统的目的各不相同，通过在系统活动与系统一起实施的动作来实现。系统的各部分是相互关联的，它们必须“被设计成一个连贯的整体去工作”，否则它们将变成两个以上完全不同的系统的部分。

“开放系统”有输入和输出流，即与其周围环境物质、能量或者信息的交换。


理论框架

大多数系统是与周围环境交换物质和能量的开放系统 (热力学) Open system (thermodynamics)，例如汽车、咖啡机或地球。而封闭系统 closed system与其环境交换能量而非物质; 例如一台计算机或生物圈2号 Biosphere 2项目。一个孤立系统 isolated system与它的环境既不交换物质也不交换能量。这种系统的一个理论例子是宇宙 Universe。


过程和转变过程 Process and transformation process

开放系统也可视为一个有界的转换过程，即输入转输出过程或过程集合的黑盒 black box。输入被消耗，并产生输出。这里说的输入和输出是非常广义的。例如一艘客轮的输出是乘客从出发地向目的地的移动。


系统模型 System model

系统有多种视图 multiple views。人造系统会具有如下等视图: 概念、分析、设计、实现、部署、结构、行为、输入数据和输出数据。所有这些试图需要系统模型 system model来描述和反映。


系统架构 Systems architecture

“系统架构 systems architecture是一种系统模型 system model，它用一个单一的集成模型来描述多种视图 multiple views。

子系统 Subsystem

"子系统"是一组元素，其本身也是一个系统，同时也是一个更大系统的组成部分。IBM大型机“作业输入子系统”系列(JES1、JES2、JES3及其前身HASP/ASP)就是例子。它们共有的主要“元素”是处理输入、调度、假脱机和输出的组件; 它们还能够与本地和远程操作员交互。


子系统表述为一个系统对象，该系统对象包含定义了系统所控制操作环境的特征的信息。[8]数据测试用于验证各个子系统配置数据的准确性（例如MA长度、静态速度曲线、…），它们和单个子系统关联，以测试其具体应用 Specific Application（SA）。[9]


分析 Analysis

有许多类型的系统，可以进行定量 quantitatively和定性 qualitatively分析。例如，在城市系统动力学 systems dynamics分析中，A.W.斯泰斯 A .W. Steiss[10]定义了5个交叉系统，包括物质系统和行为系统。对于受系统理论影响的社会学模型，Kenneth D. Bailey[11]用概念化、具象化和抽象化的系统来定义系统，包括孤立系统、封闭系统和开放系统。沃尔特 F.巴克利 Walter F. Buckley从机械、有机和过程模型的角度定义社会学中的系统。贝拉 H.巴纳锡 Bela H. Banathy[12]提醒道，对于任何系统内的调研，了解其系统类型至关重要，同时要明确“自然”和“人为”，换言之人工，系统。


避免混淆这些抽象定义非常重要。例如，自然系统包括亚原子系统、生命系统、太阳系、星系和宇宙，而人造系统包括人造物理结构、自然系统和人造系统的混合体、以及概念知识。组织和功能的人为因素通过其相关的抽象系统和表示形式得以强调。系统在选择其目的、目标、方法、工具等方面的自由程度及其选择分布或集中的自由程度，是区分不同系统的一个主要考虑因素。


人工系统有个先天的重大缺陷: 它们必须以一个或多个基本假设为前提，而这些基本假设又是额外知识的基础。模板:Clarify[citation needed]这些基本假设本身并没有什么坏处。，但是它们必须被定义为真，而如果它们实际是假，那么该系统在结构上并不如假设那般完备。例如在几何学 geometry中，这种缺陷在定理 theorem的基础假设和定理外推的证明中是非常明显的。


乔治 J.克莱尔 George J. Klir[13]认为出于任何目的都不存在“完备且完美的分类”，并将系统定义为抽象的、真实的和概念的物理系统 physical systems、有界的和无界的系统 unbounded system、离散的到连续的系统、脉冲的到混合的系统 hybrid system等。系统与其环境之间的交互可分为相对封闭系统和开放系统 open systems。绝对封闭的系统似乎不太可能存在，即使存在，也不大可能为人所知。在“硬”系统和“软”系统之间也有重要的区别[14] ，“硬”系统在自然界是技术性的，可以适应诸如系统工程 systems engineering、运筹学和定量系统分析等方法，“软”系统涉及人和组织，通常与彼得·契克兰 Peter Checkland和 布莱恩·威尔逊 Brian Wilson通过软系统方法论（SSM）开发的概念相关，包括诸如行动研究 action research和强调参与式设计等方法。在硬系统可能被认为更“科学”的领域，两者的区别往往是模糊的。


文化系统 Cultural system

文化系统可定义为不同文化要素之间的相互作用。虽然文化系统与社会系统大不相同，有时两者会合在一起称为”社会文化系统”。社会科学的一个主要关注点是秩序问题。


经济系统 Economic system

经济制度是一种机制（社会制度 social institution），它处理特定社会中货品 goods和服务 services的生产 production、分配 distribution和消费 consumption。经济体系由人、制度及其与资源的关系组成，如财产制度。它解决经济问题，例如资源的稀缺和分配。


几位国际关系学者，尤其是新现实主义学派 neorealist school的学者，从系统的角度描述和分析了国家交流的国际范围。然而，这种国际分析的系统模式受到其他国际关系思想流派的挑战，其中最显著的是建构主义学派 constructivist school，该学派认为，过分关注系统和结构可能忽视个人在社会互动中的作用。基于系统的国际关系模型也是自由制度主义 liberal institutionalist思想学派国际视野的基础，该学派更加重视由规则和交互管制产生的系统，特别是经济管制所产生的系统。


系统概念的应用 Application of the system concept

系统建模是工程学和社会科学的基本原则。该系统是所关注实体的呈现。所以是否包含于系统环境取决于建模者的意图。


任何模型都无法包括所关注现实系统的所有特征，也不必包括属于所关注现实系统的所有实体。


信息和电脑科学方面 In information and computer science

在计算机科学和信息科学中，“系统”是以组件（UML）为结构，以可观察的进程间通信为活动的硬件系统、软件系统或组合。再举一些例子: 计算系统（如罗马数字）、各种归档文件，分类的系统、各种图书馆系统（例如杜威十进制图书分类法 Dewey Decimal Classification）。这仍然符合组件组合连接的定义(以利信息流)。[15]


系统也可以指一个构架，亦称平台，即为使软件程序运行打造的软件或硬件。组件或系统中的缺陷可能导致组件本身或整个系统无法执行其必需功能，例如错误的陈述或数据定义。


工程和物理方面 In engineering and physics

在工程学和物理学中，物理系统描述正在被研究的宇宙的一部分(例如热力学系统 thermodynamic system)。工程学也有系统的概念，其系统指一个复杂项目的所有部分和各部分之间的交互。系统工程是工程学的一个分支，研究如何规划、设计、实现、构建和维护这类的系统。预期结果是以在特定条件组件或者系统的规格或另其他资源为基础预测的行为。[15]


社会科学、认知科学及管理研究方面 In social and cognitive sciences and management research

社会科学和认知科学 cognitive science识别人类模型和人类社会中的系统，主要有人类的大脑功能、心理过程，以及规范伦理学系统和社会/文化行为模式。


管理科学、运筹学和组织发展学把人类组织视为亚系统或系统集合体等相互作用的元件的系统(概念系统) ，该系统是众多复杂商业过程(组织行为)和组织结构的载体。组织发展理论家彼得·圣吉 Peter Senge在他的《第五纪律》一书中提出了组织作为系统的概念。


系统思考 Systems thinking是一种思考/推理和解决问题的方式。它以识别特定问题的系统特性为始，也可以是一种领导能力。有些人能在局部行动的同时放眼全局。他们会考虑其决定对大系统其他部分造成的潜在后果。这也是心理学上系统辅导的基础。

组织理论家，如玛格丽特·惠特利 Margaret Wheatley，也描述了在新隐喻背景下组织系统的工作，如量子物理学 quantum physics，混沌理论 chaos theory，自组织系统 self-organizing systems。


纯粹逻辑系统 Pure logical systems

还有所谓逻辑系统。最显著的例子是莱布尼兹 Leibniz和艾萨克・牛顿 Isaac Newton同时开发的微积分。另一个例子是乔治・布尔 George Boole的布尔运算符。其他的例子与哲学、生物学或认知科学特定相关。马斯洛的需求层次理论Maslow's hierarchy of needs 以纯粹逻辑将心理学应用于生物学。包括卡尔・荣格 Carl Jung和西格蒙德·弗洛伊德 Sigmund Freud许多心理学家已经开发出一套系统，可以富有逻辑地将心理学定义域组织起来，比如人格、动机、智力和欲望。这些定义域通常由一般范畴组成，这些范畴遵循一个推论，例如定理。逻辑应用于一般分类学 、本体论 ontology、教育评估 educational assessment和层次 hierarchies等类别。


应用于战略思维 Applied to strategic thinking

1988年，军事战略家约翰·A·沃登三世 John A. Warden III在他的书《空军战役》中介绍了五环系统 Five Ring System模型，他主张每一个复杂的系统都可以被分解为五个同心环。每个环节——领导力、流程、基础设施、人口和行动单位——都可用来在每个需要变革的系统中隔离关键元素。在第一次海湾战争 First Gulf War中[16]，空军计划人员对该模型进行了有效利用。[17][18]


20世纪90年代末，Warden将他的模型应用于商业战略。[19]


参见

参考文献

  1. ↑ "Definition of system". Merriam-Webster. Springfield, MA, USA. Retrieved 2019-01-16.
  2. ↑ "σύστημα", Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek–English Lexicon, on Perseus Digits Library.
  3. ↑ Marshall McLuhan in: McLuhan: Hot & Cool. Ed. by Gerald Emanuel Stearn. A Signet Book published by The New American Library, New York, 1967, p. 288.
  4. ↑ McLuhan, Marshall (2014). "4: The Hot and Cool Interview". In Moos, Michel″. Media Research: Technology, Art and Communication: Critical Voices in Art, Theory and Culture. Critical Voices in Art, Theory and Culture. Routledge. p. 74. ISBN 9781134393145. https://books.google.com/books?id=hZR_AgAAQBAJ. Retrieved 2015-05-06. "'System' means 'something to look at'. You must have a very high visual gradient to have systematization. In philosophy, before Descartes, there was no 'system.' Plato had no 'system.' Aristotle had no 'system.'" 
  5. ↑ 1945, Zu einer allgemeinen Systemlehre, Blätter für deutsche Philosophie, 3/4. (Extract in: Biologia Generalis, 19 (1949), 139–164.
  6. ↑ 1948, Cybernetics: Or the Control and Communication in the Animal and the Machine. Paris, France: Librairie Hermann & Cie, and Cambridge, MA: MIT Press.Cambridge, MA: MIT Press.
  7. ↑ 1956. An Introduction to Cybernetics, Chapman & Hall.
  8. ↑ IBM's definition @ http://www.ibm.com/support/knowledgecenter/ssw_i5_54/rzaks/rzakssbsd.htm
  9. ↑ European Committee for Electrotechnical Standardization (CENELEC) - EN 50128. Brussels, Belgium: CENELEC. 2011. pp. Table A.11 – Data Préparation Techniques (8.4). 
  10. ↑ Steiss, 1967, pp. 8–18.
  11. ↑ Bailey, 1994.
  12. ↑ Banathy, 1997.
  13. ↑ Klir, 1969, pp. 69–72
  14. ↑ Checkland, 1997; Flood, 1999.
  15. ↑ 15.0 15.1 "ISTQB Standard glossary of terms used in Software Testing". Retrieved 15 March 2019.
  16. ↑ Warden, John A. III (1988). The Air Campaign: Planning for Combat. Washington, D.C.: National Defense University Press. ISBN 978-1-58348-100-4. 
  17. ↑ { cite book | last = Warden | first = John a. III | date = September 1995|chapter=Chapter 4: Air theory for the 21st century|chapter-url=http://www.airpower.maxwell.af.mil/airchronicles/battle/chp4.html |accessdate=December 26, 2008 |title=Battlefield of the Future: 21st Century Warfare Issues |chapter-format=in Air and Space Power Journal|publisher =United States Air Force}}
  18. ↑ Warden, John A. III (1995). "Enemy as a System". Airpower Journal. Spring (9): 40–55. Retrieved 2009-03-25.
  19. ↑ Russell, Leland A.; Warden, John A. (2001). Winning in FastTime: Harness the Competitive Advantage of Prometheus in Business and in Life. Newport Beach, CA: GEO Group Press. ISBN 0-9712697-1-8. 


参考书目 Bibliography

  • Kenneth D. Bailey (1994). Sociology and the New Systems Theory: Toward a Theoretical Synthesis. New York: State of New York Press.
  • Walter F. Buckley (1967). Sociology and Modern Systems Theory, New Jersey: Englewood Cliffs.
  • Peter Checkland (1997). Systems Thinking, Systems Practice. Chichester: John Wiley & Sons, Ltd.
  • Michel Crozier, Erhard Friedberg (1981). Actors and Systems, Chicago University Press.
  • Brian Wilson (1980). Systems: Concepts, methodologies and Applications, John Wiley
  • Brian Wilson (2001). Soft Systems Methodology—Conceptual model building and its contribution, J.H.Wiley.
  • Beynon-Davies P. (2009). Business Information + Systems. Palgrave, Basingstoke.


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