系统科学 Systems science

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关于社会的系统思考印象

系统科学 Systems science是研究自然、社会、认知、工程、技术和科学本身的系统本质——由简单到复杂的系统本质的交叉学科。对于系统科学家来说,世界可以理解为一个系统的系统。[1]该领域的旨在发展适用于心理学、生物学、医学、通信、商业管理、计算机科学、工程学和社会科学等不同领域的跨学科的基础。[2]

系统科学涵盖了诸如复杂系统控制论动力系统理论信息论语言学系统论等形式科学。它在自然科学、社会科学和工程学领域有应用,如控制论、运筹学、社会系统理论、系统生物学、系统动力学、人因学、系统生态学、计算机科学、系统工程学和系统心理学。[3]系统科学通常强调的主题是:

  • (a)整体观点,
  • (b)系统与其嵌入环境之间的相互作用,
  • (c)动态行为的复杂轨迹(通常是微妙的),有时是稳定的(因此具有加固性) ,但在各种“边界条件”下可能变得极不稳定(因此具有破坏性)。

对地球尺度生物圈/地球圈动力学的关注是系统科学寻求对自然问题提供有意义见解的一个例子。


理论

自20世纪50年代出现一般系统研究以来,[4]系统思维和系统科学已经发展出许多理论框架。

Systems notes of Henk Bikker, TU Delft, 1991


系统分析

系统分析是系统科学的一个分支,它分析系统,系统内部的交互作用,或者系统与环境的交互作用,[5]常在它们自动化为计算机模型之前进行。这一领域与运筹学密切相关。


系统设计

系统设计是“建立和确定最佳系统组件配置以实现特定目标或目的”的过程。[5]例如在计算方面,系统设计可以定义硬件和包括许多子体系结构,例如软件体系结构、组件、模块、接口和数据,以及安全、信息等的系统体系结构,以满足计算机系统的特定要求。


系统动力学

系统动力学是理解复杂系统行为随时间变化的一种方法。它提供了解决影响整个系统行为的内部反馈循环和时间延迟的“模拟商业和社会系统建模的仿真技术” 。[6]使用系统动力学与其他研究复杂系统的方法的不同之处在于它使用了反馈循环和存量和流量。


系统工程

系统工程 Systems engineering(SE)是一个跨学科的工程领域,其重点是复杂系统的开发和组织。它是“为复杂问题创造整体解决方案的艺术和科学”,[7]例如: 信号处理系统、控制系统通信系统,或者在特定工程领域的其他形式的高级建模和设计。

系统方法论

系统方法论即系统分析的学科有多种类型。例如:

  • 软体系统方法论 Software systems methodology (SSM): 在组织研究领域,软体系统方法论是一种组织过程建模的方法,它既可用于一般问题的解决也可用于变更管理。它是由英国兰卡斯特大学系统学院的学者通过一个为期十年的行动研究项目开发的。
  • 系统开发方法论 Systems development methodology (SDM): 在IT领域发展出的系统开发方法论是一系列结构化的、有组织的程序,它用于开发信息技术及嵌入式软件系统。
  • 可行系统方法 Viable systems approach (vSa):可行系统方法是一种有助于理解和管理复杂现象的方法; 它已在管理、决策、营销和服务领域得到了成功的应用。

系统理论

系统理论是一个研究自然、社会和科学中的复杂系统的交叉学科。更具体地说,它是一个概念框架,人们可以通过它来分析或描述任何一组协同工作以产生某种结果的对象。


系统科学

系统科学是部分基于系统思维的科学学科,如混沌理论复杂系统控制理论控制论社会技术系统论系统生物学系统化学系统生态学系统心理学以及前面提到的系统动力学、系统工程和系统理论。

领域

系统科学涵盖了形式科学,如动力系统理论,以及在自然、社会科学和工程中的应用,如社会系统理论和系统动力学。

混沌理论 Chaos theory

概念系统 Conceptual systems

复杂系统 Complex system

控制论 Cybernetics

自治代理理论 Autonomous Agency Theory
二阶控制论 Second-order cybernetics
可行系统理论 Viable System Theory

控制理论 Control theory

影响控制理论 Affect control theory
控制工程 Control engineering
控制系统 Control systems
动力系统 Dynamical systems
感知控制理论 Perceptual control theory

地球系统科学 Earth system science

气候科学 Climate science/气候系统 Climate systems
系统地质学 Systems geology

经济系统 Economic systems

地缘政治学 Geopolitics/地缘政治系统 Geopolitical systems

操作研究 Operations research

政治系统 Political systems

系统生物学 Systems biology

计算系统生物学 Computational systems biology
合成生物学 Synthetic biology
系统免疫学 Systems immunology
系统神经科学 Systems neuroscience

系统动力学 System dynamics

社会动力学 Social dynamics

系统化学 Systems chemistry

系统生态学 Systems ecology

生态系统生态学 Ecosystem ecology

农业生态学 Agroecology

系统工程学 Systems engineering

航空航天工程 Aerospace Engineering/航空航天系统 Aerospace systems
生物系统工程 Biological systems engineering
地球系统工程与管理 Earth systems engineering and management
电子学 Electronics/电子系统 Electronic systems
企业系统工程 Enterprise systems engineering
软件系统 Software systems
系统分析 Systems analysis

人类学中的系统理论 Systems theory in anthropology

系统心理学 Systems psychology

人体工程学 Ergonomics
家庭系统理论 Family systems theory
系统治疗 Systemic therapy

系统理论 Systems theory

生化系统理论 Biochemical systems theory
生态系统理论 Ecological systems theory
发展系统理论 Developmental systems theory
一般系统理论 General systems theory
生命系统理论 Living systems theory
LTI系统理论 LTI system theory
社会技术系统理论 Sociotechnical systems theory
数学系统理论 Mathematical system theory
世界体系理论 World-systems theory

系统科学家

系统科学家名录

一般的系统科学家可以分为不同的世代。系统运动的创始人,如 Ludwig von Bertalanffy, Kenneth Boulding, Ralph Gerard, James Grier Miller, George J. Klir和 Anatol Rapoport 都出生于1900年到1920年之间。他们来自不同的自然科学和社会科学学科,并在20世纪50年代联手建立了一般系统论范式。在他们努力的组织下,第一代系统科学家崛起了。

在他们当中,包括了一些其他的科学家,如Ackoff,Ashby,Margaret Mead和Churchman,他们在20世纪50年代和60年代普及了系统的概念,这些科学家激励并教育了第二代科学家。而且他们中有更著名的科学家,如Ervin Laszlo(1932年)和fritzjof Capra (1939年),他们在20世纪70年代和80年代写过系统论。其他人在20世纪80年代认识并开始研究这些作品,并从20世纪90年代开始撰写相关文章。Debora Hammond可以被认为是第三代系统科学家的典型代表。


组织机构

系统科学组织名录

国际系统科学学会 International Society for Systems Science(ISSS)是一个关于系统科学的跨学科机构和综合组织。就范围的广度而言,ISSS在以系统为导向的机构中是独一无二的,它汇集了来自学术、商业、政府和非盈利组织的学者和从业人员。并且基于50年来对复杂系统的科学研究到管理以及社区发展的交互方法,它做了大量的跨学科研究。该协会最初是1954年在斯坦福行为科学高级研究中心由Ludwig von Bertalanffy, Kenneth Boulding, Ralph Gerard,和Anatol Rapoport提出建立的。

在系统科学领域,国际系统研究联合会 International Federation for Systems Research(IFSR)是系统科学领域在全球和地方的国际联合会。本联合会成立于1981年,是一个非营利的科学和教育机构,由来自不同国家的大约三十个成员组织组成。本联合会的总体宗旨是促进控制论和系统研究及系统应用的发展,并为国际系统界服务。

该领域最著名的研究机构是位于美国新墨西哥州圣达菲的圣塔菲研究所 Santa Fe Institute(SFI),它致力于复杂系统的研究。这个研究所是在1984年由George Cowan,David Pines,Stirling Colgate,Murray Gell-Mann,Nick Metropolis,Herb Anderson,Peter a. Carruthers 和 Richard Slansky 创立的。除了Pines和Gell-Mann,其他人都是洛斯阿拉莫斯国家实验室 Los Alamos National Laboratory的科学家。圣菲研究所的最初任务是传播独立的跨学科研究领域的概念,在SFI,复杂性理论被称为复杂性科学。最近,印度拉贾斯坦邦的印度理工学院(IIT Jodhpur)焦特布尔校区开始通过学士、硕士和博士项目向学生教授系统科学和工程学。这使得它成为印度第一个向学生提供系统科学教育的机构。

另请参阅


参考文献

  1. G. E. Mobus & M. C. Kalton, Principles of Systems Science, 2015, New York:Springer.
  2. Philip M'Pherson (1974, p. 229); as cited by: Hieronymi, A. (2013), Understanding Systems Science: A Visual and Integrative Approach. Syst. Res.. doi:10.1002/sres.2215. He defined systems science as "the ordered arrangement of knowledge acquired from the study of systems in the observable world, together with the application of this knowledge to the design of man-made systems."
  3. According to Francis Heylighen in "What are Cybernetics and Systems Science?" on Principia Cybernetica Web (1999) systems science is an "Fields of science, that touches virtually all traditional disciplines, from mathematics,technology and biology to philosophy and the social sciences."
  4. Robert L. Flood (1993) Dealing with Complexity: : An Introduction to the Theory and Application of Systems Science. p. 3
  5. 5.0 5.1 Anthony Debons. "Command and Control: Technology and Social Impact" in: Advances in computers, Vol. 11. Franz L. Alt & Morris Rubinoff eds. (1971). p. 362
  6. Center for Complex Adaptive Agent Systems Simulation Argonne National Laboratory (2007) Managing Business Complexity : Discovering Strategic Solutions with Agent-Based Modeling and Simulation: Discovering Strategic Solutions with Agent-Based Modeling and Simulation. Oxford University Press. p. 55
  7. Derek K. Hitchins (2008) Systems Engineering: A 21st Century Systems Methodology. p. 100


进一步阅读

  • B. A. Bayraktar, Education in Systems Science, 1979, 369 pp.
  • Kenneth D. Bailey, "Fifty Years of Systems Science:Further Reflections", Systems Research and Behavioral Science, 22, 2005, pp. 355–361. doi:10.1002/sres.711
  • Jiri Kroc, Karel Balihar, Martin Matejovic, Complex Systems and Their Use in Medicine: Concepts, Methods and Bio-Medical Applications, ResearchGate, doi:10.13140/RG.2.2.29919.30887, 2019.
  • Ervin László, Systems Science and World Order: Selected Studies, 1983.
  • G. E. Mobus & M. C. Kalton, Principles of Systems Science, 2015, New York:Springer.
  • Anatol Rapoport (ed.), General Systems: Yearbook of the Society for the Advancement of General Systems Theory, Society for General Systems Research, Vol 1., 1956.
  • Li D. Xu, "The contributions of Systems Science to Information Systems Research", Systems Research and Behavioral Science, 17, 2000, pp. 105–116.
  • Graeme Donald Snooks, "A general theory of complex living systems: Exploring the demand side of dynamics", Complexity, vol. 13, no. 6, July/August 2008.
  • John N. Warfield, "A proposal for Systems Science", Systems Research and Behavioral Science, 20, 2003, pp. 507–520. doi:10.1002/sres.528
  • Mike Jackson, Critical Systems Thinking and the Management of Complexity, 2019 , Wiley.

外部链接

  • Institute of System Science Knowledge (ISSK.org)

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《系统科学导引》第一卷

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该书的最主要的目的就是讨论什么是系统科学,系统科学有哪一些比较有自己学科特点的思维方式和分析方法,有哪一些有特点的研究实例。同时也回答了需要哪些数学物理的知识、思维方式和分析方法的基础。

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  • 系联:从孤立到有联系,从直接到间接,从个体到整体
  • 分析与综合或者说还原论和整体论的结合
  • 交叉性:从具体问题中来,到具体问题中去,留下可能的一般性理论

《系统科学导引》第二卷

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整本书的目的是尽可能地用具体研究的例子来体现什么是系统科学。如果非得用一句话来粗糙地什么是系统科学的典型思维方式,那就是,总结有联系的事物的处理很多时候需要(通过具体的计算分析方法)考虑这个联系,或者更粗糙地本书封底上的“联系1,联系2,联系3”。

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但是,仅仅有一个了解是不够的。我们需要学会运用这些思维方式和分析方法,甚至将来创造新的分析方法乃至思维方式。这就是第二卷和第三卷的目标。其中,第二卷可以看做为了这个目标而做的数学物理上的准备。这个准备在一定程度上是数学物理知识的准备。但是,其实,知识仅仅是很小的一个方面,主要是通过对这些知识的关系的梳理、运用过程(从概念到对象)的理解、产生过程(从对象到概念)的理解,来体会什么是科学:科学和现实以及数学的关系(科学运用数学结构来描述现实,并且通过对这个描述做计算能够得到和现实在误差范围内一致的结果,同时科学受现实的启发从现实中抽象出来提炼出来科学概念甚至有的时候数学概念。这个一致的要求有的时候会用要求更低一点逻辑上更完善一点的可证伪性,也就是一个描述只要出现了某个实验结果则就有可能就是错的但是迄今为止这个可以否定这个描述的实验结果一直没有出现,来代替)、科学背后的思维方式(系联性思考、批判性思维)。

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