一般係統論 (ZT)

一般係統論

General System Theory

　　研究複雜係統的一般規律的學科，又稱普通係統論。現代科學可按所研究的對象係統的具體形式劃分成各門學科,如物理學、化學、生物學、經濟學和社會學等;也可按研究方法劃分成兩大類別，即簡單係統理論和複雜係統理論。一般係統論是研究複雜係統理論的學科，著重研究複雜係統的潛在的一般規律。

曆史背景 　
   係統的存在是客觀事實，但人類對係統的認識卻經曆了漫長的歲月,對簡單係統研究得較多,而對複雜係統則研究得較少。直到20世紀30年代前後才逐漸形成一般係統論。一般係統論來源於生物學中的機體論，是在研究複雜的生命係統中誕生的。1925年英國數理邏輯學家和哲學家N.懷特海在《科學與近代世界》一文中提出用機體論代替機械決定論，認為隻有把生命體看成是一個有機整體,才能解釋複雜的生命現象。1925年美國學者A.J.洛特卡發表的《物理生物學原理》和1927年德國學者W.克勒發表的《論調節問題》中先後提出了一般係統論的思想。1924～1928年奧地利理論生物學家L.von貝塔朗菲多次發表文章表達一般係統論的思想,提出生物學中有機體的概念，強調必須把有機體當作一個整體或係統來研究，才能發現不同層次上的組織原理。他在1932年發表的《理論生物學》和1934年發表的《現代發展理論》中提出用數學模型來研究生物學的方法和機體係統論的概念，把協調、有序、目的性等概念用於研究有機體，形成研究生命體的三個基本觀點，即係統觀點、動態觀點和層次觀點。1937年貝塔朗菲在芝加哥大學的一次哲學討論會上第一次提出一般係統論的概念。但由於當時生物學界的壓力，沒有正式發表。1945年他發表《關於一般係統論》的文章,但不久毀於戰火,沒有引起人們的注意。1947～1948年貝塔朗菲在美國講學和參加專題討論會時進一步闡明了一般係統論的思想，指出不論係統的具體種類、組成部分的性質和它們之間的關係如何，存在著適用於綜合係統或子係統的一般模式、原則和規律，並於1954年發起成立一般係統論學會（後改名為一般係統論研究會）,促進一般係統論的發展,出版《行為科學》雜誌和《一般係統年鑒》。雖然一般係統論幾乎是與控製論、信息論同時出現的，但直到60～70年代才受到人們的重視。1968年貝塔朗菲的專著《一般係統論──基礎、發展和應用》，總結了一般係統論的概念、方法和應用。1972年他發表《一般係統論的曆史和現狀》，試圖重新定義一般係統論。貝塔朗菲認為，把一般係統論局限於技術方麵當作一種數學理論來看是不適宜的，因為有許多係統問題不能用現代數學概念表達。一般係統論這一術語有更廣泛的內容，包括極廣泛的研究領域，其中有三個主要的方麵。①關於係統的科學：又稱數學係統論。這是用精確的數學語言來描述係統，研究適用於一切係統的根本學說。②係統技術：又稱係統工程。這是用係統思想和係統方法來研究工程係統、生命係統、經濟係統和社會係統等複雜係統。③係統哲學:它研究一般係統論的科學方法論的性質,並把它上升到哲學方法論的地位。貝塔朗菲企圖把一般係統論擴展到係統科學的範疇，幾乎把係統科學的三個層次都包括進去了。但是現代一般係統論的主要研究內容尚局限於係統思想、係統同構、開放係統和係統哲學等方麵。而係統工程專門研究複雜係統的組織管理的技術，成為一門獨立的學科，並不包括在一般係統論的研究範圍內(見係統科學)。

係統思想 　
    係統思想是一般係統論的認識基礎，是對係統的本質屬性（包括整體性、關聯性、層次性、統一性）的根本認識。係統思想的核心問題是如何根據係統的本質屬性使係統最優化。

　　整體性 　雖然係統是由要素或子係統組成的，但係統的整體性能可以大於各要素的性能之和。因此在處理係統問題時要注意研究係統的結構與功能的關係，重視提高係統的整體功能。任何要素一旦離開係統整體，就不再具有它在係統中所能發揮的功能。

　　關聯性 　關聯性是指係統與其子係統之間、係統內部各子係統之間和係統與環境之間的相互作用、相互依存和相互關係。離開關聯性就不能揭示複雜係統的本質。

　　層次性 　一個係統總是由若幹子係統組成的，該係統本身又可看作是更大的係統的一個子係統，這就構成了係統的層次性。T.米爾索姆曾把人類係統劃分為11個層次。不同層次上的係統運動有其特殊性。在研究複雜係統時要從較大的係統出發，考慮到係統所處的上下左右關係。

　　統一性 　一般係統論承認客觀物質運動的層次性和各不同層次上係統運動的特殊性，這主要表現在不同層次上係統運動規律的統一性，不同層次上的係統運動都存在組織化的傾向，而不同係統之間存在著係統同構。

係統同構 　
    係統同構是一般係統論的重要理論依據和方法論的基礎。係統同構一般是指不同係統的數學模型之間存在著數學同構。常見的數學同構有代數係統同構、圖同構等。數學同構有兩個特征：①兩個數學係統的元素之間能建立一一對應關係。②兩個數學係統各元素之間的關係，經過這種對應之後仍能在各自的係統中保持不變。不同係統間的數學同構關係是等價關係，等價關係具有自返性、對稱性和傳遞性，根據等價關係可將現實係統劃分為若幹等價類。同一等價類內，係統彼此等價。因此借助於數學同構的研究可在現實世界中各種不同的係統運動中找出共同規律。

　　研究數學同構有時要涉及數學同態。不同係統間的數學同態關係具有自返性和傳遞性，但沒有對稱性。因此數學同態隻用於分類和模型簡化，不能劃分等價類。

　　對於許多複雜係統，不能用數學形式進行定量的研究,因此就有必要將數學同構的概念拓廣為係統同構。人們常常把具有相同的輸入和輸出且對外部激勵具有相同的響應的係統稱為同構係統，而把通過集結使係統簡化而得到的簡化模型稱為同態模型。一個係統根據研究的目的不同可以得出不同的同態模型，而對於結構和性能不同的係統，它們的同態模型的行為特征卻可能存在著形式上的相似性。不同的學科領域之間和不同的現實係統之間存在著係統同構的事實，是各學科進行橫向綜合和建立一般係統論的客觀基礎。

開放係統
　開放係統是一般係統論中最重要的基本概念。開放係統的特點是係統與外界環境之間有物質、能量或信息的交換。封閉係統則與此相反，它與外界環境之間不存在物質、能量或信息的交換。用係統思想來觀察現實世界，幾乎一切係統都是開放係統。物理學中的所謂孤立係統（即封閉係統）可看作是開放係統的一種特例。

　　為了明確一個係統的性質，必須首先確定係統邊界，研究邊界上的物質、能量或信息的交流情況。封閉係統一般具有剛性的不可貫穿的邊界，而開放係統的邊界具有可滲透性。但對於社會係統、經濟係統、生態係統和觀念係統，往往很難確定它們的邊界。

　　熱力學中的熵增加定律隻能適用於孤立係統（即封閉係統），並不適用於開放係統。因為開放係統與環境之間有物質、能量或信息的交流，所以開放係統的運動在一定條件下可以是一個減熵的過程，能使係統趨向於組織化和有序化。係統有序化的方向正是係統所追求的目標方向，也表示了係統的目的性。複雜係統一般具有多目標，甚至互相矛盾的目標，這些目標需要通過各子係統之間的協調或協同作用才能達到。

　　因為開放係統與環境之間有物質、能量或信息的交流，開放係統的穩態是一種動態平衡。開放係統具有一定的自動調節能力，但保持係統的穩定性也有一定的限度。對於開放係統，從不同的初始條件出發和通過不同的途徑可以達到相同的最終狀態。這種現象稱為係統的等終極性或係統發展的多途徑性。對於各種社會係統,可以針對不同的初始狀態，采取多種發展途徑，實現同一目標。這種係統往往沒有唯一的最優解，具有一定的靈活性。

　　開放係統的演化過程在一定條件下是一個減熵的過程，使係統的組織化程度或有序化程度不斷提高，係統內部結構更趨複雜而精致，功能更趨完善，係統逐漸由低級向高級發展。地球上生物進化的曆程就是開放係統演化的一種重要模式。

係統哲學
　一般係統論是研究一切係統的共同規律的學科。一般係統論的廣泛應用，不但引起科學技術界的廣泛重視，而且也引起哲學界的濃厚興趣。貝塔朗菲認為，係統作為新的科學範疇所引起的世界觀方麵的變化，就是係統哲學所要探討的問題。

　　一般係統論的思想源泉是唯物辯證法，它的許多基本觀點與唯物辯證法是一致的。係統哲學主要研究係統本體論和係統認識論等問題。係統哲學在哲學上的地位和作用是現代哲學界爭論的焦點之一。

發展趨勢
　貝塔朗菲創立的一般係統論，從理論生物學的角度總結了人類的係統思想，運用類比和同構的方法，建立開放係統的一般係統理論。他創立的一般係統論屬於類比型一般係統論，對係統的有序性和目的性並沒有作出滿意的解答。

　　蘇聯學者A.И.烏耶莫夫提出參量型一般係統論。他認為貝塔朗菲的一般係統論是用同構和同態等類比形式創立的，在實際運用中受到一定的限製。人們已經發現50多種獨立的類比形式，其中許多可以用於發展類比型一般係統論，因此這種理論還可以得到發展。但對不同的係統進行類比,不是建立一般係統論的唯一途徑。參量型一般係統論是用係統參量來表達係統的原始信息，再用電子計算機建立係統參量之間的聯係，從而確定係統的一般規律。

　　一般係統論發展中出現的另一個重要領域是數學係統論或一般係統的數學理論。其代表人物有M.D.梅薩羅維茨、A.W.懷莫爾和G.J.克利爾。

　　一些物理學家、生物學家和化學家還在各自的領域中沿著貝塔朗菲開創的開放係統理論深入研究一般係統論，並得到了關於複雜係統的一係列重要規律。其中最著名的有：I.普裏戈金的耗散結構理論，M.艾根的超循環理論和H.哈肯的協同學。