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系统科学

一级学科, 授予学位:理学学士, 专业代码 0711

系统科学, 是研究系统的结构与功能关系、演化和调控规律的科学,是一门新兴的综合性、交叉性学科。它以不同领域的复杂系统为研究对象,从系统和整体的角度,探讨复杂系统的性质和演化规律,目的是揭示各种系统的共性以及演化过程中所遵循的共同规律,发展优化和调控系统的方法,并进而为系统科学在科学技术、社会、经济、军事、生物等领域的应用提供理论依据。

系统科学是在数学、物理、生物、化学等学科基础上,结合运筹、控制、信息科学等技术科学发展起来的,并在工程、社会、经济、军事、生命、生态、管理等领域得到发展与应用。·系统是由相互联系、相互作用的要素(部分)组成的具有一定结构和功能的有机整体。英文中系统一词(system)来源于古代希腊文(σύστημα),意为部分组成的整体。

系统科学研究主要采用系统论的原理和方法,并紧密结合近现代数学物理方法与信息科学技术等现代研究工具(科学计算、模拟、仿真等)。

系统科学的发展离不开对具体系统的探讨,并通过对具体系统的结构、功能及其演化性质的研究,寻求复杂系统的一般机理与演化规律;同时系统科学的新的思想和方法又深刻地影响着许多实际系统的研究,涉及自然科学和社会科学的许多领域,成为众多工程技术科学发展的理论基础,并为控制科学与工程、管理科学与工程以及生态学、环境的控制等对国民经济与人类生存有关的重要应用领域做出直接的贡献。

系统科学 = 系统论 + 信息论 + 控制论 = 俗称老(旧)三论。

专业

系统理论, 系统分析与集成

系统理论

系统论,是一门研究现实系统或可能系统的一般规律和性质的理论。是研究系统的一般模式,结构和规律的学问,它研究各种系统的共同特征,用数学方法定量地描述其功能,寻求并确立适用于一切系统的原理、原则和数学模型, 是具有逻辑和数学性质的一门新兴的科学。

概述

宇宙、自然、人类社会,由于人类设定的参照系不同,而分属于不同的子系统。如果把世界上所有的存在,划分为物质与精神世界的话,那么宇宙、自然、人类社会就通通属于物质与精神世界这个复杂巨系统。如果这样来看全宇宙, 系统论就是具有哲学价值的世界观,所以可以说,宇宙是由具有组织性和复杂性的不同子系统构成的,这就是宇宙系统观。同时系统论又有很多类似数学模型的具体方法,来面对具体的子系统,从科学工具的角度来看系统论, 系统论又是具有哲学价值的方法论。总之系统论在具备系统科学之个性化属性的同时,又有别于具体的数学方法、物理方法或化学方法等等具体科学门类的技术方法,从而具有普遍意义上的的哲学属性,像宗教观、物质观、信息观一样, 具有世界观和方法论意义。

内容

系统论认为,开放性、自组织性、复杂性,整体性、关联性,等级结构性、动态平衡性、时序性等,是所有系统的共同的基本特征。这些,既是系统所具有的基本思想观点,而且它也是系统方法的基本原则, 表现了系统论不仅是反映客观规律的科学理论,具有科学方法论的含义,这正是系统论这门科学的特点。贝塔朗菲对此曾作过说明,英语SystemApproach直译为系统方法,也可译成系统论,因为它既可代表概念、观点、模型,又可表示数学方法。他说,我们故意用Approach这样一个不太严格的词,正好表明这门学科的性质特点。

核心思想

系统论的核心思想是系统的整体观念。贝塔朗菲强调,任何系统都是一个有机的整体,它不是各个部分的机械组合或简单相加,系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的性质。 他用亚里斯多德的“整体大于部分之和”的名言来说明系统的整体性,反对那种认为要素性能好,整体性能一定好,以局部说明整体的机械论的观点。同时认为,系统中各要素不是孤立地存在着,每个要素在系统中都处于一定的位置上, 起着特定的作用。要素之间相互关联,构成了一个不可分割的整体。要素是整体中的要素,如果将要素从系统整体中割离出来,它将失去要素的作用。正象人手在人体中它是劳动的器官,一旦将手从人体中砍下来, 那时它将不再是劳动的器官了一样。

基本方法

系统论的基本思想方法,就是把所研究和处理的对象,当作一个系统,分析系统的结构和功能,研究系统、要素、环境三者的相互关系和变动的规律性,并优化系统观点看问题,世界上任何事物都可以看成是一个系统,系统是普遍存在的。 大至渺茫的宇宙,小至微观的原子,一粒种子、一群蜜蜂、一台机器、一个工厂、一个学会团体、……都是系统,整个世界就是系统的集合。 系统是多种多样的,可以根据不同的原则和情况来划分系统的类型。按人类干预的情况可划分自然系统、人工系统;按学科领域就可分成自然系统、社会系统和思维系统;按范围划分则有宏观系统、微观系统;按与环境的关系划分就有开放系统、封闭系统、孤立系统;按状态划分就有平衡系统、非平衡系统、近平衡系统、远平衡系统等等。此外还有大系统、小系统的相对区别。

任务

系统论的任务,不仅在于认识系统的特点和规律,更重要地还在于利用这些特点和规律去控制、管理、改造或创造一系统,使它的存在与发展合乎人的目的需要。也就是说,研究系统的目的在于调整系统结构,协调各要素关系, 使系统达到优化目标。

意义

系统论的出现,使人类的思维方式发生了深刻地变化。以往研究问题,一般是把事物分解成若干部分,抽象出最简单的因素来,然后再以部分的性质去说明复杂事物。这是笛卡尔奠定理论基础的分析方法。 这种方法的着眼点在局部或要素,遵循的是单项因果决定论,虽然这是几百年来在特定范围内行之有效、人们最熟悉的思维方法。但是它不能如实地说明事物的整体性,不能反映事物之间的联系和相互作用,它只适应认识较为简单的事物, 而不胜任于对复杂问题的研究。在现代科学的整体化和高度综合化发展的趋势下,在人类面临许多规模巨大、关系复杂、参数众多的复杂问题面前,就显得无能为力了。正当传统分析方法束手无策的时候,系统分析方法却能站在时代前列, 高屋建瓴,综观全局,别开生面地为现代复杂问题提供了有效的思维方式。所以系统论,连同控制论、信息论等其他横断科学一起所提供的新思路和新方法,为人类的思维开拓新路,它们作为现代科学的新潮流,促进着各门科学的发展。

系统论反映了现代科学发展的趋势,反映了现代社会化大生产的特点,反映了现代社会生活的复杂性,所以它的理论和方法能够得到广泛地应用。系统论不仅为现代科学的发展提供了理论和方法,而且也为解决现代社会中的政治、经济、 军事、科学、文化等等方面的各种复杂问题提供了方法论的基础,系统观念正渗透到每个领域。

当前研究情况

当前系统论发展的趋势和方向是朝着统一各种各样的系统理论,建立统一的系统科学体系的目标前进着。有的学者认为,“随着系统运动而产生的各种各样的系统(理)论,而这些系统(理)论的统一业已成为重大的科学问题和哲学问题。” 系统理论目前已经显现出几个值得注意的趋势和特点:

  • 第一,系统论与控制论、信息论,运筹学、系统工程、电子计算机和现代通讯技术等新兴学科相互渗透、紧密结合的趋势;
  • 第二,系统论、控制论、信息论,正朝着“三归一”的方向发展,现已明确系统论是其它两论的基础;
  • 第三,耗散结构论、协同学、突变论、模糊系统理论等等新的科学理论,从各方面丰富发展了系统论的内容,有必要概括出一门系统学作为系统科学的基础科学理论;
  • 第四,系统科学的哲学和方法论问题日益引起人们的重视。在系统科学的这些发展形势下,国内外许多学者致力于综合各种系统理论的研究,探索建立统一的系统科学体系的途径。

    一般系统论创始人贝塔朗菲,就把他的系统论分为狭义系统论与广义系统论两部分。他的狭义系统论着重对系统本身进行分析研究;而他的广义系统论则是对一类相关的系统科学来理行分析研究。 其中包括三个方面的内容:

  • 1.系统的科学、数学系统论;
  • 2.系统技术,涉及到控制论、信息论、运筹学和系统工程等领域;
  • 3.系统哲学,包括系统的本体论、认识论、价值论等方面的内容。

    有人提出试用信息、能量、物质和时间作为基本概念建立新的统一理论。瑞典斯德哥尔摩大学萨缪尔教授 1976年一般系统论年会上发表了将系统论、 控制论、信息论综合成一门新学科的设想。 在这种情况下,美国的《系统工程》杂志也改称为《系统科学》杂志。

    我国有的学者认为系统科学应包括“系统概念、一般系统理论、系统理论分论、系统方法论(系统工程和系统分析包括在内)和系统方法的应用”等五个部分。 我国著名科学家钱学森教授。多年致力于系统工程的研究,十分重视建立统一的系统科学体系的问题自1979年以来,多次发表文章表达他把系统科学看成是与自然科学、社会科学等相并列的一大门类科学,

    值得关注的是,我国学者林福永教授提出和发展了一种新的系统论,称为一般系统结构理论。一般系统结构理论从数学上提出了一个新的一般系统概念体系,特别是揭示系统组成部分之间的关联的新概念,如关系、关系环、系统结构等; 在此基础上,抓住了系统环境、系统结构和系统行为以及它们之间的关系及规律这些一切系统都具有的共性问题,从数学上证明了,系统环境、系统结构和系统行为之间存在固有的关系及规律,在给定的系统环境中, 系统行为仅由系统基层次上的系统结构决定和支配。这一结论为系统研究提供了精确的理论基础。在这一结论的基础上,一般系统结构理论从理论上揭示了一系列的一般系统原理与规律,解决了一系列的一般系统问题, 如系统基层次的存在性及特性问题,是否存在从简单到复杂的自然法则的问题,以及什么是复杂性根源的问题等,从而把系统论发展到了具有精确的理论内容并且能够有效解决实际系统问题的高度。

    分支

    系统科学象自然科学一样也区分为;

  • 系统的工程技术(包括系统工程、自动化技术和通讯技术);
  • 系统的技术科学(包括支筹学、控制论、巨系统理论、信息论);
  • 系统的基础科学,(即系统学);
  • 系统观(即系统的哲学和方法论部分,是系统科学与马克思主义的哲学连接的桥梁四个层次)。
    这些研究表明,不久的将来系统论将以崭新的面貌矗立于科学之林 。

    课程

    基础课

    高等数学,

    研究生课


    相关条目
    
    参阅
    1. 数学 - 数学符号
    2. 手册 - 数学手册
    3. 初等数学 = 中学数学 = 初中数学 + 高中数学
    4. 高等数学 = 代数 + 几何 + 分析
    5. 公式 - 图表 - 动画
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    8. 例题:
    
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