General System Theory

  一般系统论的奠基性著作,奥地利理论生物学家L.von贝塔朗菲著。1937年,贝塔朗菲就在芝加哥大学莫尔斯哲学讨论班上提出一般系统论的初步框架,1945年3~4 月完成初稿并发表在《德国哲学周刊》第18期上。此论文不久就毁于战火,没有引起人们注意。但通常认为贝塔朗菲于1945年发表的《关于一般系统论》论文奠定一般系统论的基础。1968年在美国出版的贝塔朗菲的《一般系统论》专著的全名是《一般系统论:基础、发展、应用》,该书全面总结了一般系统论的基本内容。全书共分10章:①概论,②一般系统论的意义,③基本数学研究中的一些系统概念,④一般系统论的进展,⑤作为物理系统的有机体,⑥开放系统模型,⑦生物学中系统理论的若干方面,⑧人文科学中的系统概念,⑨心理学和精神病学中的一般系统论,⑩范畴的相对性。有2个附录:数学系统理论发展注记和科学的内涵和统一性。

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“老三论”和“新三论”

发信站: BBS 水木清华站 (Wed Jul 26 16:14:27 2006), 站内

一、引言

    系统论、控制论信息论是本世纪四十年代先后创立并获得迅猛发展的三门系统理论的分支学科。虽然它们仅有半个世纪,但在系统科学领域中已是资深望重的元老,合称“老三论”。人们摘取了这三论的英文名字的第一个字母,把它们称之为SCI论。耗散结构论、协同论、突变论是本世纪七十年代以来陆续确立并获得极快进展的三门系统理论的分支学科。它们虽然时间不长,却已是系统科学领域中年少有为的成员,故合称“新三论”,也称为DSC论。

二、“老三论”、“新三论”理论概述

1、系统论、控制论和信息论

    系统论的创始人是美籍奥地利生物学家贝塔朗菲。系统论要求把事物当作一个整体或系统来研究,并用数学模型去描述和确定系统的结构和行为。所谓系统,即由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的、具有特定功能的有机整体;而系统本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。贝塔朗菲旗帜鲜明地提出了系统观点、动态观点和等级观点。指出复杂事物功能远大于某组成因果链中各环节的简单总和,认为一切生命都处于积极运动状态,有机体作为一个系统能够保持动态稳定是系统向环境充分开放,获得物质、信息、能量交换的结果。系统论强调整体与局部、局部与局部、系统本身与外部环境之间互为依存、相互影响和制约的关系,具有目的性、动态性、有序性三大基本特征。


     控制论是著名美国数学家维纳(Wiener N)同他的合作者自觉地适应近代科学技术中不同门类相互渗透与相互融合的发展趋势而创始的。它摆脱了牛顿经典力学和拉普拉斯机械决定论的束缚,使用新的统计理论研究系统运动状态、行为方式和变化趋势的各种可能性。控制论是研究系统的状态、功能、行为方式及变动趋势,控制系统的稳定,揭示不同系统的共同的控制规律,使系统按预定目标运行的技术科学。


    信息论是由美国数学家香农/申农创立的,它是用概率论和数理统计方法,从的方面来研究系统的信息如何获取、加工、处理、传输和控制的一门科学。信息就是指消息中所包含的新内容与新知识,是用来减少和消除人们对于事物认识的不确定性。信息是一切系统保持一定结构、实现其功能的基础。狭义信息论是研究在通讯系统中普遍存在着的信息传递的共同规律、以及如何提高各信息传输系统的有效性和可靠性的一门通讯理论广义信息论被理解为使运用狭义信息论的观点来研究一切问题的理论。信息论认为,系统正是通过获取、传递、加工与处理信息而实现其有目的的运动的。信息论能够揭示人类认识活动产生飞跃的实质,有助于探索与研究人们的思维规律和推动与进化人们的思维活动。

2、耗散结构论、协同论和突变论   

    耗散结构理论是比利时物理学家普利高津于1969年提出来的。一般说来,开放系统有三种可能的存在方式: l)热力学平衡态;(2)近平衡态;(3)远离平衡态。耗散结构论者认为,系统只有在远离平衡的条件下,才有可能向着有秩序、有组织、多功能的方向进化,这就是普利高津提出的“非平衡是有序之源”的著名论断。在长期的研究工作中普利高津发现,当一个远离平衡态的开放系统,由于许多复杂因素的影响而出现非对称的涨落现象,当达到非线性区时,在不断与外界进行物质和能量交换的条件下,系统将可能发生突变,由原来的无序混沌状态自发地转变为一种在时空或功能上的有序结构。事物的这种在非平衡状态下新的稳定有序结构就称为耗散结构。而耗散结构论则是探索耗散结构微观机制的关于非平衡系统行为的理论。系统论所要寻求的也就是这种具有有序性的稳定结构,从这个意义上说,耗散结构论与系统有异曲同工之妙

   协同论是20世纪70年代联邦德国著名理论物理学家赫尔曼·哈肯在1973年创立的。    他科学地认为自然界是由许多系统组织起来的统一体,这许多系统就称为小系统,这个统一体就是大系统。在某个大系统中的许多小系统既相互作用,又相互制约,它们的平衡结构,而且由旧的结构转变为新的结构,则有一定的规律,研究本规律的科学就是协同论。协同学理论是处理复杂系统的一种策略。协同学的目的是建立一种用统一的观点去处理复杂系统的概念和方法。协同论的重要贡献在于通过大量的类比和严谨的分析,论证了各种自然系统和社会系统从无序到有序的演化,都是组成系统的各元素之间相互影响又协调一致的结果。它的重要价值在于既为一个学科的成果推广到另一个学科提供了理论依据,也为人们从已知领域进入未知领域提供了有效手段。   

     突变理论是比利时科学家托姆在1972年创立的。其研究重点是在拓扑学、奇点理论和稳定性数学理论基础之上,通过描述系统在临界点的状态,来研究自然多种形态、结构和社会经济活动的非连续性突然变化现象,并通过耗散结构论、协同论与系统论联系起来,并对系统论的发展产生推动作用。突变理论通过探讨客观世界中不同层次上各类系统普遍存在着的突变式质变过程,揭示出系统突变式质变的一般方式,说明了突变在系统自组织演化过程中的普遍意义;它突破了牛顿单质点的简单性思维,揭示出物质世界客观的复杂性。突变理论中所蕴含着的科学哲学思想,主要包含以下几方面的内容:内部因素与外部相关因素的辩证统一;渐变与突变的辩证关系;确定性与随机性的内在联系;质量互变规律的深化发展。

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模糊数学(Fuzzy Mathematics)


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   模糊数学是运用数学方法研究和处理模糊性现象的一门数学新分支。它以“模糊集合”论为基础。模糊数学提供了一种处理不肯定性和不精确性问题的新方法,是描述人脑思维处理模糊信息的有力工具。它既可用于“硬”科学方面,又可用于“软”科学方面。

   模糊数学由美国控制论专家L.A.扎德(L.A.Zadeh,1921--)教授所创立。他于1965年发表了题为《模糊集合论》(《Fuzzy Sets》)的论文,从而宣告模糊数学的诞生。L.A.扎德教授多年来致力于“计算机”与“大系统”的矛盾研究,集中思考了计算机为什么不能象人脑那样进行灵活的思维与判断问题。尽管计算机记忆超人,计算神速,然而当其面对外延不分明的模糊状态时,却“一筹莫展”。可是,人脑的思维,在其感知、辨识、推理、决策以及抽象的过程中,对于接受、贮存、处理模糊信息却完全可能。计算机为什么不能象人脑思维那样处理模糊信息呢?其原因在于传统的数学,例如康托尔集合论(Cantor′s Set),不能描述“亦此亦彼”现象。集合是描述人脑思维对整体性客观事物的识别和分类的数学方法。康托尔集合论要求其分类必须遵从形式逻辑的排中律,论域(即所考虑的对象的全体)中的任一元素要么属于集合A,要么不属于集合A,两者必居其一,且仅居其一。这样,康托尔集合就只能描述外延分明的“分明概念”,只能表现“非此即彼”,而对于外延不分明的“模糊概念”则不能反映。这就是目前计算机不能象人脑思维那样灵活、敏捷地处理模糊信息的重要原因。为克服这一障碍,L.A.扎德教授提出了“模糊集合论”。在此基础上,现在已形成一个模糊数学体系

   所谓模糊现象,是指客观事物之间难以用分明的界限加以区分的状态,它产生于人们对客观事物的识别和分类之时,并反映在概念之中。外延分明的概念,称为分明概念,它反映分明现象。外延不分明的概念,称为模糊概念,它反映模糊现象。模糊现象是普遍存在的。在人类一般语言以及科学技术语言中,都大量地存在着模糊概念。例如,高与短、美与丑、清洁与污染、有矿与无矿、甚至象人与猿、脊椎动物与无脊椎动物、生物与非生物等等这样一些对立的概念之间,都没有绝对分明的界限。一般说来,分明概念是扬弃了概念的模糊性而抽象出来的,是把思维绝对化而达到的概念的精确和严格。然而模糊集合不是简单地扬弃概念的模糊性,而是尽量如实地反映人们使用模糊概念时的本来含意。这是模糊数学与普通数学在方法论上的根本区别。

   模糊数学诞生至今仅有22年历史,然而它发展迅速、应用广泛。它涉及纯粹数学、应用数学、自然科学、人文科学和管理科学等方面。在图象识别、人工智能、自动控制、信息处理、经济学、心理学、社会学、生态学、语言学、管理科学、医疗诊断、哲学研究等领域中,都得到广泛应用。把模糊数学理论应用于决策研究,形成了模糊决策技术。只要经过仔细深入研究就会发现,在多数情况下,决策目标与约束条件均带有一定的模糊性,对复杂大系统的决策过程尤其是如此。

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http://course.cug.edu.cn/security_manage/chapter3/about/mohu.htm
 

 

附录: 世界文化20种(50)   

科学史


    《科学史》是英国当代科学史学丹皮尔Sir William Cecil Dampier的主要著作。该书1929年由剑桥大学出版社出版,1949年出版了第四次修订本,是影响比较大的科学史名著。1946年,商务印书馆出版过依据该书第一版翻译的中文译本,名为《科学与科学思想发展史》,译者是任鸿隽、李衍、吴学周。阅读时可看依据该书第四版翻译的新的中文译本:《科学史及其与哲学和宗教的关系》,李衍译,商务印书馆1975年版。
 
    该书最大的特点是:它不是仅仅局限于自然科学的范围内讲其发展史,不只是讲科学的发展和科学知识的积累,而是将自然科学的发展放在影响其发展的思想文化的大背景中去考察,尤其重视它与哲学和宗教的密切联系。这样写的科学史就把握住了科学发展的精神和灵魂。本书也因此不仅吸引了专业的自然科学研究者的兴趣,而且也吸引了哲学和人文社会科学研究者的兴趣。它不仅可以使人了解自然科学的发展,也可以开阔人的眼界,受到思维上的训练,有益于创造性思维的培养。
 
    丹皮尔在本书第一版序中简要地论述了科学与哲学和宗教在历史上的密切关系。在绪论中又概述了在科学发展的每一阶段上哲学或宗教的状况。古代科学的起源与巫术、占星术和宗教有密切的关系。在古希腊,哲学和科学是一种东西,哲学将各门科学包含在自身之中。古希腊的自然哲学和形而上学对科学的发展有重要的作用。中世纪,宗教神学、经院哲学占统治地位,科学的发展受到严重的阻碍,几乎是停步不前。不过,丹皮尔说,经院哲学对理性比较重视,维持了理性的崇高地位,断言人可以把握上帝和宇宙,这对于近代自然科学的发展也有积极的作用。近代哲学家如弗兰西斯·培根和笛卡尔都批判了经院哲学的教条,很重视方法论的研究,这些都为自然科学的迅速发展开辟了道路。随着近代科学的发展,哲学的发展进入了两条道路,一条是机械论的道路,另一条是德国唯心论的道路,它根源于古希腊的柏拉图哲学。十九世纪以来,哲学和科学在分离了一段时期后又重新携起手来,如进化论的哲学、现代数学和物理学对哲学的发展都有比较大的影响。现代数学和逻辑学原理的研究就影响了新实在论的产生。
 
    在本书绪论的末尾,丹皮尔指出,如果各门科学只是局限于自身中也会产生种种不足。各门自然科学,不论其发展多么迅速,取得多么辉煌的成就,也永远不能反映存在整体。要想关照生命,要想看到生命的整体,就不但需要科学,而且需要伦理学、艺术、哲学和宗教。
 
    本书共包括12章,在论述每一时代科学的发展时,作者都以相当大的篇幅论述了哲学或宗教的状况及其与科学的关系,常常有精辟的见解。
 
    丹皮尔认为科学史的研究有重要的意义,应该成为历史学研究的一个很重要的分支。在本书第一版出版时,他还感叹与现代科学的辉煌成就相比,人们对科学的起源、发展和成就的了解相当少。但到他写第三版序时,已经看到在1930—1940年期间,不仅在科学研究中有惊人的发现,而且科学史研究也取得了很大的成就,令他欣慰。
 
    最后,《科学史》一书还有一个优点,作者思路明晰,叙述生动活泼,可读性强。丹皮尔在本书第二版序中说,他坚信科学是历史的适当题材,也是文学的基础,如果他能把这个信念落实到人们心中,就心满意足了。应该说,他的愿望现在是基本满足了。读者在阅读本书时,相信会既惊奇于科学发展道路的艰辛与辉煌,又能领略到哲学的追求智慧的力量。
 
    建议重点阅读第一、四、五、八章。

李春平 撰文   

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http://rwxy.tsinghua.edu.cn/rwfg/ydsm2/smjj/0050.htm