复杂系统理论方法研究进展

更新时间:2023-05-15 20:47:01 阅读量: 实用文档 文档下载

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系统科学的基本理论 方法和应用思考严广乐 上海理工大学管理学院

021021-65681349 glyan2003@1

报告大纲一、揭开系统科学的神秘面纱 (概念篇) 二、系统科学的研究、发展与应用思考

(内涵、进展及思考篇)2

一、揭开系统科学的神秘面纱 概念篇) (概念篇)在什么情况下1 1、 在什么情况下1+1>2? ——系统与系统思想 系统与系统思想 什么是系统:由相互区别、 什么是系统:由相互区别、相互作用的各个 部分有机地联系在一起, 部分有机地联系在一起,为同一目的而完 成某种功能的集合体。 成某种功能的集合体。 归纳为:多元性、相关性、整体性、 归纳为:多元性、相关性、整体性、目的性 系统思想的核心: 系统思想的核心: (1)事物的普遍联系观点 (2)事物的永恒发展观点 3

系统的基本概念: 系统的基本概念:S=<A,R>; (1)系统 S=<A,R>; 系统; S:系统; 要素集合: A;要素集合: R:关系集合 结构、功能、 (2)结构、功能、行为 开放、 (3)开放、封闭 状态、过程、 (4)状态、过程、演化环境

系统Si 边界

(5)大系统、小系统 大系统、 简单系统、 (6)简单系统、复杂系统 层次性、 (7)层次性、涌现性 系统整体与部分之间的关系: (8)系统整体与部分之间的关系: > 整体 = 部分和 <

2、系统复杂性与决策陷阱关于复杂性: 关于复杂性: (1)要素众多 (2)关联非线性 (3)人的因素 (4)随机因素 (5)不确定因素 (6)动态变化 (7)多层次与涌现特性6

3、复杂性=“林妹妹”? 复杂性=“林妹妹”? —哲学家们的高谈阔论复杂性产生的后天论与先天论之争 还原论观点:复杂性是后天产生的; 应对方法:分解还原,线性逼近,小 信号扰动; 系统论观点:复杂性是事物的固有特性, 世界的本原就是复杂的; 应对方法:直面非线性,向复杂性, 挑战。7

4、系统科学揭密 ——系统科学的定义及其体系结构 ——系统科学的定义及其体系结构 定义: 定义: 系统科学是一门由一组相辅相成、 系统科学是一门由一组相辅相成、 内涵相通的, 内涵相通的,以系统研究为中心的学科 包括:一般系统论,控制论, 群(包括:一般系统论,控制论,信息 耗散结构论,协同论,突变论, 论,耗散结构论,协同论,突变论,分 形理论,混沌理论,超循环理论等) 形理论,混沌理论,超循环理论等)组 成的新兴科学。 成的新兴科学。8

其中新兴:( 其中新兴:(1)时间上的概念 (2)思维方式的变革 特点:综合性、( 特点:综合性、(横断性、新兴性 特征: (1)理论、方法的整体性;

多种理论方 法相结合或交替使用; (2)研究领域的交叉性;多学科交叉, 边缘学科问题; (3)研究问题的复杂性;定性定量相结 合。9

系统科学研究的核心问题: 大规模复杂系统的演化。 系统演化的量个方向:起源与归宿 老子语:道生一,一生二,二生三, 三生万物,万物负阴以抱阳.

5、系统科学的体系结构和学科地位哲学 基础科学 技术科学 工程技术

马 克 系 思 系统学 统 主 科 学 义 哲 学

运筹学

系统工程

控制论

自动化技术

信息论

通信技术

二、系统科学的研究与发展 内涵与发展篇) (内涵与发展篇) 1、大雁为什么以人字队形飞翔? 大雁为什么以人字队形飞翔? ——组织与自组织 ——组织与自组织 组织: 组织:系统在特定的外部干预下获得其空 间的、时间的或功能的结构。 间的、时间的或功能的结构。 自组织:系统在获得其空间的、 自组织:系统在获得其空间的、时间的或 功能的结构过程中没有外界的特定干预。 功能的结构过程中没有外界的特定干预。 自组织的几种形式: 自组织的几种形式: 自创生——自复制 自复制——自生长 自生长——自适应 自创生——自复制——自生长——自适应12

2、组织能度量吗? 组织能度量吗? ——探究序和熵 ——探究序和熵 序:按次第区分、排列。 按次第区分、排列。 或对称破缺。 或对称破缺。 有序性方向

熵:用于度量系统中各个子系统对系 统总体性质贡献的大小: 统总体性质贡献的大小: H=I=1,2… H=-k∑PilogPi I=1,2…n 最大熵: 最大熵: Hmax=klogn; Hmax=klogn; 当 Pi=(1/n) 相对熵: 相对熵: H/Hmax 剩余度: 剩余度: r=1r=1-H/Hmax14

系统有序演化的自组织判据: 系统有序演化的自组织判据: > dr/dt = 0 < 自组织有序演化 有序化临界 渐近无序化

系统熵可用于简单巨系统演化的 描述与分析15

熵和序的关系: 熵和序的关系 平均信息量,度量系统的不确定性 熵:平均信息量 度量系统的不确定性 平均信息量 和非均匀性;注重于量的度量 注重于量的度量. 和非均匀性 注重于量的度量 对称破缺性,度量系统的差异性 序:对称破缺性 度量系统的差异性 注 对称破缺性 度量系统的差异性;注 重于质的度量. 重于质的度量16

应用思考: 应用信息熵 (1)进行慢性疾病症状指标的聚类、 关联性分析 (2)不同要素之间的相关性分析 (见孙继佳的部分工作) (3)运用熵判据描述和研究慢性疾病 的演化进程(待探索)17

3、烧开水中的学问 ——耗散结构及其形成条件 ——耗散结构及其形成条件 贝纳德流实验: 贝纳德流实验: T=T1△T=T1-T2= (0<c1<c2<c3)

两类有序结构

静态有序结构: 静态有序结构: 静态结构, 食盐, 静态结构,如食盐,冰—水—汽 水 汽 相互转化 动态有序结构: 动态有序结构: 耗散结构,如贝纳德流,生物系统等。 耗散结构,如贝纳德流,生物系统等。 有序与系统演化: 有序与系统演化: 进化—系统状态越来越有序 系统状态越来越有序; 进化 系统状态越来越有序; 退化—系统状态越来越无序 系统状态越来越无序。 退化 系统状态越来越无序。19

耗散结构形成条件: 耗散结构形成条件:(1)开放性 系统与环境存在物质、能量和信息的交换; 系统与环境存在物质、能量和信息的交换; (2)不可逆性 时间反演变换不对称: ≠f(时间反演变换不对称:f(t) ≠f(-t) C ○ (3)远离平衡态 趋近非稳定平衡点 (4)非线性 ○ 存在多个稳定平衡点 ● B A (5)涨落现象20

4、船到桥头自会直——支配与演化 支配与演化 系统协同演化的三大基本原理: 系统协同演化的三大基本原理: (1)不稳定性原理 不稳定性的积极作用 (2)支配原理 慢变量支配快变量 (3)序参量原理 序参量支配系统中其他变量21

本文来源:https://www.bwwdw.com/article/biy4.html

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