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系统科学报告(讲义)教学文稿.ppt
系统科学的基本理论方法和应用 严广乐 上海理工大学管理学院021glyan2003@;一、揭开系统科学的神秘面纱
(概念篇)
二、系统科学—一颗智慧之果
(内涵篇)
三、系统科学的哲学思考
(思考篇)
四、驾御系统科学之舟遨游世界
(应用篇)
;一、揭开系统科学的神秘面纱(概念篇);系统的基本概念:
(1)系统 S=A,R;
S:系统;
A;要素集合:
R:关系集合
(2)结构、功能、行为
(3)开放、封闭
(4)状态、过程、演化
;(5)大系统、小系统(6)简单系统、复杂系统(7)层次性、涌现性(8)系统整体与部分之间的关系: 整体 = 部分和 ;3、系统复杂性与决策陷阱关于复杂性:(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;?4、系统科学揭密 ——系统科学的定义及其体系结构定义: 系统科学是一门由一组相辅相成、内涵相通的,以系统研究为中心的学科群(包括:一般系统论,控制论,信息论,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)组成的新兴科学。其中新兴:(1)时间上的概念 (2)思维方式的变革;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。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。;系统科学的体系结构和重要地位:;二、系统科学—一棵智慧之果1、大雁为什么以人字队形飞翔? ——组织与自组织组织: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。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。自组织的几种形式:自创生——自复制——自生长——自适应;2、组织能度量吗? ——探究序和熵序:按次第区分、排列。 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: H=-k∑PilogPi I=1,2…n最大熵: Hmax=klogn; 当 Pi=(1/n)相对熵: H/Hmax 剩余度: r=1-H/Hmax;;熵和序的关系:
熵:平均信息量,度量系统的不确定性和非均匀性;注重于量的度量.
序:对称破缺性,度量系统的差异性;注重于质的度量.;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; 3、烧开水中的学问 ——耗散结构及其形成条件 贝纳德流实验:△T=T1-T2= (0c1c2c3); ;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;(2)不可逆性时间反演变换不对称:f(t) ≠f(-t)(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(5)涨落现象;;应用思考:
慢性疾病在分子、细胞、组织、器官等方面存在复杂的纵向关联,呈现出一定的层次性和涌现性。因此,自组织理论包括协同理论和耗散结构理论将是处理问题的有力武器。
;5、从美国世贸大厦的倒塌谈起 ——突变与结构稳定性 结构稳定性: 控制参量小的扰动不会引起系统定性特征的变化。突变与渐变: 控制参量的渐变导致系统定性特征的突变。分叉与选择:;应用思考:
慢性疾病病理变化的多阶段性,并且阶段内表现为数量渐变,阶段间表现为本质性突变。因此突变理论和方法将会有用武之地。
其势函数包括那些因素?突变芽如何确定?从量变到质变的内在机制是什么?(待研究); ;7.蝴蝶效应;8.混沌的基本特征:
(1)初值敏感性
(2)非周期性
(3)局部不稳定、全局稳定性
(4)内在随机性
(5)自相似性
(6)分数维数
;混杂中的秩序-Feigenbaum与普适常数
B=4.6692016091029909……
对应与圆周率=3.1415926535….(圆学)
自然数 e=2.71828……(微积分)
普朗克常数=6.63…*10(-34)(物理学)
复杂是本质的,
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