第2章系統(tǒng)科學的基本概念和方法

1、第 2 章,系統(tǒng)科學的基本概念和方法,劉　楊數(shù)學與系統(tǒng)科學學院系統(tǒng)科學與控制系,第2章,2 系統(tǒng)科學的基本概念和方法,2.1 系統(tǒng)的基本概念 2.2 系統(tǒng)的狀態(tài)、演化及分類 2.3 系統(tǒng)的模型 2.4 系統(tǒng)方法論,教學重點,在課堂上，需要重點掌握和理解：系統(tǒng)的定義、結(jié)構、層次、開放性、功能、狀態(tài)、演化等基本概念系統(tǒng)的一些分類方法及重要特征系統(tǒng)方法論的分類及各自特征,2 系統(tǒng)科學的基本概念和方法,2.1 系統(tǒng)的基本概念

2、 2.1.1 系統(tǒng)的概念 2.1.2 系統(tǒng)的整體涌現(xiàn)性 2.1.3 系統(tǒng)的結(jié)構 2.1.4 環(huán)境 2.1.5 系統(tǒng)的功能,2.1 系統(tǒng)的基本概念,什么是系統(tǒng)？　 　　系統(tǒng)是系統(tǒng)科學研究的對象。系統(tǒng)一詞來源于拉丁語systēma，是表示群、集合等意義的抽象名詞，其英文“system”則對應多種中文解釋，如體系、制度，機構等。,2.1.1 系統(tǒng)的概念,第2章,2.1

3、 系統(tǒng)的基本概念,什么是系統(tǒng)？　　　就中文字面意義而言， “系統(tǒng)”一詞由系與統(tǒng)兩個字組合而成?！跋怠庇袃蓪雍x：其一是多，系即系列，單一對象構不成系列，一個系統(tǒng)中必定包含不止一個對象；其二是聯(lián)系，系即拴、綁，系統(tǒng)中的多個對象被拴綁、聯(lián)系在一起?！敖y(tǒng)”有統(tǒng)合、統(tǒng)一、統(tǒng)屬等含義，系統(tǒng)與其所包含的對象之間是統(tǒng)與局的關系，系統(tǒng)意味著合多為一、一統(tǒng)領多、多隸屬于一。合而言之：系多而成一統(tǒng)，謂之系統(tǒng)。,2.1.1 系統(tǒng)的概念,第2章,2.1 系統(tǒng)

4、的基本概念,在系統(tǒng)科學的龐大體系中，不同學科由于研究范圍和重點的不同，常給出不同的系統(tǒng)定義。在技術科學層次上，通常采用錢學森的定義：系統(tǒng)是由相互制約的各部分組成的具有一定功能的整體。,2.1.1 系統(tǒng)的概念,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,在系統(tǒng)科學的龐大體系中，不同學科由于研究范圍和重點的不同，常給出不同的系統(tǒng)定義。在技術科學層次上，通常采用錢學森的定義：系統(tǒng)是由相互制約的各部分組成的具有一定功能的整體。這個定義強調(diào)的是系統(tǒng)的

5、功能，因為從技術科學看，研究、設計、組建、管理系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)特定的功能目標，具有特定功能是系統(tǒng)的本質(zhì)特性。,2.1.1 系統(tǒng)的概念,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,在基礎科學層次上，通常采用貝塔朗菲的定義：系統(tǒng)是相互聯(lián)系、相互作用的諸元素的綜合體。,2.1.1 系統(tǒng)的概念,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,在基礎科學層次上，通常采用貝塔朗菲的定義：系統(tǒng)是相互聯(lián)系、相互作用的諸元素的綜合體。這個定義強調(diào)的不是功能，而是元素之間

6、的相互作用和系統(tǒng)對元素的整（綜）合作用，以及由此形成的整體特性。,2.1.1 系統(tǒng)的概念,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,定義2.1：如果對象集S滿足以下兩個條件：?。?）S中至少包含兩個對象；?。?）S中的對象按一定方式相互聯(lián)系在一起形成整體。　則稱S為一個系統(tǒng)，稱S中的對象為系統(tǒng)的組分，即組成部分。,2.1.1 系統(tǒng)的概念,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,舉例很多對象可以被看作是系統(tǒng)，它是事物存在的認識方式之一。例如

7、，研究宇畝時，銀河系、太陽系、星體、地球可以看作是系統(tǒng)；物理學上，質(zhì)點、剛體、粒子、電磁場可以看作是系統(tǒng)；在研究社會運動時，企業(yè)、家庭、工廠、學校等也都可以作為系統(tǒng)來看待。,2.1.1 系統(tǒng)的概念,,第2章,2.1 系統(tǒng)的概念、結(jié)構和功能,舉例一本書，一列火車，一個教研室，一個城市，都是系統(tǒng)。24名生長在天南地北的年輕人，通過高考招生而走在一起，組成北京航空航天大學里的一個班390931，這個班就是一個系統(tǒng)，24名學生是它的組分。,

8、2.1.1 系統(tǒng)的概念,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,系統(tǒng)的基本特征：1. 多元性 　　一個系統(tǒng)至少要有兩個組分，系統(tǒng)的常態(tài)是包含多個組分，有些系統(tǒng)具有成千上萬甚至更多數(shù)目的組分，理論上存在包含無窮多個組分的系統(tǒng)。如整數(shù)系和實數(shù)系。相反，只有一個組分的事物，或者說不能劃分為不同組分的事物，是非系統(tǒng)。必須強調(diào)，多元性是系統(tǒng)之為系統(tǒng)的存在前提，或物質(zhì)基礎。,2.1.1 系統(tǒng)的概念,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,系統(tǒng)的基

9、本特征：2. 相關性（相干性）　　　同一系統(tǒng)的不同組分之間必定相互關聯(lián)，系統(tǒng)不存在孤立元，即跟別的組分沒有聯(lián)系的組分。如果一個集合或群體中至少有一個孤立元，它就不是系統(tǒng)，而是非系統(tǒng)。沒有多元性談不上相關性，多元性是造就系統(tǒng)的必要條件；相關性是造就系統(tǒng)的充分條件，相關性本身隱含著多元性（單一組分無所謂相關），相關性在系統(tǒng)形成中具有決定性作用。,2.1.1 系統(tǒng)的概念,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,系統(tǒng)的基本特征：3. 統(tǒng)一性或

10、一體性 　　多元性加上相關性，造就了系統(tǒng)的一體性。諸多對象一旦相互聯(lián)系而成為系統(tǒng)，它就能夠作為統(tǒng)一體與他物發(fā)生關系，因而被人們當成一個事物去認識和對待；而諸多對象則轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的組分，處于系統(tǒng)的內(nèi)部。體現(xiàn)系統(tǒng)本質(zhì)特征的不是內(nèi)部蘊含的那些“多”，而是相對于外部所呈現(xiàn)出來、可以從外部感知的那個“一”。系統(tǒng)是多與一的綜合集成，無多不成系統(tǒng)，非一也不成系統(tǒng)，但居主導地位的是一，一統(tǒng)領多，多隸屬于一。,2.1.1 系統(tǒng)的概念,,第2章,2

11、.1 系統(tǒng)的基本概念,系統(tǒng)的基本特征：4. 整體性　 多元性是基礎，相關性是主導，一體性是目標，三者綜合集成起來，造就了系統(tǒng)的整體性。作為系統(tǒng)的事物必定整體地存在，整體地運行，整體地延續(xù)，整體地跟其他事物發(fā)生關聯(lián)，整體地演化等等，呈現(xiàn)出一系列整體特性。整體性包含了多元性、相關性和一體性，整體性是系統(tǒng)最重要的屬性。,2.1.1 系統(tǒng)的概念,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,書中定義：系統(tǒng)是由一些元素（要素）通過相互作用、相

12、互關聯(lián)、相互制約而組成的，具有一定功能的整體。 系統(tǒng)雖有多種定義，但實質(zhì)上它們的差別并不大。,2.1.1 系統(tǒng)的概念,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,組成系統(tǒng)的三要素：由兩個或兩個以上的元素構成（多元性）各元素之間存在著相互關聯(lián)、相互作用、相互制約（相關性）整體要具有不同于各組成元素的結(jié)構和功能（功能性）,2.1.1 系統(tǒng)的概念,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,什么不是系統(tǒng)？一塊石頭一個數(shù)一棟磚瓦房是系統(tǒng)

13、，把它拆為一堆磚瓦則不是系統(tǒng),2.1.1 系統(tǒng)的概念,,第2章,2.1 系統(tǒng)的相關基本概念,非系統(tǒng)定義　定義2.2：對象集合N如果滿足以下兩個條件之一：?。?） N中只有一個不可再分的對象；?。?） N中不同對象之間沒有按一定方式連成一體 則稱N為一個非系統(tǒng)。,2.1.1 系統(tǒng)的概念,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,非系統(tǒng)定義　定義2.2：對象集合N如果滿足以下兩個條件之一：?。?） N中只有一個不可再分的對象；

14、　（2） N中不同對象之間沒有按一定方式連成一體 則稱N為一個非系統(tǒng)。這個定義把非系統(tǒng)分為兩類。第一類是沒有構成元素的事物，即不可分解的囫圇整體，如數(shù)學中的單元集。第二類是組分之間沒有特定聯(lián)系的對象群體，如數(shù)學中沒有規(guī)定元素關系的多元集，或者至少存在一個孤立元或孤立子集的多元集。,2.1.1 系統(tǒng)的概念,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,組分、元素、要素為了深入系統(tǒng)內(nèi)部精細地研究系統(tǒng)，必然涉及組分、部分、元素、要素等概念

15、。組分不同于部分，組分一定是部分，部分未必是組分。屬于系統(tǒng)而又小于系統(tǒng)的對象，都是系統(tǒng)的部分。但部分不一定具有結(jié)構意義，不一定是系統(tǒng)的結(jié)構單元；組分則是系統(tǒng)的結(jié)構單元，必須具有結(jié)構意義。,2.1.1 系統(tǒng)的概念,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,組分、元素、要素“破鏡難圓”－－因為鏡子的碎片不是鏡子的組分，無結(jié)構單元的特性。按照系統(tǒng)的結(jié)構特征劃分出來的部分才是系統(tǒng)的組分，如人體系統(tǒng)的骨骼、肌肉、消化器官等。,2.1.1 系

16、統(tǒng)的概念,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,組分、元素、要素組分有大小之別，組分的組分一般還可能是系統(tǒng)的組分。學院是大學的組分，系、所是學院的組分，也是大學的組分；教研室是系的組分，同時也是學院和大學的組分。,2.1.1 系統(tǒng)的概念,,第2章,最小的組分，即不能或不許或無須再細分的組分，稱為元素。系統(tǒng)科學通常使用的是要素概念。,2.1 系統(tǒng)的基本概念,簡單地強調(diào)系統(tǒng)科學是關于整體性的科學，可能引起誤解。貝塔朗菲本人已經(jīng)意識到達一點

17、，他指出存在兩類整體和整體性。,2.1.2 系統(tǒng)的整體涌現(xiàn)性,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,簡單地強調(diào)系統(tǒng)科學是關于整體性的科學，可能引起誤解。貝塔朗菲本人已經(jīng)意識到這一點，他指出存在兩類整體和整體性。一類是加和性整體：整體是各個孤立元素的總和。元素的加和性特征意味著，不論它處于整體之內(nèi)還是之外，這些特征都是一樣的，只要知道了元素在孤立狀態(tài)中的特征，并匯集起來，即可獲得整體的特征。物理對象的重量、分子量和熱量等，都是事物的加和

18、性特征。這種加和性整體就是前述第二類非系統(tǒng)。,2.1.2 系統(tǒng)的整體涌現(xiàn)性,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,另一類是組合性整體，或非加和性整體：所謂組合性特征，就元素而言，指同一元素處于整體內(nèi)部和處于整體外部時是不一樣的。就整體而言，組合性整體特征指依賴于部分之間特定關系的那些特征。,2.1.2 系統(tǒng)的整體涌現(xiàn)性,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,另一類是組合性整體，或非加和性整體：所謂組合性特征，就元素而言，指同一元素處于

19、整體內(nèi)部和處于整體外部時是不一樣的。就整體而言，組合性整體特征指依賴于部分之間特定關系的那些特征。如化合物的特征不是其組成元素之特征的加和，而是不同物質(zhì)元素經(jīng)過化學反應（一種特殊的相互作用）而產(chǎn)生的特征。只有這種組合性整體，才能稱為系統(tǒng)。,2.1.2 系統(tǒng)的整體涌現(xiàn)性,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,,2.1.2 系統(tǒng)的整體涌現(xiàn)性,,第2章,,應當指出：任何系統(tǒng)都具有加和式整體性。一架飛機的總重量是各部件重量之加和，一個學校

20、的耗電總量是各單位耗電量的加和，一本書的總字數(shù)是各章節(jié)字數(shù)的加和，等等?？傊?，凡是只涉及質(zhì)量或能量之類的特性，由于物質(zhì)不滅和能量守恒，整體必定等于部分之和。對于這類加和性整體，自然科學已作出透徹的研究，不再是系統(tǒng)科學關注的問題。,2.1 系統(tǒng)的基本概念,組合性或非加和性的說法不夠深刻。更科學的稱謂是涌現(xiàn)性。系統(tǒng)整體具有而它的元素或組分及其總和卻不具有的特征，稱為系統(tǒng)的整體涌現(xiàn)性?；蛘哒f，諸多組分一旦按照某種方式整合為系統(tǒng)就會呈現(xiàn)出來、一

21、經(jīng)分解為獨立的組分便不復存在的特征，就是整體涌現(xiàn)性。,2.1.2 系統(tǒng)的整體涌現(xiàn)性,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,組合性或非加和性的說法不夠深刻。更科學的稱謂是涌現(xiàn)性。系統(tǒng)整體具有而它的元素或組分及其總和卻不具有的特征，稱為系統(tǒng)的整體涌現(xiàn)性。或者說，諸多組分一旦按照某種方式整合為系統(tǒng)就會呈現(xiàn)出來、一經(jīng)分解為獨立的組分便不復存在的特征，就是整體涌現(xiàn)性。貝塔朗菲曾借用亞里士多德的命題“整體大于部分之和”來直觀地表述這種整體涌現(xiàn)性，

22、可簡化表示為1+1>2。例如：一堆自行車零件無法派上用場，一經(jīng)組裝為自行車，就是一個交通工具。,2.1.2 系統(tǒng)的整體涌現(xiàn)性,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,要了解組分之間如何互動，部分與整體如何相互溝通，或組分與系統(tǒng)如何相互過渡，必須掌握結(jié)構概念，其間的關系可簡單如圖示：,2.1.3 系統(tǒng)的結(jié)構,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,系統(tǒng)科學講的組分（要素）和結(jié)構是兩個緊密聯(lián)系而又不同的概念，組分僅指系統(tǒng)的基本的或主要的組成部

23、分或構成要素，不涉及它們之間的關系，結(jié)構才涉及而且只涉及組分之間的關系。,2.1.3 系統(tǒng)的結(jié)構,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,系統(tǒng)科學講的組分（要素）和結(jié)構是兩個緊密聯(lián)系而又不同的概念，組分僅指系統(tǒng)的基本的或主要的組成部分或構成要素，不涉及它們之間的關系，結(jié)構才涉及而且只涉及組分之間的關系。就字面看，系統(tǒng)的結(jié)構指的是組分或要素相互結(jié)合形成的架構或關聯(lián)方式，關注的是結(jié)合方式及其形成的整個框架或構形。更準確地講，系統(tǒng)科學把結(jié)構定

24、義為組分或要素之間關聯(lián)方式的總和。,2.1.3 系統(tǒng)的結(jié)構,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,系統(tǒng)的形式化表示,2.1.3 系統(tǒng)的結(jié)構,,第2章,系統(tǒng)可以形式化地定義為：S=其中： A表示系統(tǒng)S中所有元素的集合； R表示系統(tǒng)S中所有元素之間關系的集合。,2.1 系統(tǒng)的基本概念,三種重要結(jié)構類型1．空間結(jié)構與時間結(jié)構　　　現(xiàn)實的系統(tǒng)及其組分都存續(xù)運行于一定的空間和時間中，組分之間的關聯(lián)只能通過空間形式或時間形式表現(xiàn)出來，因

25、而就有了空間結(jié)構和時間結(jié)構的概念。,2.1.3 系統(tǒng)的結(jié)構,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,三種重要結(jié)構類型1．空間結(jié)構與時間結(jié)構　空間結(jié)構：不同組分在物理空間中的位置關系，如上下、左右、前后、里外的配置，或者說組分在空間中的分布方式，以及由此而形成的相互支持、相互制約等關系，屬于系統(tǒng)的空間結(jié)構?；疖囌驹谌珖姆植?，反映中國鐵路系統(tǒng)的空間結(jié)構。,2.1.3 系統(tǒng)的結(jié)構,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,三種重要結(jié)構類型1

26、．空間結(jié)構與時間結(jié)構　時間結(jié)構：系統(tǒng)作為過程在時間維中的展開，必有不同動作、時期、階段的劃分，不同動作、時期、階段如何關聯(lián)、銜接、過渡的方式，形成系統(tǒng)的時間結(jié)構。當年毛澤東把中華民族的抗日戰(zhàn)爭劃分為三大階段，詳細描述了三個階段之間的銜接和過渡，預測可能出現(xiàn)的曲折，就是對抗日戰(zhàn)爭這個系統(tǒng)的時間結(jié)構的科學分析 。,2.1.3 系統(tǒng)的結(jié)構,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,三種重要結(jié)構類型1．空間結(jié)構與時間結(jié)構　時間結(jié)構：系統(tǒng)作為過

27、程在時間維中的展開，必有不同動作、時期、階段的劃分，不同動作、時期、階段如何關聯(lián)、銜接、過渡的方式，形成系統(tǒng)的時間結(jié)構。當年毛澤東把中華民族的抗日戰(zhàn)爭劃分為三大階段，詳細描述了三個階段之間的銜接和過渡，預測可能出現(xiàn)的曲折，就是對抗日戰(zhàn)爭這個系統(tǒng)的時間結(jié)構的科學分析 。　時空混合結(jié)構：如樹的年輪。,2.1.3 系統(tǒng)的結(jié)構,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,三種重要結(jié)構類型2．框架結(jié)構與運行結(jié)構　　　組分之間固定的連接方式，稱為系

28、統(tǒng)的框架結(jié)構。系統(tǒng)在其工作運行中顯示出來的組分互動方式，稱為運行結(jié)構。,2.1.3 系統(tǒng)的結(jié)構,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,三種重要結(jié)構類型2．框架結(jié)構與運行結(jié)構　　　組分之間固定的連接方式，稱為系統(tǒng)的框架結(jié)構。系統(tǒng)在其工作運行中顯示出來的組分互動方式，稱為運行結(jié)構。 舉例：汽車作為系統(tǒng)，車身、發(fā)動機、方向盤以及其他附件這些組分之間的相對位置、連接固定方式、空間布局等是框架結(jié)構；汽車開動行駛過程中各組分之

29、間的互動協(xié)調(diào)方式是運行結(jié)構。,2.1.3 系統(tǒng)的結(jié)構,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,三種重要結(jié)構類型3．硬結(jié)構與軟結(jié)構　　　盡管組分之間的聯(lián)系形形色色，但大體可以分為兩種：一種是顯在的、易于直接感觸、描述和把握的，稱為硬聯(lián)系；一種是潛在的，難以直接感觸、描述和把握，需要用心思去領悟方可發(fā)現(xiàn)，稱為軟聯(lián)系。前者的總和是硬結(jié)構，后者的總和是軟結(jié)構。,2.1.3 系統(tǒng)的結(jié)構,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,三種重要結(jié)構類型3

30、．硬結(jié)構與軟結(jié)構　　　盡管組分之間的聯(lián)系形形色色，但大體可以分為兩種：一種是顯在的、易于直接感觸、描述和把握的，稱為硬聯(lián)系；一種是潛在的，難以直接感觸、描述和把握，需要用心思去領悟方可發(fā)現(xiàn)，稱為軟聯(lián)系。前者的總和是硬結(jié)構，后者的總和是軟結(jié)構?！∨e例：凡系統(tǒng)原則上都有硬結(jié)構和軟結(jié)構的劃分，框架結(jié)構是硬結(jié)構，運行結(jié)構中就包含一定的軟結(jié)構。電腦硬件的連接方式是它的硬結(jié)構，軟件即程序的連接方式是它的軟結(jié)構。,2.1.3 系統(tǒng)的結(jié)構,,第2

31、章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,子系統(tǒng)當系統(tǒng)的組分數(shù)量足夠多，而且難以甚至無法按照同一方式進行整合和管理時，就必須對它們分片或分組或分段進行整合和管理?？疾爝@種系統(tǒng)結(jié)構需要子系統(tǒng)概念。,2.1.3 系統(tǒng)的結(jié)構,,第2章,,如果系統(tǒng)S的某個部分Si本身又是一個小的系統(tǒng)，就稱它為子系統(tǒng)或分系統(tǒng)，稱S為母系統(tǒng)或整系統(tǒng)。,2.1 系統(tǒng)的基本概念,子系統(tǒng)當系統(tǒng)的組分數(shù)量足夠多，而且難以甚至無法按照同一方式進行整合和管理時，就必須對它們分片或分組

32、或分段進行整合和管理?？疾爝@種系統(tǒng)結(jié)構需要子系統(tǒng)概念.,2.1.3 系統(tǒng)的結(jié)構,,第2章,,如果系統(tǒng)S的某個部分Si本身又是一個小的系統(tǒng)，就稱它為子系統(tǒng)或分系統(tǒng)，稱S為母系統(tǒng)或整系統(tǒng)。,舉例：一個新兵連的一百多名戰(zhàn)士要分為幾個排來管理，一個排的幾十號弟兄要分為幾個班來管理，排是連的子系統(tǒng)，班是排的子系統(tǒng)，也是連的子系統(tǒng)。,2.1 系統(tǒng)的基本概念,子系統(tǒng)的基本特征：1. 系統(tǒng)性：子系統(tǒng)不是一般的部分，也不僅僅是整系統(tǒng)的組分，它本身一

33、定是系統(tǒng)，具有系統(tǒng)的基本特征，必須作為系統(tǒng)來認識。2. 隸屬性：子系統(tǒng)是母系統(tǒng)的一個真部分，母系統(tǒng)中至少還有不同于它的另一個子系統(tǒng)，一般情形是同時存在多個真子系統(tǒng)。3. 地方性（局域性）：與整系統(tǒng)相比較，子系統(tǒng)的重要特點在于具有地方性，或稱局域性。不同的構成成分，不同的內(nèi)部關聯(lián)方式，不同的“鄰居”，不同的空間占有等等，造成不同子系統(tǒng)具有不同的局域性。,2.1.3 系統(tǒng)的結(jié)構,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,層次層次是

34、劃分系統(tǒng)結(jié)構的一個重要工具，也是結(jié)構分析的主要方式。系統(tǒng)的結(jié)構可以表示為各級子系統(tǒng)和系統(tǒng)要素的層次結(jié)構形式。層次是一個難以準確定義的概念，直到現(xiàn)在深刻而系統(tǒng)的層次理論仍然沒有建立起來。,2.1.3 系統(tǒng)的結(jié)構,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,層次只要是系統(tǒng)，就至少有兩個層次，即組分層次和整體層次，整體屬于高層次，局部屬于低層次。但只有兩個層次的系統(tǒng)，對組分進行整合可以直接產(chǎn)生系統(tǒng)的整體涌現(xiàn)性，無須先形成子系統(tǒng)，也就不會有中間層次

35、，因而通常不稱其為層次結(jié)構系統(tǒng)?！∨e例：斧頭裝上把柄，就是一件完整的工具系統(tǒng)，沒有子系統(tǒng)，也沒有中間層次。,2.1.3 系統(tǒng)的結(jié)構,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,層次至少包含三個層次的系統(tǒng)，即存在介于組分和系統(tǒng)整體之間的層次，才稱為層次結(jié)構系統(tǒng)?！∨e例：大學作為系統(tǒng)，可以看成由學生個人、班、年級、系、院、學校六個層次構成的多層次系統(tǒng)。,2.1.3 系統(tǒng)的結(jié)構,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,層次一般來說，在系統(tǒng)中

36、，高層次包含和支配低層次，低層次隸屬和支撐高層次。 層次劃分與子系統(tǒng)劃分密切相關。只要有子系統(tǒng)劃分，就有中間層次的劃分；只要存在中間層次，就有子系統(tǒng)劃分。 層次結(jié)構觀點有助于更深刻地理解涌現(xiàn)性。凡高層次具有而低層次不具有的特性，即在高層次上觀測到的屬性，一旦還原到低層次就不復存在，這樣的屬性就是涌現(xiàn)特性。如氣體系統(tǒng)的分子無溫度、壓強可言，溫度和壓強是氣體系統(tǒng)在整體層次上涌現(xiàn)出來的宏觀特性。,2.1.3 系統(tǒng)的結(jié)構,,第2章,2.1

37、 系統(tǒng)的基本概念,典型結(jié)構的形式化描述：鏈式結(jié)構：生態(tài)系統(tǒng)有食物鏈，經(jīng)濟系統(tǒng)有產(chǎn)業(yè)鏈，商家講供應鏈等等，都是鏈式結(jié)構的系統(tǒng)。,2.1.3 系統(tǒng)的結(jié)構,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,典型結(jié)構的形式化描述：鏈式結(jié)構：生態(tài)系統(tǒng)有食物鏈，經(jīng)濟系統(tǒng)有產(chǎn)業(yè)鏈，商家講供應鏈等等，都是鏈式結(jié)構的系統(tǒng)。環(huán)形結(jié)構：鏈式結(jié)構的系統(tǒng)如果首尾相接，就形成環(huán)形結(jié)構的系統(tǒng)。哲學講的因果環(huán)，氣動力學講的大氣環(huán)流，城市交通的環(huán)形線等等，都是環(huán)形結(jié)構的系統(tǒng)。,

38、2.1.3 系統(tǒng)的結(jié)構,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,典型結(jié)構的形式化描述：鏈式結(jié)構：生態(tài)系統(tǒng)有食物鏈，經(jīng)濟系統(tǒng)有產(chǎn)業(yè)鏈，商家講供應鏈等等，都是鏈式結(jié)構的系統(tǒng)。環(huán)形結(jié)構：鏈式結(jié)構的系統(tǒng)如果首尾相接，就形成環(huán)形結(jié)構的系統(tǒng)。哲學講的因果環(huán)，氣動力學講的大氣環(huán)流，城市交通的環(huán)形線等等，都是環(huán)形結(jié)構的系統(tǒng)。嵌套結(jié)構：多層次結(jié)構的系統(tǒng)有可能采取內(nèi)外嵌套的形式，稱為嵌套結(jié)構。嵌套結(jié)構又有兩種形式。許多二維系統(tǒng)具有圈層結(jié)構，如：北京城市系

39、統(tǒng)有環(huán)線結(jié)構，從原有的一環(huán)、二環(huán)……向七環(huán)、八環(huán)擴展。許多三維系統(tǒng)具有殼層結(jié)構，如：地球有地殼、地幔、地心的嵌套結(jié)構。,2.1.3 系統(tǒng)的結(jié)構,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,典型結(jié)構的形式化描述：塔式結(jié)構：在物理空間劃分高低不同的層次，下層承載上層，層層疊置。如埃及的金字塔和中國的佛塔，最低層是塔基，經(jīng)過若干中間層次，到最高層的塔尖。許多系統(tǒng)在抽象的生態(tài)空間中呈現(xiàn)塔式結(jié)構，如人才系統(tǒng)和權力系統(tǒng)，子系統(tǒng)的規(guī)模隨層次提升而縮小。,2

40、.1.3 系統(tǒng)的結(jié)構,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,典型結(jié)構的形式化描述：塔式結(jié)構：在物理空間劃分高低不同的層次，下層承載上層，層層疊置。如埃及的金字塔和中國的佛塔，最低層是塔基，經(jīng)過若干中間層次，到最高層的塔尖。許多系統(tǒng)在抽象的生態(tài)空間中呈現(xiàn)塔式結(jié)構，如人才系統(tǒng)和權力系統(tǒng)，子系統(tǒng)的規(guī)模隨層次提升而縮小。樹狀結(jié)構：用數(shù)學圖論中稱為樹的形式化系統(tǒng)來表示其結(jié)構特征。應用：如家族樹、決策樹、語言樹等。,2.1.3 系統(tǒng)的結(jié)構,,第

41、2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,典型結(jié)構的形式化描述：塔式結(jié)構：在物理空間劃分高低不同的層次，下層承載上層，層層疊置。如埃及的金字塔和中國的佛塔，最低層是塔基，經(jīng)過若干中間層次，到最高層的塔尖。許多系統(tǒng)在抽象的生態(tài)空間中呈現(xiàn)塔式結(jié)構，如人才系統(tǒng)和權力系統(tǒng)，子系統(tǒng)的規(guī)模隨層次提升而縮小。樹狀結(jié)構：用數(shù)學圖論中稱為樹的形式化系統(tǒng)來表示其結(jié)構特征。應用：如家族樹、決策樹、語言樹等。網(wǎng)絡結(jié)構：其特點之一是不同子系統(tǒng)之間、不同層次之間的界限不

42、再截然分明，而是形成各種各樣的閉合環(huán)路。公路網(wǎng)、鐵路網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、個人的社會關系等都是具有網(wǎng)絡結(jié)構的系統(tǒng)。,2.1.3 系統(tǒng)的結(jié)構,,第2章,,2.1 系統(tǒng)的基本概念,系統(tǒng)之外與之相關聯(lián)并對系統(tǒng)產(chǎn)生響應的事物所構成的集合稱為該系統(tǒng)的環(huán)境。任何一個系統(tǒng)都與環(huán)境有關并受其影響。系統(tǒng)的整體涌現(xiàn)性不僅取決于內(nèi)在的組分和結(jié)構，而且取決于外在的環(huán)境。,2.1.4 環(huán)境,,系統(tǒng),,,,,環(huán)境,物質(zhì),能量,信息,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,系統(tǒng)

43、相對于它所處的環(huán)境表現(xiàn)出來的變化稱做系統(tǒng)的行為，它一方面反映了系統(tǒng)自身的變化特性，另一方面也體現(xiàn)了環(huán)境對系統(tǒng)施加的作用或影響。,2.1.5 系統(tǒng)的功能,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,系統(tǒng)相對于它所處的環(huán)境表現(xiàn)出來的變化稱做系統(tǒng)的行為，它一方面反映了系統(tǒng)自身的變化特性，另一方面也體現(xiàn)了環(huán)境對系統(tǒng)施加的作用或影響。系統(tǒng)的行為對環(huán)境中的某些事物乃至環(huán)境產(chǎn)生的持續(xù)作用，稱為系統(tǒng)的功能。功能是系統(tǒng)的通有屬性，凡系統(tǒng)都有功能。系統(tǒng)功能反映

44、了系統(tǒng)整體特性（整體涌現(xiàn)性）。系統(tǒng)的功能由其結(jié)構和環(huán)境共同決定。,2.1.5 系統(tǒng)的功能,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,系統(tǒng)功能具有以下特性：系統(tǒng)功能只有在系統(tǒng)與環(huán)境的相互作用過程中才能體現(xiàn)　　　一個系統(tǒng)，如果沒有內(nèi)部各要素之間的有機聯(lián)系，便不能形成一定的結(jié)構，從而不能稱之為系統(tǒng)。同樣，一個系統(tǒng)如果與環(huán)境介質(zhì)之間沒有相互作用，缺乏了系統(tǒng)的動態(tài)過程，也就無所謂功能了。因而功能只能在系統(tǒng)與環(huán)境的相互作用過程中體現(xiàn)?！∨e例：只

45、有當機器投入了生產(chǎn)，功能才得以發(fā)揮，潛在的生產(chǎn)力才轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實的收益。,2.1.5 系統(tǒng)的功能,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,系統(tǒng)功能具有以下特性：系統(tǒng)功能比系統(tǒng)結(jié)構具有更大的可變性　　　如前所述，系統(tǒng)的功能由結(jié)構與環(huán)境共同決定。一個系統(tǒng)的基本結(jié)構在一定的參數(shù)閾值內(nèi)會保持穩(wěn)定，而功能則不然。功能與結(jié)構相比具有更大的可變性。系統(tǒng)的外部環(huán)境一旦變化，即系統(tǒng)與外部的物質(zhì)、能量、信息的交換有所變動，則系統(tǒng)與環(huán)境相互作用的過程和效果就要受

46、到影響，這將引起系統(tǒng)功能的變化，而通常此時系統(tǒng)的結(jié)構并不發(fā)生改變。,2.1.5 系統(tǒng)的功能,,第2章,2.1 系統(tǒng)的基本概念,系統(tǒng)功能具有以下特性：系統(tǒng)功能是系統(tǒng)的一種特定的性能　　　系統(tǒng)的性能是指，在系統(tǒng)內(nèi)部相互作用以及和外部聯(lián)系的過程中所表現(xiàn)出來的特性和能力。性能一般不是功能，功能卻是一種特定的性能。例如，流動是空氣的性能，而利用流動進行風力發(fā)電則是其功能?？梢?，性能是功能的基礎，功能是性能的外化，功能是在特定的環(huán)境下將某種性

47、能體現(xiàn)于特定的過程之中。,2.1.5 系統(tǒng)的功能,,第2章,2 系統(tǒng)科學的基本概念和方法,2.2 系統(tǒng)的狀態(tài)、演化及分類 2.2.1 系統(tǒng)的狀態(tài) 2.2.2 系統(tǒng)的演化 2.2.3 系統(tǒng)的分類,2.2 系統(tǒng)的狀態(tài)、演化及分類,狀態(tài)：系統(tǒng)的那些可以觀察和識別的狀況、態(tài)勢、特征等，是描述系統(tǒng)性質(zhì)的定量概念。狀態(tài)一般可以用若干稱為狀態(tài)變量的系統(tǒng)定量特性來表征。如給定了理想氣體的一組溫度T、壓

48、強P、體積V的數(shù)值，就確定了理想氣體系統(tǒng)的狀態(tài)。,2.2.1 系統(tǒng)的狀態(tài),,第2章,2.2 系統(tǒng)的狀態(tài)、演化及分類,狀態(tài)變量的選擇不唯一，但要滿足要求：完備性（狀態(tài)變量足夠多，能夠全面刻劃系統(tǒng)狀態(tài)）和獨立性（任一狀態(tài)變量都不能表示為其它狀態(tài)變量的函數(shù)）?！±纾何锢韺W中確定三維空間中一個質(zhì)點的位置，我們需要的狀態(tài)變量組，在直角坐標系中為　　　　，在柱坐標系中為　　　　。它們在各自坐標系中兩兩線性無關，并且兩組變量都能刻畫出這個質(zhì)點的

49、準確位置。,2.2.1 系統(tǒng)的狀態(tài),,第2章,2.2 系統(tǒng)的狀態(tài)、演化及分類,系統(tǒng)整體的動力學性質(zhì)首先來自于系統(tǒng)內(nèi)部各元素之間的相互作用，同時也來自于環(huán)境對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響和制約，所以系統(tǒng)狀態(tài)變量與外界環(huán)境密切相關。一般用參數(shù)表示環(huán)境對系統(tǒng)的作用，這樣狀態(tài)變量也是環(huán)境參數(shù)的函數(shù)，參數(shù)的變化反映了系統(tǒng)外界環(huán)境變化引起的系統(tǒng)結(jié)構的改變。一般地，可以控制參數(shù)的改變，研究在不同參數(shù)條件下系統(tǒng)演化的特點；也可以給定一組參數(shù)，研究在給定參數(shù)條件下

50、系統(tǒng)狀態(tài)的改變。,2.2.1 系統(tǒng)的狀態(tài),,第2章,2.2 系統(tǒng)的狀態(tài)、演化及分類,系統(tǒng)的狀態(tài)、特性、結(jié)構、行為、功能等隨著時間的推移而發(fā)生變化稱為系統(tǒng)的演化。系統(tǒng)演化的兩個基本方向：由簡單到復雜、由低級到高級的進化：許多生物種群的演化過程；反向的退化：生物個體的老化過程。,2.2.2 系統(tǒng)的演化,,低級,高級,,進化,,退化,第2章,2.2 系統(tǒng)的狀態(tài)、演化及分類,系統(tǒng)演化的原因：內(nèi)因：系統(tǒng)內(nèi)部組分之間的相互作用，如競爭

51、、合作等。外因：外部環(huán)境的變化，包括系統(tǒng)與環(huán)境關聯(lián)方式的變化等。,2.2.2 系統(tǒng)的演化,,第2章,2.2 系統(tǒng)的狀態(tài)、演化及分類,根據(jù)狀態(tài)變量隨時間變化的特點，可以將系統(tǒng)的狀態(tài)分為兩類：暫態(tài)和終態(tài)。暫態(tài)是指系統(tǒng)暫時所處的狀態(tài)，它隨時間變化，呈現(xiàn)出非穩(wěn)定、不可逆的形態(tài)，它與系統(tǒng)的初始條件和過程有關，反映了系統(tǒng)的不確定行為，我們一般不做討論。終態(tài)是指系統(tǒng)狀態(tài)的終極行為，系統(tǒng)演化在足夠長時間之后所呈觀的一種穩(wěn)定的、有確定規(guī)律的狀態(tài)

52、，它不受系統(tǒng)的初始條件及擾動的影響。,2.2.2 系統(tǒng)的演化,,第2章,2.2 系統(tǒng)的狀態(tài)、演化及分類,系統(tǒng)終態(tài)分類：不動點：狀態(tài)只取固定值，系統(tǒng)即使受到擾動發(fā)生改變，也會回到原來的狀態(tài)。只有穩(wěn)定的定態(tài)解才表示為不動點。周期解：系統(tǒng)終態(tài)的狀態(tài)變量是具有一定變化頻率的周期變量。準周期：系統(tǒng)的多個狀態(tài)變量具有不同的振動周期，并且周期之比是無理數(shù)。只能近似為周期系統(tǒng)。混沌解：系統(tǒng)終態(tài)呈現(xiàn)出混沌的特點，系統(tǒng)的終極狀態(tài)將局限在一個范圍之

53、內(nèi)，在這個局域范圍內(nèi)系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。,2.2.2 系統(tǒng)的演化,,第2章,2.2 系統(tǒng)的狀態(tài)、演化及分類,（1）按照系統(tǒng)與環(huán)境關系分類孤立系統(tǒng)：與外界沒有任何物質(zhì)、能量、信息的交流，即與周圍環(huán)境沒有任何相互作用的系統(tǒng)。嚴格來說，自然界并不存在這樣的系統(tǒng)，只是一種為研究問題的需要而提出來的理想模型。開放系統(tǒng)：與外界既有物質(zhì)交換、又有能量交換的系統(tǒng)?，F(xiàn)實的事物之間總會存在千絲萬縷的聯(lián)系，所以客觀世界中大多是這類系統(tǒng)。,2.2.3 系

54、統(tǒng)的分類,,第2章,2.2 系統(tǒng)的狀態(tài)、演化及分類,（2）按照組成系統(tǒng)的實際內(nèi)容分類物質(zhì)系統(tǒng)：組成物質(zhì)系統(tǒng)的基本元素是原子、分子等無機物質(zhì)。物理學、化學等自然科學的研究對象都屬于此類系統(tǒng)，如力學系統(tǒng)。生物系統(tǒng)：組成系統(tǒng)的基本元系是“活”的生物組織。系統(tǒng)對環(huán)境有能動的適應性，使自身在自然界中得以生存和發(fā)展，如捕食者－被捕食者系統(tǒng)。人類系統(tǒng)：組成系統(tǒng)的基本元素是人。人對于環(huán)境不僅有適應性，而且能夠主動控制和改造環(huán)境，使系統(tǒng)更適應人類的

55、需要，如各種工程控制系統(tǒng)。,2.2.3 系統(tǒng)的分類,,第2章,2.2 系統(tǒng)的狀態(tài)、演化及分類,（3）按照系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)之間的相互關系線性系統(tǒng)：系統(tǒng)中某部分的變化引起其余部分的變化是線性的，或者說系統(tǒng)的輸入線性疊加時，系統(tǒng)的輸出也線性疊加，就稱該系統(tǒng)是線性系統(tǒng)。線性系統(tǒng)的加和性、齊次性與疊加性： f (x1+x2) = f (x1) + f (x2) 加和性 f (kx) =k f (x)

56、 齊次性 f (ax1+bx2) = af (x1) + bf (x2) 疊加性,2.2.3 系統(tǒng)的分類,,第2章,線性系統(tǒng)只要知道初始條件，即可了解過去，預測未來,2.2 系統(tǒng)的狀態(tài)、演化及分類,（3）按照系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)之間的相互關系非線性系統(tǒng)：與線性系統(tǒng)相對，系統(tǒng)內(nèi)部各組元之間的影響不是線性的。,2.2.3 系統(tǒng)的分類,,第2章,非線性系統(tǒng)，難以通過解析方法求解，常用計算機進行數(shù)值計算

57、求近似解。非線性系統(tǒng)不滿足疊加性，整體作用大于各分部分之和。,非線性系統(tǒng)三個臭皮匠 為何 勝過一個諸葛亮？,2.2 系統(tǒng)的狀態(tài)、演化及分類,（4）按照系統(tǒng)狀態(tài)與時間的關系靜態(tài)系統(tǒng)：狀態(tài)不隨時間改變的系統(tǒng)。研究靜態(tài)系統(tǒng)相當于分析系統(tǒng)某一定態(tài)的性質(zhì)。動態(tài)系統(tǒng)：系統(tǒng)狀態(tài)隨時間變化的系統(tǒng)。動態(tài)系統(tǒng)在某時刻的輸出與其他時刻的輸入有關。研究動態(tài)系統(tǒng)，就要研究

58、系統(tǒng)的時間行為，找出系統(tǒng)狀態(tài)隨時間變化的表達式或圖像。,2.2.3 系統(tǒng)的分類,,第2章,2.2 系統(tǒng)的狀態(tài)、演化及分類,（5）按照系統(tǒng)的演化特點分類確定性系統(tǒng)：外界影響確定、系統(tǒng)的演化規(guī)律及子系統(tǒng)之間的相互關系也確定不變的系統(tǒng)。此類系統(tǒng)用確定性方程即可描述。隨機系統(tǒng)：系統(tǒng)內(nèi)部存在某種不確定的因素，或者外界對系統(tǒng)施加隨機擾動。此類系統(tǒng)的狀態(tài)變量是隨機變量，需采用概率的方法來描述它的演化行為。后面將對系統(tǒng)的隨機過程有專門介紹。,2

59、.2.3 系統(tǒng)的分類,,第2章,2.2 系統(tǒng)的狀態(tài)、演化及分類,（6）按照系統(tǒng)結(jié)構的復雜程度簡單系統(tǒng)：包含的子系統(tǒng)數(shù)目少，且子系統(tǒng)之間相互作用簡單的系統(tǒng)。按規(guī)模，簡單系統(tǒng)又可分為小系統(tǒng)和大系統(tǒng)。它們的演化通常可采用已有的規(guī)范理論（如經(jīng)典力學理論）來處理。巨系統(tǒng)：包含的子系統(tǒng)數(shù)目多，不能用簡單系統(tǒng)辦法進行處理的系統(tǒng)。按其復雜程度又可將巨系統(tǒng)分為簡單巨系統(tǒng)和復雜巨系統(tǒng)。,2.2.3 系統(tǒng)的分類,,第2章,2.2 系統(tǒng)的狀態(tài)、演化及

60、分類,（6）按照系統(tǒng)結(jié)構的復雜程度,2.2.3 系統(tǒng)的分類,,第2章,2.2 系統(tǒng)的狀態(tài)、演化及分類,可以看出，從不同的角度出發(fā)，一個實際系統(tǒng)可以有多種劃分，同時屬于不同的系統(tǒng)類型。系統(tǒng)科學主要研究的是：開放系統(tǒng)生物和人類系統(tǒng)非線性系統(tǒng)動態(tài)系統(tǒng)隨機系統(tǒng)各類不能用傳統(tǒng)方法處理的巨系統(tǒng),2.2.3 系統(tǒng)的分類,,第2章,2 系統(tǒng)科學的基本概念和方法,2.3 系統(tǒng)的模型 2.3.1 原型與模型 2

61、.3.2 系統(tǒng)的框圖模型 2.3.3 系統(tǒng)的數(shù)學模型 2.3.4 系統(tǒng)的網(wǎng)絡模型,2.3 系統(tǒng)的模型,近代科學創(chuàng)造了模型方法，現(xiàn)代科學更加突出了模型方法的重要性。系統(tǒng)科學進一步把模型方法提升為基本方法，其中復雜系統(tǒng)研究尤其重視模型方法。在一定程度上說，本課所講的各種系統(tǒng)理論之差別就在于所用系統(tǒng)模型的不同。,,第2章,2.3 系統(tǒng)的模型,科學研究的實在對象，如真實的飛機、真實的生物體、真實的社會等，稱為對象

62、系統(tǒng)的原型。,2.3.1 原型與模型,,第2章,2.3 系統(tǒng)的模型,科學研究的實在對象，如真實的飛機、真實的生物體、真實的社會等，稱為對象系統(tǒng)的原型?？茖W研究當然要面對原型，考察原型，針對原型做某些可行的試驗。但科學研究更多的工作（從實驗到理論分析和綜合）不是或不允許直接針對原型，而是針對所謂模型進行的。,2.3.1 原型與模型,,第2章,原型經(jīng)過簡化處理所形成的替代物，或經(jīng)過抽象用適當?shù)姆柋硎境鰜淼臇|西，叫做系統(tǒng)的模型。,2

63、.3 系統(tǒng)的模型,模型分類：兩大類（實物及符號）實物模型：飛機模型、人體模型、雙螺旋模型（分子生物學）等都屬于實物模型，常用于自然科學研究和工程開發(fā)。如飛機設計師在風洞中拿模型飛機做試驗，以取得有關設計數(shù)據(jù)。風洞本身也是模型，即模擬飛行大氣環(huán)境的人工設施。,2.3.1 原型與模型,,第2章,2.3 系統(tǒng)的模型,模型分類：兩大類（實物及符號）實物模型分類比例模型：對原型的簡化主要是縮小尺度。如風洞實驗中的飛機模型。模擬模型：

64、模型與原型的組分和結(jié)構有性質(zhì)上的不同，但在行為方式和功能上類似。如用流體力學模型模擬經(jīng)濟系統(tǒng)的運行。,2.3.1 原型與模型,,第2章,2.3 系統(tǒng)的模型,模型分類：兩大類（實物及符號）符號模型：指把表征原型型式的基本特征用抽象符號或編碼表達出來。如地圖、工程設計圖紙等都是符號模型。在科學研究中，那些不能構造實物模型的原型系統(tǒng)尤其需要使用符號模型。 符號模型跟原型的相似之處無法直接觀察，但常常能夠更深刻地把握原型系統(tǒng)的

65、本質(zhì)特征。如量子物理學家玻爾將原子核同太陽系作比較，把原子中旋轉(zhuǎn)的電子比作圍繞太陽旋轉(zhuǎn)的行星，建立了類太陽系原子模型。,2.3.1 原型與模型,第2章,2.3 系統(tǒng)的模型,建?！　　∠到y(tǒng)的模型也是系統(tǒng)，叫做模型系統(tǒng)。模型系統(tǒng)也涉及組分、結(jié)構和環(huán)境三個基本方面。建立對象系統(tǒng)的模型系統(tǒng)，簡稱建模，就是按照系統(tǒng)原理給這三方面以適當?shù)谋碚骱兔枋觥?2.3.1 原型與模型,,第2章,2.3 系統(tǒng)的模型,建模的基本原則模型的有效性：能夠

66、反映原型系統(tǒng)的基本特征，通過研究模型足以獲得有關原型的一切必要的信息，謹防片面追求理論的漂亮而忽視原型的傾向。模型的可操作性：建模是一種研究手段或技術，有辦法進行實驗（至少是思想實驗）和理論研究的模型才是有價值的模型。模型的簡單性：模型必須比原型簡單，力求把原型的一切可以壓縮的信息壓縮掉。,2.3.1 原型與模型,,第2章,2.3 系統(tǒng)的模型,最簡單且應用最廣泛的一類模型是所謂框圖模型，或稱為解釋結(jié)構模型。,2.3.2 系統(tǒng)的框

67、圖模型,,第2章,2.3 系統(tǒng)的模型,表示方法：　　　在二維的載體上，用一個個封閉的小框圖代表系統(tǒng)的各個組分或子系統(tǒng)，在框圖內(nèi)或框圖邊注明組分或子系統(tǒng)的名稱，按照系統(tǒng)的結(jié)構模式把它們排列安置于適當位置，用無向線段或有向線段把這些小框圖連接起來，以表示系統(tǒng)的基本結(jié)構框架，再用無向線段或有向線段表示系統(tǒng)與環(huán)境的聯(lián)系，這樣形成的圖形就叫做系統(tǒng)的框圖模型。,2.3.2 系統(tǒng)的框圖模型,,第2章,2.3 系統(tǒng)的模型,最簡單的框圖模型是輸入一輸

68、出模型。不考慮系統(tǒng)內(nèi)在的組分和結(jié)構，把它簡化為一個矩形方框。把環(huán)境對系統(tǒng)的作用統(tǒng)稱為輸入，把系統(tǒng)對環(huán)境的作用統(tǒng)稱為輸出，如圖所示。,2.3.2 系統(tǒng)的框圖模型,,第2章,系統(tǒng)原型能夠直接接受外部環(huán)境作用的部位很多，為了簡化描述，設想系統(tǒng)存在一個統(tǒng)一的輸入端，即框圖的左側(cè)邊；同時存在一個統(tǒng)一的輸出端，即框圖的右側(cè)邊。,圖2.3.1 系統(tǒng)的一般框圖模型,2.3 系統(tǒng)的模型,人文社會系統(tǒng)和經(jīng)濟生活中大量使用這類模型。如下圖是政治系統(tǒng)的一種模