系統(tǒng)科學(xué)方法ppt課件

.,系統(tǒng)科學(xué)方法,.,系統(tǒng)論,.,系統(tǒng)論,一、系統(tǒng)和系統(tǒng)方法1、什么是系統(tǒng)？貝塔朗菲說：“系統(tǒng)是處在一定相互聯(lián)系中并與環(huán)境發(fā)生關(guān)系的各組成部分的總和”。2、系統(tǒng)方法系統(tǒng)論是奧地利生物學(xué)家貝塔朗菲創(chuàng)立的。,.,二、系統(tǒng)方法的基本原則,1、整體性原則從要素間的協(xié)同作用上了解部分對整體的影響作用,.,都江堰位于四川成都平原西部的岷江上，建于公元三世紀(jì)，是中國戰(zhàn)國時期秦國蜀郡太守李冰及其子率眾修建的一座大型水利工程，是全世界至今為止，年代最久、唯一留存、以無壩引水為特征的宏大水利工程。多年來，至今仍發(fā)揮巨大效益，李冰治水，功在當(dāng)代，利在千秋，不愧為文明世界的偉大杰作，造福人民的偉大水利工程（2000年被聯(lián)合國教科文組織列入了世界文化遺產(chǎn)）,.,都江堰水利工程示意圖,.,都江堰渠首的三大主體工程,都江堰渠首工程主要有魚嘴分水堤、飛沙堰溢洪道、寶瓶口進(jìn)水口三大部分構(gòu)成，科學(xué)地解決了江水自動分流、自動排沙、控制進(jìn)水流量等問題，消除了水患，使川西平原成為“水旱從人”的“天府之國”。,.,魚嘴分水工程,“魚嘴”是都江堰的分水工程，因其形如魚嘴而得名，它昂頭于岷江江心，把岷江分成內(nèi)外二江。西邊叫外江，俗稱“金馬河”，是岷江正流，主要用于排洪；東邊沿山腳的叫內(nèi)江，是人工人工引水渠道，主要用于灌溉。,.,“飛沙堰”溢洪道,飛沙堰的作用主要是當(dāng)內(nèi)江的水量超過寶瓶口流量上限時，多余的水便從飛沙堰自行溢出；如遇特大洪水的非常情況，它還會自行潰堤，讓大量江水回歸岷江正流。另一作用是“飛沙”，岷江從萬山叢中急馳而來，挾著大量泥沙，石塊，如果讓它們順內(nèi)江而下，就會淤塞寶瓶口和灌區(qū)。飛沙堰真是善解人意、排人所難，將上游帶來的泥沙和卵石，甚至重達(dá)千斤的巨石，從這里拋入外江（主要是巧妙地利用離心力作用），確保內(nèi)江通暢，確有鬼斧神功之妙。,.,寶瓶口,寶瓶口，是前山(今名灌口山、玉壘山)伸向岷江的長脊上鑿開的一個口子，它是人工鑿成控制內(nèi)江進(jìn)水的咽喉，因它形似瓶口而功能奇持，故名寶瓶口。,.,都江堰水利工程,.,都江堰水利工程,.,都江堰的修建很大程度上得益于岷江的天然河道在魚嘴處和寶瓶口處的兩個彎曲?，F(xiàn)代水利科學(xué)中有一個“彎道環(huán)流”的原理，說的是由于河流中的水是分層的，上層水清，下層水濁，清水流得快，因而先行沖向凹岸，再帶著從凹岸沖下的泥沙下沉折向凸岸，濁水流得慢，遇到上述折回的水因而流動受阻，流向又受凹岸的折射而偏向凸岸，泥沙就在凸岸沉積下來。魚嘴和寶瓶口的修建選擇在兩個彎曲河道處，正好利用了水流的上述規(guī)律，使得清水徑直沖入內(nèi)江河道，濁流則折入外江。,.,.,從組成部分的相互關(guān)系上考察整體的功能,“整體大于部分之和”“整體小于部分之和”,.,.,“整體大于部分之和”,拿破侖分析馬木留克騎兵和法兵作戰(zhàn)的力量對比：馬法3310010030030015001000,.,2、最佳化原則,整體效應(yīng)最佳目標(biāo)最佳設(shè)計(jì)最佳控制最佳運(yùn)動最佳效果,.,最佳設(shè)計(jì)的實(shí)例,.,系統(tǒng)的優(yōu)化同系統(tǒng)的整體性是密切聯(lián)系的使整體達(dá)到最優(yōu)是系統(tǒng)優(yōu)化原則的核心。如，一千多年以前，汴梁皇城失火，宮殿燒毀。大臣丁渭奉宋真宗的旨意，主持修復(fù)工程。他提出的施工方案，很有系統(tǒng)方法的特色。首先，把皇宮前面的大街挖成大溝，就地取土燒磚；然后引汴水入溝，使所需其它建筑材料能用船直接運(yùn)入工地；宮殿建成后，再把廢物填入溝中，修復(fù)原來的大街。這個杰出的施工方案，是把全部修復(fù)工程作為一個整體來對待的，根據(jù)整個工程內(nèi)部各部分工程的聯(lián)系、次序，進(jìn)行了合理安排，從而避免了從遠(yuǎn)處取土、向遠(yuǎn)處運(yùn)廢料的浪費(fèi)，利用了當(dāng)時水運(yùn)比陸運(yùn)方便等條件。丁渭事實(shí)上是考慮了整體的“最佳化”，制定了一個最優(yōu)施工方案。,.,多級優(yōu)化（確定最佳目標(biāo)之后，把整個系統(tǒng)按照不同等級和層次結(jié)構(gòu)運(yùn)用模型和計(jì)算機(jī)等技術(shù)手段，作逐級優(yōu)化處理。如：葛洲壩水電站包括若干個子系統(tǒng)（欄洪、灌溉、發(fā)電、航運(yùn)等）。,葛洲壩水電站,.,1,3、動態(tài)原則動態(tài)性是指系統(tǒng)的狀態(tài)是隨著時間而變化的。動態(tài)性原則就是把系統(tǒng)視為動態(tài)系統(tǒng)，在動態(tài)中協(xié)調(diào)部分與部分、部分與整體之間的關(guān)系。系統(tǒng)、系統(tǒng)的各種聯(lián)系都是隨著是時間而發(fā)展變化的。這要求我們在考察系統(tǒng)時，注意系統(tǒng)產(chǎn)生、發(fā)展全過程的每個歷史階段上聯(lián)系的具體性，并從中預(yù)測其前景。要在運(yùn)動中把握聯(lián)系，不能靜止地研究聯(lián)系。在動態(tài)中考察系統(tǒng)的內(nèi)、外聯(lián)系的全過程，才能認(rèn)清系統(tǒng)的本質(zhì)。,.,系統(tǒng)是開放的、動態(tài)的活系統(tǒng),.,要把系統(tǒng)看成是不斷發(fā)展變化的過程,一個人的成長分為兒童、少年、青年、壯年和老年幾個階段。,.,4、模型化原則,在運(yùn)用系統(tǒng)方法研究規(guī)模龐大、因素繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的研究對象時，遵循模型化原則，以期事半功倍。模型化原則是指人們在研究復(fù)雜系統(tǒng)時，首先要建立系統(tǒng)模型，在該模型上確立研究的邊界范圍，借助模型便捷地揭示和定量描述系統(tǒng)的聯(lián)系和規(guī)律。特別是高速電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，給模型化手段注入了勃勃生機(jī)。人們借助計(jì)算機(jī)，作出各種模擬。比如，星體內(nèi)部溫度的推測、可控反應(yīng)堆溫度場分布、航天飛機(jī)飛行和返回時的復(fù)雜流場等，以及核反應(yīng)堆在地震等特種條件下的安全性分析。只有運(yùn)用模型化研究才能達(dá)到預(yù)期目的。系統(tǒng)方法運(yùn)用的模型通常有實(shí)物模型（如城市規(guī)劃）、理論概念模型（如力學(xué)上的質(zhì)點(diǎn)）、數(shù)學(xué)模型（如對孤立波相互作用的數(shù)值模擬）、物理模型等。,.,三、系統(tǒng)方法的作用,1、系統(tǒng)方法提供了認(rèn)識、解決復(fù)雜系統(tǒng)的有效手段。阿波羅登月計(jì)劃,.,阿波羅登月計(jì)劃,1957年前蘇聯(lián)首次發(fā)射人造衛(wèi)星及載人衛(wèi)星成功后，美國制定阿波羅登月計(jì)劃急起直追。在這個行動中，動員了四十二萬科學(xué)家、國內(nèi)外一百二十所大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)、兩萬多家企業(yè)，為時十一年，耗資二百四十四億美元，生產(chǎn)部件三百萬件，研究和解決了上萬個課題，終于實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)，把宇航員送上月球。對這樣一個十分龐大而復(fù)雜的項(xiàng)目，人們始終從整體出發(fā)來處理各個問題，使每一個問題的解決都服從于整體的總目標(biāo)；精確定量，以保證各個環(huán)節(jié)在時間、空間上緊密配合。為此大量使用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)劃、生產(chǎn)、科研和行政管理，關(guān)鍵是運(yùn)用系統(tǒng)方法進(jìn)行有效的組織管理。,.,2、系統(tǒng)方法為人們提供了制定系統(tǒng)最佳方案，以實(shí)行優(yōu)化組合和優(yōu)化管理的手段。,合理調(diào)配人、財、物，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化組合和優(yōu)化管理系統(tǒng)方法兼有確定目標(biāo)和實(shí)現(xiàn)目標(biāo)兩項(xiàng)功能系統(tǒng)方法兼有研究現(xiàn)狀和預(yù)測未來的兩種功能系統(tǒng)方法可以綜合運(yùn)用信息論、控制論等系統(tǒng)科學(xué)的理論和方法，借助電子計(jì)算機(jī)建立信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)決策管理科學(xué)化。,.,3、系統(tǒng)方法為科學(xué)認(rèn)識提供了新的思維模式,系統(tǒng)方法把不同物質(zhì)形態(tài)的研究對象看成具有共同性質(zhì)和運(yùn)動規(guī)律的系統(tǒng)加以研究，不僅突破了不同質(zhì)的事物和不同學(xué)科的界限，而且找到了從一個領(lǐng)域過渡到另一個領(lǐng)域的途徑，為不同學(xué)科領(lǐng)域的研究者提供了共同語言，從而加強(qiáng)了科學(xué)整體化的趨勢，促進(jìn)了自然科學(xué)和社會科學(xué)的統(tǒng)一和科學(xué)家同哲學(xué)家的聯(lián)盟。,.,四、系統(tǒng)方法的應(yīng)用,廣泛應(yīng)用于自然科學(xué)、技術(shù)科學(xué)、社會科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、醫(yī)學(xué)、管理科學(xué)、軍事科學(xué)等多種領(lǐng)域。,.,例,某城市籌建一座焦化廠，預(yù)計(jì)每年可提供5萬m3煤氣，這些煤氣的用途？運(yùn)用系統(tǒng)方法進(jìn)行研究：明確研究對象的范圍、性質(zhì)并作一個系統(tǒng)考察確定系統(tǒng)要達(dá)到的總目標(biāo)可行性研究，制訂出若干個可行性方案對方案進(jìn)行模擬或計(jì)算機(jī)仿真根據(jù)模擬數(shù)據(jù)、結(jié)果找出最佳方案按最佳方案確定系統(tǒng)的組成，建立系統(tǒng)各部分關(guān)系上例經(jīng)可行性研究，提出三個可行性方案煉鋼，保持原產(chǎn)量不變，節(jié)煤1萬噸/年化肥生產(chǎn)，節(jié)煤1.5萬噸/年居民用做燃料，節(jié)煤3萬噸/年,.,五、系統(tǒng)方法的程序步驟,1、擺明問題對問題和有關(guān)情況進(jìn)行全面的研究和闡述，明確研究對象的范圍、性質(zhì)并將其作為一個系統(tǒng)來加以考察。系統(tǒng)地了解構(gòu)成問題的各方面及各種影響因素，為進(jìn)一步的研究提供科學(xué)依據(jù)。,.,2、目標(biāo)選擇,根據(jù)擺明的問題和研究的任務(wù)，確定系統(tǒng)要達(dá)到的總目標(biāo)，這是考慮其它問題的出發(fā)點(diǎn)。根據(jù)系統(tǒng)研究所要達(dá)到的總目標(biāo)，提出各種技術(shù)指針和經(jīng)濟(jì)效果等，并進(jìn)一步提出達(dá)到總目標(biāo)的具體標(biāo)準(zhǔn)（得出目標(biāo)函數(shù)）。,.,3、系統(tǒng)綜合,根據(jù)總目標(biāo)進(jìn)行可行性研究，制定出實(shí)現(xiàn)總目標(biāo)的若干個可行性方案，比如技術(shù)方案、政策與控制手段等，并且明確提出實(shí)施每一種方案時采取的手段和衡量它是否取得成功的標(biāo)準(zhǔn)，從而形成系統(tǒng)的整體概念。,.,4、系統(tǒng)分析,設(shè)計(jì)出以上各可行性方案的模型，對系統(tǒng)做實(shí)際模擬或電子計(jì)算機(jī)仿真，對各種方案進(jìn)行分析和研究，了解和把握各種方案的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)。,.,5、系統(tǒng)選擇,運(yùn)用多種技術(shù)手段，根據(jù)模擬和仿真的事實(shí)、資料對各方案進(jìn)行比較，找出最佳方案。在尋找最佳方案中，可以不斷調(diào)整系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，直到找出最優(yōu)化的方案。,.,6、決策,系統(tǒng)最優(yōu)化的方案往往不只一個，而有多個。比如一個生產(chǎn)系統(tǒng)，有的方案產(chǎn)量高，有的方案成本低。除了定量目標(biāo)之外，有時還應(yīng)考慮定性目標(biāo)，如政治情況、社會情況、人們的心理狀況等。這就需要由決策者根據(jù)全面的要求，權(quán)衡利弊得失，進(jìn)行決策，從多個最優(yōu)化的方案中選出一個或幾個系統(tǒng)方案進(jìn)行試用。,.,7、實(shí)施計(jì)劃,根據(jù)決策中所選的方案進(jìn)行實(shí)施。如果在實(shí)以驗(yàn)中比較順利，或遇到的困難不大，略加修改即可實(shí)施。如果問題較多，就需要回到前面幾個步驟中的一個，重新做起。,.,信息論,.,一、信息的含義及其本質(zhì),1、信息的含義在中國文史資料中，信息一詞最早出自唐詩碧云集的“暮春懷故人”“夢斷美人沉信息，目穿長路倚樓臺?！?.,2、信息的本質(zhì),學(xué)者的不同觀點(diǎn)1）認(rèn)為信息是獨(dú)立的物質(zhì)實(shí)體，它以“信息場”的形態(tài)存在2）認(rèn)為信息是非物質(zhì)的精神的東西，是純粹的精神活動3）認(rèn)為信息不僅是物質(zhì)的，而且有時也是觀念的4）認(rèn)為信息既非物質(zhì)，也非精神，而是某種“第三者”5）認(rèn)為信息是物質(zhì)的普遍屬性或存在方式,.,信息是物質(zhì)的普遍的基本屬性,1）信息與物質(zhì)、能量既有聯(lián)系又相互區(qū)別2）客觀世界的任何物質(zhì)都可以成為信源，都可以產(chǎn)生和發(fā)出信息,.,二、信息的固有特征,1、信息的可識別性由于信息反映了物質(zhì)和能量在空間結(jié)構(gòu)和時間順序上分布不均勻的狀態(tài)，因而人們可以對信息進(jìn)行識別。通過感官進(jìn)行的是直接識別；通過各種探測手段進(jìn)行的為間接識別。對不同的信息源，可以用不同的識別方式。,.,2、信息的可轉(zhuǎn)換性,信息的可轉(zhuǎn)換性。信息可以從一種形態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種形態(tài)。比如：物質(zhì)信息可以根據(jù)需要轉(zhuǎn)換為語言、文字、圖表等信息形式，也可以轉(zhuǎn)換為電子計(jì)算機(jī)的代碼、電信、廣播、電視信號，而代碼和信號又可以轉(zhuǎn)換為語言、文字、圖表、圖像等等。認(rèn)識了這個特征，我們就可以擴(kuò)展接受知識和傳播信息的渠道和范圍。,.,3、信息的可存儲性,信息可大量存儲在人腦、計(jì)算機(jī)和書刊等中。動物的信息存儲叫記憶，人腦的記憶系統(tǒng)由長期記憶和短期記憶兩部分組成，計(jì)算機(jī)也有內(nèi)存儲器和外內(nèi)存。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，錄音、錄像等技術(shù)的產(chǎn)生，更增大了信息存儲的范圍。,.,4、信息的可擴(kuò)散性,由于信息傳輸工具的現(xiàn)代化、傳輸渠道的多樣化以及信息形態(tài)的可轉(zhuǎn)換性，信息得以迅速擴(kuò)散。比如：奧運(yùn)會的盛況，通過電視、廣播或報紙可以在當(dāng)天擴(kuò)散到全國、全球。,.,5、信息的可壓縮性,人們對信息可以進(jìn)行加工、整理、分析、綜合、概括、歸納，使它更加濃縮、精煉。,.,6、信息的可替代性,信息已經(jīng)成為現(xiàn)代人類社會能夠進(jìn)行交換和創(chuàng)造價值的東西，是生產(chǎn)力、競爭力的一個重要因素。信息的正確利用，可以替代資金、勞動力和物質(zhì)材料。如果在生產(chǎn)領(lǐng)域中掌握了信息，就可以減少資金、勞動力和原材料的消耗，降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率。如果在流通領(lǐng)域中及時獲得了市場信息，就可以合理組織貨源，打開銷路，既不積壓又不“斷檔”，最佳地搞好購、銷、調(diào)、存，提高經(jīng)濟(jì)效益。,.,7、信息的可傳輸性,凡是信息都可以通過一定的信道和載體進(jìn)行傳輸。從信源（發(fā)信者）到信宿（收信者）是信息的空間傳輸；從過去到將來，是信息的時間傳輸。信息存儲，實(shí)質(zhì)是時間傳輸?shù)难永m(xù)。不同的材料、能量構(gòu)成的信道，可以傳輸同一個內(nèi)容的信息；不同的信息可以通過同一種信道傳輸。個人間的信息傳輸，主要靠語言、表情、動作等；社會性活動的信息，則主要通過報刊、告示、廣播、電視以及其它通信工具（如吹軍號、打旗語、放信號彈等）進(jìn)行傳輸。傳輸?shù)乃俣群托б嫒Q于傳輸手段和通信工具。目前最先進(jìn)的通信技術(shù)是光導(dǎo)纖維通信和人造衛(wèi)星通信，這兩種通信技術(shù)容量大，傳輸速度快，效果可靠。,.,8、信息的可再生性,信息是可再生資源和非再生資源之外維持人類社會生產(chǎn)活動和其它社會活動的第三資源。人們收集的信息，經(jīng)過處理后，可以用語言、文字、圖像等形式加以再生。電子計(jì)算機(jī)收集的信息，也可以用顯示、擴(kuò)印、繪圖等形式再生出來。,.,9、信息的可分享性,信息不同于實(shí)物，一件實(shí)物分配給別人自己就沒有了，而信息可分享。比如：對于同一個學(xué)術(shù)報告，一個人去聽與一百個人去聽，每人所得信息可以完全相同，絕非一個人聽時所得信息為百分之百，百人聽時為百分之一。自然界和人類社會，潛藏著無窮無盡的信息，不具備一定的基礎(chǔ)知識和經(jīng)驗(yàn)，就失去了進(jìn)一步分享新的信息的先決條件，因此，一定要學(xué)好基礎(chǔ)知識，以便分享、掌握更多的信息。,.,10、信息的可擴(kuò)充性,隨著時間的推移和知識的積累，現(xiàn)代社會的信息比之古代已大大擴(kuò)充了。信息必將隨著社會的需要和科學(xué)的進(jìn)步而不斷得到擴(kuò)充。,.,三、信息方法及其特點(diǎn),1、信息方法的含義信息方法是現(xiàn)代通訊理論、控制論，自動化技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的綜合運(yùn)用。,.,2、信息方法的特點(diǎn),完全撇開對象的具體運(yùn)動形態(tài)，把系統(tǒng)的有目的運(yùn)動抽象為信息變換的過程。直接從整體出發(fā)，用聯(lián)系、轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)，綜合研究系統(tǒng)的信息過程。,.,四、信息方法的作用,1、信息方法揭示了不同物質(zhì)形態(tài)之間的信息聯(lián)系。2、信息方法揭示了傳統(tǒng)方法無法揭示的事物運(yùn)動的新規(guī)律。3、信息方法為實(shí)現(xiàn)管理現(xiàn)代化提供了武器。