1、 复杂系统及其方法论 中国航天科技集团公司710所 于景元 主要内容 q现代科学技术的发展 q系统与系统科学 q综合集成思想与综合集成方法 q综合集成理论与综合集成技术 q综合集成工程 2 现代科学技术的发展 呈现出高度分化与高度综合两种趋势 这两者是相辅相成，相互促进的. 复杂性研究的兴起 复杂性科学处于高度综合这个趋势中，在这个 方向上还有系统科学、管理科学、软科学、非 线性科学等. 3 现代科学技术的发展 方法论的发展 还原论方法、整体论方法、系统论方法 从人脑思维到人机结合思维 人类更加聪明了，有能力去认识更加复杂的事物. 创新方式的转变，由个体为主向以群体为 主的转变，创新体系的出现
2、。 4 主要内容 q现代科学技术的发展 q系统与系统科学 q综合集成思想与综合集成方法 q综合集成理论与综合集成技术 q综合集成工程 5 系统与系统科学 系统科学和已有的其它科学不同，它是从事物 的整体与部分，全局与局部以及层次关系的角度 来研究客观世界的。客观世界包括自然、社会和 人自身。能反映事物这个特征最基本的重要概念 就是系统，所以系统也就成为系统科学研究和应 用的主要对象。这与自然科学、社会科学、人文 科学等不同，系统科学能把这些科学领域研究的 问题联系起来作为系统进行综合性整体研究。这 就是为什么系统科学具有交叉性、综合性、整体 性和横断性的原因，也正是这些特点使系统科学 处在现代
3、科学技术发展的综合性整体化的方向上 。 6 系统与系统科学 所谓系统是指由一些互相关联、互相作 用、互相影响的组成部分所构成的具有某 些功能的整体，这是国内外学术界普遍公 认的科学概念。这样定义的系统在自然界 、人类社会包括人自身是普遍存在的。根 据系统结构的复杂性，可将系统分为简单 系统、简单巨系统、复杂系统和复杂巨系 统以及特殊复杂巨系统社会系统。 7 系统与系统科学 系统的一个重要特点，就是系统在整体 上具有其组成部分所没有的性质，这就是 系统的整体性。系统整体性的外在表现就 是系统功能。系统的这个性质意味着，对 系统组成部分都认识了，并不等于认识了 系统整体，系统整体性不是它组成部分性
4、 质的简单“拼盘”。 8 系统与系统科学 系统科学研究表明，系统内部结构和系 统外部环境以及它们之间的关联关系，决 定了系统整体性和功能。从理论上来看， 研究系统结构与环境如何决定系统整体性 和功能，揭示系统存在、演化、协同、控 制，管理与发展的一般规律，就成为系统 学，特别是复杂巨系统学的基本任务。国 外关于复杂性的研究，正如钱学森指出的 是开放复杂巨系统的动力学问题，实际上 也是属于这方面的探索。 9 系统与系统科学 另一方面，从应用角度来看，根据上述性质，为了使 系统具有我们期望的功能，特别是最好的功能，我们可以 通过改变和调整系统结构或系统环境以及它们之间关联关 系来实现。但系统环境并
5、不是我们想改变就能改变的，只 能主动去适应。而系统结构却是我们能够改变、调整和设 计的。这样，我们便可以通过改变、调整系统组成部分或 组成部分之间、层次结构之间以及与系统环境之间的关联 关系，使它们相互协调与协同，从而在整体上涌现出我们 满意的和最好的功能，这就是系统控制、系统干预（ Intervention）、系统组织管理的基本内涵，也是控制工 程、系统工程等所要实现的主要目标。 10 系统与系统科学 对于系统科学来说，一个是要认识 系统，另一个是在认识系统基础上， 去改造、设计和运用系统，这就要有 科学方法论的指导和科学方法的运用 。 11 主要内容 q现代科学技术的发展 q系统与系统科学
6、 q综合集成思想与综合集成方法 q综合集成理论与综合集成技术 q综合集成工程 12 综合集成思想与综合集成方法 对于简单系统和简单巨系统都已有了相 应的方法，也有了相应的理论与技术并在 继续发展之中。但对复杂系统和复杂巨系 统（包括社会系统）却不是已有科学方法 所能处理的，需要有新的方法论和方法， 这是一个科学新领域。 13 综合集成思想与综合集成方法 从近代科学到现代科学的发展过程中， 自然科学采用了从定性到定量的研究方法 ，所以自然科学被称为“精密科学”。而社 会科学、人文科学由于研究对象的复杂性 ，通常采用的是从定性到定性的思辨、描 述方法，所以这些学问被称为“描述科学” 。当然，这种趋
7、势随着科学技术的发展也 在变化，有些学科逐渐向精密化方向发展 ，如经济学、社会学等。 14 综合集成思想与综合集成方法 从方法论角度来看，在这个发展过程中，还原论方法 发挥了重要作用，特别在自然科学领域中取得了很大成功 。还原论方法是把所研究的对象分解成部分，以为部分研 究清楚了，整体也就清楚了。如果部分还研究不清楚，再 继续分解下去进行研究，直到弄清楚为止。按照这个方法 论，物理学对物质结构的研究已经到了夸克层次，生物学 对生命的研究也到了基因层次。毫无疑问这是现代科学技 术取得的巨大成就。但现实的情况却使我们看到，认识了 基本粒子还不能解释大物质构造，知道了基因也回答不了 生命是什么。这些
8、事实使科学家认识到“还原论不足之处 正日益明显”。这就是说，还原论方法由整体往下分解， 研究得越来越细，这是它的优势方面，但由下往上回不来 ，回答不了高层次和整体问题，又是它的不足一面。 15 综合集成思想与综合集成方法 所以仅靠还原论方法还不够，还要解决由下往上的问 题，也就是复杂性研究中的所谓涌现问题。著名物理学家 李政道对于21世纪物理学的发展曾讲过“我猜想21世纪的 方向要整体统一，微观的基本粒子要和宏观的真空构造、 大型量子态结合起来，这些很可能是21世纪的研究目标” 。这里所说的把宏观和微观结合起来，就是要研究微观如 何决定宏观，解决由下往上的问题，打通从微观到宏观的 通路，把宏观
9、和微观统一起来。 同样的道理，还原论方法也处理不了系统整体性问题 ，特别是复杂系统和复杂巨系统（包括社会系统）的整体 性问题。从系统角度来看，把系统分解为部分，单独研究 一个部分，就把这个部分和其他部分的关联关系切断了。 这样，就是把每个部分都研究清楚了，也回答不了系统整 体性问题。 16 综合集成思想与综合集成方法 意识到这一点更早的科学家是彼塔朗菲，他是一位分 子生物学家，当生物学研究已经发展到分子生物学时，用 他的话来说，对生物在分子层次上了解得越多，对生物整 体反而认识得越模糊。在这种情况下，于20世纪30年代他 提出了整体论方法，强调还是从生物体系统的整体上来研 究问题。但限于当时的
10、科学技术水平，支撑整体论方法的 具体方法体系没有发展起来，还是从整体论整体、从定性 到定性，论来论去解决不了问题。正如钱老所指出的“几 十年来一般系统论基本上处于概念的阐发阶段，具体理论 和定量结果还很少”。但整体论方法的提出，确是对现代 科学技术发展的重大贡献。 17 综合集成思想与综合集成方法 20世纪80年代中期，国外出现了复杂性 研究。所谓复杂性其实都是系统复杂性， 从这个角度来看，系统整体性，特别是复 杂系统和复杂巨系统（包括社会系统）的 整体性问题就是复杂性问题。所以对复杂 性研究，他们后来也“采用了一个复杂系统 的词，代表那些对组成部分的理解不能解 释其全部性质的系统。” 18
11、综合集成思想与综合集成方法 国外关于复杂性和复杂系统的研究，在研究方 法上确实有许多创新处，如他们提出的遗传算法 、演化算法、开发的Swarm软件平台、以Agent为 基础的系统建模、用数字技术描述的人工生命等 等。在方法论上，虽然也意识到了还原论方法的 局限性，但并没有提出新的方法论。方法论和方 法是两个不同层次的问题。方法论是关于研究问 题所应遵循的途径和研究路线，在方法论指导下 是具体方法问题，如果方法论不对，再好的方法 也解决不了根本性问题。 19 综合集成思想与综合集成方法 20世纪70年代末，钱学森明确指出 “我们所提倡的系 统论，既不是整体论，也非还原论，而是整体论与还原论 的辩
12、证统一”。钱老的这个系统论思想后来发展成为他的 综合集成思想。根据这个思想，钱老又提出将还原论方法 与整体论方法辩证统一起来，形成了系统论方法。在应用 系统论方法时，也要从系统整体出发将系统进行分解，在 分解后研究的基础上，再综合集成到系统整体，实现1+1 2的整体涌现，最终是从整体上研究和解决问题。由此 可见，系统论方法吸收了还原论方法和整体论方法各自的 长处，同时也弥补了各自的局限性，既超越了还原论方法 ，又发展了整体论方法。这是钱学森在科学方法论上具有 里程碑意义的贡献，它不仅大大促进了系统科学的发展， 同时也必将对自然科学、社会科学等其它科学技术部门产 生深刻的影响。 20 综合集成思
13、想与综合集成方法 20世纪80年代末到90年代初，钱学森又先后提 出“从定性到定量综合集成方法”以及它的实践形 式“从定性到定量综合集成研讨厅体系”（以下将 两者合称为综合集成方法），并将运用这套方法 的集体称为总体部。这就将系统论方法具体化了 ，形成了一套可以操作的行之有效的方法体系和 实践方式。从方法和技术层次上看，它是人机结 合、人网结合以人为主的信息、知识和智慧的综 合集成技术。从应用和运用层次上看，是以总体 部为实体进行的综合集成工程。 21 综合集成思想与综合集成方法 综合集成方法的实质是把专家体系、信 息与知识体系以及计算机体系有机结合起 来，构成一个高度智能化的人机结合与融 合体系，这个体系具有综合优势、整体优 势和智能优势。它能把人的思维、思维的 成果、人的经验、知识、智慧以及各种情 报、资料和信赕o:(鵑漬匀%猦漬讀缁掴仌缀獈狍椀秀謂愃謃霐蜐褑褑桛桝睖骉鹨搀漀挀愀戀搀挀挀搀攀愀戀搀挀攀最椀昀褀桛桝睖骉鹨搀漀挀尀尀愀愀戀愀挀攀搀攀昀一伀匀倀夀唀欀樀搀攀一瘀氀栀圀挀攀渀氀圀瀀栀稀氀嘀刀唀匀圀吀漀伀娀一瀀吀匀倀瀀樀褀桛栀睖骉鹨桬琀琀瀀猀眀眀眀眀攀渀欀甀渀攀琀挀漀洀椀氀攀刀漀漀琀尀圀攀渀欀甀渀攀琀椀氀攀刀漀漀琀
