协同学PPT资料.pptx

协同学PPT资料.pptx

《协同学PPT资料.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《协同学PPT资料.pptx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

1984年他被授予联邦德国功勋科学家称号。

协同学的基本原理,1.2协同学定义,协同学是以现代最新的一些科学理论（如信息论、控制论、突变论等）为基础，采用适用范围很广的统计学和动力学相结合的方法，通过分析类比，建立了一整套数学模型和处理方案，来描述各种系统和运动现象中从无序到有序转变的共同规律的一门新兴学科。

协同学的基本原理,1.3协同学的研究对象,协同学是研究由不同性质的大量子系统（诸如电子、原子、分子、细胞、神经元、力学元、光子、器官、动物乃至人类）所构成的各种系统。

协同学的基本原理,1.4协同学的基本思想,从系统内部寻找有序源泉。

系统的行为并不是其子系统行为的迭加，而是由子系统的相互作用调节和组织起来的。

涨落导致有序。

自组织是系统有序化的内在根据。

协同学的基本原理,1.5协同学两种趋向,我们研究的系统，总是朝着相反的两个方向发展或演化。

一种趋向是从有序状态自发的向无序状态变化（孤立系统的热力学第二定律指明了这种趋向）另一种趋向是在一定的条件下系统可以从无序突变到有序状态（平衡相变和非平衡相变就描述了这种趋向）,协同学的基本原理,1.6协同学基本概念,非平衡相变：

我们把远离平衡是系统从无序向有序结构的转变过程称为“非平衡相变”。

非平衡相变的实质耗散结构理论耗散结构理论：

是指一个远离平衡态的非线性的开放系统（不管是物理的、化学的、生物的乃至社会的、经济的系统）通过不断地与外界交换物质和能量，在系统内部某个参量的变化达到一定的阈值时，通过涨落，系统可能发生突变即非平衡相变，由原来的混沌无序状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。

协同学的基本原理,1.6.1涨落,系统自发地偏离某一平衡态（点）的现象，称为涨落。

当系统处于稳定状态时，这种涨落的幅度与宏观量相比是很小的，并且衰减又快，因此常常可以把它忽略。

当系统刚刚进入临界点时，子系统间的各种可能的耦合相当活跃，而且这些局部耦合所形成的涨落不断冲击着系统，由于系统的无序和混乱就使涨落相对的变大。

协同学的基本原理,1.6.2快弛豫参量与慢弛豫参量,很多涨落得不到其它大多数子系统的响应便表现为阻尼大而很快衰减下去，这种涨落的内容就是快弛豫参量。

那个得到大多数子系统很快响应的涨落，由局部波及系统，得到放大，成为推动系统进入新的有序状态的巨涨落，这种涨落的内容就是出现临界无阻尼的慢弛豫参量。

慢弛豫参量是主宰系统最终结构和功能的有序度的序参量。

协同学的基本原理,1.6.3序变量,怎样才能有效地描述系统的实际状态和结构并进行研究系统演化中的共同性特征呢？

首要问题就是要在各种微观变量或者宏观变量中进行选择，找到描述系统宏观状态、结构和行为的最主要、最有效、最后决定性的参量。

为此哈肯采用了兰道在平衡相变理论中所使用的序参量概念。

协同学的基本原理,序参量是描述系统宏观有序度或宏观模式的参量。

它旨在描述系统在时间的进程中会处于什么样的有序状态，就有什么样的有序结构和性能，运行于什么样的模式之中，以什么模式存在和变化等待。

序参量一旦通过综合研究被找到，它不但对把握系统的宏观秩序有决定性的作用，而且可以通过它去了解微观层次上各种子系统的行为或运动状态。

协同学的基本原理,1.6.4自组织,所谓的自组织就是系统在一定外界条件下（控制参量），当其达到某一临界值时，系统中子系统便能克服独立运动而自发产生协同的现象。

从无序状态转变为具有一定结构的有序状态，或从有序状态转变为新的有序状态，首先需要环境提供能量流和物质流做保证，也就是说控制参量需要达到阈值时，这种转变才成为可能。

（开放系统）,协同学的基本原理,一般处理方案：

对于临界过程的理论处理，首先要根据具体的情况列出参量方程，然后根据“绝热消去原理”去掉快弛豫变量，这样便得到了无阻尼的慢参量（即序变量）的方程，也就是说序变量主宰着系统的进程，子系统的阻尼模式必然要跟随着序参量而演变。

协同学的基本原理,有许多人在一个有限的舞池中跳舞，也没有人指挥大家怎样跳舞，一开始舞池中的次序肯定是混乱的，大家会你碰我我碰你。

然而，在跳舞的过程中有些舞对就会发现，只要与他们旁边一对舞伴跳舞的方向一致就不会发生碰撞。

这种行为会像滚雪球一样逐渐扩大。

于是，舞池中的秩序逐渐形成，大家都按某一方向绕舞池的中心旋转。

当然，也会有个别舞对反方向跳舞，但是他们很快就会发现逆潮流的问题，而不得不改正过来。

这也正如大江东去中的水分子一样，一方面存在着热运动，另一方面又都融汇在东去的大潮流之中，即融合在“序参量”支配下的总的运动模式之中。

以上的舞池向左或向右的旋转模式的形成，就是支配全体跳舞者的跳舞序参量，而这一通过跳舞者的自发行为的相互作用形成的序参量，一旦形成就反过来支配了跳舞者的行为。

一个形象的比喻,协同学的基本原理,也就是说，跳舞者不得不伺服着自己在跳舞中自发形成的跳舞的模式，遵循着这个自己在跳舞运动中通过子系统相互作用制定的并且是逐渐形成的规则。

规则一旦形成，就要求所有参加跳舞的舞对遵循这样的规则，而不管这个规则对错。

除非集体通过大涨落废除旧规则，重新制定新规则。

就跳舞者个体而言，他们是无法觉察到这个模式的有形存在，他们会感觉到有一种无形的力量在牵制他们，就像经济学里常讲得那种无形的手（即自由的市场），或像一个二维平面的蚂蚁无法感受三维空间一样，系统理论告诉我们只有跳出或上一个层次才能觉察到这个模式的有形存在。

协同学的基本原理,1.7协同学的发展趋势,协同学的建立和发展虽只有二十多年的历史，但它在建立与发展过程中不断渗透融合新的领域与学科，使其研究的领域越来越广。

它已被推广应用于理化、生地及社会科学领域，斯普林格的协同学丛书也已逾四十卷。

至今，已系统的用协同学的观点对复杂系统做了实验和理论研究。

近年，协同学的重要进展是研究自组织系统从有序到混沌的演化系列，研究混沌现象，使协同学深入到了更为广阔和复杂的领域。

古典区位论,第二章协同学具体应用,协同学模型,协同效应模型,一般来说，系统的各要素、各子系统在运行过程中，由于协同行为会产生不同于各要素及各子系统的单独作用，所产生的系统整体效用就可以理解为协同效应（SE）。

我们已京津冀区域经济协同发展这个例子其中，SE表示协同效应；

F（xi）表示要素xi产生的效用；

F（s）表示系统S产生的效用。

协同效应通常有以下3中情况；

协同学模型,协同效应模型,1.协同正效应：

SE0协同正效应指系统各要素之间通过相互作用而产生整体效应的增值，即超过各个组成部分的效应之和，通常理解为1+12或2+2=5此时，f是一个非线性函数。

这种增值主要表现为资源整合和优化基础上资源利用率的增大、系统运作效率的提高、系统整体成本的节约、效益的增加等。

协同学模型,协同效应模型,2.协同负效应：

SE0协同正效应指系统各要素之间通过相互作用而产生整体效应的负值，即低于各个组成部分的效应之和。

此时，f是一个非线性函数。

这种负值主要表现为系统运作效率的降低、资源的浪费或由于协调不当引起协调成本高于协同效益等。

协同学模型,协同效应模型,3.协同正效应：

SE=0无协同效应是指系统整体效应与各个组成部分分散运作产生的效应之和相同。

无协同效应的产生主要有两种情况：

第一，系统只是各个子系统的简单的迭加，子系统之间并不存在任何相互作用，此时，f是一个线性函数，即S=x1+x2+xn。

第二，由于系统整合或协同的复杂性，协调成本等的增加刚好抵消了协同增值效益。

协同学模型,协同效应模型,因此，协同所产生的效应既可以是正的也可以是负的，具有不确定性，毫无疑问，协同正效应使我们追求的目标，也是研究的重点。

敬请批评指正！

谢谢！

致谢,