1 第四讲系统论概要Word文档下载推荐.docx

1、看作“1”1 与多的关系3.3 How to describe a systemThe Factors that describe a system（1） constitutive elements（组成/要素） /parts C（2） structure（结构） S mode, relation系统的内部：要素之间的关系，稳定的联系（3） function（功能） F to outer space系统的外部black box（4） environment （环境） E一个系统可以用组成/要素、结构（关系）、功能和环境等四类参量来描述。（5） 边界。Boundary B 白与黑， 在场（pre

2、sence）和缺席（absence），视域性的意向性.Sy= sC, S, F, E, B有一个一般性的关系：F=f（ C, S, E, B）S =g（ C, F, E,B）C= h（ S, F, E,B）结构与功能是主要矛盾。结构与功能之间的关系：结构决定功能，功能反作用于结构。白与黑，在场（presence）和缺席（absence），视域性的意向性.老子第28章：“知其雄，守其雌，为天下溪。为天下溪，常德不离，复归于婴儿。知其白，守其黑，为天下式。为天下式，常德不忒，复归于无极。知其荣，守其辱，为天下谷。为天下谷，常德乃足，复归于朴。朴散则为器；圣人用之，则为官长，故大制无割”。 外在的环

3、境应当分为不同的影响等级。海德格尔的桥与环境的关系，包括人文历史和环境。Questions:（1）系统是由它的组成决定的。 ？（2）系统的环境对系统的演化起决定作用。？环境对系统的稳定模式起决定作用.晏子春秋：橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳。叶徒相似，其实味不同。所以然者何？水土异也。荀子：麻生蓬中不扶自直，白沙在涅与之俱黑，故君子居必择乡，游必近士。3.4 The Universality（普遍性） of SystemsAll things are a system. 万物皆系统。也有学者提出：Non-systemQuestion:Is Quark（夸克） a system?电子是不是一个系

4、统？10-16米3.5 The Relation Between Whole and Parta. Whole is greater than the sum of parts. 1+12 整体大于部分之和b. Whole is smaller than the sum of parts. 1+12 整体小于部分之和c. Whole is equal to the sum of parts. 1+1=2a and b are called non-additive property.非加和性，系统具有非线性，非线性系统c is called additive property.加和性，系统具有

5、线性， 线性系统。整体与部分之间的关系的例子。“倾国宜通体，谁来独赏眉。”马克思：“一个骑兵连的进攻力量或一个步兵团的抵抗力量，与单个骑兵分散展开的进攻力量的总和或单个步兵分散展开的抵抗力量的总和有本质的差别。”（马恩全集，第23卷，第一版，第326页） 又比如：“体育产业化”中的“体育”与“产业化”不同于单独的“体育”与“产业化”。“不谋万世者，不足谋一时。“不谋全局者，不足谋一域。科学发展观。自古不谋万世者,不足谋一时; 不谋全局者,不足谋一域。 -清 陈澹然寤言二迁都建藩议“从鞋具磨损的内部那黑洞洞的敞口中，凝聚着劳动步履的艰辛。那硬梆梆、沉甸甸的破旧农鞋里，聚积着那寒风陡峭中迈动在一望

6、无际的永远单调的田垅上的步履的坚韧和滞缓。鞋皮上粘着湿润而肥沃的泥土。暮色降临，这双鞋底在田野小径上踽踽（ju）而行。在这鞋具里，回响着大地无声的召唤，显示着大地对成熟的谷物的宁静的馈赠，表征着大地在冬闲的荒芜田野里朦胧的冬眠。这器具浸透着对面包的稳靠性的无怨无艾的焦虑，以及那战胜了贫困的无言的喜悦，隐含着分娩阵痛时的哆嗦，死亡逼近时的战栗。这器具属于大地，它在农妇的世界里得到保存.”海德格尔：艺术作品的起源荷兰文森特凡高（Vincent van Gogh, 1853-1890）。他是后印象派的三大巨匠之一。梵高是天才，是狂徒，也是悲剧的主角。他的画作在生前饱尝寂寞，终其一生仅仅卖出一幅油画、

7、两张素描，却于死后在绘画市场上屡创天文数字的高价。凡高全部杰出的、富有独创性的作品，都是在他生命最后的六年中完成的。无论撷取梵高生涯中任何一个断面，都有其严肃而具体的面貌呈现，让我们看见一个勇敢、热情、用生命挣扎而全部燃烧自己的人。他最初的作品，情调常是低沉的，可是后来，他大量的作品即一变低沉而为响亮和明朗，好象要用欢快的歌声来慰藉人世的苦难，以表达他强烈的理想和希望。整体与部分的关系that Aristotle had made more than 2000 years earlier in a philosophical treatise, later renamed the Metaph

8、ysics, about the significance of “wholes” in the natural world. Aristotle wrote: “The whole is something over and above its parts, and not just the sum of them all”.Reduction 还原; Reductionism 还原论;对于非加和性，整体的性质是不能够从部分的性质推导出来。或者说，整体的性质不能还原为部分的性质。如果一个系统的性质可以通过其部分的性质得到说明，则这个系统是可以还原的。牛顿力学就是这样一个例子。部分还原。生物学

9、也是如此。Emergent Property涌现性, 突现性Reduciable生成线性系统：水涨船高。一分努力，一分收获。非线性系统：差之毫厘，失之千里。性相近,习相远。道高一尺，魔高一丈。“三”要产生复杂性。“道生一，一生二，二生三，三生万物。牛顿力学中的“三体问题”3.6 The Essence of Systems系统的性质：（1） 涌现性/突现性emergence突生性/整体性（2） 目标性/目的性intention通过负反馈来实现吸引子来表达.立志与理想（3） 稳定性There is emergence in system in a and b.The nature of syst

10、em is emergent property.The whole is unreducible to parts.整体不能还原到部分。The characteristics of the system, compared to those of the elements, appear as new or emergent（突现，涌现）.韩愈有诗云：“天街小雨润如酥，草色遥看近却无。苏东坡有诗云：“若言琴上有琴声，放在匣中何不鸣？若言声在指头上，何不于君指上听？交响乐是整体的，而不能仅仅听小提琴产生的音乐。环境的影响.还原论涌现论Benards Covection （贝纳德对流）T1 大于

11、T2T1 T2 =T Tc S = Q/ T2+（-Q/ T1） = Q （T2-T1）/T1T2 0负There become hexagular patterns when the difference in temperature reachs the critical Tc.Belousov-Zhabtiski Reaction -dissapative structure of timeB-Z 反应Self-organization自组织混沌态3.7 level（层次）层次的涵义：所谓层次，是指由性质相近或互补的要素所形成的一个横向系统。自然界是不是有无限的层次？不是纵向系统。层次的

12、性质：1、高层次是由低层次组成的，低层次是原因，高层次是结果，上向因果性（upward causation）。这实际上是还原论的观点2、高层次是原因，低层次是结果，下向因果性（downward causation）整体与部分之间是相互作用的。高层次与低层次是相互作用的。高层次的性质如果能够用低层次的性质来加以说明，则高层次是可以还原的。自由的中子大约的半衰期1分钟，当中子与质子结合在一起形成原子核时，中子的寿命与质子的寿命一样长。质子寿命大于1031年（按照大统一理论）。中子的性质也发生涌现。3、高层次具有独立性。3.8 The Properties of EmergenceJ. Hollan

13、d Emergence（1） Emergent phenomena exist only generating systems （生成系统，非线性系统）.构成系统（2） The whole is greater than the sum of parts in the generating systems.（3） There is a typical emergent phenomenon in generating systems that there is a stable model whose parts are changing.有一种稳定的模式，但它的部分在变化。兵营：铁打的营盘，

14、流水的兵。（4） The functions of a emergent stable model are determinated by its environment/context（语境，与境）.稳定模式的功能是由环境决定的。（5） The stable models accord with macro-laws.（6） The typical consequences of laws of emergent phenomena result from the stability that exists differences.有差别才能导致稳定性。差别导致和谐.和而不同。（7） The

15、 generating procedure of higher levels may be produced by strengthening of stability.法国学者莫兰方法：天然之天性：涌现的有关性质：1、整体大于部分之和。2、整体涌现。所有部分都会带有整体涌现出来的性质。比如，原子的稳定性质将反馈给其内部的不稳定的粒子。3、微观涌现（部分大于部分）。不仅整体大于部分之和，而且整体之中的部分也会在整体的作用下大于部分。部分小于部分。也有其他学者说：甚至会出现：部分大于整体。比如，一个和尚挑水吃，三个和尚没水吃。这是从功能角度说的。4、涌现无法分解。但是，也不能绝对化。涌现可以部分

16、分解。3.9 The Conditions of Evolution of System from Disorder to Order: Self-organization Theory自组织理论3.9.1 Basic Concepts序、无序、有序、对称、对称破缺、熵 order, disorder, order, symmetry , Breaking symmetry，entropy无序无结构有序有结构空间有序；贝纳德对流、激光、生物的进化时间有序：B-Z反应，树的年轮，地球绕太阳转有序与无序是相对的概念。每一对称，都有相应的守恒量。杨振宁：对称性支配相互作用。3.8.2 The Rel

17、ation between Entropy and DisorderEntropy represents the degree of disorder. The more entropy is, the more disorder is.对称增大，熵增加。 对称无序对称破缺有序对称增加熵增加解决无序与对称的关系：对称无序对称破缺/不对称有序有序与无序是一个相对的概念.对称就是一种操作不变性。对称与守恒相联系:左右对称，线动量守恒；mv转动对称，角动量守恒；时间对称（均匀），能量守恒。整个宇宙的能量只能证明：E0，正能定理（丘成桐教授, 1975年）建立熵与无序之间的关系：熵表示微观粒子无序的程

18、度。Symmetry is associated with disorder, asymmetry is associated with order. Order and disorder are relative concepts. No absolute order and disorder.熵增原理：在绝热过程之中，熵永不减少。dS0= 可逆过程， 不可逆过程dS0, There is a entropy-increase principle: dSi0. The Entropy of isolated system doesnt decrease, which means isolat

19、ed system will become more disorderly.在孤立过程之中，熵永不减少，或者说，熵增加。3.8.3 Self-organization TheorySelf-organization and structural development, are not just superficial change, and are “spontaneous” or “autonomous” arising from the intrinsic nonlinear, interactive nature of the system.自组织：系统向有序演化的根本原因在内部的，就

20、是自组织。他组织（被组织）：系统向有序演化的根本原因在外部的，就是他组织。耗散系统：是指与外界有物质、能量交换的开放和远离平衡态的系统。拿 X形成形状The Contents of Self-organization Theory自组织理论内容:-System is open, and open to some extent.系统要开放，且开放到一定的程度。-System is nonlinear.系统是非线性的。-System is nonequilibrious.系统是非平衡的。-System evolves to new order state by stochastic factors

21、 （random fluctuation）.“涨落导致有序”必要条件。为什么系统不是开放越大越好？因为系统开放太大，就会失去系统自身的质。Self-organization theory:dS=dSi +dSe dSi0if dS 0, then system becomes orderly.So dS 0, when dSe dSi.dSe 外部熵流dSe0, 外部负熵流Neg-entropy flow负熵流informationLinear PropertyY=kx+bY=kx线性：输出与输入的性质没有发生变化。线性只能在一定范围内存在。或者说，输出性质的变化与输入性质的变化是同性质的。不

22、能带来系统根本性质的变化。线性系统的演化没有新奇性，也不能发生质变。设有y1与y2都满足线性性质，则y1与y2的任意线性迭加都是同性质的。则有：可见，输出性质的变化仍然与输入性质变化是同性质的。简言之，线性系统满足整体等于部分之和。Nonlinear PropertyY=ax2 +bx+cY=（2ax+b）x非线性：输出性质与输入的性质已发生变化。或者说，上式中，输出性质与输入量的存量有很大关系。输出的性质不同于输入的性质。 或者说，输出性质的变化与输入性质的变化是不同性质的。 非线性系统的整体不等于部分之和。巨涨落是全局性关联。而在牛顿力学中，一般的相互作用是定域或局域关联。质变.非线性相互

23、作用具有相干性，即各个因素相互关联，而且可以是长程关联，关联的结果产生整体不等于部分之和的效应。非线性表现出不均匀性和不规则性。非线性作用产生的相干效应、分岔效应和临界效应是系统存在和进化的重要前提和基本机制。非线性机制既是系统内诸要素之间形成整体的力量，也是导致系统失稳、旧结构瓦解、新的有序结构得以产生的内在根据，它内在地规定了非平衡系统失稳的临界值我失稳的微观机制（如自催化、正反馈等）。它规定了系统失稳后有哪几种有序结构可以出现，并稳定存在成为系统演化的吸引中心；规定了系统演化可能经历什么样的分支，即规定了系统演化的可能方向和路线。stable equilibrium稳定平衡near eq

24、uilibrium近平衡nonequilibrium非平衡吸引子attractor平凡吸引子（trivial attactor）在涌现的生成过程中，吸引子有不同的形式，从最初的不动点、极限环发展到奇异吸引子。具有整数维的吸引子称为平凡吸引子。具有非整体维的吸引子称为奇异吸引子。不动点：就是一个与时间无关的定点。在两维以上的相空间中就会出现极限环。近处向外，远处向内，两种流向统一起来就是在中间出现一条封闭曲线，成为两套流线的共同极限。奇异吸引子（strange attractor）有内外两种方向：一切在吸引子之外的运动都向它靠拢，这是稳定方向；而一切到达吸引子的轨道都相互排斥，这是不稳定方向。奇

25、异吸引子具有对初始条件的敏感依赖性。非周期定态。非平衡态协同学中的序参量。序参量首先是宏观状态或形成模式的有序程度的参量。序参量是系统中集体运动（相互竞争或协同）的产物，一旦序参量形成，它又起着支配或役使系统子系统的作用。在平衡态时，慢变量与快变量没有多大的区分。而在远离平衡态时，两者的区别就变大；在趋近临界点时，慢变量与快变量的区分就更为明显，出现了慢变量支配快变量的机制。快变量犹如历史上昙花一现的事物，不会左右系统演化的过程；慢变量则决定了系统演化的过程。Bifurcation picture分岔图相图临界点案例：吴国林羽毛球案例：政治与公共管理学院对造纸学院（2005年3月10日晚学生活

26、动中心8号场8:30-9:30）：21制：比分: 政管12: 造纸2020为赛点。最后结果：22-20问题：1、系统的演化是决定论的。2、系统的演化完全是非决定的。3、如果系统不开放，系统就不可能向更有序状态演化。4、线性系统一定可能向更有序的状态演化。5、如果系统开放，系统就一定能够向更有序状态演化。There are critical points at which evolution could proceed in a large number of different directions.The relation between structure, function and fluctuationT