系统及其实例-深度解析和应用案例

系统是由相互联系、相互作用的要素（部分）组成的具有一定结构和功能的有机整体。英文中系统（system）一词来源于古代希腊文（σστημα），意为部分组成的整体。它既可以指实在的物质系统，如水利系统、电力系统、人体系统、社会系统、信息系统、计算机系统等，又可以指抽象的精神系统，如形式化逻辑系统、神学体系等。系统科学具有重要的方法论意义。

系统具有整体性、关联性、等级结构性、动态平衡性、时序性等特征。系统理论的核心是：整体不等于（大于）部分和。

下面是几个系统的例子，分别是热带雨林的食物链系统（见图1.2）、池塘的生态系统（见图1.3）、生态农业系统（见图1.4）、电信行业生态系统（见图1.5）、城市系统（见图1.6）。

例1

图1.2　热带雨林的食物链系统

例2

图1.3　池塘的生态系统

例3

图1.4　生态农业系统

水陆交换系统——桑（蔗、蕉）基鱼塘模式

例4

图1.5　电信行业生态系统

例5

图1.6　城市是一个开放的复杂巨系统

按照钱学森的观点，如图1.7所示，系统可进行以下分类：

图1.7　钱学森关于系统的分类

1.系统的特征与类型

具体地说，系统具有以下主要特征。

（1）行为整体性。系统具有整体突现性，整体大于（不等于）个体之和。

（2）要素多元性。系统由两个以上要素构成，一般为多元系统，甚至是无限系统，比如，宇宙系统。

（3）结构层次性。复杂系统由多个子系统构成，不同层次有不同涌现，同层内和层次间具有相互作用，例如，人体系统（图1.8）

（4）功能有效性。元素、子系统对整体有贡献，使得整体的效率更高，在运动演化中形成特定的功能结构。

（5）环境适应性。一般系统对它所处的环境具有依赖性，受环境约束。系统存在有效边界。

（6）演化动态性。在特定的条件下，系统的结构形态会发生变化，会经历形成、发育、存续、老化、解体的过程。例如，青蛙生活史（图1.9）。

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图1.8　人体系统

图1.9　青蛙的生活史

系统类型的划分可以有以下形式：

按照形成过程，系统可以分为自然系统、人工系统和复合系统；

按照构成要素，系统可以分为实体系统和概念系统；

按照运动状态，系统可以分为静态系统和动态系统；

按照环境关系，系统可以分为孤立系统、封闭系统和开放系统；

按照功能目标，系统可以分为控制系统和行为系统；

按照规模大小，系统可以分为小系统、大系统和巨系统；

按照复杂程度，系统可以分为简单系统和复杂系统；

按照对象性质，系统可以分为农业系统、工业系统、金融系统、交通系统等。

简言之，按照人们认知的难易程度，系统可以分为3类，即简单系统（simple system）、随机系统（random system）和复杂系统（complex system）。

（1）简单系统是指元素数目特别少，可以用较少的变数来描述的系统，这种系统可以用牛顿力学去加以解析。简单系统是可以控制的、可以预见的、可以组成的。在管理学中，这种系统一般出现在组织的初期，比如，一个班级，其中每个同学向着同样的目的，组成了一个简单系统。又如，一群人排成一列长队买票，这也是一个简单系统。

（2）随机系统：其特征是元素和变量数很多，但其间的耦合是微弱的或随机的，即只能用统计的方法去分析它。热力学研究的对象一般就是这样的系统。这样的系统在社会中不多见，彩票是随机系统的一个典型例子。

（3）复杂系统：其特征是元素数目很多，且其间存在着强烈的耦合作用。复杂系统由各种小的系统组成，例如，生态系统是由各个种群、各种生物组成的。生态系统是复杂系统的一个典型例子。当然，在管理学中，经常把一个公司看作一个复杂系统，它兼有简单系统和随机系统的各种特征。

系统科学所感兴趣的正是最后这种有组织的复杂系统。对于简单系统来说，传统的牛顿力学的分析方法已经能很好地解释这类系统行为了。而对于随机系统，由于其元素数目太多，必然使元素间的微弱耦合“失去”个性，从而可视为一种简单的系统，能够用统计方法去研究。由此可见，复杂系统并不是指单纯的元素数目特别多的系统，元素数目中等的系统如果具有复杂系统的特征，也可以构成一个复杂的系统。

2.复杂系统的定义

复杂系统是具有中等以上数目的元素，并基于局部信息做出行动的智能性、自适应性的主体系统。复杂系统是一个很难定义的系统，它存在于这个世界的各个角落，因此，我们这样定义它：

（1）它不是简单系统，也不是随机系统。

（2）它是一个复合的系统，而不是纷繁的系统。

（3）复杂系统是一个非线性系统。

（4）复杂系统内部有很多子系统，这些子系统之间又是相互依赖的，子系统之间有许多协同作用，可以共同进化。在复杂系统中，子系统会分为很多层次，大小也各不相同（multi-level&multi-scale）

由此可见，虽然复杂系统要有一定的规模，但复杂程度并不一定与系统的规模成正比，复杂系统中的个体一般来讲具有一定的智能性，例如，组织中的细胞、股市中的股民、城市交通系统中的司机，这些个体都可以根据自身所处的部分环境通过自己的规则进行智能的判断或决策。

3.复杂系统的特征

（1）智能性和自适应性

这意味着系统内的元素或主体的行为遵循一定的规则，能根据“环境”和接收信息来调整自身的状态和行为，并且主体通常有能力来根据各种信息调整规则，产生以前从未有过的新规则。通过系统主体的相对低等的智能行为，系统在整体上显现出更高层次、更加复杂、更加协调的有序性。

（2）局部信息，没有中央控制

在复杂系统中，没有哪个主体能够知道其他所有主体的状态和行为，每个主体只可以从个体集合的一个相对较小的集合中获取信息，然后处理“局部信息”，并做出相应的决策。系统的整体行为是通过个体之间的相互竞争、协作等局部相互作用涌现出来的。最新研究表明，在一个蚂蚁王国中，每一个蚂蚁并不是根据“国王”的命令来统一行动的，而是根据同伴的行为以及环境来调整自身行为的，从而实现一个有机的群体行为。

另外，复杂系统还具有突现性、不稳定性、非线性、不确定性、不可预测性等特征。