从系统科学到复杂巨系统科学：深入理解2.4篇章内容

在系统科学体系中，系统工程已应用到实践中并取得了显著成就，如航天系统工程。技术科学层次上的运筹学、控制论、信息论等也有了各自的理论方法并处于发展之中，但系统学和复杂巨系统学却是需要建立的新兴学科，这也是钱学森最先提出来的。

20世纪80年代中期，钱学森以“系统学讨论班”的方式开始了创建系统学的工作。从1986年到1992年的7年时间里，钱学森参加了讨论班的全部学术活动。在讨论班上，钱学森根据系统结构的复杂性提出了系统新的分类，将系统分为简单系统、简单巨系统、复杂巨系统和特殊复杂巨系统。如生物体系统、人体系统、人脑系统、地理系统、社会系统、星系系统等都是复杂巨系统。其中社会系统是最复杂的系统，故又称作特殊复杂巨系统。这些系统又都是开放的，它们与外部环境有物质、能量和信息的交换，所以又称作开放的复杂巨系统。

在讨论班的基础上，钱学森明确界定了系统学是研究系统结构与功能（系统演化、协同与控制）的一般规律的科学，形成了以简单系统、简单巨系统、复杂巨系统和特殊复杂巨系统（社会系统）为主线的系统学基本框架，构成了系统学的主要内容，奠定了系统学的科学基础，指明了系统学的研究方向。

对于简单系统和简单巨系统都已有了相应的方法论和方法，也有了相应的理论，并且它们也都处在继续发展之中，但对于复杂巨系统而言，却不是已有方法论和方法所能处理的，需要新的方法论和方法，所以，关于复杂巨系统的理论研究，钱学森又将其称作复杂巨系统学。

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、人文科学等由于研究问题的复杂性，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。

从方法论的角度来看，在这个发展过程中，还原论方法发挥了重要作用，特别是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，认为部分研究清楚了，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发展的巨大成就。

但现实的情况却使我们，即使认识了基本粒子也不能解释大物质构造，即使知道了基因也回答不了生命是什么。这些事实使科学家认识到“还原论不足之处正日益突显”。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，回答不了高层次和整体性的问题，这是它不足的一面，所以仅靠还原论方法还不够，还要解决由下往上的问题，也就是在复杂性研究中所谓的涌现问题。

著名物理学家李政道就21世纪物理学的发展曾说过：“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，把宏观和微观统一起来。同样道理，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，即使是把每个部分都研究清楚了，也回答不了系统整体性问题。较早意识到这一点的科学家是贝塔朗菲，作为一位分子生物学家，当生物学研究已经发展到分子生物学时，用他的话来说，在分子层次上对生物了解得越多，反而对生物整体认识得越模糊。在这种情况下，他于20世纪40年代提出了一般系统论，实际上是整体论方法，他强调要从生物体系统的整体上来研究问题，但限于当时的科学技术水平，支撑整体论方法的具体方法体系没有发展起来，用整体论整体、从定性到定性，依然解决不了问题。正如钱学森所指出，“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，的确是对现代科学技术发展的重要贡献。

20世纪80年代中期，国外出现了复杂性研究。关于复杂性问题，钱学森指出：“凡现在不能用还原论方法处理，或不宜用还原论方法处理，而要用或宜用新的科学方法处理的问题，都是复杂性问题，复杂巨系统就是这类问题。”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。对于复杂性的研究，国外科学家后来也采用了“复杂系统”一词，代表那些人类对其组成部分的理解不能用于解释其全部性质的系统。

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之处，如他们提出的遗传算法、演化算法，还有他们开发的Swarm软件平台、基于Agent的系统建模，以及用Agent描述的人工生命、人工社会等。在方法论上，虽然他们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。

方法论是研究问题应遵循的途径和研究路线，如果方法论不对，再好的方法也解决不了根本性问题，所以方法论更为基础也更为重要。

如前所述，20世纪80年代初期，钱学森明确指出“系统论是整体论与还原论的辩证统一”。根据这个思想，钱学森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，在分解的基础上，再综合集成到系统整体，实现系统的整体涌现，最终实现从整体上去研究和解决问题。

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，同时还对自然科学、社会科学等其他科学技术领域产生深刻的影响。

综合集成方法的提出，标志着钱学森系统学思想又向前进了一步。20世纪80年代末期到90年代初期，结合现代信息技术的发展，钱学森又先后提出了“从定性到定量综合集成方法”（Meta-synthesis）及其实践形式——从定性到定量综合集成研讨厅体系，后来将两者合称为“综合集成方法”，并将运用这套方法的集体称为总体设计部。这就将系统论方法具体化了，形成了一套可以操作且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-网结合的以人为主的信息、知识和智慧的综合集成技术。从应用和运用层次上看，是以总体设计部为实体开展的综合集成工程。

综合集成方法的实质是把专家体系、数据、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、资料和信息统统集成起来，从多方面的定性认识上升到定量认识。

钱学森提出的“人-机结合，以人为主”的思维方式是综合集成方法的理论基础。从思维科学角度来看，人脑和计算机都能有效处理信息，但两者差别极大。关于人脑思维，钱学森指出：“逻辑思维，微观法；形象思维，宏观法；创造思维，宏观与微观相结合。创造思维才是智慧的源泉，逻辑思维和形象思维都是手段。”今天的计算机在逻辑思维方面确实能做很多事情，善于信息的精确处理，甚至比人脑的效率高很多，但在形象思维方面，现在的计算机还不能给我们以很大的帮助。至于创造思维就只能依靠人脑了，然而计算机在逻辑思维方面毕竟有其优势，如果把人脑和计算机结合起来且以人为主，那么，思维能力将变得更强，人将变得更加聪明，创造性也将变得更强，这也是“1+1＞2”的系统原理（图2.1）。或许这正是人工智能的发展方向。

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图2.1　1+1＞2的系统原理

从图2.1可以看出，“人-机结合，以人为主”的思维方式的智能水平和认知能力处在最高端。这预示着将出现一种“新人类”，它不再是单纯的人，而是人-机结合的新人类。

信息、知识和智慧是3个不同层次的问题。有信息未必有知识，有信息和知识也未必就有智慧。信息的综合集成可以获得知识，而信息和知识的综合集成可以获得智慧。人类有史以来都是通过人脑获得知识和智慧的。现在随着以计算机为主的现代信息技术的发展，我们可以通过“人-机结合，以人为主”的方法来获得信息、知识和智慧，这比人脑还有优势，是人类发展史上具有重大意义的进步。

综合集成方法就是这种通过“人-机结合，以人为主”的方式来获得信息、知识和智慧的方法，它是人-机结合的信息处理系统，也是人-机结合的知识创新系统，还是人-机结合的智慧集成系统。

按照我国传统文化有“集大成”的说法，即把一个非常复杂的事物的各个方面综合集成起来，从而达到对事物整体的认识，集大成得智慧，所以钱学森又把这套方法称为“大成智慧工程”。将大成智慧工程进一步发展，从理论上将其提炼成一门学问，就是大成智慧学。

从实践论和认识论的角度来看，与所有科学研究一样，无论是复杂系统和复杂巨系统（包括社会系统）的理论研究还是其应用研究，通常都是在已有的科学理论、经验知识基础上与专家判断力（专家的知识、智慧和创造力）相结合，对所研究的问题提出和形成经验性假设，如猜想、判断、思路、对策、方案等。这种经验性假设一般是定性的，它之所以是经验性假设，是因为其正确与否，能否成立还没有用严谨的科学方式加以证明。

在自然科学和数学科学中，这类经验性假设是用严密的逻辑推理和各种实验手段来证明的，这一过程体现了从定性到定量的研究特点，但对复杂系统和复杂巨系统（包括社会系统）而言，由于其跨学科、跨领域、跨层次的特点，对所研究的问题能提出经验性假设的通常不是一个专家，甚至也不是一个领域的专家，而是由不同领域、不同学科的专家构成的专家体系，依靠专家群体的知识和智慧，对所研究的复杂系统和复杂巨系统（包括社会系统）问题提出经验性假设。若要证明其正确与否，仅靠自然科学和数学中所用的各种方法是力所不及的。如社会系统、地理系统中的问题，既不能靠单纯的逻辑推理，也不能进行实验。但我们对经验性假设又不能只停留在思辨和从定性到定性的描述上，这是社会科学、人文科学中才常用的方法。

系统科学是要走“精密科学”之路的，那么出路在哪里？这个出路就是“人-机结合，以人为主”的思维方式和研究方式。采用“机帮人、人帮机”的合作方式，机器能做的尽量由机器去完成，极大地扩展人脑逻辑思维处理信息的能力。通过人-机结合，以人为主，实现信息、知识和智慧的综合集成，这里包括了不同学科、不同领域的科学理论和经验知识，以及定性和定量知识、理性和感性知识。通过人-机交互反复比较、逐次逼近，实现从定性到定量的认识，从而就经验性假设正确与否得出科学结论。无论是肯定还是否定了经验性假设，都是认识上的进步，然后再提出新的经验性假设，继续进行定量研究，这是一个循环往复、不断深化的研究过程。

综合集成方法的运用是专家体系合作以及专家体系与机器体系合作的研究方式与工作方式。具体来说，是通过从定性综合集成到定性、定量相结合综合集成，再到从定性到定量综合集成这样3个步骤来实现的。这个过程不是截然分开的，而是循环往复、逐次逼近的。

复杂系统与复杂巨系统（包括社会系统）问题，通常是非结构化问题，现在的计算机只能处理结构化问题。通过上述综合集成过程可以看出，在逐次逼近过程中，综合集成方法实际上是用结构化序列去逼近非结构化问题。图2.2是综合集成方法用于决策支持问题研究的示意图。

图2.2　综合集成方法用于决策支持问题研究示意图

综合集成方法是处理复杂系统和复杂巨系统（包括社会系统）的有效方法，已有成功的案例证明了它的科学性和有效性。综合集成方法的理论基础是思维科学，方法基础是系统科学与数学科学，技术基础是以计算机为主的现代信息技术和网络技术，哲学基础是辩证唯物主义的实践论和认识论。从方法论和方法特点来看，综合集成方法本质上是用来处理跨学科、跨领域和跨层次的问题的方法论和方法，它必将对系统科学体系的不同层次产生重要影响，从而推动系统科学的整体发展。

20世纪90年代中期，钱学森提出开创复杂巨系统的科学与技术。运用综合集成方法，在科学层次上可以建立起复杂巨系统论。这就是综合集成的系统理论，它属于复杂巨系统学的内容。虽然这个一般理论目前尚未完全形成，但有了研究这类系统的方法论与方法，就可以逐步建立起这个一般理论，这是一个新的科学领域。

另一方面，运用综合集成方法在应用层次上可以发展复杂巨系统技术，也就是综合集成的系统技术，特别是复杂巨系统的组织管理技术，由此大大地推动了系统工程的发展。系统工程是组织管理系统的技术，是组织管理系统规划、研究、设计、制造、试验和使用的技术和方法。它的应用首先是从工程系统开始的，如航天系统工程，但当我们用工程系统工程来处理复杂巨系统和社会系统时，处理工程系统方法就暴露出了它的局限性，它难以用来处理复杂巨系统和社会系统的组织管理问题，在这种情况下，需要发展系统工程方法。有了综合集成方法，系统工程便可以用来组织管理复杂巨系统和社会系统。这样，系统工程也就从工程系统工程发展到了复杂巨系统工程和社会系统工程阶段，成为如今可以应用的组织管理复杂巨系统和社会系统的系统工程技术。由于实际系统不同，将系统工程用到哪类系统上，还需要用到与这个系统有关的科学理论、方法与技术。例如，将其用到社会系统上，就需要社会科学与人文科学等方面的知识。从这些特点来看，系统工程不同于其他技术，它是综合性的整体技术、综合集成的系统技术、整体优化的定量技术。它体现了从整体上研究和解决系统管理问题的技术方法。

钱学森所开创的复杂巨系统的科学与技术，实际上是由综合集成思想、综合集成方法、综合集成理论、综合集成技术和综合集成工程所构成的综合集成体系，也就是复杂巨系统科学体系，在哲学层次上就是大成智慧学。这就使系统科学体系发展到了复杂巨系统科学体系。

如前所述，现代科学技术的发展一方面呈现出高度分化的趋势，另一方面又呈现出高度综合的趋势。复杂巨系统科学就是这后一发展趋势中最具有基础性和应用性的学问，它必将对现代科学技术的发展，特别是对现代科学技术向综合集成的整体化方向发展，产生重大影响，是人类宝贵的知识财富和思想财富，是钱学森对现代科学技术发展的重大贡献。