什么是自组织?系统科学家们提出了许多不同的定义,但其基本含义可以归纳如下:
所谓自组织,就是系统通过自身的力量自发地增加它的活动组织性和结构有序度的进化过程,它是在不需要外界环境和其他外界系统的干预或控制下进行的。由此而形成的有序的较为复杂的系统称为自组织系统。相反,所谓他组织(又称为被组织)系统,就是在外界环境施加决定性影响的情况下,由控制者施加指令形成的系统。也就是说,一个系统在无外界强迫时,系统内部自发形成的有序行为称为自组织。反之,一个系统在外界强迫下形成有序行为称为他组织或被组织。
自组织是现代非线性科学和非平衡态热力学中的重大发现之一,基于对天体的演化、生物的进化、社会的发展,以及人类语言和思维的变化的深入观察与研究,一些新兴的交叉学科从不同的角度对自组织的概念给予了如下解说。
从系统论的观点来说,自组织是指一个系统在内在机制的驱动下,自行从简单向复杂、从粗糙向细致方向发展,不断地提高自身的复杂度和精细度的过程。从热力学的观点来说,自组织是指一个系统通过与外界交换物质、能量和信息,不断地降低自身的熵含量,从而提高其有序度的过程。
自组织系统首先是一个开放系统,而一个开放系统的熵变由两项组成,即dH=dHi+dHe。其中dH是自组织过程总的熵变化,对于自组织系统来说,应有dH<0;dHi表示自组织系统内部的熵变,按照热力学第二定律,必有dHi>0。因此,反映系统与外部熵交换的那一项dHe必然为负,即dHe<0。这就是说,自组织有赖于从外界引进负熵,也就是从环境中获得信息,汲取营养,以提高其有序度。
从进化论的观点来看,自组织是指一个系统在“遗传”“变异”和“优胜劣汰”机制的作用下,其组织结构和运行模式不断地自我完善,从而不断提高其对环境的适应能力的过程。达尔文的生物进化论的最大贡献就是排除了外因的主宰作用,首次从内在机制上,从一个系统自组织的发展过程来解释物种的起源和生物的变化。
人类的制造过程是他组织的,也是一个提高产品有序度,降低其熵含量的过程。与他组织相比较,自组织系统的行为模式具有以下特征。
(1)信息共享。系统中每一个单元都掌握全套的“游戏规则”和行为准则,这一部分信息相当于生物DNA中的遗传信息,为所有的细胞所共享。(www.xing528.com)
(2)单元自律。自组织系统中的组成单元具有独立决策的能力,在“游戏规则”的约束下,每一个单元有权决定它自己的对策与下一步的行动。
(3)短程通信。每个单元在决定自己的对策和行为时,除了根据它自身的状态以外,往往还要了解与它临近的单元的状态,单元之间通信的距离比系统宏观特征的尺度要小得多,而所得到的信息往往也是不完整的。
(4)微观决策。每个单元所做出的决策只涉及它自己的行为,而与系统中其他单元的行为无关。所有单元行为的总和,决定了整个系统的宏观行为。自组织系统一般不需要涉及整个系统的宏观决策。
(5)并行操作。系统中各个单元的决策与行动是并行的,不需要按任何标准来决定其决策与行动顺序。
(6)整体协调。在诸单元并行决策与行动的情况下,系统结构和“游戏规则”保证了整个系统的协调一致性和稳定性。
(7)迭代趋优。自组织的宏观调整和演化并非一蹴而就,而是在反复迭代中不断趋于优化的。事实上,这类系统一般无法达到平衡,往往处在远离平衡态的区域进行永无休止的调整和演化,一旦静止下来,就表示这类系统的“死亡”。
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