系统理论发展及错误系统方法研究

一般系统理论是L.V.Bertalanffy[1]在20世纪40年代提出系统概念之后努力倡导的一个研究领域，它以一般系统，即自然界和社会中存在的一切系统为研究对象，研究不同系统所服从的共同原理与规律——一般系统原理及规律。此后，在一般系统研究的范畴内，就如何揭示一般系统原理及规律这一问题，国内外学者进行了不懈的努力，并取得了一定的理论成果：1946 年，美国学者莫尔斯(P.M.Morse)和金博士(G.E.Kimball)编写了“The Methods of Operations Research”；1948年，美国科学家维纳(Norber Wiener)编写了“Cybernetics or Control and Communication in the Animal and the Machine”；同年，香农(C.E.Shannon)编写了“Mathematical Theory of Communication”，分别标志着运筹学、控制论和信息论学科的诞生。

20世纪七八十年代，产生了系统自组织理论。比利时物理化学家普利高津于1969年提出了耗散结构理论，与此同时，德国物理学家哈肯提出了协同学。耗散结构理论和协同学从宏观、微观以及两者的联系上回答了系统自动走向有序结构的基本问题，其成果被称为自组织理论。20世纪70年代还有一些理论对系统科学的发展有着重要的意义。德国科学家艾根吸收了进化论思想和自组织理论，于1979年提出了超循环理论，把生命的起源解释为自组织现象，提出了自然界演化的自组织理论。法国数学家托姆于1972年发表了《结构稳定性与形态发生学》，对突变现象及其理论作出了系统的、深刻的阐述，创建了突变论[2-9]。

20世纪80年代以来，非线性科学和复杂性研究的兴起对系统科学的发展起到了非常积极的推动作用。国际学术界对复杂性研究的一个突出的标志是1984年成立的圣菲研究所，它提出：适用性就是复杂性。该研究所注重研究复杂适用系统，并研制出相应的系统软件平台。

以钱学森为代表的中国学派，提出了开放的复杂巨系统理论及其综合集成方法，把基点放在了“人的因素”上，人的智能行为和价值取向决定了这类系统。复杂巨系统理论强调人对系统的结构、功能和演化的重要作用，其观点可以归纳为：人的行为造就了复杂性。综合集成方法明确指出，人机结合必须以人为主，而不是以计算机为主，更不是单纯依靠计算机。它采取了与迄今居于主流地位的西方学派的根本不同的技术路线，成为处理复杂系统的一种新方法。

国外的著名系统工程研究机构包括国际应用系统分析研究所(IIASA)，它利用系统的方法分析全球问题，提出了不确定模型和动力学过程、决策支持方法以及风险管理和公平问题的新观点。研究的问题主要集中在给定生态系统的动力学研究：大气层、水资源、生物圈和土壤同人类的关系。它特别关注有毒物质和污染物的发散、转化和传输问题，水资源的可用性和质量问题，生物资源的退化和补救问题，以及土地使用和覆盖变化的原因和影响[10-12]。LAND 公司是美国最重要的以军事研究为主的综合性战略研究机构，其系统分析的方法最先为军事决策服务，而后拓展到社会政策计划和分析上。

作者查阅了大量的文献后，发现近几年来关于一般系统理论的学术文献并不多见，尤其是国外的研究现状，从理论角度进行归纳，其研究主要集中在两个方面：一是关于系统结构的研究；二是关于系统功能的研究。

1.一般系统结构的研究

一般系统理论认为：系统概念的本质是系统结构，一切系统研究在很大程度上就是系统结构的研究。没有系统结构的研究，就无法取得对系统行为及规律的本质理解。美国系统哲学家拉兹洛(Ervein Laszlo)说：“全部科学的目标是发现有序的时间结构和空间结构。”19世纪下半叶，化学结构学的创立，不仅解决了当时化学的一系列问题，而且也成为有机化学的主要理论。在数学上，20世纪30年代，法国布尔巴基学派提出了体现数学完整性和统一性的各种结构概念，使数学取得了很大的进步。布尔巴基学派认为，数学研究有3种基本结构：(www.xing528.com)

(1)代数结构——运算——来自数量关系；

(2)序结构——先后顺序——来自时间观念；

(3)拓扑结构——连续性和分离性——来自空间概念。

20世纪70年代的耗散结构理论，本质上是结构产生的理论，它综合了现代科学多方面的成就，探讨了远离平衡态的、非线性的和不可逆的自组织结构的性质及其形成、稳定和演变的规律。

目前，国内外文献关于一般系统结构的研究主要体现在以下几个方面：一是从数学角度研究一般系统结构，主要是林福永提出的一般系统结构理论[13-22]。一般系统结构理论从数学上提出了一个新的一般系统概念体系，特别是揭示系统组成部分之间关联的新概念，如关系、关系环和系统结构等。在此基础上，该理论抓住了系统环境、系统结构和系统行为以及它们之间的关系和规律等一切系统都具有的共性问题，从数学上证明了系统环境、系统结构和系统行为之间存在固有的关系及规律，在给定的系统环境中，系统行为仅由系统基层次上的系统结构决定和支配。这一结论为系统研究提供了精确的理论基础。在这一结论的基础上，一般系统结构理论从理论上揭示了一系列的一般系统原理与规律，解决了一系列的一般系统问题，如系统基层次的存在性及特性问题、是否存在从简单到复杂的自然法则的问题以及什么是复杂性根源的问题等，从而使系统论发展到具有精确的理论内容并且能够有效解决实际系统问题的高度。但是该理论并没有对如何描述系统的结构作出规定，即系统要素之间通过什么样的关联关系相互作用。二是对一般系统结构理论的进一步延伸和深化。余运洋等[23]给出了一般系统要素之间关联的定义，并在此基础上，对一般系统结构理论中的关联问题进行了分类描述；郭亚军等[24]基于一般系统结构理论，发展了金鸿章教授等提出的脆性定义，并且证明了脆性是一般系统都具有的共同属性；林福永等[25，26]应用一般系统结构理论，研究了复杂网络的关系流和复杂网络行为及功能之间的关系及规律，并得到了两个复杂网络关系流与行为关系定理和一个复杂网络关系流与行为关系模型，认为复杂网络行为或功能仅由它的输入流和基层上的关系流集，特别是其中的关系回路来决定和支配。在此基础上，提出了全面关系流管理(Total Relationship Flow Management，TRFM)理论及方法，TRFM模型涉及组织行为与全面关系流的一系列关系和规律，通过对模型的进一步数学分析，推导出相关的关系及其规律，这将有助于管理成为一门精确的科学。三是基于图论和矩阵理论研究一般系统结构。韩光臣等[27]提出了描述复杂系统的SMBD模型，该模型引入面向对象的建模思想，将复杂系统抽象为一个由三元组描述的有向图，并给出了有向图的矩阵化表示和层次分解方法，从而使该模型具有良好的可扩展能力；马文钰等[28]利用有向图及邻接矩阵的关系、结点的度及邻接矩阵的运算性质，将有向图中结点间的序关系转化为系统要素间的层次结构；Xin-bo AI等[29]针对由于系统的复杂性，专家一般不能准确有效地识别系统要素之间的关系这一问题，将灰色关系分析(GRA)与解释结构模型(ISM)相结合，从而得到系统的结构。要研究一个系统，首要的一步往往是建立系统的结构模型。蔡长林等[30-33]针对一般的系统结构模型的建立方法步骤烦琐，且计算量大的缺点，给出了系统由可达矩阵进行区域划分、强连通子集划分以及等级划分的充分必要条件，从而使得对系统结构模型的建立和分析直接由系统可达矩阵的简单运算即可得到，其方法方便、简捷；然后基于在现实情况下，对系统要素相邻(或可达)的程度或可能性进行明确判断的困难性，将解释结构模型推广到模糊系统，提出了模糊解释结构模型。在此基础上，作者首次引入非超系统的概念，认为一般系统不一定是非超系统，但可以由某个非超系统扩展出来，并给出了判定一个系统是非超系统的充分必要条件，证明了任何一个非超系统具有超级扩展的存在性定理，还构造出了全部超级扩展系统。以上对系统结构的研究基本上都是对系统结构的本质和规律以及如何构造系统结构进行的研究，并没有在此基础上作进一步的延伸和探讨，比如：基于系统的结构，系统要素(或子系统)之间是通过什么方式传递物质、能量和信息的? 通过物质、能量和信息的传递，系统要素(或子系统)之间的功能是如何合成的? 系统中的错误是如何传递和相互影响的?

2.一般系统功能的研究

系统功能是系统属性的集中表现，同时又是系统价值存在的基础。目前国内外对系统功能的研究主要分为以下几个方面：一是对系统功能一般理论的研究，如对系统功能的概念内涵、哲学内涵，系统功能的构成，系统功能观的研究和探讨等[34，35]。二是对具体对象系统的系统功能分析、设计、优化和完善等。如对神经系统、信号微机监测系统、机械制造系统、信息处理系统、高校德育系统、课程体系系统等的功能设计、分析和优化，尤其是在医学领域中，对各个具体对象系统的系统功能的研究最多。三是基于系统功能的优化。此类相关研究较少。王新华[36]提出对系统进行分形、求解、合成的优化方法。分形有3种方法，其中一种分形方法是按功能进行分形，即将系统的功能划分为若干部分(每一个分形系统都能独立解决整体系统中的一个或几个功能，并且各分形系统之间的功能是相互独立的)，再根据分形系统的性质对分形系统进行M＋N 求解模式，即在M 个过程中运用N 种算法的求解模式。最后将各个分形解进行合成，以寻求系统整体最优。王若恩[37]提出了系统结构功能的概念和原理，以及系统功能等于系统原功能与结构功能之和的论点，讨论了结构功能与系统功能优化的关系，并强调通过结构变化，调整系统的结构功能，以达到系统优化的目的。系统的功能分为可加和不可加两种类型，在系统功能可加的情况下，研究了系统整体优化与子系统优化之间的关系。以上对系统功能的研究大多集中于针对某一具体对象系统的功能分析、设计和优化，而对一般系统功能的研究文献较少。上述研究存在一个共同特点，就是对系统功能的研究必然与对系统结构的研究结合在一起，但是现有文献很少有针对系统的结构如何影响系统功能的合成及其发挥展开研究的。