职称论文发表价格 科学研究的系统科学方法 现代科学技术的发展 ，在两个方面表现得尤为突出 ：一方面 科学技术分化越来越细 ，学科门类越来越多 ；另一方面科学技术 的综合 ，学科之间的交叉 ，科学技术的整体化趋势又 越来 越显 著。科学研究的对象也从个体进入到 整体 ，从静态向动态过渡 ， 从实物水平向复杂的系统水平发展 。由于研究对象越来越复杂 ， 人们的研究手段也必然要发展 ，人们根据系统科 学理论 ，综合出 研究这类对象的途径一一系统科学方法 。它是运用系统科学理 论 ，按照研究对象变化发展的系统过程 ，采取一定的手段和方法 去揭示研究对象的性质和规律的方法 。比如美国科学家米勒 ，试 图运用系统方法 ，通过考察不同 层次生命系统的异同 ，揭示一般 生命系统的发展规律 ，统一用物能和信息的传输 加以描述 和解 释 。对生命系统的系统方法的研究方式 ，为生命世界统一性问题 的探索提供了一种可供讨论的 理论模型 。这种把研究对象作为系 统加以考察 ，从整体最优化角度来解决问题的方法 ，在科 学技术 方法论的发展中占有特殊地位 ，成为现代科学技术研究和实现科 学技术 、经济管理现代化的有效手段 ，并引起了人们思维方式的 重大革新 。 职称论文发表价格 系统科学方法的原则和作 用 在当代 ，像系统这样的已经普及到 一切科学领域和人类社会 生活之中的概念为数不多 。系统一词源于拉丁语 “ Systema” ，是 表示群 、集合等意义的抽象名词 。英文 “ system” 意为 “有组织 的或被组织化的全体” 。系统作为科学概念进入科学领域是 世 纪 年代以后的事 ， 世纪 年代 ，美国工程设计中应用了这 一概念 。后来人们把极其复杂的研究 和管理对象称为 “ 系统”。 特别是 世纪中叶 ，奥地利生物学家贝 塔朗菲创立了一般系统 论。他认为系统是 “处在一定相互联系中并与环境发生关系的各 组成部分的总体” 。 我国科学家钱学森认为 ：“系统是由相互作用和相互依赖的 若干组成部分结合成的具有特定功能的有机整体 ；而且这个系统 又是它们从属的更大系统的组成部分 。” 在诸多系统定义中突出 了这样几方面的涵义 ：其一是系统至少是由两个以上要素构成的 有机整体 ，表示 系统的集合属性 ；其二是系统的要 素是相互作 用 、相互依赖的 ，表示系统的关联属性 ；其三是系统要素的有机 结合 ，赋予系统整体以特定功能 ，表示系统的功能属性 ；其四是 系统的产生 、形成 、演化总要与环境相联系 ，表明系统的过程属 性。系统概念是系统科学中最基本的概念或称元概念 。由于它几 乎在所有领域都被应用 ，造成了系统概念的诸多解释 。然而 “系 统对外表现的整体性和内部具备的组织性 （ 或等级性 ，层次性） ， 应当在各种解释或描述中被遵循” 。 系统科学是以系统作为研究对象的基础理论以及由相关应用 学科所组成的学科群 。它着重考察各类系统的关系和属性 ，探索 系统的存在方式和运动变化的规律 。系统科学包括系统论 、信息 论 、控制论 、运筹学 、耗散结构论 、协同学 、突变论等学科群 。 “系统科学以数学 、物理 、化学 、生命科学 、工程技术 、社会科 学、思维科学 、管理科学等为背景 ，不同的系统理论侧重于以上 述不同领域的系统为研究对象” 。例如 ，控制论以物理学为背景 ；突变论以数学为背景 ；耗散结构以物理化学为背景；运筹学则以 工程技术为背景等等 。 系统科学方法是指运用系统科学的观点和理论 ，按照事物本 身的系统性 ，把研究对象放在系统形式中加以考察的方法 。即从 系统的观点出发 ，着重从系统与要素 、要素与要素 、系统与环境 之间的相互联系 ，相互作用 ，相互制约的关系中 ，综合地 、精确 地考察对象 ，以达到最佳地或者有效地处理问题的一种方法 。比 如 ， 年 月 日，我国成功发射的 “ 神舟三号” 飞船 ，标 志着我国载人航天工程取得重大突破 。这也是系统科学方法在我 国又一次成功的运用。因为航天 载人工程包括航天员 、飞船应 用、载人飞船 、运载火箭 、航天发射场 、航天测控和着陆地等七 大系统 ，涉及的学科领域广泛 ，参加研制 、建设和试验的单位达 家 ，主要科技人员数以万计 。没有系统科学方法的指导是 无法让诸多因素围绕同一目标运作的 。 系统科学方法的运用 ，必须遵循以下几个原则 ： 整体性原则 整体性原则是系统科学方法的最基本原则 。即要求研究主体 把研究对象视为有机整体 ，从整体出发探索研究对象的组成 、结 构 、功能和运动变化的规律性 。该原则是基于系统科学理论中要 素对系统的非加和性原理而提出的 。非加和性原理指出 ，系统整 体并不是其部分的简单相加 ，而是各组成部分的有机统 一体。整 体所表现的行为和功能不是其部分的简单叠加 ，而是部分之间在 相干或协同关系的作用下 ，通过系统的结构转换而成的 ，表现出 超越部分性质简单相加的新质 。比如，一架机械钟计时的质是其 构成整体的部分一一零件单独存在时所没有的 。又如 ，新观点 、 新思想 ，往往是通过相互质问和对答后获得的 。他们当中的任何 一个 ，通过自己的单独努力 ，都不可能达到这种程度 。因此 ，我 们在研究 、认识各种系统对象时 ，不能局限于了解其组成要素的 性质 ，而必须从整体出发 ，立足于整体来分析其每个要素以及要素与要素 之间的关系 ，通过对系统 、要素 和环境之间的关系分 析 ，来认识整体性质及其运动变化的规律 。整体性原则是一个提 纲辈领的原则 。 动态性原则 动态性原则是系统科学方法的历时性原则 。即要求人们在把 研究对象看成 系统时 ，不应看成 “ 静 态” 的，应看成 “ 动态” 的 ，看成是 “活系统” ，亦即系统的状态是在不断运动 、变化的 。 现实的任何系统都是作为过程而展开的开放系统 ，不断地处于物 质、能量和信息的交换和流动之中 。大至星系 ，小至亚原子 ，都 是一个产生和消亡的过程 ，都经历着实在的历史 。这就要求我们 在研究系统时 ，不仅要研究它的内部结构及其相互间的关系 ，更 耍了解它的过去 ，掌握它的现在 ，预测它的未来 ，用动态的观点 去分析 、研究系统整体 。比如，我们不可能静态描绘出细胞的确 切图景 ，只有把细胞看做反映系统动态的组织过程才能理解 。 最优化原则 最优化原则亦称整体优化原则 。而整体优化是系统存续所追 求的目标 。如生物系统在生物进化过程中 ，各种生物形成了能适 应环境的精巧完善的生理结构和最优化的整体功能 。按照这一原 则 ，人们在研究 、分析 、解决问题时 ，要统筹兼顾 ，全面考虑 ， 特别是在解决某个问题时 ，要通过对多个方案的分析 ，本着 “多 利相衡取其重 ，多害相衡取其轻” 的原则 ，进行系统筛选和综合 优化 ，以便有效地或合理地达到解决问题的目的 。随着人们对系 统结构理解的深入 ，已产生了各种最优化理论 ，如线性规划 、非 线性规划 、动态规划 、最优控制理论 、决策论等 。这里要注意的 是 ，最优化的原则是追求系统整体优化 ，亦是追求结构优化 ，而 不是追求系统各要素的优化 ，这是不可能的 ，也没有这个必要 。 另外 ，最优是相对的 ，在实际决策过程中得到合理的 、满意的方 案即可 。 在运用系统科学方法研究规模庞大 、因素繁多、结构复杂的 研究对象时 ，遵循模型化原则 ，以期事半功倍。模型化原则是指 人们在研究复杂系统时 ，首先要建立 系统模型 ，在该模型上确立 研究的边界范围 ，借助模型便捷地揭 示和定量描述系统的联系和 规律 。特别是高速电子计算机的出现 ，给模型化手段注入了勃勃 生机 。人们借助计算机 ，作出各种模拟 。比如，星体内部温度的 推测 、可控反应堆温度场分布 、航天飞机飞行和返回时的复杂流 场等 ，以及核反应堆在地震等特种条件下的安全性分析 。只有运 用模型化研究 ，才能达到预期目的 。系统科学方法运用的模型通 常有实 物模型 （ 如城市 规划） 、理论概 念模型 （ 如 力 学 上 的质 点） 、数学模型 （ 如对孤立波相互作用的数值模拟） 、物理模型 等。 整体性原则 、动态性原则 、最优化原则以及模型化原则 ，是 运用系统科学方法时所要遵循的基本原则 ，它们既相互独立 ，又 相互联系 。前两个原则是基础 ，第 三 个是目的 ，第四个是手段 。 理解和把握这 个原则有助于我们对系统科学方法的认识 。 系统科学方法在 当代已 广泛应用于自然科学 、技术科学 、工 程技术 、社会科学 、管理科学 、生命科学 、环境科学 、思维科 学 等科学领域的研究 ，发挥着日益重要的作用 。 第一 ，为人们研究各种复杂的系统问题提供了一种全新的科 学认识方法 。系统科学方法从系统整体出发认识研究对象 ，从系 统各要素的相互联系 、相互作用中来把握系统的特征和功能 ，并 且如实地把研究对象作为动态的复杂系统来对待 ，这是对传统分 析方法的重大突破 。传统分析方法是从研究对象的各个部分分别 加以考察 ，从部分性质出发去了解整体 ，把整体看作部分的叠 加 。系统科学方法克服了传统的以分析为主的科学思维方式的一 系列局限性 。认为研究对象的各组成部分孤立的特性和活动之和 不能反映系统整体的特性和活动方式 ，主张从各组成要素的相互 联系 、相互作用的关系中把握整体的特性和规律 。这为研究现代科学技术中规模巨大 、结构复杂 、目标不一 、功能综合的各 种大 系统问题提供了理论和方法 。 第二 ，系统科学 方法是人们认识 、研究复 杂事物的有效手 段 。当代科学技术研究对象 ，大多是规模庞大 、参数众多 、结构 复杂的系统 ，对这类对象的研 究 ，传统方法有其局限性 。系统科 学方法 着重从整体 、部分 、环境 三者之间的相互关系上 研究事 物 ，以整体性 、动态性 、最优化原则为指导 ，借助于数学工具和 电子计算机等先进技术 ，运用系统分析 、系统综合 、系统决策 、 系统规划 、系统模型等途径 ，在理论和实践的层面上 ，研究多因 素 、多功能 、多目标 、随机性 、动态性 、开放性的复杂系统 。 第三 ，系统科学方法能把确定目标和实现目标有机地统 一起 来 。就一个企业来说 ，人 、财 、物的合理调配和优化组合是经营 者确定的目标 ，而实现该目标 ，如果运用系统科学方法的整体优 化原则配以相适合的管理手段 ，就能以最少的投资获取最大的效 益 。又如在复杂的 工程技术系统中广泛使用的一种 “计划协调技 术” （ 简称 PERT ） ，就是系统科学方法运用的实例 。该技术首先 按照整 个工程 方 案 执行的 逻 辑 顺序 ，从方 案 开始到 结束 画出 PERT 网络图 ，接着确定网络中每 一个行动所需的时间 ，然后通 过分析 、计算计划执行中的问题 ，从而采取相应的措施以便达到 预期的总目标 。并据此作出决策和实施计划 。再如 年美国 “北极星导弹核潜艇” 的研制 ， 世纪 年代美国实施的庞大的 “阿波罗登月计划” 以及 “ 哈曼顿工程” 等的成功实施 ，都是运 用系统科学方法进行决策和管理的结果 ，都是运用系统科学方法 把确定目标和 实现目标成功地有机统 一起来的结果 。实践证明 ， 系统科学方法能为社会 、自然、工程技术 等领域的复杂系统 、巨 系统的问题 ，提供有效的解决手段 。 尤其要注意的是 ，系统科学方法能把不同物质形态 的研究对 象看成具有某种共同性质和运动规律的系统来加以研究 ，突破了 不同质的事物和不同学科的界限 ，这为不同学科领域 的研究者提 供了统一的研究手段 。所以 ，系统科学理论和方法对当代科学技 术的研究具有根本的意义 。 系统科学方法 主要包括 信息方法 、反 馈控制方 法 、黑箱方 法 、系统模拟方法 、整 体优化方法 、系统决策方法 、自组织方 法 、层次结构方法等 。 .. 信息方法 信息方法是以信息论为理论依据沉淀出来的 ，是综合运用于 现代通信理论 、控制论 、自动化技术 、电子计算机技术等领域的 一种方法 。 信息及其基本特性 ①信息概念 信息作为一个科学概念 ，出现于 世纪 年代的通讯领域 。 世纪 年代 ，美国数 学家申农开始 从事信息的研究 。 年 ，他发表了题为 《通讯的数学理论 》 一文 ，从理论上阐明了信 源 、信宿 、信道和编码等有关通讯方面的一些基本问题 ；创立了 通讯系统的模型 ，建立了度量信息的公式 ，标 志着信息论的诞 生 。在这里 ，申农撇开了语言、文字 等多种信息形式的具体特 点，认为各种信息的本质在于系统的 “不确定性” 的消除。即当 人们获得了某一事物的有关信息时 ，就会消除对该事物认识的某 种不确定性 ，或改变对该事物的有关知识的状态 。申农把信息看 做不确定性减少的量 ，即两次不确定性的差 ，其中 I 代表信息 ，Q 表示 对某件事的疑问 ，S 表示 不确定 性 ，X 与 Xa 分别为收到消息前后关于 Q 的知识。比如 ，如果消 息的内容是收信人已知的 ，那收信人收到消息后就不会引起知识 的变化 （ X = X. ） ，不确定性没有减少或消除 ，收信人也没有得 到任何信息 ，即 I = O ；反之，如果收信人事先并不知道消息的内 容 ，那么收到消息后就引起收信人知识的变化 ，不确定性就有所 减少甚至被消除 ，所以在申农看来 ，信息就是减少或消除收信人 的某种不确定性 。控制论的创始人维纳 ，从控制的角度出发 ，在 （人有人的用处 》 一文中指出 ：“信息是我们适应外部世界 ，并使 这种适应反作用于外部世界的过程中 ，同外部世界进行交换的内 容名称。” 也就是说 ，人对外部世界的认识 、反 映、适应 ，人与 外部世界的相互联系 、相互作用 ，是通过传递和交换信息这一内 容来实 现的 。也有人把信息定义 为一个系统确定程度 （ 组织程 度 、有序程度） 的标记。 我们认为 ，所谓信息就是认识主体接收到的 ，可以消除对事 物认识不确定性的新消息 、新内容 、新知识 ，是系统的确定程度 （组织程度 、有序程度） 的度量。从哲学的观点看 ，信息是物质 以其反映特性为基础的一种普遍属性 ，是物质系统间通过相互作 用 、相互反 映产生的一种联 系形式 。信息有多种不同性质的类 型。从无机界 、生物界 ，到人类的思维和活 动 ，都分别存在自然 信息 、生物信息 、观念信息 ，以及作为观念信息物化的文化和技 术信息 。这些不同种类和性质的信息 ，是伴随着物质世界的反映 形式 ，从无机界到生物界 ，再到人类的进化过程而出现的 。信息 的传播需要能量的流动 ，信息的存储需要物质作为载体 。信道中 的载波电流 、电磁波和光波中的信息与其物理形式相结合 ，而成 为信号 。信息还可以附着在磁盘 、磁带 、光盘 、影碟 、书籍 、报 刊等物质载体中 。在计算机和人脑中 ，也有相应性质的信息的储 存 、流动和加工利用 。至于人的意识中可包含的观念信息 ，只是 信息的一种特殊类型 ，它是依靠人脑的反映功能 ，把从外界接收 的信息予以加工制作的 产物 。在这里实现了由自然信息向观念信 息的转化和质变 。 ②信息量的计算 申农最早提出了对信息的定量描述 。他以通讯理论为 基础 ， 把信息量的大小定义为消除通讯者随机不定性的多少 ，或者说信 息量的大小与一事件的各种可能状态的概率函数有关 。现设某一 事件 极为相似 。这两个不同的概念在数 学形式上的相似不是偶然的 。 一个系统的信息量是其有序程度 、组织程度的量度 ，而一个系统 的情是它的无序程度 、混乱程度的量度 ，它们各从不同的侧面描 述同一个系统的状态 。这一发现使得信息量的概念超越了通讯领 域 ，它不仅是对通讯领域中消除不 定性的描述 ，也是系统组织程 度 、有序程度的 量度 ，具有更普遍的意义 。 ③信息 的基本特性 信息和材料 、能源一起成为 现代社会的三大支柱 。信息之所 以如此重要 ，是由它的基本特征所决定的 。信息的基本特性归 纳 起来有 ：可识别性 、可传递性 、可转换性 、可存贮性 、可再生性 和可共享性等。 信息的可识别性即指信息有时可通过人的感官直接识别 ，又 可借助于仪器间接识别 。例如 ，当观察到某病人心电图出现宽而 深的 Q 波 、ST 段抬高 和 T 波倒立时 ，就会得到病人可能患 有心 肌梗塞的信息 。 信息的可传递性是信息的根本属性 。因为信息只有在传递过程 中才能得到转换 、贮存 ，也只有在传递中信息才能得到再生 、共享。 信息方法及其基本特点 所谓信息方法 ，就是运用信息的观点 ，把系统的运动过程抽 象为一个信息的接收 、传递 、存贮 、加工 、输出 、反馈 的信息变 换过程 。通过对信息流程的分 析和处理 ，以达到对某一复杂系统 的性质和规律性认识的一种科学方法 。信息方法已广泛应用于 现 代通信 、控制 、无线电通信技术 、自动化技术和电子计算机技术 等现代化科学技术领域。 信息方法不同于传统的经验方法 。它研究的是从各种不同质 的复杂系统中抽取出来的统 一 的信息联系和关系 。信息方法的特 点表现为 ： 第一 ，以信息的观点作为分析和处理 问题的基础 ，完全撇开 研究对象的物质运动形态 ，把系统有目的的运动抽象为信息变换 过程 ，从而达到认识研究事物的目的 。比如，人们对地下矿藏的 探测 ，对人造卫星 、飞机 、舰船的监控和对弹道导弹 的摇控 ，通 过电子计算机的程序来控制现代化的生产流水线等 ，尽管其运 动 形态不同 ，但都是通过信息的获取 、传递 、加工 、处理等变换过 程而实现其目的的 。 第二 ，它不像传统方法那样割断系统的 内在联系，用孤立 、 静止、局部的观点研究事物 ，也不是在剖 析的基础上进行机械地 综合 ，而是用联系 、转化的观点对系统 的信息流程进行综合考 察 ，获得系统整体 的特性和规律 。 信息方法的思路 和基本步骤 信息方法的运用 ，首先要 把握信息的传输过程 ，即要了解信 源 、编码器 、信道 、解码器 、信宿之间的关系 。也就是由信源发 出信息 ，经编码器转化为信号在信道中传输 〈 传输中会受到噪声 的干扰 ，所 以在信息系统中应有抗干扰设备） ，当信号进入解码 器时 ，重新转化为信息 ，被信宿接收 。如图 所示 ： 把研究对象的有关数据和特性转换成信息传输和信息的加工处理
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