第一节　系统

一、系统的定义与特征

系统论的创始人贝塔朗菲认为，系统是相互联系、相互作用的诸元素的综合体。如果把贝塔朗菲的表述精确化，得到的系统定义是，如果对象集S满足两个条件，一是S中至少包含两个不同对象，二是S中的对象按一定方式相互联系在一起，那么S为一个系统。

元素是构成系统的最小部分或基本单元，即不可再划分的单元。而所谓元素的不可分性，是相对于它所属的系统而言的；离开这种系统，元素本身又成为由更小单元构成的系统。比如：社会系统以人为元素，而人作为生物学系统以细胞为元素。但细胞没有社会性，细胞只有生物学和物理学的作用，不能作为社会系统的元素。研究社会系统，不需要也不能以细胞为元素来讨论。

一般地，系统具有以下基本特征：①多元性。最小的系统由两个元素组成，称为二元素系统。一般系统均由多个元素组成，称为多元素系统。②相关性。同一系统的不同元素之间按一定的方式相互联系、相互作用，不存在与其他元素无任何联系的孤立元，不可能把系统划分为若干彼此孤立的部分。元素之间只有偶然联系的多元集不是系统。但具有统计性的偶然联系的多元集是系统，元素之间的联系具有统计确定性。③整体性。多元性加上相关性，产生了系统的整体性和统一性。凡系统都具有整体的形态，整体的结构，整体的特性，整体的功能，等等。所谓系统的观点，首先是整体的观点，强调考察对象的整体性，从整体上认识和处理问题。但系统与整体不是一个概念，系统必为整体，整体不一定是系统。

二、系统结构与功能

元素之间一切联系方式的总和，称为系统的结构。系统的结构有很多种，诸如空间结构、时间结构、对称结构、母子结构等。其中，母子结构是指母系统与子系统形成的结构关系。

系统的功能是系统行为所引起的环境中某些事物的有益变化，而系统行为是指系统相对于其环境做出的变化。系统的结构对于系统的功能来讲是十分重要的，特别是当系统的构成元素确定之后。但决定系统功能的，决不单单是系统的结构，还包括系统的构成元素。另外，系统行为是描述系统与环境相互作用的概念。系统由于自身的需要，对环境通过输出和输入产生影响；环境对系统也有作用，就是要控制系统的输入和输出。

三、系统的秩序与演化

（一）系统的秩序

系统的秩序性问题，包括有序和无序，是刻画系统形态特征的重要方面。制造和组织系统，管理和使用系统，甚至观赏系统，关注的中心都是系统的有序性。就人类的价值判断来看，一般认为有序胜于无序，高序优于低序。

系统的有序性首先指结构的有序性。组分（元素、子系统）之间的联系方式可能是规则的、确定的，也可能是不规则的、不确定的。简单有序，指的是组分在空间分布上的规则排列，如晶体点阵；或为时间延续中的规则变化，如周期运动。简单无序，指的是组分在空间分布上的无规则堆积，如垃圾堆；或为时间延续中的任意变化，如随机运动。

系统的有序性还表现于行为的有序和功能的有序。系统的行为与功能是作为过程而展开的，包括多个阶段、步骤、程序等。需要有序地协调安排，以求行为和功能的优化。行为和功能直接表现的是系统与环境的相互联系，联系方式有规则的与不规则的、较强的规则性与较弱的规则性的区别，但更多的取决于系统内部联系，即结构的有序或无序、高序或低序。

纯粹的有序或无序只是理论抽象，真实系统的有序和无序是相对的，它们相比较而存在，相排斥而演变。晶体的有序排列中总有缺陷，地月系统的周期运动存在非周期摄动，成熟的法治社会也免不了违法现象。另一方面，所谓杂乱无章的堆积物也有某种规则联系，随机运动存在系统确定性，也是一种有序结构。至于复杂系统有序与无序总是相伴而生，彼此都有明显的表现，表观的无序掩盖着丰富多彩的精细结构，因而是一种复杂的高级的有序。空间排列上的分形结构，时间演化中的混沌行为，都是这类复杂的有序，或嵌在无序中的有序。

系统的有序性是在其形成过程中通过对组分的整合建立起来的。内部组分的多样性和差异性，环境组分的多样性和差异性，既是滋生混乱无序的土壤，也是建立秩序的客观前提。诸多事情能够被整合成为一个系统整体，必有互补互利、合作共生的需要和可能，这是产生有序的基础。既为差异物，必定在资源占有上有相互妨碍、竞争排斥的一面，这是产生无序的基础。但合作互补可能导致相互依赖，诱发惰性，产生无序性，竞争互碍可能激发主动性、进取性，产生有序性。整合方式合理，合作与竞争、互补与互碍都是形成有序的积极因素；若整合方式不合理，它们都是导致无序的消极因素。整合包括被整合者的相互协调，但不限于协调，整合还包括限制、约束甚至压制，舍此不能形成有序结构。只讲差异物协调是片面的，差异整合才是系统论的基本原理。

整合作用不只存在于系统的形成组建阶段，也贯穿于系统生存发展的全过程。活系统尤其如此。形成阶段解决的是从无序到有序的问题，然后才能解决从低序到高序、从不完善到比较完善的发展问题。不同组分之间，系统与环境之间的互碍互斥和矛盾冲突不断产生出破坏系统有序的力量和趋势，必须在系统生存发展过程中不断解决，或者维护现存的有序性，或者创造新的整合方式以改进系统的有序性。

（二）系统的演化

系统从发生到消亡，可以说，一直处于演化的过程之中，不管是处于系统的发生过程、系统的维生过程、系统的演变过程，还是系统的消亡过程。

1.系统的发生

一切实际存在的系统，比如说A，都是从无到有的，世界上本来不存在A，在由其他事物或系统组成的环境中，无所谓A的内部与外部。当某种条件具备后，经过一定过程，划分出A的内部与外部，系统A也就从无到有。系统的从无到有从内外不分到内外有别，就是系统的发生。系统作为差异性与多样性的统一，首先要存在有差异的多种事物，彼此吸引、排斥、交往、互动，才可能出现整合过程。整合包含差异物之间的协调和合作，否则无法统一于一个整体中。但整合不限于协调，还包括约束和强制。环境压力就是一种强制力。在既定环境压力下，差异物只有整合为一个系统，产生整体突现性，才能在环境中生存发展。差异物之间必有排斥、竞争、摩擦，需有整体的调控和必要的约束、限制甚至强制，才能成为系统。系统是差异整合的结果，系统发生过程即差异整合过程。整合过程的主要任务是解决组织结构问题，但同时也在改变和塑造着系统的组分。一般情况下，整合过程开始时的被整合对象与系统形成后的组分不是一回事，有时甚至面目全非。系统发生过程也影响和塑造着它的环境，系统形成后的环境与形成前的环境是不同的。系统发生方式多种多样，如：①非系统的多元集经过元素会聚和整合成为系统；②从现存多个系统中选择元素按一定结构组成新系统；③从原有系统中分裂出较小的新系统；④若干系统联合成为一个新系统；⑤某个系统经过结构（整合方式）质变转换为另一新系统等。

2.系统的维生

真实系统或多或少都表现出能使自己生存延续的能力，即使内外条件发生许多变化，系统仍能保持其基本结构、特性和行为不变，使人能辨认是“它自己”。自我保持是系统的基本特性之一。系统的维生能力取决于三个因素。元素的存续是系统存续的实在基础，元素存续力强，系统存续力也强。系统存续力还与结构有关。结构良好，不同元素、不同子系统之间相互支持，“合作共事”，能使系统整体长期保持正常运转。结构不合理，结构之间相互冲突，必然导致系统整体运行混乱故障不断。由于结构的作用，元素可靠性差并不意味着系统必不可靠。早期系统研究已经发现，重复使用大量不那么可靠的元件，可以建造出高度可靠的系统。结构往往是决定系统存续能力强弱的关键因素。系统存续也与环境有关。选择或营造合适的环境，善于适应变化的环境，能在环境中趋利避害，是系统存续能力的基本表现。

3.系统的演变

不论任何系统，存续能力都是有限的，不可能永远保持其基本结构、特性、行为不变。演变性是系统的另一基本属性。

（1）系统演变的动因

系统演变的终极动因在于相互作用。首先是系统内部元素之间、层次之间的相互作用，包括吸引与排斥、合作与竞争等。这是系统演变的内部动因，关键是非线性的相互作用，系统与环境之间的相互做用是演变的外部动因。系统与环境的适应是相对的。系统自身时时在变化，环境在不断变化，导致系统与环境不可能完全适应，有时甚至强烈的不适应。由此产生环境对系统的压力，并转化为内部的相互作用，推动系统改变组分特性和结构关系，获得新的整体特性和行为，达成与环境新的适应。

（2）演变的方向

从演变的始点到终点的向量代表系统演变的方向。总体上讲，系统既有上向的前进的演变，也有下向的后退的演变。系统论视前者为演变的主导方向。一般认为，系统从无序无组织到有序有组织，从低序低组织水平到高序高组织水平，是上向的演变，否则为下向的演变。

（3）系统演变的机制

揭示系统演变的机制、机理和规律，是系统演变理论的核心内容。系统是沿着由单层次到多层次、由较少层次到较多层次的方向演变的。复杂性的增加既表现在同一层次上由简单到复杂的演变，也表现在增加层次上，全新的复杂性要求突现出全新的层次。系统演变是复杂化与简约化的统一，高层次的组织往往比低层次的组织要简单。最初形成的系统可能有多余的结构，要在演变中简化掉。但总的来说，系统是朝增加复杂性方向演变的，层次的增多总意味着复杂性的增加。

4.系统的消亡

一切系统的寿命都是有限的。系统消亡有两种基本方式和动因。破坏性的环境压力直接导致系统消亡，或者是边界被打破而不能修复，或者是重要子系统被破坏，或者是整个系统被摧毁。但基本的方式是系统逐步老化，包括组分老化和结构老化，整合力衰减，达到临界值时系统消亡。这是内因导致的消亡。有时内外因素综合作用，导致系统发生病变、分裂而消亡。不论哪种情形，系统消亡都是整合能力破坏的结果。

四、系统的原理与方法

（一）系统原理

1.整体突现原理

一堆自行车零件对人出行没有用处，组成自行车就具有交通工具的功能。无生命的原子和分子组织为细胞，就具有了生命这种全新性质。鉴于系统整体与其元素或部分的总和的这种差别是普遍存在的，因此，人们就提出了系统的整体突现原理。具体来讲，系统的整体突现原理是指，若干事物按某种方式相互联系而形成一个系统，就会产生出它的组分的总和所没有的新性质（叫做系统质或整体质），这种性质只能在系统整体中表现出来，一旦把系统分解为它的组成部分，便不复存在。这一原理又被称为非加和性原理或非还原性。

系统是有组织的群体，组织性表现为元素或部分间存在一定的相互关系。整体突现性是系统的组分之间相互作用、相互激发而产生的整体效应，即结构效应或结构增殖。同样一群元素按不同的方式相互作用，激发出来的系统效应也不同。应该说，存在正效应、负效应和零效应。

2.等级层次原理

在复杂系统中，常常可以看到较低级的系统质与较高级的系统质的差别程度对系统功能有着重要的影响。描述这类现象需要层次概念。

在复杂系统中，从元素质到系统质的飞跃不是一次完成，而是经过一系列的质变完成的。可以说，每发生一次质变，就形成一个新的层次。因此，层次是从元素到系统整体质的根本质变过程中呈现出来的部分质变序列中的各个阶梯，是一定的部分质变所对应的组织形态。

系统论认为，无论是系统的形成与保持，还是系统的运行与演变，等级层次结构都是复杂系统最合理或最优的组织方式：或最少的空间占有，或最有效的资源利用，或最大的可靠性，等等。这就是系统的等级层次原理。

3.互塑共生原理

互塑共生指的是系统与环境的互塑共生。环境对系统有两种作用或输入，给系统提供生存发展所需的空间、资源、激励或其他条件，是积极作用、有利的输入，统称资源。给系统施加约束、扰动、压力甚至危害系统的生存发展，是消极的作用、不利的输入，统称压力。这就是环境对系统的塑造作用。

系统对环境也有两种相反作用、或输出。给环境提供功能服务，是积极作用、有利的输出，统称为功能。系统自身的行为，与其他系统为争夺资源展开竞争，有破坏环境的作用，即不利的输出，称为对环境的污染。这就是系统对环境的塑造作用。

环境对系统的塑造与系统对环境的塑造是同时存在、同时发生、是相互作用的，这种现象体现了系统与环境互塑共生原理。

（二）系统方法

系统方法，就是运用系统理论的观点、方法，研究和处理各种复杂的系统问题而形成的方法，即按照事物本身的系统性把对象放在系统的形式中加以考察的方法。它侧重于系统的整体性分析，从组成系统的各要素之间的关系和相互作用中发现系统的规律性，从而指明解决复杂系统问题的一般步骤、程序和方法。

1.常见的系统方法

（1）系统分析方法。系统分析方法是在第二次世界大战期间发展起来的。它是为确定系统的组成、结构、功能、效用，而对系统各种要素、过程和关系进行考察的方法。首先，系统分析方法要求人们准确地记录下系统各要素和过程各阶段的数据，然后，运用这些数据对系统进行研究。一般是把有关数据排列在流程图上，并在做出初步设计决策前，仔细审核这些数据。其次，根据流程图上的数据设计各种方案，并根据目标的要求，比较、选择方案。

（2）信息方法。信息方法是现代通信理论、控制论、自动化技术、电子计算机技术的综合运用。它运用信息理论，把研究对象抽象为信息及变换过程，通过信息的获取、传输、加工、处理、利用、反馈等过程，来揭示对象的本质和规律，进而认识对象和调控改造对象。应用信息方法要把握信息的传输过程，了解信源、编码器、信道、解码器、信宿的联系，并通过获取、传输、加工、处理和利用信息来认识改造对象。其中：①信息的获取，是根据研究目的，运用现代技术手段，取得研究对象的信息。我们可以根据不同的研究目的，提取不同的信息。②信息的传输，包括空间传输和时间传输两种形式。空间传输可以跨越地域界限，将人们联系起来；时间传输可以通过文字、照片、录音、录像，进行“信息存储”，让信息沿时间箭头传递下去。③信息加工处理，是把信息纯化、净化，并对信息进行归纳演绎、分析综合的理论加工，从而找出本质的规律性的东西。采用信息方法，需通过信息反馈，反复地获取、检测、加工信息，从而不断深入地认识和改造世界。

（3）反馈控制方法。反馈控制方法也是系统科学和系统工程中常用的方法。反馈是指系统的输出反过来作用于输入，从而影响再输出。在实际过程中，往往采用反馈手段对系统进行调节，这种方法称为反馈控制方法。使用反馈控制方法，要由控制器、执行机构、控制对象、反馈装置等四个主要部分构造成一个系统，并采用信息技术对系统进行不断的调整；从而使系统达到某种特定的状态，或按规律运行。

（4）黑箱方法。黑箱又称黑系统，指内部要素和结构尚不清楚的系统。对于黑箱，人们只能了解它的输入和输出，而没有、不能或不便直接剖析内部。黑箱方法就是通过探索功能而推测结构的方法，它通过考察黑系统的输入和输出的动态过程，即研究其功能或行为方式，以推测和探求系统内部结构和运动规律。黑箱方法的根据是结构与功能的内在联系。通过研究系统的功能，可以推测或模拟其结构，进而认识其结构。因此，黑箱方法实质上是由功能探索结构的方法与模型方法的联合运用。它通过研究系统的输入与输出来考察黑箱，模拟建立几个可能的模型，从中择优而用。既可用以说明原型的结构和规律，也可对原黑箱的模拟模型加以实际应用。运用黑箱方法，主要采取以下步骤：①通过研究输入和输出研究黑箱。②系统分析功能，确定几个可供选择的黑箱模型。对黑箱模型进行检验和选择。③阐明黑箱的结构和运动规律并加以应用。黑箱方法提供了研究复杂系统和不能打开或不便打开的黑系统的研究方法。

（5）功能模拟方法。探索系统的结构与功能并加以实际应用的又一方法是功能模拟法。所谓功能模拟法，是指在暂不考虑系统内部组成要素及结构的条件下，应用模型来再现原型功能的方法。采用功能模拟法，要尽量做到使模型与原型在功能上相似，但不必去追求模型在结构上与原型相似。为此，第一，要系统研究原型的功能，把握其主要内容；第二，确立与原型功能相似的模型；第三，进行模拟，成功以后用以说明原型的功能，并加以应用。功能模拟法应用很广，可以模拟不能接触的事物的功能，可以进行脑科学与思维科学的研究可用于仿生学研究，发展新型技术。功能模拟法由于对结构的忽视。使它有一定的局限性，因此，需要与其他方法共同运用，综合研究，才能更好地发挥其作用。

（6）系统规划方法。人们在进行科学研究、技术开发、工程设计和规划时，也应采用系统方法来考虑其全过程。常用的具体方法有以下几种：①PER方法与PDCA方法。PER方法是指科学研究计划的选择修定方法。PER是计划（Plan）、选择（Elect）、修定（Re-vise）三个英文字的缩写。这一方法是统筹兼顾、系统循环、不断完善提高的方法，也是系统方法的一种。PDCA是计划（Plan）、执行（Do）、检查（Check）、总结处理（Action）四个英文的缩写。采用这种方法可以不断地完善计划方案内容，提高水平，做法是：接着PER的工作，制订出满意的计划；执行计划，与实际对照，检查执行情况；总结处理。②DP方法。DP方法，也是保证科研中计划优化和计划执行优化的方法。DP是动态（Dynamic）和计划（Plan）的缩写。运用动态规划时，要收集科学事实（观测记录、调研报告、由近及远的多分支文献系统，即文献树）；制订研究计划；调整充实计划，采用运筹学、线性规划等方法，使计划充实修改和优化。

系统方法还有许多种。如我国著名数学家华罗庚创立的“优选法”（0.618法），系统分析和系统综合联合运用的”分解协调方法”等。在诸多系统方法中，有定量的、半定量的、定性的多种形式，在研究和运用时可以根据研究对象和研究目的进行选择。诸多的系统方法各有所长，各有所短，各有所用，要通过具体问题具体分析，选择合适的方法。

2.系统方法的使用原则

整体性原则、动态性原则、最优化原则、模型化原则，是运用用系统方法的基本原则。前两个是基础，第三个是目标，第四个是手段。

（1）整体性原则。系统科学方法的整体性原则，是基于要素对系统的非加和性关系。当要素之间存在相干性、协同性的条件下，会有新质的突现。这种新质不是单个要素所具有的，而是系统整体才具有的。因此，在研究这类系统时，必须从整体出发，立足于整体来分析其部分以及部分之间的关系，再通过对部分的分析而达到对整体的深刻理解，整体性原则是系统方法的首要原则。它把研究对象视为有机整体，探索其组成、结构、功能及运动变化的规律性。它要求我们，无论是认识、研究、控制自然对象，还是设计制造人工系统，都必须从系统的整体出发。探索系统内外环境中和内外环境间的辩证关系。正如爱因斯坦说的：“如果人体的某一部分出了毛病，那么，只有很好地了解整个复杂机体的人，才能医好他；在更复杂的情况下，只有这样的人才能正确地理解病因。”系统方法要求从种种联系和相互作用中认识和考察对象，使系统分析与系统综合、归纳和演绎、局部和整体、个别和一般都协调一致起来。

（2）动态原则。这是指系统方法的历时性原则。系统方法不能把系统看成是“静态的死系统”或“死结构”，而应看成是动态的“活系统”。虽然在科学研究中，人们经常采用理想的“孤立系统”或“闭合系统”的抽象，但是实际存在的系统，无论在其内环境的各要素（或子系统）之间，还是在其内环境与外环境之间，都有物质、能量、信息的交换与流通。从原则上说，实际系统都是活系统。所以系统总是动态的，永远处于运动变化之中。系统要随着时间而演化，大至太阳系、银河系、河外星系，小至“基本粒子”，都有一个产生和消灭的过程，所以任何系统都经历着实在的历史。因此，在研究系统时，应当把系统发展的各个阶段统一加以研究，以把握其过程与未来趋势。

（3）最优化原则。最优化原则亦称整体优化原则，这是使用系统方法的目的和要求。这一原则要求在研究解决问题时，统筹兼顾，大力协同，多中择优。采用时间、空间、程序、主体、客体等方面的峰值佳点，本着“多利相衡取其重，多害相衡取其轻”的精神进行综合优化和系统筛选，运用线性规划、动态规划、决策论、博弈论等有效方法，达到整体优化的目的。例如，统筹法中的网络图、关键路线，技术设计方案的可行性研究，效益经济学、效益管理学中最佳效益的追求等，都要运用整体优化的原则。

（4）模型化原则。采用系统科学的方法，需要把真实系统模型化，即把真实系统抽象为模型，如放大或缩小了的实物模型、数学模型、符号系统模型或其他形式化的模型等。在采用系统的模型化原则时，除了遵循模型方法的一般原则以外，还应使模型的形式和尺度符合人的需要和可能，适合人的选择。对于复杂系统，需在系统分析的基础上，适当地采用模糊方法，经适当简化和理想化，才能建立起系统模型。一旦建立起系统模型，就可以进行模拟实验，运用电子计算机进行系统仿真模型化原则是采用系统方法时求得最优化的保证。

3.系统方法的主要步骤

（1）从需求分析中确定问题。通常，需求分析都是对现状和希望的结果之间的差异分析。这种需求分析应提供两方面的情况：第一是对于系统内部状况的描述，通常应当以严格的可以相互交流沟通的术语来进行描述；第二是对系统与其外部矛盾的对立的描述。可以确切地说，应用系统方法都是从需求分析评定开始的，评定分析需求是一个极为重要的过程，所以一般应用系统方法的第一个步骤通常称之为根据需求评定分析鉴定存在的问题的过程。

（2）确定解决问题的方案和可替换的解决方案。在需求分析过程中，已确定了所要解决的问题，并且也提供了所有的对于解决问题的需求。通过对问题的现状和产出之间的比较，系统的设计者就能发现发展的方向，以及如何陈述所要达到的目标。

（3）从多种可能的解决方案中选择问题解决的策略。这一步骤在系统方法中是关于“怎样去做”的一个步骤。在这一步骤中，要选择完成目标的工具和方法。通常选择方法和工具的标准是“费用—效果”的比值。这种选择必须把整个系统的分析作为基础，通常采用模型化和模拟的方法来确定满足各种要求的最有效果的方法。

（4）实施问题求解的策略。在系统方法的第四个步骤中，对产生出的计划和选择的解决问题的方法与策略要具体的加以实施并采纳、应用或者修正上面系统分析中提到的方法和手段。

（5）确定实施的效率。在实施的过程中，收集的信息包括两部分：①过程信息；②系统的产出信息。把这些信息同在需求分析评定和在系统分析中所得到的各种详尽的需求信息相比较，现实的系统同所要求的理想化的系统之间的差异性便一目了然。这就为下一步考虑修正给出了诊断性的信息。

（6）对系统加以修正。根据实践实施得出的具体的执行信息，所构造问题的解决系统的执行情况应很快地反映到研究者那里。在这个过程中，一方面要注意研究过程本身的内在运行机制，另一方面还要不断地研究和分析各种问题的变化情况。应着重考虑以下两点：①它是否有能力满足适应各种需求、出现的问题，以及能否对各种要求和实际问题做出相应的反应；②是否能连续的同原问题和解决问题的要求相适应。这种系统方法的自我修正的特征，保障了应付问题的有效性。