1、第四节 系统论与系统方法20 世纪一个重要的事件是出现了系统论和系统科学，从根本上改变了近代科学的世界观和方法论。系统论和系统科学的出现绝不是偶然的，有其深刻的历史背景。一方面是科学研究的需要造成的。在 20 世纪以前，人们主要是奉行机械论的世界观，使用着分析的科学方法，到了 20 世纪这种方法的局限性日益暴露出来。 第二个原因是科学发展的状况造成的。20 世纪以来，科学技术突飞猛进，新兴学科层出不穷，出现了两种相互联系的发展的趋势：一是树状的发展趋势。每门科学都向纵深发展，出现了大量的分支学科。例如，生物学是研究生命现象、过程及其规律的科学，现在已经发展成包括植物学、微生物学、动物学、生态学
2、、分子生物学、生物化学、生物物理学、细胞生物学、遗传学、发育生物学、神经生物学、免疫学、心理学和生物医学工程等分支学科。呈现出“树状的结构” 。二是不同的科学门类之间又相互渗透，形成了大量的交叉、边缘和综合学科，出现了“网状结构” 。在种情况下，20 世纪 40 年代末兴起的控制论、信息论、系统论。20 世纪70 年代前后相继出现的耗散结构理论、协同学、突变论、超循环论等自组织理论以及分形理论和混沌理论。这些科学理论的共同特点是把对象作为组织性、复杂性系统，从整体上进行研究，以揭示其运动规律。我们将其看作统一的科学系统科学。系统科学既不是自然科学，也不是社会科学，而是横断科学。由于系统科学的性
3、质，它给人们提供了一种跨越学科界线的，从整体上思考问题和处理问题的新思想、新方法、新范式。可以说，系统思维方式是现代科学技术发展的思想基础。一、系统论的创立系统论的创立者是加拿大籍奥地利理论生物学家贝塔朗菲( Bertalanffy，190l 一 1972)。长期以来，在生物学的研究中存在着机械论和活力论的倾向。机械论认为生命没有任何神秘性，就是物理和化学现象，因此，可以简单地将生命现象还原于物理、化学的运动规律，用机械论的方法将生命有机体分解为各个部分加以研究。而活力论则主张生物体中存在着一种神秘的超物质的活力。贝塔朗菲认为活力论是非科学的观点，但是，新活力论强调生命有机体中存在着某种非机械
4、的“整体形成”的因素是有可取之处的。同样，贝塔朗菲认为机械论坚持用科学的理论去研究生命有机体是合理的。但是，机械论也存在错误的观点：一是简单加法的观点，即把有机体分解为各要素，并采用简单地相加来说明有机体的属性；其实，生命有机体是不能简单地用由部分相加的方式来解释的。例如人是由原子和分子组成的，然而，同样的物质并不能成为生命。这一点甚至连宗教人士都考虑到了。84 年我到厦门大学开会住在南普陀寺，老和尚在解释“无我”就有这个意思。二是机械的观点，即把生命现象简单地比作机器；生命有机体和没有生命物质是有根本区别的。例如，山羊和石头对外界的反映是不一样的。三是被动反映的观点，即把有机体看作只有受到刺
5、激时才能反映，否则就静止不动。这是不符合生命特征的。生命有机体有其内在的驱动力，人的心跳、呼吸都不是对外界刺激的反映。人作为文化的动物，更是这样。像西方有一种进取扩张的力量就来源于古希腊的航海中萌发的征服精神因子。贝塔朗菲在批判机械论的基础上又吸收了新活力论的合理因素，在 20 年代提出了新的机体论思想，其主要观点：一是系统观点，认为有机体都是一个系统；二是动态观点。 认为一切生命现象本身都处于积极的活动状态， 活的东西的基本特征是组织：主张从生物体和环境的相互作用中说明生命的本质，并把生命机体看成是一个能保持动态稳定的系统；三是等级观念，认为各种有机体都是按严格的等级组织起来 的，生物系统是
6、分等级的，从活的分子到多细胞个体，再到超个体的聚合体，可谓层次分明，等级森严。1937 年，他将生物机体论发展成一般系统论思想，但是，当时科学界并没有普遍接受他的思想。 1945 年，贝塔朗菲发表了关于一般系统沦一书，在美国讲课和专题讲座中多次阐述了他的思想。几乎同时，沿着同一思路发展起来的新理论，如控制论、信息论、博弈论、对策论、运筹学等相继兴起，给予他极大的鼓舞。1954 年，贝塔朗菲与其他科学家一起，成立了“一般系统论学会” ，80 年代改名为“国际系统科学学会”(ISSS：International society for systems Science )，并出版了刊物一般系统年鉴和
7、行为科学 。此后，以系统思想为核心的新兴科学群蓬蓬勃勃发展起来了。系统论的出现，彻底宣告了机械论时代的结束。我认为：系统论的出现，使科学思想实现了两个转变：以实物为中心以关系为中心无生命世界有生命世界二、系统的基本性质系统是由相互作用、相互依存的若干组成部分结合而成的具有特定功能的有机整体。上述定义说明，系统应满足如下 3 个条件：系统是由一些要素结合而成的整体，这些要素可能是单个的事物，也可能是一群事物组成的子系统；组成系统的各要素之间存在着相互作用、相互依存的有机联系，这是系统与一群彼此无关的事物的重要区别；任何系统都有其特定的功能，这种功能是由系统内部各要素间的有机联系和它的结构所确定的
8、、与各组成要素的功能不同的新功能。系统与整体不是同一的。有人认为，万物皆系统，一堆沙子，一堆垃圾，一堆散放的机器零件都是系统，是说不通的。我认为，系统的概念起源于生物学，只有生物或者类生物体才是系统。例如，一堆散放的机器零件不是系统，但是，将其组装起来，具有特定的功能，它就是系统了。所以，我认为，整体可以分成系统与非系统。系统的特点：1、 相关性系统内的各要素之间、要素与系统中间、系统与环境之间存在着相互依赖和相互制约的关系。其中任何一个部分的变动都会引起其他部分的变化。如同：牵一发而动全身。2、整体性整体性是系统最根本的特性。我认为它表现在两个方面：一是，系统的部分不能脱离整体而存在。如手不
9、能离开身体。 （荆柯刺秦王）燕国的太子丹在请来了荆轲之后，终日好酒好菜的供应着，当荆轲看到一位侍女的手很漂亮的时候，不由得赞叹起这一双手，岂料第二天，太子丹命人送来了一个匣子给荆轲，荆轲打开一看，竟是昨日那侍女洁白无瑕的一双手。二是，整体具有部分没有的特性与功能。我国古代申鉴.时事中记载这样的故事：一个人在林中看见别人布一张捕雀的大网，捕的鸟都是一个鸟的头钻进一个网眼。于是，他回家后，用一截截短绳子结成许多网眼，互相没有联系，结果一个鸟都没有捕到。网是单个网眼相互制约联结而成的整体，它无论在质上和功能上，都有别于孤立存在的网眼. 整体不等于部分之和。整体可以大于部分之和，也可以小于部分之和。整
10、体大于办法之和.砖头盖教堂,就有了宗教的色彩;同样的砖头盖皇宫,就有了皇家的气派.3、结构-功能性如果问系统为什么具有整体性，就需要谈系统的结构性和功能性。结构和功能是揭示系统整体机制的两个重要概念。系统结构是指系统内部各组成要素之间的相互联系、相互作用的方式或秩序，即各要素在时间或空间上排列和组合的具体形式。例如，人体的结构、电子产品的结构、社会组织的结构等等。物质系统的功能是指系统在与环境的相互作用中所呈现的能力。它是与系统结构相对应的基本概念，是系统内部固有能力的外部表现，它揭示了系统对外部作用的能力，反映着系统在与外部环境相互作用的过程中，对外部环境施加影响和作用的效果。功能是系统本身
11、所具有的能力。每一系统都有特定的功能。我们家养的动物，猫和狗的功能是不一样的。猫是捕鼠的，狗是看家的。我们常用的各种工具，如电视机、电冰箱、手机和计算机，它们的功能都是不一样的。系统的功能只有在系统与环境相互作用的过程中才能体现出来。所以，可以说，功能指系统与外部环境相互联系和作用过程的秩序和能力，体现了系统与外部环境之间物质、能量和信息的输入与输出的交换关系。譬如，植物具有进行光合作用的功能，但植物只有在与环境的相互作用中，才能真正实现这一功能。植物吸收阳光、水和二氧化碳，放出氧气、废热，制造出葡萄糖，只有在这一过程中，光合作用才体现出来。一个人的成长也是一样，必须有一定的环境，一个平台才能
12、成长起来。韩信当年默默无闻，要不是被萧何看中，只是个受胯下之辱的小子而已。所以，机遇对人是非常重要的。系统结构与系统功能是联系在一起的。系统论认为，系统结构决定系统功能。结构既是空间的概念又是时间的概念。例如，化学中的同分异构体，譬如石墨与金刚石，二者由相同的化学元素碳组成，但由于碳原子排列组合的结构不同，却形成了完全不同的物质，它们的性质迥然相异。生物体遗传物质主要是由 DNA 组成，由于 DNA 排列顺序千变万化，才造就了世界上种类繁多的物种，以及同一物种个体之间的差异。史记中有这样一个故事：有一天，齐王要田忌和他赛马，规定每个人从自己的上、中、下三等马中各选一匹来赛；当时，齐王的每一等次
13、的马比田忌同样等次的马都要强，因而，如果田忌用自己的上等马与齐王的上等马比，用自己的中等马与齐王的中等马比，用自己的下等马与齐王的下等马比，则田忌要输三次。在赛马之前，田忌的谋士孙膑给他出了一个主意，让田忌用自己的下等马去与齐王的上等马比，用自己的上等马与齐王的中等马比，用自己的中等马与齐王的下等马比。田忌的下等马当然会输，但是上等马和中等马都赢了。在系统演化的过程中，结构是相对稳定的，而功能则是相对活跃的。因为功能的实现是与环境联系在一起的，而环境是不断变化的，环境变化首先影响的是系统功能。而功能变化至一定程度必然导致系统结构的变化。在生物学领域中，达尔文发现，环境的变化会导致生物结构的变化
14、。例如，鸟的嘴。社会也是一样。1840 年以前，中国是一个自给自足封闭的封建社会，鸦片战争以后，中国的社会功能发生了巨大的变化，最终导致了中国社会的经济、政治、文化结构的巨大变化。过去中国传统文化是以伦理为中心，现在中国文化以知识为中心的。改革开放也是社会功能的巨大的变化，由以阶级斗争为纲转向以经济建设为中心，必然导致社会结构的巨大变化。4层次性系统的层次性，是指一方面系统由一定的要素组成，这些要素是由更小一层次的要素组成的子系统，另一方面系统自身又是更大系统的组成要素。在一般系统论中，是用“等级性” 、 “等级秩序”来描述这一现象的。从宇观到微观，从无机界到有机界，人们都能见到这种层次性。在
15、宇观世界，存在着行星系、恒星系、星系、星系团、超星系团、总星系等层次；在微观世界，有分子、原子、原子核和基本粒子等层次。在生物界，则存在着生物大分子、细胞、组织、器官、个体、种群、生态系统和生物圈等层次。社会同样处处体现出这种层次性或者等级性。然后事物都处在系统中，从来没有完全独立的东西。系统的层次性保证了系统的稳定性。三、系统方法1、系统方法的概念所谓系统论方法，就是指运用系统论的原理，将所思考和研究的对象放到系统思维的形式中，从系统与要素、要素与要素、结构与功能、系统与环境之间的相互联系和相互作用的关系中综合性、精确地考察对象，以达到最佳处理和解决问题的一种科学方法。宋真宗年间，京城汴梁皇
16、宫中发生火灾，整个皇宫化为一片瓦砾。一般人认为要进行皇宫修复工程，先要把瓦砾送到城外，再从城外取土制瓦烧砖，还得从外地运送建筑材料，这必然是个旷日持久的工程，所以没有人敢接这个工程。后来，晋国公丁渭受命主持修复工程。他首先下令在皇宫前的大街上挖沟取土，免去到很远的地方取土；很快，路就挖成了大沟，又让汴河决口，将水引进壕沟。于是各地运来的竹木都被编成筏子，连同船运来的各种材料，都通过这条水路运进来。皇宫修复后，他又让大家将拆下来的碎砖瓦连同火烧过的灰，都填进沟里，重新修成大路。经过这一处理，不仅节约了大量时间，还节省了上亿的经费。丁渭智修皇宫，是系统方法典型的例子。 2、系统方法的基本原则（1）
17、相关性原则用系统的方法观察和处理问题时，不仅要注意到事物的要素，更要注意到要素之间的联系。西医看眼睛的疾病就在眼科。中医则不然。中医认为“目为肝之窍” ，肝所受藏的精微物质，能源源不断地输送到眼，使眼得以濡养，尤以肝血濡养为主要。如果心肝两脏功能不足，目失血养就会发生视物昏花，头晕目眩。肾为先天之本，主藏精，少年时代，肾精充沛，思维灵活，目光敏捷，肾主津液，上润目珠。若肾气不足，就会引起各种眼底病。由此可见，眼的视觉功能，全赖脏腑精气的营养，眼与脏腑之间的联系是通过经络来完成的。在治疗眼病的同时，必须进行养肝补肾调理脏腑。人们在练养气功治疗肝病的时候，把眼瞪圆，为的是将肝的病气从眼中逼走。如果
18、违反相关性原则，就会犯孤立看问题的错误。张之洞在初办冶铁厂时，委托驻英公使薛福成购买国外的新式设备，薛告诉他，新式冶炼设备有用于酸性的，有用于碱性的，应先将冶炼厂所用铁矿和焦炭样品寄给制造设备的厂家化验，然后才能定购。张却回复说，中国地大物博，何矿不有，还寄什么样品，只管买一套来。结果薛所定的设备与办厂用矿的矿质不符。选厂址时，张为了能在自己的总督衙门就能看见工厂的烟囱冒烟，硬将厂址定在远离铁矿、煤矿的汉山脚下，为此，不仅大大增加了煤铁运转的开销，还为选厂址筑厂基多耗白银 100 多万两，造成巨大浪费。（2）整体性原则我们在认识和处理一个事物时，要始终将对象作为一个有机的整体，着眼于事物的整体
19、属性，而不是局部性质。有个故事叫“嘴疼医脚”：有个人嘴上长了一些小疙瘩，后来愈渐严重，满口溃烂。他到医院打针吃药无济于事。后来经朋友引荐，去找一位颇有名望的老中医治疗。不料，这位老中医开了几味药，并让他研制成粉，用醋调敷在脚心上。这样敷了几次，病就全好了。这人感到很奇怪，去问老中医：听说头疼医头，脚疼医脚。为什么嘴疼医脚，药到病除呢？老中医向他讲了这么个道理：人体是一个有机整体，由于经络的作用不同，各部分之间都密切相联，在病变上也是相互影响、相互制约的。你这口糜与心脾积热有关，根据“治病必求其本”的原则，采取上病下治，用药敷脚心，通过经络引心脾火下行，因而取得药到病除的疗效。整体性原则特别要求我们要全面看待整体与部分的关系。过去人们认为部分不好，整体一定不好，反之亦然。系统论却认为，部分好整体未必好，反之亦然。系统的整体性还要求我们，要正确对待全局与局部的关系，尽可能协调两者的关系。但是，当全局与局部的关系无法协调时，就应该牺牲局部，保证全局。如果失去了全局，局部的利益最终也保不住。（3）最优化原则所谓最优化原则，就是要求在运用系统方法的时候，要从多种可能的途径中，通过统筹兼顾、多种协同、多中择优，进行综合优化和系统筛选，选择出最优的系统方案，达到整体最优效果。丁渭智修皇宫就是优化的典型。
