系统论及其方法

系统方法论的基本原则~

　系统论方法论是研究一切系统的一般模式、原则和规律的理论体系。它包括系统概念、一般系统理论、系统理论分析、系统方法论和系统方法的应用等。
　　研究一切系统的基本观点（原理）：
　　原理一、整体性——“盲人摸象”的教训。
　　原理二、相关性——牵一发而动全身。
　　原理三、层次性——等级森严的结构整体
　　原理四、有序性——系统功能发挥的源泉
　　原理五、动态性——发展变化的理论
　　原理六、调控性——系统的自组织
　　原理七、最优化——如何追求完美
　　一、系统方法
　　就是按照客观事物本身的系统性，把对象放在系统的形式中加以考察的一种方法。即，从系统的观点出发，从整体与要素之间、整体与外部环境的相互联系、相互制约、相互作用的关系中综合地、精确地考察对象，揭示系统性质和运动规律，从而达到最佳处理问题的一种方法。
　　根据上面例举的系统论的基本思想和基本原理，系统方法的基本原则是从方法论角度提出的，其着眼点在于应用，根本目的是优化。
　　二、系统方法的基本原则是：
　　（一）、整体性原则
　　这是系统方法的出发点。这个原则要求我们看待问题、处理问题时从整体着眼，从整体和要素的相互作用和相互联系中把握事物的本质和规律，找到最佳的处理方法。
　　（二）、有序性原则
　　系统与系统，系统与要素、要素与要素之间是层次分明、井井有条的。系统的有序性通过系统的结构来体现，结构决定性质，结构不同，功能不同，有序性也不同。此原则可以帮助我们认识系统本身的发展变化规律，而且认识到通过调整或改变结构可以提高整体的功能。
　　（三）、动态性原则
　　一切系统都是变化、运动着的，这也是客观世界的发展规律，因此探索系统发展变化的方向、动力、速度、原因和规律等有助于我们对更复杂的对象进行研究。这个原则告诉我们，考察系统性质时，要在动态中考察，研究系统的动因，从系统自身的矛盾运动中寻找改善方法，注重提高自我调节能力，提高系统的管理水平，遵循动态原则。
　　（四）、最优化原则
　　如何从几种方案中选出最佳方案，使系统运转处于最佳状态，达到最优目标，这是系统方法要解决的主要问题。为达到目的，我们应遵循：局部效应服从整体效应；坚持系统多级优化原则；坚持优化的绝对性和相对性结合的原则。
　　三、系统分析方法的步骤
　　（一）发现问题，提出问题。对问题进行系统的、合乎逻辑的叙述，提出问题的重点和关键，划定范围、确定目标、明确要求。
　　（二）确定系统目的。确定达到系统目的各种目标，根据目的提出具体要求，在考虑相应措施。
　　（三）收集资料。特别重视反映各因素相互关系相互作用的资料。
　　（四）建立模型。根据资料，建立各种模型，反映系统不同方面的属性。
　　（五）设计方案。利用模型获得的预测，设计方案，比较各方案的利弊，确定最优。
　　（六）试验鉴定。试验最优后所获得的方案，提出建议，进行系统评价。

系统论的基本原则是系统的整体观念，就是把所研究和处理的对象，当作一个系统。
何系统都是一个有机的整体，它不是各个部分的机械组合或简单相加，系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的性质。他用亚里斯多德的“整体大于部分之和”的名言来说明系统的整体性，反对那种认为要素性能好，整体性能一定好，以局部说明整体的机械论的观点。
分析系统的结构和功能，研究系统、要素、环境三者的相互关系和变动的规律性，并优化系统观点看问题，世界上任何事物都可以看成是一个系统，系统是普遍存在的。大至渺茫的宇宙，小至微观的原子，一粒种子、一群蜜蜂、一台机器、一个工厂、都是系统，整个世界就是系统的集合。

扩展资料：
系统论的出现，使人类的思维方式发生了深刻地变化。以往研究问题，一般是把事物分解成若干部分，抽象出最简单的因素来，然后再以部分的性质去说明复杂事物。
系统论反映了现代科学发展的趋势，反映了现代社会化大生产的特点，反映了现代社会生活的复杂性，所以它的理论和方法能够得到广泛地应用。系统论为解决现代社会中的政治、经济、军事、科学、文化等等方面的各种复杂问题提供了方法论的基础，系统观念正渗透到每个领域。
参考资料来源：百度百科-系统论

系统思想从它形成时起就是用于或为了解释复杂现象的。古代人类的生产水平低下，对自然灾害的抵御能力很差，对自然界的认识停留在“系统思想”的水平上。那时，由于无法了解到自然界复杂现象的原因，人们只能从总体上、宏观上采用思辨的方法来认识世界。人们把人的生老病死与自然界的现象联系在一起形成了“天人合一”的世界观，这种世界观中包含有系统的思想。中国老庄哲学就反映了这种思想，他们用阴阳、五行、八卦的观点来统一自然界的各种现象、统一人类与自然，这些就是整体观点、运动变化观点、综合观点等系统思想的具体体现。古希腊哲学家德漠克利特把宇宙看成一个统一的整体，从整体上进行研究，并把宇宙看成是由原子组成的，原子的运动和相互作用构成了整个宇宙的运动变化。他的专著《宇宙大系统》被认为是最早采用“系统”一词的著作。

系统思想虽源远流长，但作为一门科学的系统论，人们公认是加籍奥地利人、理论生物学家L.V.贝塔朗菲(L.Von.Bertalanffy)创立的。他于1945年发表了《关于一般系统论》的论文，宣告了这门新学科的诞生。确立这门新学科学术地位的是1968年L.V.贝塔朗菲发表的专著《一般系统理论——基础、发展和应用》(《General System Theory：Foundations，Development，Applications》)。该书被公认为是这门学科的代表作。

任何科学的发展都是由生产的发展来促进、从对实际应用的研究而开始的，系统科学的发展也是出于客观的需要，并且首先进行的是实际应用的研究。第二次世界大战以前，人们对系统科学应用的研究已经开始，并取得了一定的成就，但那时的研究是孤立、分散、局部的。如美国科学家W.Leontief提出的投入产出模型，是用数学方法和电子计算机来研究各种经济活动的投入产出之间的数量关系，特别是研究和分析国民经济各个部门(各类产品)在产品的生产与消耗之间的数量依存关系，对科学的安排、预测和分析经济活动起了重要作用。W.Leontief因此获得了1973年的诺贝尔经济科学奖，他所提出的方法也在世界各国普遍得到采用。

第二次世界大战期间，由于战争的需要出现了各种实际问题，像如何布置炮火防御系统以便更好地防止敌方飞机的空袭、如何搜索目标以便发现潜艇、如何计算火炮发射提前量以便对付高速飞行的飞机等等，这些问题既是实践性非常强的具体问题，又具有很高的理论价值。第二次世界大战结束以后，科学工作者将战时研究的实际问题进行了理论上的提高和升华，建立了运筹学(Operational Research，简称 OR)、管理科学(Management Science)、控制论(Cybernetics)及信息论(Information Theory)等系统科学在应用基础层次上的学科群体。例如，第二次世界大战期间从事雷达和防空火力控制系统研究的N.维纳(N.Wiener)在1948年出版了《控制论：关于在动物和机器中控制与通信的科学》，建立了控制论；美国数学家C.E.申农(C.E.Shannon)分别于1948年、1949年发表了两篇著名的论文《通信的数学理论》、《噪声中的通信》，奠定了信息论的基础。

经过几十年的发展，系统论已逐渐完善，并在各学科领域得到广泛的应用。本书试图以系统思想和方法为指导，在相关学科已有研究基础上，通过对复杂的土地生态系统进行表生地球化学系统、岩土-水-农作物元素系统进行较系统的分析，提出一种建立在系统论及其方法论基础上的农业地质地球化学评价方法。

(一)系统的概念与特征

英文中系统一词“system”，来源于古希腊文“systεmα”，是由部分组成整体的意思。今天人们从各种角度上研究系统，关于系统的定义有几十种。例如，“系统是诸元素及其顺常行为的给定集合”、“系统是有组织的和被组织化的全体”、“系统是有联系的物质和过程的集合”、“系统是许多要素保持有机的秩序，向同一目的行动的东西”等等。我国著名学者钱学森认为“系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分(要素)结合成的具有特定功能的有机整体”。现代科学已经表明，物质世界普遍具有系统形式或属性，从无机界到有机界，从原生生物到人类社会都是由特定要素组成、具有一定层次和结构，并与环境发生关系的整体。显然，这里包括了系统、要素、结构、功能四个概念，也表述了要素与要素、要素与系统、系统与环境三方面的关系。

从系统的定义可以看出，一个具体的系统，必须具备三个条件：一是任何一个系统都必须由两个以上的要素所组成；二是要素与要素、要素与整体、整体与环境之间存在着相互作用和相互联系，即系统的内在组织形式和内部秩序——系统结构；三是系统整体具有确定的功能——系统与外部环境之间实现物质、能量、信息交换的秩序和能力。

一般地说，系统的性质是由要素所决定的，要素通过相互作用决定系统的结构和功能，当要素的数量和性质发生变化时，系统本身的结构和功能也就相应发生变化，但同时系统本身又可通过整体作用来支配和控制要素。比如干旱地区的人地系统是由当地的水、气、地、生四大要素组成的，当其中的某一要素如人口数量发生变化，并且超出了整个系统所能维持的最高能力——承载力时，则系统的结构和功能将会随之改变，从而导致整个系统发生变化。

“环境”是另一个重要概念。所谓环境，是指系统存在的外部条件，也就是系统以外对该系统有影响、有作用的诸因素的集合。实际上环境就是同某一特定的系统相关的其他系统的统称。当环境对系统加以影响和作用后，系统会做出相应的反作用，环境对系统的作用一般以系统的输入来表示，系统对环境的作用以系统的输出来表示。例如，人类社会属于人地系统中的一个子系统，但相对于自然环境子系统来说它又属于外部环境，因此人类活动与自然环境之间无时无刻不进行着物质、能量的输入和输出。可持续发展的最终目的，就是通过人类的输入、输出活动创造支持人地系统的外部适宜条件，从而使人类生活在一种更严格、更合适、更健康、更愉悦的环境之中。

(二)系统论的基本原理与属性

系统整体性原理是系统论中的一个最基本原理。L.V.贝塔朗菲强调，任何系统都是一个有机的整体，它不是各个部分的机械组合或简单相加，系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的新质。他用亚里士多德的“整体大于部分之和”的名言来说明系统的整体性，反对那种认为要素性能好整体性能就一定好、以局部说明整体的机械论观点。例如钢筋混凝土结构的强度就大于钢筋、水泥、沙石的强度之和；没有孟母和伽罗华之母的悉心培养就没有孟子、伽罗华的杰出才能；“三个臭皮匠等于一个诸葛亮”；“三个和尚没水吃”等等。

L.V.贝塔朗菲还认为，系统中各要素不是孤立存在的，每个要素在系统中都处于一定的位置，起着特定的作用。要素之间相互关联，构成了一个不可分割的整体。要素是整体中的要素，如果将要素从系统整体中割离出来，它将失去要素的作用。正像人手在人体中是劳动的器官一样，一旦将手从人体中砍下来它将不再是劳动的器官了。系统整体性原理的实质，是揭示一定环境下系统整体与要素之间的关系，是对整体与部分关系的深化。因此，要改善和提高系统的整体功能，不仅要注重发挥每个要素的功能，更重要的是调整要素的组织形式，建立合理的结构，从而使系统整体功能优化。

动态相关性原理是整体性原理的延续和具体化。任何一个系统都是一个处在不断发展、变化之中的动态系统，系统状态是时间的函数，这就是系统的动态性；系统的相关性是指系统的要素之间、要素与系统整体之间、系统与环境之间的有机关联性。正是由于系统内部诸要素之间、要素与系统整体之间、系统与环境之间的相互作用和相互联系，构成了系统发展变化的根据和条件。开放系统与外界环境有物质、能量和信息的交换，系统内部结构也可以随时间变化，因此一定要在系统和环境的相互联系和相互作用中认识和改善系统。

层次等级性原理是把整个客观世界看作一个结构有序的、多层次等级结构的统一体。客观世界的多样性、统一性正是通过层次性表现出来的。在一个系统中，无论结构还是功能都具有等级性，处于不同层次的等级系统，具有不同的结构，亦有不同的功能，所以L.V.贝塔朗菲说“等级秩序的一般原理显然将是一般系统论的主要支柱”。

系统有序性原理也称功能结构性原理，因为系统的有序性，就是表示系统结构实现系统功能的程度。系统的结构是指系统内部诸要素之间相互联系、相互作用的形式与方式，是系统各“部分的秩序”；系统的功能是指系统整体与外部环境相互作用的关系，是系统整体的“过程的秩序”。系统的功能是与结构不可分割的。如果说结构是系统内部联系作用的秩序，那么功能就是系统外部联系作用的秩序和能力。系统功能体现了系统与外部环境之间的物质、能量、信息输入与输出的变换关系。任何系统都有其特定的结构，结构合理，系统的有序度高，功能就好，反之，结构不合理，系统的有序度就低，功能就差。当系统由较低级的结构转变为较高级的结构时，即趋向有序，反之，趋向无序。根据热力学第二定律，保持系统的开放性，即进入系统内的负熵增加，是使系统从无序向有序演化的基本前提。一般系统论的一个重要成果是把生物和生命现象的有序性和目的性同系统的结构稳定性联系起来。也就是说，有序能使系统趋于稳定，有目的才能使系统走向期望的稳定系统结构。

大多数系统的活动或行为可以完成一定的功能，所有的系统都有一定的功能，但不一定所有系统都有目的，例如太阳系或某些低级的生物系统。目的性行为是通过反馈控制实现的。人比动物高级是因为人的大脑最发达；一个球队在一段时间内能保持全胜，往往是因为训练有素，其功能比别的球队强。一个系统和包围该系统的环境之间通常都有物质、能量和信息的交换，外界环境的变化会引起系统特性的改变，相应地引起系统内各部分相互关系和功能的变化。为了保持和恢复系统原有特性，系统必须具有对环境的适应能力，例如反馈系统、自适应系统和自学习系统等。

(三)系统方法

系统论不仅是反映客观规律的科学理论，也具有科学方法论的意义。可以说，系统论引起了思维方式的巨大变化，为人们研究事物提供了新的科学方法论。L.V.贝塔朗菲对此曾作过说明：英语“System Approach”直译为系统方法，也可译成系统论，因为它既可代表概念、观点、模型，又可表示数学方法。他说，我们故意用Approach这样一个不太严格的词，正好表明这门学科的性质特点。

系统论的基本思想方法，就是把所研究和处理的对象，当作一个系统，分析系统的结构和功能，研究系统、要素、环境三者的相互关系和变动的规律性。从系统观点看，世界上任何事物都可以看成是一个系统，系统是普遍存在的，大至渺茫的宇宙，小至微观的原子。一粒种子、一群蜜蜂、一台机器、一个工厂、一个学会团体……都是系统，整个世界就是系统的集合。

因此，系统论的任务不仅在于认识系统的特点和规律，更重要的还在于利用这些特点和规律去控制、管理、改造或创造一个系统，使它的存在与发展合乎人的目的需要。也就是说，研究系统的目的在于调整系统结构，直辖各要素关系，使系统达到优化。以往研究问题是把事物分解成若干部分，抽象出最简单的因素，然后再以部分的性质去说明复杂事物，这是笛卡尔奠定理论基础的分析方法。这种方法的着眼点在局部或要素，遵循的是单项因果决定论。虽然这是几百年来在特定范围内行之有效、人们最熟悉的思维方法，但是它不能如实地说明事物的整体性，不能反映事物之间的联系和相互作用，只适于认识较为简单的事物，不能胜任对复杂问题的研究，而系统分析方法却为研究复杂问题提供了有效的思维方式。

(四)黑箱方法与评价思路

黑箱方法，是控制论的一个重要方法，它为人们探索和研究未知世界特别是对生命系统的研究提供了有效的手段。控制论的创始人，美国数学家维纳在《模型在科学中的作用》中对黑箱作了界定。他认为“所有科学问题都是作为‘闭合’问题开始的……若干可供选择的结构被密闭在‘闭合’中，研究它们的唯一途径是利用闭合的输入和输出。”他所说的“闭合”，就是指黑箱。

黑箱是指内部构造及作用机理还不清楚，但能通过外部的观测与试验，认识其功能和性质的系统或事物。它具有以下基本特征：

第一，黑箱是人们对其结构和作用机理尚无认识的系统和事物。如大脑如何引起人的思维；癌细胞如何产生；人们观察所不及的星系的结构等。黑箱在客观世界普遍存在，但是并非不可认识，人们通过从外部输入黑箱一种信息，测试或观察黑箱输出的信息，便可认识其功能和作用机理，如图3-3 所示。图中X(S)表示输入信息，KW(S)表示黑箱对信息传递、转换、处理的能力。只要人们获得、并确定输出信息Y(S)，便可了解黑箱的性质、功能和作用机理。

第二，黑箱和人的认识有关。仅就客观存在的事物而论，无所谓黑箱、白箱、灰箱，它们仅仅反映人对事物的认识程度。对系统或事物结构的全部认识，称之为白箱；部分认识称之为灰箱；没有认识称之谓黑箱。

图3-3 黑箱的作用机理

Fig.3-3 the Mechanism of Black-box

第三，黑箱只有相对的意义。这种相对性，有两层含义。其一，是否黑箱，因人而异。如对电子计算机的了解就是如此，在电子计算机的技术人员看来，它是白箱；对一般人来说，它就是黑箱。其二，是否黑箱将随着人的认识能力、认识水平的发展而变化。人的认识是发展的，今天没有认识清楚的，明天可以认识清楚；这一代人没有认识清楚的，下代人可以认识清楚。世界上只有尚未认识的事物，而不存在不可认识的事物。

所谓黑箱，是指人们一时无法或无需通过直接观测来认识其内部结构、要素、本质特征和功能，只能从外部的整体输入值与输出值的变化比较去认识的现实系统。这种认识现实系统的方法即通常所说的黑箱方法。

前述对表生地球化学系统和岩土-水-植物元素生物系统的例证分析说明，这两个相互联系的复杂系统的结构和机制虽不十分清楚，但都不是“黑箱”，可以认为是“灰箱”。可以采用黑箱方法进行研究和评价，并用已有研究成果(系统中的已知部分)诠释评价结果。也就是说，本文提出的农业地质地球化学评价方法，是建立在表生元素地球化学系统和岩土-水-植物元素生物系统基础上，将土壤中某元素指标的含量作为系统的“输入”信息、农作物籽实中该元素含量作为系统的“输出”信息，通过一系列实际测试资料研究“输出”信息对“输入”信息的响应关系，采用统计学方法确定评价标准值，从而实现对土地生态安全性的评价。

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