[转载]再谈系统论,控制论和信息论
(2014-07-29 16:50:33)
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第一,整体的功能不等于各部分功能之总和。系统论的这一理论,有人称之为“整体性原则”。它要求人们在研究和处理问题时,要牢固地树立全局观念,始终把研究对象看作一个有机体。
第二,系统的结构决定系统的功能。结构是系统内部各个要素的组织形式,功能是系统在一定环境下所能发挥的作用。系统的结构决定系统的功能,不同的结构可以发生不同的功能。
第三,动态观点。在系统论看来,任何系统都是一个运动过程,如思维过程是以感觉、知觉、记忆、分析、综合等来表征它的运动过程。系统论、控制论、信息论都是以动态的观点去分析考查事物,注意事物运动状态,考察研究事物运动的过程,从而选择恰当的过程。
第四,最佳观点。最佳观点也称最优化,这是系统论的出发点和最终目的。人们对系统进行研究和改造的最终目的,是为了使系统发挥最优的功能。一个系统可能有多种组成方案,要选择最优的方案,使系统具有最优功能。例如,生产系统要求高产、优质、低成本、低消耗、高利润,具有多种目标。为了使生产系统具有最优的功能,必须将这些目标综合起来考虑,采用功能最优的方案,这就需要做出最优的设计、控制和管理。
2)系统论的原则:整体性原则、结构功能原则、目的性原则、最优化原则
(a)整体性原则:系统论的核心思想是系统的整体观念。
- 整体的性质不是要素具备的。
- 要素的性质影响整体。
- 要素性质之间相互影响。
(b)结构功能原则:
- 要素不变时,结构决定功能。如种类无数的有机物几乎都主要是碳、氢、氧、氮组成。常常是组成结构不同。又如电子元件不同的组合可以形成各种家电。(当然反过来,结构相同,要素不同,功能不同)
- 结构、要素都不同则可以有相同的功能。如人脑系统和计算机系统在部分功能上相似。利用这一原则,可以设计各种仿真系统。
- 同一结构可能有多种功能。
(c)目的性原则:确定或把握系统目标并采取相应的手段去实现。这是控制论的研究内容。见控制论。
(d)最优化原则:为最好的实现目标而通过改变要素和结构使系统功能最佳。
控制论强调系统的行为能力和系统的目的性。维纳提出了负反馈概念和功能模拟法。
行为——系统在外界环境作用(输入)下所作的反应(输出)。人和生命有机体的行为是有目的、有意识的。生物系统的目的性行为又总是同外界环境发生联系,这种联系是通过信息的交换实现的。外界环境的改变对生物体的刺激对生物系统来说就是一种信息输入,生物体对这种刺激的反应对生物系统来说就是信息的输出。控制论认为任何系统要保持或达到一定目标,就必须采取一定的行为。输入和输出就是系统的行为。
反馈——系统输出信息返回输入端,经处理,再对系统输出施加影响的过程。
反馈分正反馈和负反馈。负反馈是控制论的核心问题。
正反馈——反馈信息与原信息起相同的作用,使总输入增大。系统目标偏离。加剧系统不稳定。
负反馈——反馈信息与原信息起相反的作用,使总输入减小。系统目标偏离减小。系统稳定。
2)控制论的基本方法
控制论的主要方法有控制方法、信息方法、反馈方法、功能模拟方法和黑箱方法等。
信息方法——是把研究对象看作是一个信息系统,通过分析系统的信息流程来把握事物规律的方法。
反馈方法——则是动用反馈控制原理去分析和处理问题的研究方法。所衷肠反馈控制就是由控制器发出的控制信息的再输出发生影响,以实现系统预定目标的过程,正反馈能放大控制作用,实现自组织控制。但也使偏差愈益加大,导致振荡。负反馈能纠正偏差,实现稳定控制,但它减弱控制作用、损耗能量。
功能模拟法——用功能模型来模仿客体原型的功能和行为的方法。所谓功能模型就是只以功能行为是相似为基础而建立的模型。如猎手瞄准猎物的过程与自动火炮系统的功能行为是相似的,但二者的内部结构和物理过程是截然不同的,这就是一种功能模拟。功能模拟法为仿生学、人工智能、价值工程提供了科学方法。
黑箱方法(又称系统辨识)——通过考察系统的输入与输出关系认识系统功能的研究方法。它是探索复杂大系统的重要工具。系统辨识是在输入、输出的基础上,从一类系统中确定一个与所测系统等价的系统。黑箱就是指那些不能打开箱盖,又不能从外部观察内部状态的系统。
黑箱方法是控制论的主要方法。具体是:
首先给黑箱一系列的刺激(系统输入),再通过观察黑箱的反应(系统输出),从而建立起输入和输出之间的规律性联系,最后把这种联系用数学的语言描述出来形成黑箱的数学模型。
黑箱方法不涉及复杂系统的内部结构和相互作用的大量细节,而只是从总体行为上去描述和把握系统、预测系统的行为,这在研究复杂系统时特别有用。
白箱方法——研究系统的可观性和可控性,通过定量分析找出两者之间的关系。
黑箱方法的目的在于通过为黑箱建立模型,是黑箱变成白箱。有时黑箱模型不止一个,这种情况下,系统辨识其中最合理的一个。
系统辨识主要步骤是:试验设计、选择模型、参数估计和检验模型。
最近,被成为"新新三论"的分形论、超循环论和混沌论,更以磅礴的气势席卷全球,复杂科学的兴起,向第一次科学革命的成果提出了巨大挑战.