《系统科学引论》PPT课件.ppt
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1、第 1 章,系统科学引论,主讲人:肖人彬,教学重点,第1章为全书的序篇。在课堂上,我们重点掌握几个内容:系统科学产生和发展的三个重要阶段系统的定义、结构、层次、开放性、功能、演化等基本概念系统一些分类方法及重要特征,1.1 系统科学的产生与发展,历史背景古代整体观思想认为,自然界作为统一体,人和自然是统一的16、17世纪确立机械自然观和科学方法论19世纪上半叶能量守恒、细胞学和进化论20世纪中叶计算机、航空、航天、信息、生物等领域的辉煌成就,1.1.1 系统科学的形成,1.1 系统科学的产生与发展,历史背景进入21世纪,科技飞速发展,信息大爆炸,人类生存环境协调和谐发展,多学科交叉融合,1.1
2、.1 系统科学的形成,人类理智夸入“想入非非”时代,1.1 系统科学的产生与发展,一般系统论1937年,理论生物学家贝塔朗菲所提出。概括出系统共性:整体性、关联性、动态性、有序性、终极性(目的性)不是简单的拼加,要考虑子系统与整体之间的关系,1.1.2 20世纪4060年代从系统论、控制论到系统工程,11 2,1.1 系统科学的产生与发展,运筹学20世纪30年代末,战争武器系统的发展分析制约因素 要实现的目标(约束条件 极大或极小值),1.1.2 20世纪4060年代从系统论、控制论到系统工程,目标函数,1.1 系统科学的产生与发展,控制论20世纪40年代末,火炮自动瞄准飞机与狩猎行为反馈机制
3、控制论:输入、输出、信息、反馈、控制行为及目标,1.1.2 20世纪4060年代从系统论、控制论到系统工程,1.1 系统科学的产生与发展,信息论1948年,香农发表通信的数学理论标志信息论(informatics)的诞生。信息论乃是关于系统的信息传递和处理的科学理论。,1.1.2 20世纪4060年代从系统论、控制论到系统工程,1.1 系统科学的产生与发展,计算机1946年,世界上第一台冯诺伊曼计算机诞生。人类智能物化,1.1.2 20世纪4060年代从系统论、控制论到系统工程,1.1 系统科学的产生与发展,系统工程解决复杂的工程问题美国国家智库兰德公司利用“系统分析”研究社会、经济系统,供美
4、国政府参考决策泰勒为代表的管理科学学说1969年,美国阿波罗飞船登月,系统工程最成功的范例,1.1.2 20世纪4060年代从系统论、控制论到系统工程,1.1 系统科学的产生与发展,耗散结构论(dissipative structure theory)1969年,比利时自由大学化学家普利高津提出,因而获得诺贝尔奖。开放系统远离平衡状态所形成的需要消耗物质和能量的有序结构称为耗散结构。研究一个开放系统由混沌向有序转换的机理、条件和规律。,1.1.3 20世纪70年代从耗散结构论、协同学、突变论到非线性科学,1.1 系统科学的产生与发展,协同学(synergetics)1969年,德国理论物理学家
5、哈肯提出。系统从无序到有序的关键是系统内部各子系统间通过非线性相互作用和协作,在一定条件下,自发产生在时间、空间或功能上稳定的有序结构,这就是自组织理论。系统在临界点(分支点)附近的行为仅由少数变量决定,系统的慢变量支配快变量,即支配原理。,1.1.3 20世纪70年代从耗散结构论、协同学、突变论到非线性科学,1.1 系统科学的产生与发展,突变论(catastrophe theory)1972年,法国数学家托姆出版专著结构稳定性和形态发生学。研究系统的状态随外界控制参数连续改变而发生不连续变化的数学理论。,1.1.3 20世纪70年代从耗散结构论、协同学、突变论到非线性科学,太阳系是否稳定?,
6、1.1 系统科学的产生与发展,混沌学 研究确定性动力学系统所表现出来的具有貌似随机,无规则性复杂行为混沌运动的非线性动力学。研究混沌运动中从无序到有序的演化及其反演化的规律和控制的科学。混沌(chaos)一词由李天岩和约克在1975年提出。,1.1.3 20世纪70年代从耗散结构论、协同学、突变论到非线性科学,上帝如何掷骰子?,无序中的有序,1.1 系统科学的产生与发展,分形学分形(fractal)由美国IBM公司数学家曼德布罗德1973年提出。分形几何研究自然景物不规则图形,核心在于自相似性和递归性。分形注重对某一动力行为而产生的吸引子的研究。,1.1.3 20世纪70年代从耗散结构论、协同
7、学、突变论到非线性科学,1.1 系统科学的产生与发展,分形学 fractal,1.1.3 20世纪70年代从耗散结构论、协同学、突变论到非线性科学,1.1 系统科学的产生与发展,超循环理论(hypercycle theory)德国学者艾根(M.Eigen)根据进化论和自组织理论于1979年提出研究分子自组织进化现象将生命起源解释为自组织现象,1.1.3 20世纪70年代从耗散结构论、协同学、突变论到非线性科学,1.1 系统科学的产生与发展,1.1.3 20世纪70年代从耗散结构论、协同学、突变论到非线性科学,非线性科学出现前:机械整体观整体等于局部之和,认识了局部就等于认识了整体;系统整体观整
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