现代系统理论的基本内容.ppt
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1、1,王 越中国科学院院士、中国工程院院士北京理工大学,信息系统及安全对抗导论,2,前言,前 言,3,前言-教材定位,教材定位定位于学生“培养类”抑“训练类”。培养类教材应具有相当国际上大学之核心课内容,科学技术领域之核心课,主要是培养学生进行科学思维,建立运动发展观点,获得掌握知识及解决问题之能力。训练类课则是具体传授知识,为学生求职做准备,这类课讲究实用但不可避免地要及时调整内容以信息领域计算机应用技术课最为典型。同时兼顾学生适应广泛信息领域工作时所需之基本概念和基本规律方面的内容,4,前言-课程内涵,课程内涵若按惯例作法:由各种现有技术方法入手分门别类分析具体技术原理、性能、优缺点等等,由
2、此引导学生悟出深层次之“道”来以达到学生能力之培养和基本概念、规律之掌握,从而提高解决问题之能力,但这样作一方面会发生内容烦杂,不易理出脉络。另外一方面很容易发生“只见树木不见森林”的现象疏漏了重要系统概念和规律。信息安全和对抗实质上是系统性问题,遵守“全量大于诸分量之和”定理,分别研究分项技术,然后简单求和并不能代表整体也很难“整合”成整体。,5,前言-课程内涵,三点主要思想 概念和原理采用“由顶层至下层”(TOP DOWN)展开,然后用例子进行反馈。内容由“普适”开始逐渐往“专门”展开(“专门”相对“普适”在于信息安全对抗领域相对专门些),以作到“普适”与“专门 相结合。作为信息领域理工科
3、学生之信息安全与对抗专业基础教材,要突出安全与对抗领域之基本概念,基本原理及基本方法,鼓励学生深入思考灵活应用。,6,前言-课程体系,课程体系思路将系统理论之基本观点和原理溶入内容中,用以分析研究问题,这是因为信息安全和对抗问题实质上是复杂的系统问题,各种信息系统是系统而且系统中仍包括系统,系统又溶入更大之系统。贯彻矛盾对立统一运动发展演化之原理,溶入本教材进行分析、叙述,从而引导到信息安全和对抗领域普遍性之原理和方法,内容上即系统功能、结构、环境间之多层次多剖面之关系所蕴含的本质矛盾,在现实条件约束下形成对立统一动态演化,形成了“正”“反”问题,研究“正反”问题。列举一些信息安全和对抗领域典
4、型信息系统攻击与反攻击之对抗案例,以加深基本原理和方法之理解和起到“举一反三”,并为其它课程,如信息隐藏和安全识别与认证等进行引路和打基础。,7,前言-课程体系,体系框架介绍、讨论“系统”概念及系统理论要点。介绍、讨论“信息”、“信息系统”及其发展要点之相关概念。信息安全基本概念“问题”动态发展之概论、安全对抗过程之要点及加强支持发展之要点。信息安全领域主要原理。强化信息安全发展之基本科技方法。综合举例。一些发展前沿之简介。,8,前言-结束语,本教材之编写思路和内容框架虽已明确,但涉及内容非常广泛,学科间相互交叉、互融关系复杂,故难作的事是适合研究生和本科生学习之一个好的内容的“剪裁”和组合,
5、外加迫于发展和人才需求之较强压力,信息安全与对抗领域之教育发展改革势不可挡。但本人学术水平有限,并变更了教科书之惯常思路又无经验,故错误和缺陷肯定很多,引致较失败风险,在努力尝试之际,望各位专家多多指教,广大同学多提宝贵意见!,9,第一章 现代系统理论的基本内容,引言系统定义及要点解释系统理论体系初论对立统一范畴暂立之公理体系,10,现代系统理论体系基本内容,引言-浅显引导系统定义及要点解释系统理论体系初论对立统一范畴暂立之公理体系,11,通向系统之“浅显”引导,由“运动”说起“运动”在这里不是指体育领域之运动,即作为人体力、体能之测试和训练,以不断追求之体能、体力之极限,而是指广泛意义上之物
6、质存在之运动。现代科技发展前沿很大部是更深入、更广泛地探索研究“运动”。附带说明一句,中国文化之思维特点是重视综合思维,也是传统性的优点,各种复杂之运动之研究是人类科学探索研究之永恒主题。由实际的各种客观存在的例子,我们可体会到:世界上除了运动之外,没有别的什么东西,这种哲理具有普遍性和深刻性,运动即物质,是客观存在的。,12,通向系统之“浅显”引导,由运动说到“系统”“系统”是研究复杂运动中形成“系统”之概念,是客观存在人脑之一种反映,它是真实的,而不是恣空憶造出来的。在系统理论方面,作者认为普里高津教授之耗散自组织理论是一个重要之突破,在系统理论发展方面具有战略意义和里程碑作用,但同时我们
7、也应看到,系统理论和其应用层次之各学科之发展尚处在初期阶段,远未达到学科领域体系结构及基本规律之认识基本完备之程度。因为系统科学技术是一个人类进化发展中必应掌握之重要课题之一,是一种客观存在之需求,在本书中不可详细叙述,只可能简单地基本性之简介,为利用其进行信息安全和对抗问题自顶层往下进行研究打个基础。,13,系统的定义及其要点解释,系统的定义具有对外部功能关系、自组织机能,开放耗散结构,由多元素组成多层次多剖面的复杂动态综合整体称为系统。要点解释开放耗散结构:对结构外部,不断地有物质、能量、信息交换,非隔绝的保守结构称之为开放耗散结构。信息:事物运动状态的描述与表征。自组织机能:是由内部结构
8、间相互关系,以及内部结构与外部环境所形成的功能关系所组成的,是由无组织的混乱状态向有序状态演变的机能。序:在一定层次上的运动规律。系统简明含义是指具有以“系统”为特征的运动着的事物,是动态存在的事物。,14,系统的定义及其要点解释,“关系”之概念这是一个重要概念,是核心概念之一,因为它反应了事物间之普遍联系、互相作用、互相影响,再概括一步可视为“运动”、运动状态、运动结果之具体关系,还可叠套发生作用形成复合关系。人们通常按一定特征将“关系”分为很多种类,如物理关系、化学关系、数学关系、人际社会关系类(如朋友关系、婚姻关系、血缘关系、法律关系、感情关系等),不同类别关系有不同之定义和特性,15,
9、数学上关系的定义设A为集合,D为二元集合对,错,定义一个AA到D的映射R称为A的元素间的一个关系,如果a,bA,aRb对,则称a,b之间符合关系R(aRb),aRb错,则称a,b之间不符合关系R。所以“关系”就是映射。数学中的等价关系:用表示,等价关系的性质有三条,即:aa 自反性;ab则ba 对称性;ab,bc则ac 传递性;注意:c为a,b,否则将使aa失去独立性。,16,定理,定理:一个集合中,子集合的划分对应一等价关系 设划分集合依照一准则,符合准则者进入子集合,设准则为,则有:子集合中元素 aa,bb,cc,有a,b,c都符合,ab,bc,ac,ba,cb,ca 其中:具有对称性、传
10、递性、自反性,故为一等价关系。,17,定理,定理:一等价关系可划分一子集合 设集合为A,等价关系为,根据自反性可由A中任意挑出满足aa的a,由a按ab、挑出b、c、即可构成子集,所以:由于ab,ba,先挑出a或先挑b无区别,推广至任意挑选无区别;由于ab,bc则ac,说明使用挑选元素无其它限制(如ab,bc,cd,串行链);,18,数学中的相似关系在等价中削去传递性,这是一种约束,较等价关系弱的关系,“一般相似”不能有传递性。儿子像父亲,儿子像母亲,但父母不见得相象。数学中这种种运算也可看作“关系”,而运算更广泛的认识,可认为是一种映射,故映射又看作关系(数学中“关系”之定义由映射开始原因就在
11、于此),“集合”可看作关系之集合。数学中关系很多,而且还不断寻找新的关系和其重要结果,又如,同构类关系是一种复合重要关系(集合映射和运算之结合)。,19,设a、b、c和a、b、c为两个集合,和为两个集合中各一种运算,为自a、b、c 集合至a、b、c之映射 即,。如果,则称A集合与A集合在映射及运算及构成同构关系,同构关系是一个重要关系,在科学技术领域广泛应用,它是“相等”关系之推广,但也是一种条件严格的关系。,20,系统理论中关系的定义及概念转化,系统理论中定义的“关系”含义比较广泛,体现事物间广泛复杂的联系 事物间各种相互作用称之为关系;事物间各种相互作用结果的存在状态(也称关系状态);事物
12、间的时空比较状态;事物由某种存在状态,在一些作用激发下形成的状态转移。,21,系统理论中关系的定义及概念转化,关系的概念转化(关系的概念化形成)“关系”在人脑中反映形成“关系”的概念,而后根据概念的内涵与外延,又可将“关系”进行深化分析,实质上是反映了客观事物多层次、多剖面的复杂运动,同时也体现了人脑及人类科学知识积累对实践的主观能动作用,也体现了“关系”的内部纵深复杂的结构。,22,系统理论中涉及的几种重要关系,功能关系专指系统与“环境”发生的主要相互作用,它使系统得以生存,实际上“功能”是由系统之多种交织“关系”组成,反映在结构层次交织的体系。结构关系系统内部各部分之间形成系统结构,“结构
13、”除了分系统、子系统的“划分”外,还有它们之间相互的关系,这部分由分系统、子系统层次讨论,它们又是分系统或子系统层次的“功能”,正是这些相互间关系(功能),形成了系统结构的动态存在,同时也形成了系统层次的“功能”,我们可以认为系统的“结构”与“功能”,即哲学上称之为事物的内因,它的核心实质是动态的相互作用及其存在形式(关系)。,23,系统理论中涉及的几种重要关系,约束关系总的来说,“功能”、“结构”的实现、存在是有条件的,实现“功能”、“结构”的前提条件、限制条件称为约束关系。约束关系根源于人理、物理、事理、生理,而最严格和不容逾越的是法律体系所规定的约束界限,约束关系也可以规律的形式出现,也
14、可以技术状态水平出现,约束关系的约束作用是溶入对象间的时空运动之中,约束作用的形式也有多种多样,(例如可作时间维上的连续作用,也可是不连续的阶段性,如法律的约束也有部分是产生违法结果的惩罚),另外还应指出,约束关系具有体系特征,如构成“约束”的约束,不同层次、不同剖面、不同时间或不同的约束条件,总之约束关系是关系的一种,是事物互相作用中对某种作用起约束作用的“关系”。,24,关系的关系,种属关系:一个“关系”的外延被另一个关系的外延全部包括,成为其中一部分,外延大者称为种关系,小者称为属关系,但其内涵内容正相反“种关系”内涵小,“属关系”内涵除“种关系”内涵之外,尚有独立所有者。并列关系:在一
15、个种关系下,平行的两个或多个属关系,其外延互相排斥者(不能兼者)。交叉关系:“关系”的内涵与外延,部分不同,部分相同者。同一关系:两个关系外延完全相同,但内涵不同或不完全相同者,(体现事物多剖面特性)对立关系:是一种特殊形式,即并列关系中其外延相互对立,处在两端位置的属概念。矛盾关系:也是一种特殊并列关系及对立关系,外加两个属关系外延的和等于种关系的外延。功能关系、结构关系及约束关系结合具体系统存在时(具体的体系结构)可具有以上关系。,25,关系维系对象的关系,设对象为X、Y、Z,则产生如下维系关系 相似关系:X与Y相似时空比较关系:X比Y大,X比Y前、后,X比Y早、晚,以及时空关系组合占有关
16、系:X有Y,X控制Y“是”关系:X是Y继承关系:X某属性遗传给Y,Y继承X的某属性因果关系:X是因,Y是果,由X产生Y矛盾关系:X与Y为矛盾关系,26,关系的时空展开,凡是运动的一种形式,也必然在时间空间中展开,而这个空间是广义的空间,并非仅限于三维的几何空间,也不仅是在时间或空间展开,而是时空维同时展开。在连续的状态下,可用结合在一起构成动态表示系统,在间断状态下可用序列表示。,27,系统理论体系初论,哲学系统理论体系中的基础层次 化常用思维模式,则为是A不是B,是B不是A,既是A又是B,是可普遍应用的。如A是“对手”,B是“朋友”的场合,按绝对化的思维模式,即要不是朋友就是对手,不是“对手
17、”即“朋友”,常常是行不通的,朋友间也有矛盾,对手间也往往有共同点,即,28,耗散自组织系统理论之体系,耗散自组织理论(dissipative structure-self organization theory)是正在发展之中之学科群。普里高津教授 我们认为耗散自组织理论是现代系统理论发展中之一支重要基础。它是系统理论本体核心,同时作为一个理论体系,也是在研究发之中,这个理论体系之实质,可用普里高津教授的话所表述:就是研究演化着的世界,即一个进化着的系统。,29,耗散理论及其要点,保守系统与开放系统 系统按其与“环境”之关系可在理论上划分为与环境不发生关系(即与“环境“没有物质、能量、信息交
18、换、交流)之保守系统与开放系统两类。保守系统在经历了时间渡逝后所处之状态必定是平衡态,物理执力学第二定理指出此时保守系统之熵达到最大值(而无熵流产生),同时保守系统之之态函数在空间是均匀地,在时间上是不变化的,即时空稳定不变的,普里高津指出保守系统之宏观序为零,即宏观无序,所以我们认为这种保守系统在研究系统演化中是无意义的,也不必多加研究。开放系统与环境有物质、能量与信息的交流,它内部之状态就不分处在平衡态,因为有“交流”,必有“流”(广义之流,而不一定是某种液体流),有流必有形成“流”之广义流之推动力,简称“力”(广义),它实际上是某相关物理量(状态函数)在空间分布之梯度,30,耗散理论及其
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