第8章开放的复杂巨系统.ppt

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1、2023年11月19日,第1页,第八章开放的复杂巨系统,2023年11月19日,第2页,关于复杂性把复杂性当作复杂性处理开放的复杂巨系统从定性到定量综合集成方法综合集成研讨厅体系,介绍钱学森等提出的复杂巨系统理论。,2023年11月19日,第3页,一、关于复杂性,传统的理解，简单与复杂是相对的，一旦被认识就变得简单。现代科学技术的发展表明，不能把复杂性全部归结为认识过程的不充分性，必须承认存在客观的复杂性，即使已被人们认识并找到解决办法，它仍然是复杂的。复杂性研究必须注重各种特定的可以检验的机理，分门别类进行研究。但单纯用定量化、形式化方法描述和解决复杂性问题只是对传统还原论方法的修正，不可能

2、使科学方法论实现革命性变革。反映出复杂性研究的不成熟，尚未找到真正克服现有科学方法论局限性的有效途径。,1、定量方法的缺陷,2023年11月19日,第4页,但有几项试图超越传统的思路，在复杂性探索中有重要启迪作用，值得稍加讨论。(1)分层复杂性概念西蒙的分层复杂性概念是1962年提出来的。1)把等级层次结构与复杂性明确联系起来，从4个方面给复杂性以系统阐述。2)从系统演化的角度讨论复杂性，论证复杂系统的结构是在演化过程中“涌现”出来的。3)按照层次结构组织起来的系统的动态性质，把复杂性与系统动力学特性联系起来。这些思想对其后的复杂性研究起了积极的推动作用。,2023年11月19日,第5页,(2

3、)自组织观点普利高津、哈肯等人用演化的、自组织的观点解释复杂性。普利高津提出，复杂性存在于一切层次，不同层次的复杂性既有差别，又有同一性，物理层次已经具备“最低限度的复杂性”。平衡态、线性关系、可逆过程只能产生简单性，远离平衡态、非线性关系、不可逆过程是产生复杂性的根源。复杂性是自组织的产物，在远离平衡、非线性、不可逆的条件下，通过自发形成耗散结构这种自组织而产生出物理层次的复杂性，在此基础上才可能通过更高形式的自组织产生出生命、社会等层次的复杂性。认为“物理学正处于结束现实世界简单性信念的阶段”，用复杂性科学表述正在兴起的新型科学。,2023年11月19日,第6页,(3)有效复杂性概念199

4、0年代，盖尔曼提出有效复杂性概念，把它“定义为用来描述其(指复杂适应系统)规律性的图式的长度”，仍然属于西方学术界用定量化、形式化方式刻划复杂性的传统方法，决定了这个概念只能应用于较窄的范围。原始复杂性和算法复杂性不能表示通常理解的复杂性(并批评它们与“复杂性”所指的意思没有多大关系)，反对就复杂性概念来研究复杂性，主张把复杂性研究同复杂适应系统的研究联系起来。盖尔曼围绕有效复杂性讨论所提出的种种议论，包含深刻的系统思想。上述工作都有助于从某个侧面理解复杂性，但总的来看，复杂性还不能算作一个严格的科学概念，人们也没有给出一个公认的复杂性定义。,2023年11月19日,第7页,1990年代，钱学

5、森在建立系统学的过程中，逐步认识到复杂性研究的重要理论和实践意义。(1)要跳出从几个世纪以前开始的一些科学研究方法的局限性。(2)凡是不能用还原论方法处理的或不宜用还原论方法处理的问题，而要用或宜用新的科学方法处理的问题，都是复杂性问题。从研究方法上区分简单性与复杂性，是一个很有价值的新观点。(3)主张把复杂性作为一类系统属性来对待。他对系统的分类就是基于复杂性的不同层次而给出的。,2、复杂性研究的方法论,2023年11月19日,第8页,(4)复杂性研究不能从严格界定复杂性概念开始，应从研究各种具体的复杂系统入手，寻找解决这些复杂系统的有效方法，不断积累经验和知识，待条件成熟后再作概括性研究，

6、建立理论体系。(5)提出“所谓复杂性实际是开放的复杂巨系统的动力学，或开放的复杂巨系统学”。从一开始就把复杂性研究明确纳入系统科学范围，这是钱学森有别于国外学者的一大特点。,2023年11月19日,第9页,二、把复杂性当作复杂性处理,科学研究对象从简单性和简单系统转向复杂性和复杂系统，要求在方法论上实现根本的转变。经典科学相信客观世界本质上是简单的，复杂性是披在简单性之上的面纱。因此，在面对复杂的问题时，总是设法把复杂性简化掉，即把复杂性当作简单性处理，这样处理必然把产生复杂性的根源简化掉，得到的结果不再能够反映对象的固有特性。把复杂性当作复杂性处理，是复杂性研究的方法论原则。这并非否定复杂性

7、研究也需要简化，而是强调存在不同的简化路线或指导思想。复杂性问题要求性质不同的简化路线，即必须在保留系统产生复杂性之根源的前提下进行简化。普利高津提出“结束现实世界简单性”的命题，圣菲研究所要建立复杂性科学，目的都是强调把复杂性当作复杂性处理这个新的科学方法论原则。,2023年11月19日,第10页,鉴于复杂性尚无统一定义，我们先就几类特殊的复杂性来分别说明这个原则。(1)把非线性当作非线性处理。经典的简单性科学包含许多非线性问题，基本的处理办法是把问题线性化。线性化无疑把问题大大简化了，但同时也就把非线性产生的许多非平庸特性(如自激振荡、分岔、突变、混沌等)给简化掉了。必须采取全新的简化方法

8、，在保留非线性的前提下寻找描述非线性的简化方法。非线性科学就是把非线性当作非线性来研究的科学，也必须在把非线性当作非线性的前提下进行必要的简化处理。,2023年11月19日,第11页,(2)把远离平衡态当作远离平衡态处理。经典科学视平衡态为系统的唯一正常状态，把非平衡态理解为干扰因素造成的非正常状态，力求将平衡态下获得的结论线性地推广于非平衡态。普利高津发现，系统在平衡态及其附近只能表现出简单的平庸行为，在远离平衡态时才能够表现出各种非平庸的复杂行为。突破平衡态物理学观点的束缚，把远离平衡态当作远离平衡态处理，创立了耗散结构论，给自组织现象以深刻的理论说明。,2023年11月19日,第12页,

9、(3)把混沌当作混沌处理。简单性研究认为系统的定态只可能是平衡态或周期态，把非周期运动视为一种过渡态，随着系统逼近定态就会逐步消失。由于这种观念的束缚，尽管19世纪中叶以来的科学家不断接触到混沌现象，却总是把它们当作随机噪声。混沌学家摒弃了把混沌性简化为非混沌性来处理的惯用方法，承认确定性系统可能内在地产生出随机性，非周期运动也可能是系统的一种定态，并着手建立描述这种奇异行为的新理论。把混沌运动固有的不规则性、复杂性当作表面现象忽略掉。简化为规则的周期运动，或者当作随机扰动，是经典科学的方法论原则。其结果是把一般非线性系统固有的混沌运动人为地排除掉。从描述系统行为的非周期性人手，把混沌当作混沌

10、来处理，是混沌学的方法论原则。,2023年11月19日,第13页,(4)把分形当作分形处理。分形有两个基本特征，一是粗糙性(不规则性)，二是自相似性(部分与整体相似)。按照经典科学的方法处理，就是选定一个适当的尺度，把小于这个尺度的一切曲折性、不规则性忽略掉，化复杂的分形图形为至少是分段光滑的规整图形。这样做固然大大简化了问题，同时也就人为地消除了它固有的粗糙性和自相似性。芒德布罗反其道而行之，把粗糙性和白相似性当作这类对象的本质特征对待，即把分形当作分形来描述，创立了全新的分形几何学及其方法论。,2023年11月19日,第14页,(5)把模糊性当作模糊性处理。事物类属的不分明性即亦此亦彼性，

11、称为模糊性。对于模糊性，有两种截然相反的处理方法。经典的方法是强行划定界限，人为地使每个对象都有明确的类属，即把模糊性简化为精确性来处理。另一种方法是承认事物固有的模糊性，用元素对集合的隶属度逐步变化来反映事物从属于某类到不属于该类的逐步变化，以模糊集合作为模糊事物的基本数学模型。从方法论看，这就是把模糊性当作模糊性来处理。依靠这种科学方法论，札德(L.A.zadeh)创立了有深远影响的模糊理论。,2023年11月19日,第15页,在军事系统工程和航天系统工程成功实践的基础上，从1970年代末开始，钱学森努力把系统方法推广应用于社会生活各方面，提出建立和发展社会系统工程。但组织管理社会系统的社

12、会工程技术要比工程系统工程复杂得多，前者绝不是后者的简单推广。这里也需要在应用中坚持把复杂性当作复杂性来处理的原则，反对那种为建立漂亮数学模型而对实际问题作强制性简化的主观主义做法。从1986年春开始，在钱学森的倡议和指导下，组织了“系统学讨论班”的学术活动。围绕建立系统学这个中心目标，就与系统研究有关的学科理论，组织学术报告和讨论，分析这些理论的得失长短，同时还就方法论和方法问题进行了广泛探讨，努力寻找处理复杂性的可行方法。在这个讨论班上，钱学森发表了很多重要科学思想，提炼出很多重要概念，总结和概括出系统的研究方法，开放的复杂巨系统及其方法论就是其中之一。,2023年11月19日,第16页,

13、三、开放的复杂巨系统,随着社会经济、生态环境等系统成为研究对象，人们发现还存在比大系统的规模大得多的系统。1970年代末，钱学森在论述社会系统工程时指出：“这不只是大系统，而是巨系统，是包括整个社会的系统。”强调这类问题的范围之大和复杂程度之高是一般系统所没有的。这是学术界第一次提出巨系统概念。按照上述定义，系统规模是一个模糊语言变量，它的基本变量可以取任何正整数，规模小、规模大、规模巨大等是基本语言值。按照规模得到小系统、大系统、巨系统三个基本类别，只是一种模糊的分类，彼此之间不存在截然分明的界限。大体上说，由几个、十几个元素或子系统组成的是小系统，由上百个、上千个元素或子系统组成的是大系统

14、，如果元素或子系统数量极大，成万上亿，上百亿，万亿，那就是巨系统。,1、巨系统,2023年11月19日,第17页,组分数目多到巨型规模，就使系统的整体行为相对于简单系统来说可能涌现出显著不同的性质。巨系统通常有宏观与微观的层次划分，系统在这两个层次上的行为特性有性质上区别，这是不同于小系统和大系统的重要特点。巨系统是一个新的科学概念，代表系统思想的新高度，一种新的系统观点。对象性质的不同必然要求不同的研究方法。巨系统问题要求建立巨系统理论和方法。,2023年11月19日,第18页,巨系统在客观世界中广泛存在。不同巨系统之间在规模上仍可能有显著差别。在巨系统这个等级上，再按照系统规模来分类已无实

15、际意义，需要按照复杂性对系统进行分类。从系统结构看，一方面是系统组分和种类的多少，另一方面是系统组分之间关联关系的复杂程度和层次结构。在巨系统中，如果系统组分种类不多，相互关系又比较简单，应称为简单巨系统，如贝纳尔流和激光系统。简单巨系统，由于组分数量非常多，从组分间相互作用出发，直接综合成整个系统运动特性的处理方法是不行的。把亿万个分子组成的巨系统功能略去细节，用统计方法概括起来，取得了成功。这就是哈肯和普利高津建立自组织理论所用的方法，即从微观到宏观的统计综合方法。,2、复杂巨系统,2023年11月19日,第19页,在巨系统中，如果组分种类繁多(几十、上百、上千或更多)，并有层次结构，它们

16、之间的关联方式又很复杂(如非线性、不确定性、模糊性、动态性等)，这就是复杂巨系统。这类系统无论在结构、功能、行为和演化方面都非常复杂，在时间、空间和功能上都存在层次结构。人脑系统，由于记忆、推理和思维功能以及意识作用，其输入一输出反应特性极其复杂。其微观结构在细胞层次上正在逐步研究清楚，但在宏观层次上却涌现出思维、意识等极为复杂的整体功能，它的机制至今尚未探明。应把人脑作为复杂巨系统，把微观与宏观结合起来进行研究。系统理论和方法是发展的，不同类型的系统要用不同的方法。大系统理论不能用来解决巨系统问题，简单巨系统理论不能用来解决复杂巨系统问题。,2023年11月19日,第20页,系统研究强调系统

17、对环境的开放性。控制论等技术科学把开放性表述为系统的输入、输出和干扰；自组织理论把开放性表述为控制参量数对系统的影响和涨落的作用。但随着系统研究的深入发展，随着人类对工业文明造成的环境污染、资源匮乏、生态破坏的严重后果的认识，人们发现关于系统开放性的现有表述还很不够，有必要重新认识系系统与环境的关系，进一步发展系统科学的开放性理论。为此，钱学森等提出开放的复杂巨系统概念，积极探索建立开放的复杂巨系统理论。“开放的”新的内涵：,3、开放的复杂巨系统,2023年11月19日,第21页,(1)具有主动适应和进化的含义“开放的”不仅意味着系统一般地与环境进行物质、能量、信息的交换，接受环境的输入和扰动

18、、向环境提供输出，而且还具有主动适应和进化的含义。组成系统的个体或子系统，它们通过主动行为而获得信息，能够在行动中学习，积累经验，获得知识，主动地、适应地改变自己的行为，不断进步。这就使得子系统之间关系不仅复杂，而且随时间及情况不同有极大的易变性。在个体主动性适应基础上，形成整个巨系统在环境中的学习和适应性行为，因而系统的动力学特性也具有进化的含义，通过进化以更好地适应环境。,2023年11月19日,第22页,(2)重视系统行为对环境的影响“开放的”还意味着在分析、设计或使用系统时，要重视系统行为对环境的影响，把系统运行与保护环境结合起来考虑。从简单系统到大系统，再到简单巨系统，现有的各种系统

19、理论都只考虑环境对系统的塑造作用(而且作了极大的简化)，不提及系统对环境的塑造作用。处理开放的复杂巨系统问题时，必须同时考虑系统行为对环境的塑造，把系统发挥功能与保护环境结合起来，反对以牺牲环境为代价的系统优化，强调把系统优化与环境优化结合起来。这是系统思想的重大发展,2023年11月19日,第23页,(3)系统的动态性“开放的”还意味着系统不是既定的、不变的、完成了的，而是动态的和发展变化的，不断出现新现象、新问题，系统科学要求研究者必须以“开放的心态”对待问题。在开放的复杂巨系统理论的形成过程中，“巨”、“复杂”、“开放的”三个限制词是逐步加上的。从一般的系统概念中区分出巨系统概念，把巨系

20、统区分为简单的与复杂的两种，再强调系统的开放性，区分出开放的简单巨系统和开放的复杂巨系统(open complex giant system)，代表钱学森20年来系统思想的三次飞跃：一般系统巨系统复杂巨系统开放的复杂巨系统。,2023年11月19日,第24页,开放的复杂巨系统广泛存在于现实世界。例如，人脑系统、人体系统、社会系统、地理环境系统(指地球表层以上、同温层以下包括生物圈在内的广阔系统)和星系系统等，它们之间有如图8-1所示的嵌套关系。,4、几类典型的开放复杂巨系统,人脑,人体系统,社会系统,地理系统,星系系统,图8-1,2023年11月19日,第25页,今天，人类正在探索着从渺观、微

21、观、宏观、宇观到胀观5个层次时空范围的客观世界。宏观层次就是我们所在的地球，其中又产生了生命、生物，出现了人类和人类社会。开放的复杂巨系统分布在宏观及宏观以上的层次，宏观以下的层次属于盖尔曼所说的简单性问题，自然不是开放的复杂巨系统理论研究的对象。开放的复杂巨系统涉及到生物学、医学、地学、生态学、天文学和社会科学等学科领域。现在都可以概括在开放的复杂巨系统这一概念中，而且更加清晰更加深刻了。研究开放复杂巨系统不仅能推动这些不同学科理论的发展，还为沟通这些理论开辟了新途径。,2023年11月19日,第26页,在开放复杂巨系统中，社会系统是最复杂的一类，称为特殊复杂的巨系统。社会系统的微观组分是人

22、，人本身就是开放的复杂巨系统。这就使得社会系统具有其他复杂巨系统所没有的复杂性质。用系统观点研究和认识社会，提出社会系统概念，一方面是对社会实际的一种科学概括，另一方面有了这样的概念就为应用系统科学的理论、方法和技术去研究和解决社会问题提供了新的途径和方法，使它不同于现有的社会科学。社会形态是一定历史时期的社会经济制度、政治制度和思想文化体系的总称。把社会形态的概念和社会系统结合起来，尽管社会系统很复杂，“但从宏观角度看，这样复杂的社会系统，其社会形态最基本的方面有三个，这就是经济的社会形态、政治的社会形态和意识的社会形态。,5、社会开放的特殊复杂巨系统,2023年11月19日,第27页,经济

23、的社会形态指经济制度，包含社会生产方式(生产、分配、交换、消费方式)、经济制度等。政治的社会形态指社会政治制度，包含国家政权性质、管理体制、法律制度等。意识的社会形态指思想文化体系，包含哲学、宗教、伦理道德，以及教育、科技、文学艺术等。社会形态三个侧面相互联系、相互作用、相互影响，从而构成一个社会的有机整体，形成社会系统结构。经济的社会形态是基础，它决定了政治的社会形态和意识的社会形态；意识的社会形态不仅受经济的社会形态的影响，而且还要受政治的社会形态的制约。同时，意识的社会形态对政治的社会形态和经济的社会形态又有相对独立性和能动的反馈作用；政治的社会形态对经济的社会形态有强大的反作用。,20

24、23年11月19日,第28页,从社会进步和发展角度看，社会形态的三个侧面都处在不断运动和变化之中，而飞跃式的变化就是我们通常说的革命。经济的社会形态的飞跃是产业革命，政治的社会形态的飞跃是政治革命，意识的社会形态的飞跃是文化革命。社会形态的变化、飞跃就是社会革命，但社会革命可以由不同侧面所引起，而且具有不同性质。产业革命、政治革命和文化革命都是社会革命。人类社会的发展，从原始社会、奴隶社会、封建社会、资本主义社会、社会主义社会到共产主义社会，都是从政治的社会形态来说的。,2023年11月19日,第29页,从社会发展和建设角度看，相应于社会形态的三个侧面，也有三种文明建设，这就是经济建设即物质文

25、明建设，政治建设即政治文明建设，思想文化建设即精神文明建设。结合我国社会实际情况，钱学森提出我国社会主义建设的系统结构：(1)物质文明建设，包含科技经济建设、人民体质建设；(2)精神文明建设，包含思想建设、文化建设；(3)政治文明建设，包含民主建设、法制建设、政体建设；(4)地理建设，包含基础设施建设、环境保护和生态建设。国家和社会发展要受到所处地理环境的影响，这就是系统科学讲的系统与其环境的关系。社会系统的环境是地理系统，为使社会系统和地理系统协调发展，必须进行地理建设。,2023年11月19日,第30页,由于社会形态三个侧面相互联系，社会主义三个文明建设之间也相互联系、相互影响、相互作用。

26、地理建设为社会主义物质文明建设提供持续而稳定的物质基础和优良的环境条件，也就是当今全人类共同关心的可持续发展。按照系统理论，系统组分之间以及系统与环境之间只有相互协调，才能获得最好的整体功能。社会主义三个文明建设之间必须协调发展，形成良性循环，才能使我国社会主义建设的速度更快、效率更高、效益更大。四大领域建设协调发展需要科学的理论，又需要实践的技术。从理论方面看，首先是马克思主义哲学的指导作用，还需要有研究整个社会的学问社会学，研究经济的社会形态即物质文明建设的学问经济学，研究政治的社会形态即政治文明建设的学问政治学，研究意识的社会形态即精神文明建设的学问精神文明学，研究地理系统的学科地理科学

27、。,2023年11月19日,第31页,从实践角度看，四大领域建设是一项极为复杂的大规模工程。既然是工程，就不仅要有科学理论，还需要可操作的技术。改造自然界的工程有工程技术，但社会科学长期没有社会工程技术概念。1980年钱学森曾指出，社会科学家要和组织管理专业人员一起，要和自然科学家和工程技术人员协作，搞大规模的工程。这就不只是研究科学了，而是一门技术，可以称作“社会技术”。社会技术就是社会系统工程。社会系统工程是组织管理社会系统，以使四大领域、九个方面协调发展并取得长期的和最好的整体效益的工程技术，也是一项复杂的社会技术。总结我国50多年社会主义建设的经验和教训，人们终于认识到中国社会主义建设

28、是一项巨大和极为复杂的社会系统工程，改革开放也是一项庞大复杂的社会系统工程。改革开放以来，出现过“一手硬，一手软”的问题，经济、教育、科技文化和政治体制改革还不配套，部门之间还不协调等等。,2023年11月19日,第32页,四、从定性到定量综合集成方法,1980年代末，钱学森明确提出，处理开放的复杂巨系统的方法论是“从定性到定量综合集成方法”(以下简称综合集成方法)，后来又发展到“从定性到定量综合集成研讨厅体系”的实践形式(以下简称综合集成研讨厅体系)。这套方法论是从整体上研究和解决问题的方法，采取人机结合以人为主的思维方法和研究方式，对不同层次、不同领域的信息和知识进行综合集成，达到对整体的

29、定量认识。实践证明，这套方法论在应用中是有效的，而且必将随着应用的发展而不断发展。,2023年11月19日,第33页,1、综合集成方法的提出,1980年代初，结合现代作战模型的研究，钱学森提出处理复杂行为系统的定量方法学。这种定量方法学是半经验半理论的，是科学理论、经验和专家判断力的结合。人们寻求用定量方法学处理复杂行为系统时，容易注重于数学模型的逻辑处理，而忽视数学模型微妙的经验含义或解释。不如从建模的一开始就老老实实承认理论不足，而求援于经验判断，让定性的方法与定量的方法结合起来，最后定量。这样的系统建模方法是建模者判断力的增强与扩充，是很重要的。,2023年11月19日,第34页,198

30、0年代中，在钱学森指导下，系统学讨论班又进行了方法论的探讨，考察了各类复杂巨系统研究的新进展，特别是社会系统、地理系统、人体系统和军事系统4个方面：(1)在社会系统中，为解决宏观经济决策问题，在马宾等经济学家与当时航天部710所的联合研究中，由几百个变量和上千个参数描述的、定性与定量相结合的系统工程技术的应用研究；(2)在地理系统中，用生态系统、环境保护系统以及区域规划等综合探讨地理系统的研究和应用；(3)在人体系统中，把生理学、心理学、西医学、中医学和传统医学等综 合起来的研究；(4)在军事系统中，军事对阵系统和现代作战模型的研究。,2023年11月19日,第35页,在对这些研究进展进行提炼

31、、概括和抽象的基础上，1980年代末，钱学森提出处理开放的复杂巨系统的方法论是“从定性到定量综合集成方法”(meta-synthesis)。作为一门技术，又称为综合集成技术；作为一门工程，亦可称综合集成工程。在这些研究中，通常是科学理论、经验知识和专家判断力(专家的知识、智慧和创造力相结合，形成和提出经验性假设，如判断、猜想、方案等)。在自然科学和数学中，这类经验性假设一般是用严密逻辑推理和各种实验手段来证明其正确与否。这一过程体现了从定性到定量的特点。但它们用到的各种方法用来解决复杂巨系统问题时，由于复杂巨系统跨领域、跨学科、跨层次的特点，这些方法就显得力所不及了。,2023年11月19日,

32、第36页,对经验性假设又不能只停留在思辨和定性描述和议论上，那样还不能从整体上定量回答问题。解决办法：人机结合以人为主的思维方式和研究方式。根据整个系统的观测资料(统计数据和各种有关的信息资料)，建立包括大量数据的系统模型(充分利用现代数学工具和计算机的各种建模方法)，而这些模型必须建立在对系统的实际理解和经验上，以保证模型的合理性和精度要求。通过计算机仿真、实验和计算获得定量结果，同时充分利用知识工程和专家系统等人工智能技术、信息技术，以人(专家体系)为主实现人机结合与融合，进行知识的综合集成。知识包括科学的和经验的知识、理性和感性的知识、定性和定量的知识，实现从经验到理论、从定性到定量的优

33、化，达到整体的定量认识，从而对经验性假设的正确与否作出明确结论，这样的结论就是现阶段对客观事物认识的科学结论。,2023年11月19日,第37页,人机结合与融合：人脑信息加工与计算机信息加工的结合与融合。人脑和计算机都能有效处理信息，但两者有很大差别。人脑思维：一种是逻辑思维，是定量、微观的信息处理方式；另一种是形象思维，它是定性、宏观的信息处理方式。人的创造性主要来自创造性思维，它是逻辑思维和形象思维的结合，也就是定性与定量、宏观与微观相结合的信息处理方式。计算机技术的思维：确实能做很多甚至比人脑做得还好的事。但形象思维很差，至于创造思维只能依靠人脑了。以人为主的人机结合是把人脑的优势和机器

34、的优势都能充分发挥出来，优势互补。这个人机结合的系统在思维能力和创造性方面，比单纯依靠人(专家)要强，比单纯靠机器就更强，因而具有较强的处理复杂性问题的能力。,2023年11月19日,第38页,人机结合以人为主的思维方式和研究方式的实质是把专家体系、数据和信息体系以及计算机体系结合起来，构成一个高度智能化的人机结合系统。这个方法的成功应用，就在于发挥了这个系统的综合优势、整体优势和智能优势。它能把人的思维、思维的成果、人的经验、知识、智慧以及各种情报、资料和信息等通通集成起来，从多方面定性认识上升到定量认识。按照我国传统说法，把一个复杂事物的各个方面综合起来，达到对整体的认识，称之为“集大成”

35、的智慧，所以钱学森把这个方法称为“大成智慧工程”(meta-synthetic engineering)。这个方法体现了“精密科学”从定性判断到精密论证的特点，也体现了以形象思维为主的经验判断到以逻辑思维为主的精密定量论证过程。,2023年11月19日,第39页,从定性到定量综合集成方法的理论基础是思维科学，方法基础是系统科学与数学，技术基础是以计算机为主的信息技术，哲学基础是实践论和认识论。应用这个方法研究问题时，可以进行系统分解，在系统总体指导下进行分解，在分解后研究的基础上，再综合集成到整体，实现一加一大于二的涌现，达到从整体上严密解决问题的目的。从这个意义上说，综合集成方法吸收了还原论

36、和整体论的长处，同时也弥补了各自的局限性，它是还原论和整体论的结合。,2023年11月19日,第40页,2、综合集成方法的特点,现代科学技术不单是研究单个的事物、单个的现象，而是研究这些事物、现象发展变化的过程，研究这些事物相互之间的关系。今天，现代科学技术已经发展成为一个很严密的综合起来的体系，这是现代科学技术的一个很重要的特点。人类知识体系由三个层次的知识所构成：(1)经验知识、感性知识以及不成文的实践感受，即前科学。其特点是只知道是什么，还不能回答为什么。这部分知识对于我们是很宝贵的，也要珍惜。而且这类知识经过研究、提炼也将成为科学知识；(2)科学知识。其特点是，不仅知道是什么，还能回答

37、为什么。(3)哲学知识。哲学不仅是知识，还是智慧，特别是马克思主义哲学是人类知识的最高概括，也是人类智慧的最高结晶。,2023年11月19日,第41页,现代科学技术体系是一个相互联系、相互影响的有机整体。科学是认识客观世界的知识和学问，技术是改造客观世界的知识和学问。不同科学技术部门、不同学科、不同领域之间的相互交叉、结合与融合，就能大大增强我们认识世界和改造世界的能力。交叉科学、边缘科学不断地产生，也说明现代科学技术正向着综合和整体化的方向发展。在这个方向上，综合集成方法能发挥其重要作用。,2023年11月19日,第42页,(1)信息综合集成方法可以进行大跨度、大范围、不同层次的综合集成，产

38、生新知识、发现新规律、获得新认识。专家是智慧、知识和信息的载体，特别是专家们还掌握着丰富的经验知识以及不成文的感受。一个专家的知识和经验是局部的和片面的，但专家群体所掌握的知识和经验就比较全面了。这也说明了为什么在综合集成方法中需要有专家群体，要有知识结构合理的专家体系。计算机和计算机网络系统的海量存储能力，也可以存储大量信息和知识，特别是复杂巨系统的观测资料，如各种统计数据、各类信息资料，都可存储在计算机网络系统中，调用起来也很方便。但经验知识和不成文的感受目前还难以进入计算机系统之中。,2023年11月19日,第43页,信息是一切活动的基础。但有了信息未必就有了知识，有了知识未必就有了智慧

39、。综合集成方法对信息的综合集成可以获得知识，信息和知识的综合集成可以获得智慧。综合集成方法是人机结合的知识与智慧的生产系统，是知识生产力和精神生产力。它使我们由过去完全依靠人脑进行知识生产转变为人脑与电脑相结合的知识生产方式，这是人类的一大进步，也是当前这场信息技术革命对人类社会发展影响的重要方面。在社会系统中，对管理与决策问题的研究产生了管理科学与软科学，这些学科具有交叉性和综合性的特点。对决策者或决策机构来说，不仅有信息和知识方面的支持，还要有智慧方面的支持。因此，这类研究不仅有信息和知识含量，也应有智慧的含量，否则难于为决策者和决策部门起到参谋和咨询作用。从这个角度来看，这些学科的研究和

40、应用可以使用综合集成方法。,2023年11月19日,第44页,(2)综合集成方法的应用综合集成方法指出了解决复杂巨系统和复杂性问题的过程性以及过程的方向性和反复性。1)经验性假设这个过程是从提出问题和形成经验性假设开始。这一步是专家体系所具有的有关科学理论、经验知识和专家判断力、智慧相结合并通过讨论班的研讨方式而形成的，通常是定性的。这样的假设(猜想、判断、方案、思路等)是经验性的，是因为还没有经过精密的严格论证，并不是科学结论。从思维科学角度来看，经验性假设是以形象思维和社会思维为主。在研讨过程中，要充分发扬学术民主，畅所欲言，相互启发，大胆争论，把专家的创造性充分激发出来。,2023年11

41、月19日,第45页,2)严格论证精密的严格论证是通过人机结合、人机交互、反复对比、逐次逼近，对经验性假设作出明确结论。如果经验性假设是对的，这样的结论就是现阶段对客观事物认识的科学结论。如果经验性假设被否定，就需要对经验性假设进行修正，提出新的经验性假设，再重复上述过程。从思维科学角度来说，精密的严格论证以逻辑思维和辩证思维为主。在这个过程中，要充分应用数学科学、系统科学、控制科学、人工智能、以计算机为主的各种信息技术所提供的各种有效方法和手段，如系统建模、仿真、分析、优化等。近十多年来，这方面有许多新的发展。以系统建模为例，过去用的较多的是数学建模，现在计算机建模越来越受到重视。以规则为基础

42、的计算机建模，能描述的系统更加广泛，如圣菲研究所发展的SWARM就是这样的软件平台。,2023年11月19日,第46页,以社会系统中决策支持研究为例，说明综合集成方法的应用，用图8-2的框图表示。,图8-2,2023年11月19日,第47页,五、综合集成研讨厅体系,以计算机、网络、通信为核心的现代信息技术的发展，是一场技术革命，引起经济的社会形态飞跃发展，导致一场新的产业革命，钱学森称之为第五次产业革命。这场产业革命所涌现出来的各种高新技术，为综合集成方法的应用展现了广阔前景。结合系统学理论和人工智能技术的发展，钱学森又提出综合集成研讨厅体系的构想，这是综合集成方法运用的实践形式和组织形式。1

43、、综合集成研讨厅体系结构1992年，钱学森提出的综合集成研讨厅体系(Hall for Work Shop of Meta synthetic Engineering，简称HWSME)，是把下列成功的经验汇总和升华了：(1)几十年来世界学术讨论的seminar经验；(2)从定性到定量综合集成法；,2023年11月19日,第48页,(3)C3I及作战模拟；(4)情报信息技术；(5)人工智能；(6)灵境(Virtual Reality)技术；(7)人机结合的智能系统；(8)系统学；(9)第五次产业革命中的其他技术。人机结合，是人机优势互补的结合，人与机尚未合一。而由灵境技术开始的这种结合则是融合，是

44、更高层次的人机结合。,2023年11月19日,第49页,研讨厅体系可以看作由三部分组成：以计算机为核心的机器体系，专家体系，知识体系。其中专家体系和机器体系是知识体系的载体。这三个体系构成高度智能化的人机结合体系，不仅具有知识与信息采集、存储、传递、调用、分析与综合的功能，更重要的是具有产生新知识和智慧的功能，既可用来研究理论问题，又可用来解决实践问题。建设研讨厅按照分布式交互网络和层次结构组织起来，就成为一种具有纵深层次、横向分布、交互作用的矩阵式研讨厅体系，为解决开放的复杂巨系统问题提供了规范化、结构化的形式。,2023年11月19日,第50页,综合集成方法和研讨厅体系遵循科学和经验相结合

45、、智慧与知识相结合的途径，去研究和解决开放的复杂巨系统问题。从这个角度来看，综合集成研讨厅体系本身就是个开放的、动态的体系，也是个不断发展和进化的体系。2、总体设计部应用从定性到定量综合集成方法的集体称为总体设计部。应用综合集成方法(包括综合集成研讨厅体系)必须有总体设计部这样的实体机构。如果说综合集成方法是研究开放的复杂巨系统的方法论，那么总体设计部是实现这个方法论所必须的体制和机制，两者是紧密结合在一起的，不同于传统科学研究中的个体研究方式。,2023年11月19日,第51页,从应用角度来看，总体设计部由熟悉所研究系统的各个方面专家组成，并由知识面比较宽广的专家负责领导，应用综合集成方法(

46、或综合集成研讨厅体系)对系统进行总体研究。总体设计部设计的是系统的总体方案和实现途径。它把系统作为它所属的更大系统的组成部分来进行研究，对它们所有要求都首先从实现这个更大系统相协调的观点来考虑；总体设计部把系统作为若干分系统有机结合的整体来设计，对每个分系统的要求都首先从实现整个系统相协调的观点来考虑，对分系统之间、分系统与系统之间的关系，都首先从系统总体协调的需要来考虑，进行总体分析、总体论证、总体设计、总体协调、总体规划，提出具有科学性、可行性和可操作性的总体方案。,2023年11月19日,第52页,总体设计部概念是从我国研制“两弹一星”的总体设计部演化过来的，后者对“两弹一星”的研制成功发挥了非常重要的作用。它的实践也证明了这种现代化的系统组织管理和决策支持体制、机制与方法的科学性、可行性和有效性。总体设计部不仅适用于工程系统，同时也适用于复杂巨系统，特别是社会系统。当然，在用于社会系统时，总体设计部的理论方法和技术以及体制和机制都有了很大的实质性发展，不是简单的重复和推广，但它们的功能是相似的。钱学森曾提出建立社会主义建设总体设计部及其体系的思想，这是关系到决策科学化、民主化、程序化和管理现代化的大问题，是对系统的决策支持体制与机制的一种改革，具有很强的实践性和现实性，同时又有深刻的理论背景以及现代研究方法的科学性，因而受到中央领导的高度评价和充分肯定。,