1.1 系统论的基本原理

1.1.1 系统思想与系统的概念

系统一词最早出现于古希腊语中，原意是指事物中“共同”部分和每个事物应“给以位置”，也就是部分组成整体的意思。

其实系统的思想源远流长，古代朴素的系统观的萌芽，不仅体现在各种科学技术的成果中，而且在各种哲学著作中也有丰富多彩的内容。

东方的系统思想，或者说整体思想，是中国传统思维方式的一个重要特点，这种传统的整体思维方式在中国古代哲学、管理、医学、农业等领域都有突出的表现。

早在中国殷商时代，人们就开始了系统思考与实践。3000多年前的《周易》（公元前11世纪）中已经有了朴素系统观的表述。首先，《周易》把世界看成一个由基本要素组成的系统整体，并提出了八卦，八卦重叠成64卦，形成了概括天地间万事万物的世界体系；其次，《周易》把世界看成是一个由基本矛盾关系所规定的整体，是一个动态的循环演化的系统整体。中医一直认为人体是一个整体，特别是把人看成是自然界的一个组成部分，并提出了“天人相应”的医疗原则。道家（公元前500年）认为“道”是事物之本原，又是事物的法则，而且处于自发的不断运动之中。道家的系统思想，特别是关于系统自发自组织的思想受到了当代系统思想家的重视。

“天人合一”的整体宇宙观是中国传统文化观念的特点之一。这种宇宙观认为主体和客体是统一的，人是宇宙整体中的一部分，自然与人类有统一性。“太极”就体现这种思维方式。所谓太极，也就是太一。这里的“一”是哲学意义上的“一”，是整体的一。太极的两仪象征万事万物由阴阳两气构成，两气相互调和、消长，形成万事万物。

在中国古代农业方面，最突出的是水利建设的灿烂明珠——都江堰工程，历经2200多年，至今仍在发挥作用。它的设计、建造无不体现了系统工程的思想。

同样，古希腊、罗马时期，在农业生产、冶金、建筑、天文地理、医学等领域都表现出丰富的系统思想。亚里士多德曾经指出“整体大于它的各部分之和”。

科学发展到20世纪以后，系统思想逐渐从潜意识变成系统的理论。美籍奥地利理论生物学家贝塔朗菲（Ludwig Von Bertalanffy）的一般系统论提出是系统论创立的标志。20世纪20年代，从批判当时生物学中流行的机械论和活力论观点出发，贝塔朗菲提出生物学的机体论概念，强调把有机体作为一个整体或系统来考察，这是一般系统论的萌芽。更进一步，他于1937年在美国芝加哥大学提出了一般系统论的概念，但因受到压力而未发表，直到1945年才正式发表。在1968年出版的《一般系统论的基础、发展和应用》一书中，贝塔朗菲更加全面地论述了动态开放系统的理论。该书被公认为一般系统论的经典著作。一般系统论有下列三个基本观点：

①整体观点。即指一切有机体都是一个整体，有机体是“相互作用的诸多要素的复合体”，其性质取决于复合体内部特定的关系。

②动态观点。即指一切有机体本身都处于不断的运动状态。生命系统本质上都是有机体，与环境不断地进行物质与能量的交换，并在一定条件下保持其自身的动态稳定性。

③层次观点。即指各种有机体都按严格的等级组织起来。它们都具有一定的结构，这使有机体保持有序性，从而使有机体具有特定的功能。系统就是由结构和功能组成的统一体。

到目前为止，关于“系统”的定义，虽然人们对“系统”的理解基本上没有什么异议，但还没有一个统一的确切的定义，对系统的定义依照学科不同、使用方法不同和所要解决的问题不同而有所区别。

中国系统科学界对系统的通用定义是钱学森提出的。系统具有以下特点：由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机整体，而且这个“系统”本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。具体地说，系统具有以下特点：由两个或两个以上要素组成；各要素间相互联系，使系统保持稳定；系统具有一定结构，保持系统的有序性，从而使系统具有特定的功能；系统总是在一定的环境中运行，环境是一种更高级、更复杂、更大的系统。

1.1.2 系统的特征

根据系统的定义，可以归纳出系统的如下特性：

1．集成性

系统是由两个或两个以上要素组成的集合，系统并非其要素简单的堆积，而是要素间的复杂关系所构成的有机结合。系统的要素之间的关系服从于某些法则，从而使系统有序。只有一个要素的系统是没有意义的，这个要素本身就是一个系统。

2．整体性

系统是一个整体，它追求的是整体最优，而不是每个要素最优。一个系统的整体效果并不等于其各个要素的效果的简单相加。如果要素间配合得好，一个系统的整体效果应大于其各要素的效果之和；反之，一个系统的各个子系统都达到了最优的目的，未必一定能使整个系统的效果达到最优。因此，只有通过系统内部关系和外部关系相互协调，才能达到系统的整体功能，才能保证系统整体向最优方向发展。

3．目的性

系统必须具有特定的功能，要素的结合是实现系统的功能，因此具有目的性。系统中各要素的地位和作用是不尽相同的，每个要素也有自己的目的，这些要素的目的有时并不是单一的、一致的，可能有冲突。系统就是通过协调各要素的目的，从而达到系统整体的目的。

4．相关性

任何系统的要素之间、要素与整体之间以及整体与环境之间都是相互联系的，系统相关性使得系统的内部和外部形成一定的结构与秩序。将没有联系的要素放在一起不可能成为系统。系统的相关性可以看做是其中所有关系的集合。因为复杂的关系可以看做是二元关系的拓展，所以对系统中要素之间的关系也可以用简单的二元关系来描述。

5．层次性

系统与要素的概念是相对的，它们处于不同的等级，系统包含要素。一个系统总是隶属于包含它的更大的系统，前者就是后者的一个要素。要素也可称为子系统，子系统是隶属于系统的系统。系统的层次性表明系统的结构可以用树状结构来表示。

6．对环境的适应性

系统总是在一定的环境中运行。系统是在与环境进行物质或信息交换中不断进行自我调节，因此具有适应性。

环境是指存在于系统以外的事物（物质、能量、信息等）的总称，也就是说，系统的所有外部事物就是系统的环境。环境是一种更高级、更复杂、更大的系统。在某些情况下，环境会限制系统功能的发挥，是系统的限制条件，或称为约束条件。

环境的变化对系统有很大的影响，系统与环境是相互依存的，系统通过调节系统内各要素之间的相互关系与系统与外部的关系，来达到对环境的适应，同时通过系统输出影响环境。能与外部环境保持最佳适应状态的系统是理想的系统，才能生存和壮大。不能适应环境变化的系统是难以生存的。

1.1.3 系统的模式

系统是相对于外部环境而言的，外部环境对系统的作用表现在对系统的输入，系统在特定环境下对输入进行必要的转化处理后，新产生了输出。把输入转变成输出，就是系统功能。因此系统可理解为把输入转换为输出的转换机构。输入、处理、输出是系统的三要素。外部环境因资源有限、需求波动、技术进步以及其他各种因素变化的影响，对系统加以约束或影响，称为环境对系统的限制或干扰。此外，输出的结果不一定是理想的，可能偏离预期目标，因此，要将输出结果的信息返回给输入，以便调整和修正系统的活动，这称为反馈。根据以上关系，系统的模式如图1-1所示。