系统科学的对象是什么?
系统科学是以系统为对象的科学。所谓系统是在要素与要素之间关系的结构中认识对象时的词语。
根据这个定义,世界上包罗万象的事物都成为系统。在据说存在着夸克及其构成要素的前提下,基本粒子也成为系统。太阳系、银河系和整个宇宙也是系统。在这里,作为词语,它并没有意义。因为“包含一切的东西是什么东西也没有包含的”。因此,必须稍为加以限制。
假定以系统科学为对象的系统,就是组织化的复杂系统。所谓组织化,它意味着全体达成任何目标的要素和它们之间的关系在内部或外部受到规定。所谓复杂,是指:(1)要素是系统,即系统具有层次的结构;(2)要素之间的关系是多元的,其一方或两方都可以成立。理由在于:这样的限定作为系统科学对象的系统,如图1所示,并不存在包括这个领域的传统的学问领域,而且,在这样的系统中存在着系统科学的基础。
系统科学为什么能够成立?
组织化的复杂系统是无数的,各种系统是千差万别的。为什么系统科学能够获得普遍性并成为科学呢?这是由于:一切种类在某种意义上是同形的,在这种同形性之下,这些系统都是同值的。
在认识要素和它们之间关系的情况下,系统的同形性表现于下列三个方面:
(1)支配要素属性的规律是同形的;
(2)要素之间的关系、即系统的结构是同形的;
(3)要素属性通过系统的结构而作为系统属性被发现的过程是同形的。
这些同形性的存在,逻辑上不能得到证明,只能作为经验事实而得到承认。在外表上和机能上完全不同的几种系统之间,在记述属性的数学表现上存在着令人惊奇的类似性,这是研究者共同的体会之一。
为什么会存在这样的同形性呢?这可分三点来说明:
(1)正如亚里士多德所说的,某个进化产生了几种有用的可能性,同时也存在其他无数可能性。
(2)即使十分复杂的系统,也是由于非常简单的原理进化而成的。人类似乎是生存竞争原理中的一个顶点。
(3)人类有限的认识和处理的能力限制了认识和表现的方法,结果,可以认为同形性是存在的。
在上述理由的(1)(2)两点中,在存在同形性方面,进化即组织化是根本的。由于系统科学把它的对象限定于组织化的复杂系统,所以,就奠定获得作为这种科学的普遍性的基础。
如注意在广义范围的系统中成立的同形性,则由此产生的系统科学的见解就是可以广泛地适用的;如注意狭义范围的系统中成立的同形性,则适用范围较狭,但一般可以获得深刻的见解。如能获得广泛而深刻的见解,则下列几点是重要的。
系统科学怎样发展起来?
无论什么系统,在某种意义上说,与其他系统是局形的,同时,在其他意义上又不是同形的。一般地说,具有这种系统所固有的个别特殊性。正因为如此,所以能够把这种系统同其他系统区别开来而加以认识。问题在于,系统科学怎样对待这种个别性。在这一点上,在过去的科学中,人类所获得的经验是有用的。Von Neumann和Morgenstern说过:“物理学研究者通常不是追求如此高不可攀的目标,而是处理‘时机成熟’的特殊问题。物理学家研究个别的问题,……无论是什么科学,伟大的进步之所以产生与最终目标相比,总是在研究谨慎的问题方面……。”这就是说,当追求某个系统的个别问题而获得某一种见解,在新的同形性中发现是普遍问题时,系统科学就得到发展。
因此,系统科学通过图2所示的循环而发展,即:
(1)系统科学以对象所具有的与其他系统的同形性作为根据,以基于这种同形性的普遍的方法论作为武器而接近对象。
(2)认识对象所具有的个别性,开创解决这种个别问题的方法。
(3)探索这种个别问题在什么同形性的情况下可以通过其他系统而成为普遍问题(回到第一项)。
相信经常可能有这种发展的乐观主义,是研究系统科学的心灵支柱。某个系统与其他系统“不同”的认识,只有在具有“相同”的认识时才是可能的。这一点也是以同形性为基础的系统科学的存在意义。
牛顿以后的近代科学:正如在物理学中看到的典型那样,由于把对象反复地分解为要素,在相信可以得到统一观点的意义上,是还原主义。科学应该根据这一点在纵的方面考虑对象而保持一体性。但是,在这种接近法中,不能解释通过要素之间的关系所发现的整体的属性。生命体就是这种典型。生物学家Bertalanffy成为一般系统理论的提倡者,不是偶然的。
由于系统科学把重点放在要素的结合上,而把它看作对象,就发现了许多不同系统之间的共同原理,解决了问题。这也许应该称为新的还原主义,但为了区别起见,不妨称之为展望主义。目前的科学应该确保通过展望主义而在横的方面把不同对象结成一体。
系统科学的构成是什么?
作为科学的系统科学,不仅必须具备上述概念,而且必须具备理论体系和以它为基础的方法论。在这种观点上,系统科学的构成如图3所示。
系统概念的级已如上述。这种级是以系统科学的发展为动机而提供接近法的指针。Bertalanffy、Boulding的著作是这一级的名著。
一般系统理论是以系统概念作为严密的理论而展开的级。通过公理而规定要素的集合与在它上面引入的关系,确保通过一切系统的同形性,尽量获得对系统的深刻理解。为了保持适用于一切系统的普遍性,而且展开具有某些意义的理论研究,必须做到下列各点:
(1)像逻辑推论那样具有公理论的数学表现;
(2)不仅对记述系统的特性是有用的,而且可以记述与系统有关的问题,获得解决问题方面的可能预测;
(3)不是把系统加以分类,对其中一种系统展开理论研究,而是系统在这种理论中具有意义并实行分类。
在这一级中,在一切系统所共有的同形性中,可以通过各种着重点而构成不同的理论体系。
要素的输出入关系,通过要素间的关系而成为系统的输出人关系,根据这个观点,以系统的追求目标与要素的追求目标发生关联作为中心,构成理论体系,这是Mesarovic等的一般系统理论的体系。
重视系统的状态转移,作为状态转移机械而掌握系统的是Mymore等的体系。
根据系统的类型和特征,把系统加以分类,弄清楚系统的全貌的是Klir等的一般系统理论。
根据同形性观点把系统加以分类,使一般系统理论体系化(system of the general systems theory)方面的数学武器,是范畴理论。
目前,一般系统理论,可以说是到达了根据对系统的统一观点而理解预测的阶段,成为推进系统的分析和合成方面的有效方针。
系统理论各论是通过限定系统的范围,或是限定应该进行作业的范围,构成处理系统方面具体而且有用的理论的一级。这一级的理论,与其说是适应系统科学体系中的要求而构成的,不如说是适应需要而采用的有用理论。把哪种理论分成个别的系统理论是没有意义的,甚至可以说是有害的。因为,为了解决与系统有关的问题,应该动员我们所具有的一切知识。
系统结构的认识:数量化理论、图解理论。
模型的构成:统计的检查推断,模型的推断、固定和实现的各种理论。
系统中信息的流通:控制论、信息论。
意志的决定:决定论、竞争论数理计划。
系统的分析、计划、设计和运用等方面发生的具体问题,逐一地通过援引这些理论而被规定为公式,提供解决这些问题的程序。
系统方法论是对成为对象的系统设立目标,为了进行分析、计划、设计和运用而集中所能运用的具体手段的一级。这可分为程序和手法两点。
程序是把处理系统方面的具体手续实行体系化。这具有作为经验集成的意思,具有在进行作业时避免发生过失的、作为手册或点名簿的性质。所谓宇宙开发方面成功的代表作的系统工程领域,可以看作适应这个部分。
手法也可以说是在进行程序方面适用于对象的方法和工具,其中包含把上一级的系统理论具体化到算法的数理方法,积极援引人类的知识、经验和理解力的所谓“软手法”。最近还有结合这两者的方法,即列入数值计算的部分委托计算机进行,不列入数值计算的部分则列入人类的判断,作为人 - 机系统而积极地研究解决问题的对话型方法。
这一级也是应该从其他领域贪婪地采纳必要手法的级。在这一级之下,系统科学和其他学问领域的界限趋于消失,仅存在对象和应该解决的问题。
向对象的系统处理法是把系统科学的见解和关于对象本身的见解集中起来解决问题的级。它是运用系统科学的场所,同时是系统科学得以发展的场所。
在这一级,使系统科学与医学相适应具有深远意义。医学以人类生物学的同形性为基础,把诊断处理方法作为对任何患者也能适用的普遍方法而产生出来。但是,在临床上,医生需要把患者逐一地分别进行适当的诊断和处理。因为患者分别具有个性,与正常人是不同的。必须认识各个系统的个别性,从中获得解决问题的适当方法。采用划一的机械的系统方法,反而会发生危险。
(日本《数理科学别册》:《现代数学》,1977年)