不懼過(guò)往，不畏將來(lái)！11-23 09:45
一
系統(tǒng)科學(xué)的研究背景
如今，信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的革命已經(jīng)在很大程度上改變了我們的社會(huì)。眾所周知，我們現(xiàn)在的幸福生活依賴于工業(yè)革命。第一次工業(yè)革命以改進(jìn)蒸汽機(jī)為代表，讓人們能利用礦石和熱力作為能源；第二次工業(yè)革命以應(yīng)用電力為代表，讓人們使用電力。這兩次工業(yè)革命改變了每個(gè)人的能力，讓人們不再只依靠手和腳勞動(dòng)，而是使用機(jī)器代替手工，大大提高了勞動(dòng)效率。但是第三次工業(yè)革命，即以信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為突破的新一代工業(yè)革命，它改變的不再是我們每個(gè)人的能力，而是關(guān)系，它改變了人和人之間的關(guān)系、物和物之間的關(guān)系以及人和物之間的關(guān)系。
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)推動(dòng)下的科技創(chuàng)新導(dǎo)致關(guān)系的改變，真正帶來(lái)的是社會(huì)中系統(tǒng)性和復(fù)雜性的特征體現(xiàn)，這樣的變化必將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)過(guò)去三四十年的變化。例如，三四十年以前，學(xué)生來(lái)北京上大學(xué)，生活費(fèi)缺乏，找父母要錢寫(xiě)封信寄回去得一周，父母準(zhǔn)備好錢再寄回來(lái)又得一周，這樣導(dǎo)致學(xué)生這半個(gè)月的生活拮據(jù)。但是現(xiàn)在完全不同，缺錢花了，一個(gè)微信紅包就可以解決。因此，關(guān)系的改變使人們的生活完全不同。
圖1 系統(tǒng)科學(xué)研究的領(lǐng)域是多樣的
在這樣的時(shí)代背景下，社會(huì)也遇到了方方面面的問(wèn)題。比如，分析國(guó)際、國(guó)內(nèi)的事件可以看成是簡(jiǎn)單的獨(dú)立事件，但是，更深層次的結(jié)構(gòu)方面的問(wèn)題在系統(tǒng)角度是需要認(rèn)真思考的。每個(gè)人觀察這些事的角度和觀點(diǎn)都不同，因此不同的人看到社交平臺(tái)上推送的文章的深度也都不一樣。
其實(shí)所有這些事都需要建立系統(tǒng)思維，也就是說(shuō)，現(xiàn)在信息技術(shù)的變化，使地球真正的成為了一個(gè)地球村。方方面面的關(guān)聯(lián)，使得任何人和事都不再獨(dú)立，而是有了千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。這樣一個(gè)系統(tǒng)性的變化已經(jīng)非?，F(xiàn)實(shí)地呈現(xiàn)在社會(huì)中。全局性、系統(tǒng)性、復(fù)雜性已然成為了新世紀(jì)信息社會(huì)的基本特征。
二
系統(tǒng)科學(xué)的基本概念
1.協(xié)同學(xué)
協(xié)同學(xué)使用的基本概念主要有:競(jìng)爭(zhēng)、協(xié)同、序參量和伺服。
競(jìng)爭(zhēng)、合作或協(xié)同是協(xié)同學(xué)的基本概念。但是在協(xié)同學(xué)中, 哈肯主要強(qiáng)調(diào)了協(xié)同。實(shí)際上, 競(jìng)爭(zhēng)是協(xié)同的基本前提和條件, 它也大量地反映在哈肯的著作中, 如大量氣體分子的系統(tǒng)中, 分子之間的頻繁碰撞；化學(xué)反應(yīng)中不同反應(yīng)物之間的反應(yīng)過(guò)程存在大量的反應(yīng)物分子之間的競(jìng)爭(zhēng)；生態(tài)系統(tǒng)中各個(gè)物種之間的相互競(jìng)爭(zhēng)——種內(nèi)和種間競(jìng)爭(zhēng)；社會(huì)的各個(gè)集團(tuán)之間的斗爭(zhēng)；甚至思想、概念形成過(guò)程中, 同樣存在不同思想、方法和概念之間的相互交流、批評(píng)和其他形式的競(jìng)爭(zhēng) (如學(xué)派、觀點(diǎn)之爭(zhēng)、科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的競(jìng)賽) 。競(jìng)爭(zhēng)是系統(tǒng)演化的最活躍的動(dòng)力。這是因?yàn)? 系統(tǒng)內(nèi)部諸要素或系統(tǒng)之間的競(jìng)爭(zhēng)是永存的, 它雖然依條件不同可大可小, 或強(qiáng)或弱，但由于運(yùn)動(dòng)的永恒, 系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)子系統(tǒng)之間的差異就是永恒的, 因而它的存在和演化是永恒的。
協(xié)同概念在協(xié)同學(xué)中占據(jù)更重要的地位。哈肯多次強(qiáng)調(diào)協(xié)同學(xué)就是一門研究各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域中關(guān)于合作、協(xié)作或協(xié)同的學(xué)說(shuō)。所謂協(xié)同, 按照哈肯的觀點(diǎn), 就是系統(tǒng)中諸多子系統(tǒng)的相互協(xié)調(diào)、合作或同步的聯(lián)合作用, 集體行為。自組織系統(tǒng)演化動(dòng)力來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部的兩種相互作用:競(jìng)爭(zhēng)和協(xié)同。子系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)使系統(tǒng)趨于非平衡, 而這正是系統(tǒng)自組織的首要條件, 子系統(tǒng)之間的協(xié)同則在非平衡條件下使子系統(tǒng)中的某些運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)聯(lián)合起來(lái)并加以放大, 從而使之占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位, 支配系統(tǒng)整體的演化。
序參量概念和伺服概念是協(xié)同學(xué)的兩個(gè)中心概念。序參量和系統(tǒng)內(nèi)部大量子系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的相互作用過(guò)程就是伺服過(guò)程, 即大量子系統(tǒng)先產(chǎn)生序參量, 后伺服于序參量的過(guò)程。
哈肯在建立協(xié)同學(xué)的過(guò)程中, 逐漸建立了協(xié)同學(xué)研究的兩類重要方法。一類方法與傳統(tǒng)分析方法的基礎(chǔ)類似, 即從分析微觀組分和變?cè)? 這被稱為協(xié)同學(xué)微觀方法, 其中當(dāng)然也存在一些不同傳統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析的方法創(chuàng)新；另一類方法則借助熱力學(xué)的唯象方法思想, 從信息角度研究系統(tǒng)演化過(guò)程走向有序過(guò)程中的信息增殖現(xiàn)象, 這被稱為協(xié)同學(xué)的宏觀方法。
協(xié)同學(xué)微觀方法論中最成功、也是最核心的方法就是哈肯從物理學(xué)熱力學(xué)借用過(guò)來(lái)的絕熱方法。而哈肯借用的絕熱方法, 則成為協(xié)同學(xué)簡(jiǎn)化問(wèn)題的關(guān)鍵。而絕熱方法的運(yùn)用, 則使得哈肯得到了一個(gè)重要原理, 即伺服原理。兩者的運(yùn)用成為交相輝映的、相互促進(jìn)的思想和方法。
合作問(wèn)題是協(xié)同學(xué)研究的一個(gè)重要問(wèn)題, 協(xié)同學(xué)已經(jīng)證明通過(guò)子系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)相互作用可以產(chǎn)生協(xié)同。在社會(huì)領(lǐng)域, 人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些有關(guān)合作如何產(chǎn)生的重要特性, 一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題是:在一個(gè)沒(méi)有核心權(quán)威的利己主義世界中如何產(chǎn)生合作?這方面的著名研究即所謂的“囚徒困境”研究和R·阿克塞爾羅德對(duì)此問(wèn)題組織的計(jì)算機(jī)模擬研究。
2.耗散結(jié)構(gòu)理論
一個(gè)非常著名的實(shí)驗(yàn)，是普利高津研究耗散結(jié)構(gòu)論指出的一個(gè)現(xiàn)象?？紤]拿一個(gè)薄容器，比如一個(gè)托盤、一個(gè)實(shí)驗(yàn)品，往上面倒一層薄液體，使它平鋪開(kāi)，然后用火在托盤的底部加熱，一個(gè)重要的條件是，盡可能的保證受熱均勻，不能產(chǎn)生不均勻現(xiàn)象。此時(shí)水分子就會(huì)往上流。開(kāi)始時(shí)，底部和上部的溫差不太大。熱的傳遞有三種方式：輻射、對(duì)流、傳導(dǎo)。開(kāi)始時(shí)，要釋放掉熱，只能通過(guò)傳導(dǎo)的方式釋放，相當(dāng)于底部的水分子，受熱以后，便互相亂撞、亂跑，因?yàn)樗肿佑袩?、有能量，于是水分子通過(guò)碰撞，把能量傳遞給另一個(gè)水分子。另一個(gè)水分子受熱以后，又撞、又傳，用這種方式把熱從底部傳到上部，即熱傳導(dǎo)。但這種傳遞方式實(shí)際上是比較沒(méi)有效率、比較慢的，因?yàn)檎饎?dòng)導(dǎo)致能量不集中。
但當(dāng)加熱到一定程度之后，溫差達(dá)到一定閾值，便會(huì)發(fā)生相變，即在此時(shí)水分子獲得熱量之后，不會(huì)再把熱傳導(dǎo)給另一個(gè)水分子，而是自己運(yùn)動(dòng)起來(lái)。水分子受熱以后，就到另一個(gè)地方，通過(guò)水分子運(yùn)動(dòng)的方式把熱釋放出去。于是大量底部的水分子受熱就往上運(yùn)動(dòng)，而上部的水分子冷卻就往下運(yùn)動(dòng)，在液體的豎直剖面上，這一上一下那些水分子便形成蛋卷一樣的模式，每個(gè)蛋卷從上往下看時(shí)，就看見(jiàn)六角格的模式。
圖2 水分子六角格模式
六角格被認(rèn)為是一種宏觀有序狀態(tài)。因?yàn)榱歉癖旧眍愃凭w，這種晶體具有對(duì)稱性結(jié)構(gòu)，對(duì)稱性就是一種秩序。另外六角格又是一個(gè)周期排列，這個(gè)周期性可以理解為一個(gè)空間的平移對(duì)稱性，它又是一種序。所以說(shuō)它是一個(gè)自發(fā)的產(chǎn)生有序的狀態(tài)。
由此可以看到，一旦系統(tǒng)開(kāi)放起來(lái)，它就有這種自發(fā)產(chǎn)生秩序的可能性。從這樣一個(gè)圖景而言，更完整的熱力學(xué)第二定律，或者廣義的，適用于開(kāi)放系統(tǒng)的熱力學(xué)第二定律，表述為：任何一個(gè)物理演化，過(guò)程都會(huì)產(chǎn)生熵。
假如把人當(dāng)成一種熱力學(xué)系統(tǒng)，其實(shí)人身體里的每個(gè)細(xì)胞的每個(gè)化學(xué)反應(yīng)、每個(gè)運(yùn)動(dòng)，都在產(chǎn)生一種熵，一種廢料。但另一方面，這個(gè)系統(tǒng)又通過(guò)開(kāi)放，跟外界能量物質(zhì)的交換，可以不斷地把熵釋放出去，比如出汗、進(jìn)食，當(dāng)然進(jìn)食是往里流，但流進(jìn)來(lái)的是一種秩序，一種信息，反過(guò)來(lái)講，它實(shí)際上是耗散，將熵往外流。所以一方面是體內(nèi)不斷地產(chǎn)生廢料，另一方面通過(guò)體表，通過(guò)這些器官的新陳代謝，把熵釋放出去。一邊產(chǎn)生一邊釋放，兩者之間就會(huì)有一個(gè)流速差，此時(shí)對(duì)比哪一個(gè)流速更大。如果產(chǎn)生熵的流速更大，整個(gè)系統(tǒng)由熱力學(xué)第二定律的作用就會(huì)不斷產(chǎn)生無(wú)序，不斷衰敗下去；反過(guò)來(lái)，如果往外釋放的熵快于內(nèi)部產(chǎn)生的熵，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生有序，如上述提到的溫差閾值，往外釋放的快，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生有序。
人體恰恰是這樣。在青壯年之前，熵產(chǎn)生的速度小于有序增加的速度，所以人變得越來(lái)越有序，越來(lái)越壯年，發(fā)展越來(lái)越好。但到后半程，這時(shí)人就開(kāi)始走下坡路，實(shí)際是熵產(chǎn)生的太多，釋放不過(guò)來(lái)。所以兩者的競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致了萬(wàn)千世界的復(fù)雜現(xiàn)象。這就涉及到一個(gè)非常重要的概念——耗散結(jié)構(gòu)。
系統(tǒng)產(chǎn)生有序的必要條件是開(kāi)放。系統(tǒng)如何開(kāi)放？開(kāi)放意味著有能量、物質(zhì)、信息的交換，即系統(tǒng)和外界有一種流通、流動(dòng)。但要保證跟外界有流通和流動(dòng)，再看系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)，由于內(nèi)部又能不斷切分成一個(gè)個(gè)子系統(tǒng)，便會(huì)發(fā)現(xiàn)這些子系統(tǒng)也必然會(huì)與它的內(nèi)部的環(huán)境有物質(zhì)流通，即流動(dòng)。于是整個(gè)系統(tǒng)就必然是一個(gè)不斷流動(dòng)的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)就稱為耗散結(jié)構(gòu)。例如：去小河邊度假，蹲在小溪旁邊，會(huì)發(fā)現(xiàn)只要水流的流速是常速度，水波紋實(shí)際上是個(gè)固定形狀，幾乎不變。所以這時(shí)盯著水波紋看，就能體會(huì)什么是耗散結(jié)構(gòu)。每一滴水都是瞬息萬(wàn)變，但它形成的駐波，卻是一個(gè)非常穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。只要水不斷，駐波就始終在那。這就是所謂的耗散結(jié)構(gòu)。城市、社會(huì)生態(tài)圈，所有的一切都是一種耗散結(jié)構(gòu)。
耗散結(jié)構(gòu)有一個(gè)哲學(xué)上非常著名的難題、悖論：既然知道人體就是這種不斷的流變系統(tǒng)，一個(gè)粗糙的說(shuō)法是，人身體的細(xì)胞平均每隔四年，就會(huì)由于新陳代謝完全替換一次，那么憑什么說(shuō)三歲時(shí)候的你，和現(xiàn)在的你是同一個(gè)人呢？如果人們都遵從一個(gè)唯物的觀點(diǎn)來(lái)看，人是由物質(zhì)構(gòu)成決定人體本身，可是這個(gè)物質(zhì)構(gòu)成早就已經(jīng)替換掉了，又如何說(shuō)是同一個(gè)人呢？哲學(xué)上看起來(lái)它是一個(gè)悖論。所有的耗散系統(tǒng)的本質(zhì)不是單元構(gòu)成，而是構(gòu)型，即水波紋不是個(gè)實(shí)體，類似于一個(gè)霓虹燈、一個(gè)圖案，它是一個(gè)軟件。所以人們的自我，我之所以為我，并不是原子分子，而是我的構(gòu)型。所以從哲學(xué)的角度而言，越來(lái)越務(wù)虛。其實(shí)你要理解我們現(xiàn)在這個(gè)社會(huì)，社會(huì)之所以說(shuō)是復(fù)雜系統(tǒng)，是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的牛頓方法不適用？是因?yàn)樗淖罨締卧⒀芯繉?duì)象，本身是虛的，無(wú)法用實(shí)在的牛頓的方法去分析。這就是所謂的耗散系統(tǒng)。
早在兩千多年前，亞里士多德有四因說(shuō)，其中有兩個(gè)與復(fù)雜系統(tǒng)有關(guān)系：一個(gè)是質(zhì)料因，另一個(gè)是形式因。以前人們過(guò)多強(qiáng)調(diào)質(zhì)料因，即物質(zhì)構(gòu)成決定系統(tǒng)的性質(zhì)，而實(shí)際上特別是復(fù)雜系統(tǒng)，它的形式因，即組成的形式，起到更重要的決定性作用。所以只要系統(tǒng)復(fù)雜到一定程度之后，特別是與活系統(tǒng)有關(guān)的，它的形式因就一定起到主要作用。
3.自組織理論
“自組織”是現(xiàn)代非線性科學(xué)和非平衡態(tài)熱力學(xué)中最令人驚異的發(fā)現(xiàn)之一。一些新興學(xué)科從不同的角度對(duì)“自組織”的概念給予了解釋。從系統(tǒng)論的觀點(diǎn)來(lái)看：“自組織”是指一個(gè)系統(tǒng)在內(nèi)在機(jī)制的驅(qū)動(dòng)下，自行從簡(jiǎn)單向復(fù)雜、從粗糙向細(xì)致方向發(fā)展，不斷地提高自身的復(fù)雜度和精細(xì)度的過(guò)程。從熱力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看：“自組織”是指一個(gè)系統(tǒng)通過(guò)與外界交換物質(zhì)、能量和信息，而不斷地降低自身的熵含量，提高其有序度的過(guò)程。從進(jìn)化論的觀點(diǎn)來(lái)看：“自組織”是指一個(gè)系統(tǒng)在遺傳、變異和優(yōu)勝劣汰機(jī)制的作用下，其組織結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式不斷地自我完善，從而不斷地提高其對(duì)于環(huán)境的適應(yīng)能力的過(guò)程。“自組織”系統(tǒng)（如生命系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)等）與“他組織”系統(tǒng)（如管理系統(tǒng)、制造系統(tǒng)等）相比較，其行為模式具有以下突出的特征：1）信息共享。系統(tǒng)中每一個(gè)單元都掌握全套的“游戲規(guī)則”和行為準(zhǔn)則，這一部分信息相當(dāng)于生物DNA 中的遺傳信息，為所有的細(xì)胞所共享。2）單元自律。自組織系統(tǒng)中的組成單元具有獨(dú)立的決策能力，在“游戲規(guī)則”的約束下，每一個(gè)單元有權(quán)決定它自己的對(duì)策與下一步的行動(dòng)。3）微觀決策。每個(gè)單元所作出的決策只涉及它自己的行為，而與系統(tǒng)中其他單元的行為無(wú)關(guān)，所有單元各自的行為的總和，決定整個(gè)系統(tǒng)的宏觀行為。4）并行操作。系統(tǒng)中各單元的決策與行動(dòng)是并行的，并不需要按什么標(biāo)準(zhǔn)來(lái)排隊(duì)，以決定其決策與行動(dòng)順序。5）整體協(xié)調(diào)。在諸單元并行決策與行動(dòng)的情況下，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與“游戲規(guī)則”保證了整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)一致性和穩(wěn)定性。6）迭代趨優(yōu)。自組織系統(tǒng)的宏觀調(diào)整和演化并非一蹴而就，而是在反復(fù)迭代中不斷趨于優(yōu)化。事實(shí)上，這類系統(tǒng)一般無(wú)法達(dá)到平衡狀態(tài)，而往往處在遠(yuǎn)離平衡的區(qū)域進(jìn)行永無(wú)休止的調(diào)整和演化。一旦靜止下來(lái)，就表示這類系統(tǒng)的“死亡”。
4.混沌
人們一提混沌，必須講到美國(guó)氣象學(xué)家洛倫茨以及他提出來(lái)的蝴蝶效應(yīng)與奇異吸引子。1963年，氣象學(xué)家洛倫茨在實(shí)驗(yàn)室研究氣象預(yù)報(bào)模型時(shí)，稍微修改輸入的值，得到了變化非常大的輸出結(jié)果。按常理，確定性方程的結(jié)果應(yīng)該是漸變的，稍微修改輸入、輸出變化應(yīng)該不大才對(duì)，這樣人們才能預(yù)測(cè)系統(tǒng)后續(xù)的行為。他輸入的數(shù)據(jù)只差了0.000127，而這么微小差異卻造成了結(jié)果的天壤之別，不服輸?shù)穆鍌惔陌汛罅康膶?shí)驗(yàn)結(jié)果畫(huà)在了紙上，便形成了后世經(jīng)典的奇異吸引子。從這張圖中可以看出混沌與分形之間的聯(lián)系，分形是混沌的幾何表達(dá)。通過(guò)研究，洛倫茨終于明白了，長(zhǎng)期的天氣預(yù)報(bào)是不可能準(zhǔn)確的，于是他寫(xiě)了一篇論文《一只蝴蝶拍一下翅膀會(huì)不會(huì)在Taxas州引起龍卷風(fēng)？》，這就是“蝴蝶效應(yīng)”的由來(lái)。
洛倫茨發(fā)現(xiàn)了混沌現(xiàn)象，但為這種現(xiàn)象取名的卻另有其人，1972年中國(guó)數(shù)學(xué)家李天巖與其導(dǎo)師約克教授發(fā)表了題為《周期3意味著混沌（Chaos）》的論文，從而讓“Chaos”成為混沌現(xiàn)象的名字。這里的周期3正好與《老子》中的三生萬(wàn)物不謀而合，所以不得不佩服我國(guó)先賢的智慧。
圖3 洛倫茨的奇異吸引子
如果說(shuō)量子力學(xué)打破了微觀世界的確定性，那么混沌則打破了人們對(duì)宏觀世界確定性的認(rèn)識(shí)，隨著人們對(duì)混沌現(xiàn)象的不斷深入研究，更進(jìn)一步證實(shí)了，混沌才是我們所處世界的本質(zhì)。例如：在研究人的心率曲線時(shí)發(fā)現(xiàn)，健康成年人的心率曲線是不規(guī)則的形狀，呈現(xiàn)某種自相似性，貌似混沌；而癲癇患者的心率曲線反而是呈現(xiàn)更多的規(guī)則性與周期性。混沌是人的生命之源，代表了生機(jī)。錢學(xué)森也有過(guò)“某一個(gè)層次上的混沌可以是高一個(gè)層次上的有序的推動(dòng)力量”的論斷。
混沌現(xiàn)象是非線性確定系統(tǒng)的本質(zhì)屬性，說(shuō)明了世界是隨機(jī)的，但隨機(jī)中又孕育著有序。而系統(tǒng)的吸引子又將分形與混沌聯(lián)系起來(lái)，分形是混沌的幾何表達(dá)。因?yàn)榛煦绲牟豢深A(yù)測(cè)性，從而產(chǎn)生了萬(wàn)千的復(fù)雜系統(tǒng)。
5.自適應(yīng)
“自適應(yīng)”一般是指系統(tǒng)按照環(huán)境的變化，調(diào)整其自身使得其行為在新的或者已經(jīng)改變了的環(huán)境下達(dá)到最好的或者至少是容許的特性和功能，這種對(duì)環(huán)境變化具有自適應(yīng)能力的系統(tǒng)稱為自適應(yīng)系統(tǒng)。
在反饋控制和最優(yōu)控制中，都假定被控對(duì)象或過(guò)程的數(shù)學(xué)模型是已知的，并且具有線性定常的特性。實(shí)際上在許多工程中，被控對(duì)象或過(guò)程的數(shù)學(xué)模型事先是難以確定的，即使在某一條件下被確定了的數(shù)學(xué)模型，在工況和條件改變以后，其動(dòng)態(tài)參數(shù)乃至于模型的結(jié)構(gòu)仍然經(jīng)常發(fā)生變化。在產(chǎn)生這些問(wèn)題時(shí)，常規(guī)控制器不可能得到很好的控制品質(zhì)。為此，需要設(shè)計(jì)一種特殊的控制系統(tǒng)，它能夠自動(dòng)地補(bǔ)償在模型階次、參數(shù)和輸入信號(hào)方面非預(yù)知的變化，這就是自適應(yīng)控制。
自適應(yīng)控制是一門研究具有不確定性系統(tǒng)控制問(wèn)題的學(xué)科。它是“工程控制論”基本學(xué)科中的一個(gè)分支學(xué)科。自適應(yīng)控制可以看作是一個(gè)能根據(jù)環(huán)境變化智能調(diào)節(jié)自身特性的反饋控制系統(tǒng)，以使系統(tǒng)能按照一些設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)工作在最優(yōu)狀態(tài)。自適應(yīng)控制在航空、導(dǎo)彈和空間飛行器的控制中很成功。
自適應(yīng)控制和常規(guī)的反饋控制和最優(yōu)控制一樣，也是一種基于數(shù)學(xué)模型的控制方法，所不同的只是自適應(yīng)控制所依據(jù)的關(guān)于模型和擾動(dòng)的先驗(yàn)知識(shí)比較少，需要在系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中去不斷提取有關(guān)模型的信息，使模型逐步完善。具體地說(shuō)，可以依據(jù)對(duì)象的輸入輸出數(shù)據(jù)，不斷地辨識(shí)模型參數(shù)，這個(gè)過(guò)程稱為系統(tǒng)的在線辯識(shí)。隨著生產(chǎn)過(guò)程的不斷進(jìn)行，通過(guò)在線辯識(shí)，模型會(huì)變得越來(lái)越準(zhǔn)確，越來(lái)越接近于實(shí)際。既然模型在不斷地改進(jìn)，顯然，基于這種模型綜合出來(lái)的控制作用也將隨之不斷的改進(jìn)。在這個(gè)意義下，控制系統(tǒng)具有一定的適應(yīng)能力。比如說(shuō)，當(dāng)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)階段，由于對(duì)象特性的初始信息比較缺乏，系統(tǒng)在剛開(kāi)始投入運(yùn)行時(shí)可能性能不理想，但是只要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，通過(guò)在線辯識(shí)和控制以后，控制系統(tǒng)逐漸適應(yīng)，最終將自身調(diào)整到一個(gè)滿意的工作狀態(tài)。再比如某些控制對(duì)象，其特性可能在運(yùn)行過(guò)程中要發(fā)生較大的變化，但通過(guò)在線辯識(shí)和改變控制器參數(shù)，系統(tǒng)也能逐漸適應(yīng)。
6.涌現(xiàn)
系統(tǒng)科學(xué)把整體才具有、孤立部分及其總合不具有的性質(zhì)稱為整體涌現(xiàn)性（whole Emergence）。涌現(xiàn)性就是組成成分按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方式相互作用、相互補(bǔ)充、相互制約而激發(fā)出來(lái)，是一種組分之間的相干效應(yīng)，即結(jié)構(gòu)效應(yīng)。不同的結(jié)構(gòu)方式，不同的相互激發(fā)產(chǎn)生不同的整體涌現(xiàn)性。整體涌現(xiàn)性的產(chǎn)生不是單一的，是規(guī)模效應(yīng)和結(jié)構(gòu)效應(yīng)共同的結(jié)果。比如分子作用力、氫鍵以及疏水作用力相對(duì)于原子來(lái)說(shuō)就是整體涌現(xiàn)。只有原子形成了分子才可能具有這些特性，原子不形成分子或者大分子，簡(jiǎn)單的混合是不會(huì)具有這種層次的特性。
涌現(xiàn)性又可理解為非還原性或非加和性，但任何整體都具有加和性，比如質(zhì)量。系統(tǒng)性是加和性與非加和性的統(tǒng)一，都是整體屬性；但整體性、系統(tǒng)性并不一定是涌現(xiàn)性。涌現(xiàn)性是系統(tǒng)非加和的屬性，“整體大于部分之和”與“整體小于部分之和”這樣的整體與部分差值就是涌現(xiàn)。系統(tǒng)科學(xué)就是關(guān)于整體涌現(xiàn)性的科學(xué)理論，探索整體涌現(xiàn)發(fā)生的條件、機(jī)制、規(guī)律以及如何利用。
系統(tǒng)的整體涌現(xiàn)性究竟來(lái)自何方?概言之，來(lái)自系統(tǒng)的組分、結(jié)構(gòu)和環(huán)境三方面，構(gòu)材效應(yīng)、規(guī)模效應(yīng)、結(jié)構(gòu)效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)四者共同造就系統(tǒng)的整體涌現(xiàn)性。
構(gòu)材效應(yīng)。既然系統(tǒng)是由元素或組分構(gòu)成的，系統(tǒng)的整體涌現(xiàn)性歸根結(jié)底來(lái)自它的元素或組分。這是涌現(xiàn)論的唯物主義根基。人們常以化學(xué)中的同分異構(gòu)現(xiàn)象來(lái)論證整體涌現(xiàn)性與系統(tǒng)的組分無(wú)關(guān)，卻忘記了在組分給定的情況下，單靠改變結(jié)構(gòu)來(lái)產(chǎn)生新的化學(xué)性質(zhì)的可能性極其有限。用氫原子和氧原子可以合成水分子，不能合成鹽分子；用氯原子和鈉原子可以合成鹽分子，不能合成水分子，此乃常識(shí)。整體涌現(xiàn)特性必定受到組分特性的規(guī)定或制約，并非任意選取的組分都可以造就具有特定整體涌現(xiàn)性的系統(tǒng)，這叫做構(gòu)材效應(yīng)。
規(guī)模效應(yīng)。整體涌現(xiàn)性還與系統(tǒng)的規(guī)模有關(guān)，規(guī)模大小不同是造成不同整體涌現(xiàn)性的原因之一，稱為規(guī)模效應(yīng)。錢學(xué)森把系統(tǒng)劃分為小系統(tǒng)、大系統(tǒng)、巨系統(tǒng)、復(fù)雜巨系統(tǒng)幾類，邏輯前提是對(duì)規(guī)模影響整體涌現(xiàn)性這一命題的確認(rèn)。特別是從大系統(tǒng)到巨系統(tǒng)的變化，規(guī)模不同對(duì)整體涌現(xiàn)性的影響十分鮮明。例如，小系統(tǒng)和一般大系統(tǒng)都不會(huì)呈現(xiàn)自組織行為，而“巨系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)理論說(shuō)明巨系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)簡(jiǎn)單系統(tǒng)中沒(méi)有的現(xiàn)象，如自組織現(xiàn)象”。所有復(fù)雜性研究家都承認(rèn)足夠的系統(tǒng)規(guī)模是產(chǎn)生復(fù)雜性的必要條件，組分不夠多就無(wú)法由簡(jiǎn)單性涌現(xiàn)出復(fù)雜性。
結(jié)構(gòu)效應(yīng)。組分的基質(zhì)、材料、特性是產(chǎn)生整體涌現(xiàn)性的實(shí)在基礎(chǔ)，但也僅僅提供了產(chǎn)生涌現(xiàn)的客觀可能性，只有使不同組分相互作用、相互激發(fā)、相互制約、相互補(bǔ)充，才能夠把可能性變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)性。在組分一定的情況下，組分之間不同方式的相互作用、相互激發(fā)、相互制約、相互補(bǔ)充，將產(chǎn)生不同的整體涌現(xiàn)性，這叫做結(jié)構(gòu)效應(yīng)?！坝楷F(xiàn)特性更多的是屬于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面而不是系統(tǒng)材料方面的性質(zhì)?！?/p>
環(huán)境效應(yīng)。整體涌現(xiàn)性還與系統(tǒng)的環(huán)境有關(guān)，所謂環(huán)境塑造系統(tǒng)，指的就是塑造系統(tǒng)的整體涌現(xiàn)性，而非塑造那些加和整體性。系統(tǒng)在跟環(huán)境的相互作用中獲取資源，開(kāi)拓生存空間，形成邊界，建立同環(huán)境交換物質(zhì)、能量、信息的渠道和方式，適應(yīng)環(huán)境的約束，提高抗干擾能力，等等，這些運(yùn)作的結(jié)果都?xì)w結(jié)為形成系統(tǒng)特有的整體涌現(xiàn)性。由于這個(gè)緣故，系統(tǒng)的整體涌現(xiàn)性總是帶有環(huán)境的深刻烙印。
7.綜合集成法
1990年初，錢學(xué)森等首次把處理開(kāi)放的復(fù)雜巨系統(tǒng)的方法定名為從定性到定量的綜合集成法。綜合集成是從整體上考慮并解決問(wèn)題的方法論。錢學(xué)森指出，這個(gè)方法不同于近代科學(xué)一直沿用的培根式的還原論方法，是現(xiàn)代科學(xué)條件下認(rèn)識(shí)方法論上的一次飛躍。
處理開(kāi)放的復(fù)雜巨系統(tǒng)的方法論是從定性到定量的綜合集成：作為一門技術(shù)又稱為綜合集成技術(shù)；作為一門工程，亦可稱綜合集成工程。它是思維科學(xué)的應(yīng)用技術(shù)，既要用到思維科學(xué)成果，又會(huì)促進(jìn)思維科學(xué)的發(fā)展。它向計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)、人工智能技術(shù)、知識(shí)工程等提出了高新技術(shù)問(wèn)題。這項(xiàng)技術(shù)還可用來(lái)整理千千萬(wàn)萬(wàn)零散的群眾意見(jiàn)、提案和專家見(jiàn)解以至個(gè)別領(lǐng)導(dǎo)的判斷，真正做到“集腋成裘”。錢學(xué)森認(rèn)為對(duì)簡(jiǎn)單系統(tǒng)可從系統(tǒng)相互之間的作用出發(fā)，直接綜合成全系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)功能，還可以借助于大型或巨型計(jì)算機(jī)。對(duì)簡(jiǎn)單巨系統(tǒng)不能用直接綜合方法、統(tǒng)計(jì)方法，把億萬(wàn)個(gè)分子組成的巨系統(tǒng)功能略去細(xì)節(jié)，用統(tǒng)計(jì)方法概括起來(lái)，這就是普里高津和哈肯的貢獻(xiàn)，即自組織理論。
綜合集成法作為一門工程可稱為綜合集成工程，它是在對(duì)社會(huì)系統(tǒng)、人體系統(tǒng)、地理系統(tǒng)和軍事系統(tǒng)這四個(gè)開(kāi)放的復(fù)雜巨系統(tǒng)研究實(shí)踐基礎(chǔ)上提煉、概括和抽象出來(lái)的。在這些研究中通常是科學(xué)理論、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和專家判斷相結(jié)合，形成和提出經(jīng)驗(yàn)性假設(shè)（判斷或猜想），但這些經(jīng)驗(yàn)性假設(shè)不能用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)方式加以證明，需借助現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，基于各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和信息資料，建立起包括大量參數(shù)的模型，而這些模型應(yīng)建立在經(jīng)驗(yàn)和對(duì)系統(tǒng)的理解上并經(jīng)過(guò)真實(shí)性檢驗(yàn)。這里包括了感情的、理性的、經(jīng)驗(yàn)的、科學(xué)的、定性的和定量的知識(shí)綜合集成，通過(guò)人—機(jī)交互，反復(fù)對(duì)比逐次逼近，最后形成結(jié)論。其實(shí)質(zhì)是將專家群體（與主題有關(guān)的專家）、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和信息資料（亦與主題有關(guān)的）三者有機(jī)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)高度智能化的人機(jī)交互系統(tǒng)，它具有綜合集成的各種知識(shí)，從感情上升到理性，實(shí)現(xiàn)從定性到定量的功能。
它的主要特點(diǎn)：1）定性研究與定量研究有機(jī)結(jié)合，貫穿全過(guò)程；2）科學(xué)理論與經(jīng)驗(yàn)知識(shí)結(jié)合，把人們對(duì)客觀事物的點(diǎn)點(diǎn)知識(shí)綜合集成解決問(wèn)題；3）應(yīng)用系統(tǒng)思想把多種學(xué)科結(jié)合起來(lái)進(jìn)行綜合研究；4）根據(jù)復(fù)雜巨系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，把宏觀研究與微觀研究統(tǒng)一起來(lái)；5）必須有大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持，不僅有管理信息系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)等功能，而且還要有綜合集成的功能。
應(yīng)用綜合集成法對(duì)開(kāi)放的復(fù)雜巨系統(tǒng)進(jìn)行探索研究，成為系統(tǒng)科學(xué)發(fā)展的里程碑，開(kāi)辟了系統(tǒng)科學(xué)新的發(fā)展方向和研究領(lǐng)域。
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