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第五章
第五章:
探索复杂性的方法
第一节从简单性到复杂性
一、探索简单性
1、探索简单性:
研究简单的对象,特别是用简化的方法研究事物。
(人类科学认识必然从简单探索起步)
也可表述:
探索简单性:
就是应用了“原子论的方法”,这不仅是指物质结构中以原子作为基本单位,而主要是指人们在思维方式和研究方法上力求把复杂的事物还原为组成它的简单组分,原子论的方法也就是还原论的方法。
20世纪五、六十年代以前,大多数科学家仍然坚信世界的简单性原则。
牛顿力学体系是这种探索的重要标志
二、赫尔姆斯:
“一旦把自然现象都化成简单的力,而且证明出自然现象只能这样来简化,那么科学的任务便终结了。
”(这也是20世纪以前的绝大多数科学家和哲学家的共同信念。
一切事物都被抽象成一些单一的要素,所有的生命力都被抽象掉了,其实也就失去了事物的真实性。
由于当代科学的发展发现,这种思维方法有极大的局限性,于是就产生了复杂性的研究方法。
二、20世纪60年代以来系统科学的进展,正适应了探索复杂性的要求。
(当整个人类的思维从思维的抽象进入到思维的具体时,简单性出现了极大的局限性,我们对复杂的事物没有办法简单化,甚至根本没有办法进入科学研究。
许多事物根本找不到原因,这时候出现了复杂性研究的科学思维方法。
)
i.简单性探索和复杂性探索在出发点上的区别:
三、简单性探索认为:
事物的本质不在于整体,而是由其部分来决定的,只要认识了部分就认识了事物。
复杂性探索认为:
组成整体的各个部分在各自孤立状态下不具备新质,因此,不能用于解释系统整体的性质和规律。
(这里需要的是一种整体关联的思维方式来说明问题,人类与一袋马铃薯打交道和一堆飞机零件打交道是完全不同的)
1.
2.假定部分之间只具有线形关系,这种关系不会影响部分本来的性质和运动规律,因此,可以割断联系来研究部分,并可以把部分的性质和规律加和起来作为整体的性质和规律。
3.认为事物变化服从机械因果律,决定论的思想,变化过程无任何偶然性发生,“第一次推动”为最初始的原因,由此形成一条直线因果链。
A___B__C__D……….(第一次推动)(宇宙是一个上好了发条的机器)
4.假定事物运动过程是可逆的,时间不是矢量,运动方程对时间的反演是对称的,时间被当作一种简单的运动参量,因此,事物不会有演化发展的历史。
(时间对于运动是一种外在的参量。
)(我们可以想象不把一杯水放在桌子的边缘上,稍微推一下就会落到地面上去——无疑会被打碎……。
现在让我们把这些图象在时间的相反方向上表演,由于这些定律的时间的可逆性,杯子和水完全可以回到原来的状态。
这也和牛顿定律相符合。
)
5.对事物进行价值判断时,采取“由细至总”的评价方式。
事物越简单,就越真、就越美。
(在物理学中科学家乐到于用极为简单的数学表达式来阐明复杂的现象。
)
简单性在人类认识的某一个阶段是很有价值的,而且本身也取得了辉煌的成就,现在一定范围内仍然在取得成就,不能绝对地否认简单性的价值和意义。
**探索复杂性的特点:
(与前面的简单性对比起来讲)
与探索简单性比较:
思维方式不同,焦点是整体和部分的关系。
(1)各个组成部分之间存在着复杂的非线形关系,这种关系导致系统整体产生新质,研究系统整体就是研究这种关系。
(整体的意义和本质更多地被结构和关系所决定,人们更多采用关系思维,比较淡化实体性思维。
)
(2)事物在系统整体的变化中服从因果反馈作用规律,不同的原因可以导致同一结果,不同的结果可以由同一原因产生。
系统具有变无序为有序的自组织能力,它能够在随机涨落的机遇中,把偶然性和必然性统一起来。
其间有必然性,也有测不准的偶然性,事物在一个系统之中,突然发生的变化,事物内部诸要素的相互作用、相互影响、相互制约引起的,按照传统的方式去寻求原因是不可能的。
)
(3)事物不仅以系统的方式存在着,而且还生成着和消失着,不仅在空间上展示其多样性,而且在时间上演绎着他特有的历史,时间与不可逆过程相联系,因此,必须用历史的观念把时间看成是事物进化的内在度量。
(时间是事物的内在尺度,而不是外在的参数,时间本身就内在为事物的状态。
牛顿在讨论F=MA时,并不考虑,M本身的时间因素,而今天我们得考虑它本身的变化是不可逆的。
一个具体的因素在时间过程中衰变或发展,这是我们今天要考虑的内容,而牛顿是不考虑的)
(4)采取一种从整体出发、深入部分,再回到整体的思维方法去评价事物,认为局部最优服从整体最优,有时甚至要牺牲局部最优或保持次优也要保持整体效益最优化。
(回到整体,就是通过对部分的深入研究达到对整体结构的深刻理解,从关系结构中去评价和认识事物。
)
四、系统整合方法
a)什么是系统整合
i.定义:
是指人们在考虑和处理复杂问题时始终要从整体出发,从部分之间相互整合入手,去揭示和建构整体大于部分之总和的机制的一种思维原则和方法。
ii.与混合的区别:
1.两者的联系方式不同。
整合的系统的因素之间相互依赖,始终处于一种有序的联系之中,混合的要素之间只是一种机械的联系。
2.各要素的关联不同。
整合中的要素都不能完全地独立于系统整体;而混合系统的要素则具有一定的相对独立于系统整体。
前者是整体中的一部分,后者则以量的形式外在于总体,有无不对事物产生影响。
)
3.两者量的规定性不同。
整体要素之间有固定的、严格的量的规则和比例,混合系统不具备这一点。
4.各自质的特点不同。
整合系统少了一个要素,它的整体质便丧失;在混合系统中不受影响。
(一堆鹅卵石,多一个或少一个,无关紧要,但是一个人体多一只手或少一只手就是比较原则的问题了。
)
5.整体和部分的关系不同。
整合系统具有各组成要素在孤立状态下不可能具有的新质;而混合系统的整体质则是各组成要素性质的简单的线形性叠加。
(手一当离开了人体这个整体系统,就失去了手的任何意义;在组织系统的每一个人一当离开了这个系统,他就必然地失去他的这个系统的角色。
在整体中,每一个要素的存在是由他在整体中的特定的角色和地位所决定的。
)
(系统整合的思想是思维上的飞跃,旧有的思维仍传统地影响着我们,这一点我们要重点理解)
b)系统整合法的操作模式
第一步:
黑箱辨识法:
介于整体的复杂性,无法也没有必要打开其内部,(有的打开了,整体的质也就丧失了。
)只能把它视为黑箱。
我们通过输入和输出的信息,从外部探索其内部结构和机理,这是通常所说的黑箱识别法。
(中医的一些检查手段实际上就是采取了这种思想。
人的心理现象也是一种黑箱,我们只能通过一些信息的输入,并观察分析反馈出来的一些信息来了解,这个整体中内涵的秘密。
)
第二步:
系统分析法:
:
必须分析各部分在系统整体中的地位和作用,以及他们彼此之间的关系,研究各个部分相互整合的机制。
这里要注意的是,这种分析是以整合为前提,而不是机械的分割研究。
(过去是着重研究部分的内容和性质,而现在是着重研究其地位和要素在整体中的作用)
第三步,综合创造法:
是指系统整合方法在技术实践中的具体体现。
整体大于部分是系统整合法的归宿和落脚点。
系统整合方法根源于客观世界各类系统的整合特征,它是探索复杂性的全部方法的最基本原则和着眼点,亦全部系统方法的精髓和核心,它一改传统机械论的实物中心的认识框架,标志着科学方法论的重新定向,成为当代科学思维的一种新范式,从而给当代科学技术工作者提供了进一步工作的新出发点。
(当今的着眼点在关系结构、过程、非线形、整体性)
第三节:
因果反馈法
一、原因和结果的相互作用
传统思维方式把原因和结果的关系视为前因后果式的开环直线因果链,其中只有原因对结果发生作用,而无结果对原因发生作用;又认为原因和结果的关系是线形的或对称的,即何种性质、何种程度的原因会成比例地导致相应的性质、相应程度的结果,小原因引起小结果,大原因引起大结果,而不可能是小原因导致大结果。
(种瓜得瓜,种豆得豆。
多少耕耘,多少收获。
在一定范围内是有效的,但是不能解决更深更广的问题。
)
但是系统科学认为,现实的因果关系本质上是非线形的,即原因A导致了结果B,结果B又反作用于原因A,使最初的原因A变成了新的结果和新的原因,原因和结果连续地相互作用着,从而出现一种闭环式反馈关系。
根据两者相互作用的情况的不同,系统就有不同的存在方式和演化途径。
其实一种现象的产生在本质上都是相互作用的结构,如果有原因,就只能是相互作用,这是经典科学所不认同的新思想。
所谓因果反馈方法:
通过对原因和结果之间的反馈作用机制对过程进行控制,以达到特定目的的科学方法。
(通过控制,使结果直接或间接地反作用于原因,以校正原因对结果的最初作用,在过程中,保证系统在随机环境中的方向性和目的性。
)
扰动
输入施控系统——控制指令——受控系统——输出
因果反馈关系图。
二、运用因果反馈方法的原则和类型
第一、目的型方法:
在系统科学方法中的因果反馈环是一个动态过程,在一定的条件下,最后可能达到一个不随时间变化的状态,即定态。
(单摆现象、溶解均匀状态)这个定态犹如吸引子似的把事物“拉”到自己这里来,这就使系统的运行具有了内在的目的性。
这种方法可以指导人们有意识地按照自己的目的设计制造控制系统设立吸引子,也为解释无意识系统的目的行为开辟了途径。
吸引子就是不确定中的确定,就是紊乱中的方向和目标!
!
目的性是因果反馈的前提和归宿。
任何控制活动总是有一定的目的的,对一个系统的控制,就是保证系统在变化着的环境中能够实现某种目的,使系统表现出某种目的的行为。
对系统的目的设定是人的主观能动性,也是人类有意识的活动。
第二、稳定型方法。
在一个系统中经常会有来自系统的内外的随机原因发生干扰作用,使系统偏离定态或目的。
为此,我们根据干扰造成的实际后果,即根据输入输出与定态(目标)的偏差提供的信息来调整原因,使系统回到定态上来,从而消除干扰的影响。
(导弹、治病、经济上的宏观控制,消除干扰是人类的智慧之所在)
这种以结果作为原因来消除其他随机原因干扰的方式,增强了系统的抵御干扰的能力,保持了系统的稳定性,我们称之为稳定型方法。
也是因果负反馈法。
第三、放大型方法。
某种原因是细微的,但是它不断产生正反馈,经过逐级放大,会使系统瓦解。
我们有意识地放大某种目标差,有助于系统的更新。
(革命、星火燎原、脱离地球轨道、……)
五、有控自组和目标优化的方法
a)有控自组方法的特点:
含义:
是以自组织为基础,根据自组织的条件、机制与规律对系统加以控制的方法。
i.研究方法上看,是将自组织与他组织统一起来,并分别考察它们对复杂系统演化的意义。
(自组织是系统自身地复杂化、系统化和结构化,它并不排除外部对它的控制。
他组织就是指自组织的外部条件,外部环境的影响,或叫“外因”、“控制参量”。
)
ii.它对动力源泉多重性解析的特点。
它不只看到单因素的动力来源,不是强调抓住主要矛盾,其他矛盾就迎刃而解,而是从历史演化的角度去把握诸多矛盾在复杂事物发展中的协同作用,以协同论代替重点论。
iii.它具有对复杂系统广泛考察的特点。
b)运用有控自组方法的一般机制
i.着眼于系统结构的耗散结构
耗散结构理论可以概括为:
一个远离平衡态
(1)的非线形
(2)的开放系统(3)(不管是物理的、化学的、生物乃至社会的、经济的系统)通过不断地和外界交换能量,在系统内部某个参量的变化达到一定的阈值时,通过涨落(4),系统可能发生突变(5)即非平衡项变,由原来的混沌无序状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。
这种远离平衡的非线形区形成的新的稳定的宏观有序结构,由于需要不断与外界交换物质或能量才能维持,因此,称之为耗散结构。
有控自组方法在认识或建构系统的耗散结构时,注意两条原则:
a)适度地开放性原则。
所谓适度,就是系统的开放性达到了既没有丧失自己的本质特征,又充分利用了外在条件的最佳程度。
(不失自我的开放)
b)适时开放性原则。
要控制好开放的时机。
(适时和适度就是对机遇的把握,很多事物并不是不好,而是在此时此刻不合适!
这是人们爱犯的错误。
)
2致力于系统要素的协同性
A、过竞争达到协同。
竞争——协同——竞争——新协同……从而构成系统自组织的内在源泉。
B、是运用序参量引导协同。
序参量:
系统中各(理解)子系统对协同作用的贡献总和。
(可否理解为合力)它支配着子系统的行为,主宰着系统的演化过程,决定着演化结果所出现的结构功能。
当系统演化到临界点周围时,由于多个序参量参与竞争,因此,有控自组织方法可以有控制地促进最能代表系统进化方向的那个序参量的竞争(这里可以参与人的有意识活动,人可以根据自己的需要来人为地加入自己希望的序参量。
),并使其占领主导地位,从而导致系统各要素的协调。
ii.关注于系统涨落的机遇。
注意两条原则
a)是从偶然性中看到必然性。
当复杂系统处于失稳的临界点上时,往往存在多种可能的进化分支,而最终能够进入哪条分支,取决于随机涨落的诱发,这就带有偶然的成分。
当然,系统达到了一个新的稳定有序结构以后,必然性又占据了决定性的作用。
同时还要看到,随机涨落的偶然性又有发生的必然依据。
b)充分发挥环境的选择作用。
只有对适应环境、能够被环境所容纳的涨落,才有必要将其所潜藏着的新结构模式予以正反馈放大。
有控自组织方法强调培育优化环境的重要性,着重发挥环境对人们所期望得到的随机涨落的选择作用。
(可以说,你期望什么涨落放大,你就得创造什么环境。
这就是人为控制的基础之所在。
)
c)目标优化方法
从系统整合出发,经过因果反馈、信息选择、有控自组等手段,达到目标优化,这是科学系统方法在解决复杂问题时所遵随一套方法论程序。
目标优化是全套程序的落脚点。
i.定义:
指人们为使系统达到目标而力图费力最小,路径最短、时间最快,亦投入最小产出最大,耗费最小效益最大的思维原则和方法。
(目标优化是自然界物质系统发展的大趋势,是人类所重视的东西)
ii.方法类型:
1.整体法:
首先追求整体目标的最优化。
(要从众多目标中找到它。
)
2.分析法:
以整体为前提,去分析各子目标之间的非线形关系相互作用机制。
着眼于通过子目标间的协同作用导致整体的最优化。
3.价值法:
坚持综合评价,权衡利弊,把隶属关系与满意程度紧密联系在一起,才能从众多方案中择优决策。
4.跟踪法:
传统方法是把注意力放在确定的初始质上,等待必然确定的结果——目标出现。
系统的方法注意环境变化,注意随机事件,采用跟踪方法去不断地优化目标。
必要时时修改目标,这又教跟踪决策。
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