基于耗散结构理论的知识大众生产系统演化机制研究

随着Web2．0时代的到来，互联网内容的创造者已从少数的网站经营者转变为大众，即依托于计算机网络乐于无偿贡献的业余人士，美国耶鲁大学的Yochai Benkler [1]最

早将这种全新的生产模式称为“大众生产”（Peer

Production ，又译为对等生产、并行生产）。

知识是大众生产的主要内容。无论是最早的开源软

基于耗散结构理论的知识大众生产系统演化机制研究

廖开际，赵兴庐，杨建梅

（华南理工大学工商管理学院，广州510640）

摘要：知识的大众生产是知识经济时代知识由大众来创造的新生产模式，以往的知识生产理论都以企业组织作为研究对象，而没有在大众生产的环境下分析知识的生产过程。知识大众生产是一种典型的复杂系统涌现现象。通过知识特性的维度（追求至善的知识—追求多元化的知识）和知识生产系统特性的维度（有规则系统—无规则系统）将知识大众生产划分为四种模式。借鉴耗散结构理论，指出在知识生产系统中熵是衡量知识流有序程度的标量，其中追求至善系统中的有序是指知识流从生产到需求的有效性和最优化，而追求多元化系统中的有序是指知识流从生产者到需求者的匹配，知识生产系统的演化机制是系统熵的变化过程，是不断从无序走向有序的过程。关键词：大众生产；耗散结构；知识涌现；演化机制中图分类号：F062．3

文献标志码：A

文章编号：1002－0241(2009)07－0106－05

收稿日期：2008－12－26

基金项目：国家自然科学基金项目“基于服务管理的移动知识管理模型研究”（70871043）；广东省自然科学基金项目“移动知识管理中的上下文感知信息处理研究”（7300831）

第一作者简介：廖开际（1964－），男，湖南邵阳人，博士，副教授，研究方向：知识管理。

Evolve Mechanism of Knowledge Peer Production System Based on Diffusion

Structure

LIAO Kaiji,ZHAO Xinglu,YANG Jianmei

(School of Business Administration,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China)Abstract:This paper addresses the issue of Knowledge Peer Production (KPP),since traditional knowledge creation theories were built on enterprise organization environment,it needs new theory to explain this phenomenon．

KPP patterns are classified through two dimensions:

the first dimension is the character of

knowledge,there are chasing perfect knowledge and chasing diversity knowledge;the second dimension is the character of complex system,there are ruled system and non－ruled system．This two dimensions classify KPP into four kinds of pattern,and this paper invests the evolve mechanism of two kinds of them．Based on the theory of diffusion structure,we point out that entropy in KPP system measures the degree of order of

knowledge flows,

which means effective and optimization level in chasing perfect system and means match

level in chasing diversity system,the process of system evolvement is the process of system entropy fluctuate,the core of evolve mechanism is to maintain entropy below zero so system evolves from chaos to order．Key words:peer production;diffusion structure;knowledge emergence;evolvement mechanism

件（Open Source Software，OSS）运动，还是风靡全球的Web2．0现象，如YouTube，Flickr，Craigslist，eBay，亚马逊书评、大众点评网、豆瓣网、维基百科，乃至各大门户网站的博客，都是知识由大众来生产的典型代表，这不仅代表了知识经济时代知识创造模式的颠覆性变化，也预示了人们未来生产生活的方向和趋势。

1相关研究综述

传统的知识生产模型中最有影响力的是野中郁次郎[2]的知识创造螺旋SECI模型。该理论清晰地阐述了企业中不同类型知识在不同层次主体中的相互转换关系以及合力螺旋增长作用。然而，野中郁次郎的研究角度是知识的特征，而没有从知识创造的过程来认识其生产机制，因此SECI模型以及延伸研究都没有清晰地说明知识的具体生产过程和机理。

随着第二代知识管理理论的提出，学者们逐渐意识到知识生产是涉及组织内部多个主体的复杂过程，知识生产系统是一个典型的复杂系统，知识生产现象是一个典型的涌现现象。复杂理论强调整体观、涌现和动态发展，在解释知识创造方面具有很大潜力。如Mark McElroy[3]提出的知识生态循环理论（Knowledge Life Cycle）；蔺楠、覃正、汪应洛[4]结合生态学及其生态系统理论，提出为了促进组织中知识绩效的不断提升的知识生态系统动力机制。和金生[5]在对组织知识创新过程中的生息特性（知识原生、稳定性、遗传变异性、统摄性、群合性、媒合性和环境适应性）研究基础上，提出了知识发酵理论。吴洁、刘思峰[6]借鉴热力学中测度信息的熵理论，对组织知识创造的过程进行分析，构建了知识创造的数学模型。吴洁、刘思峰和施惠琴[7]引入物理学中耗散结构理论的基本原理，对组织的知识转移机理进行了探讨性研究。

知识生产是知识管理的重要内容，但现有知识生产的模型都不能很好地解释知识的大众生产现象，这是因为这些文献都是在大众生产时代之前建立的，对知识生产模型的研究都是以企业或企业群为研究对象或研究层面的。然而，大众生产是一种全新的生产模式，在这种模式中，大量的人彼此协作（通常是通过网络手段）完成有价值的项目，这在很大程度上有别于公司生产（由中央决策过程来决定做什么，谁来做）和以市场为基础的资本主义生产（不同的工作被标以不同的价格，以吸引有意的人来做）。且大众生产的知识生产主体相比其企业内部的员工，具有更大的灵活性和独立性，其人员规模更大，分布更广泛，系统的涌现性质也更强。因此，对知识大众生产机制的研究，必须先跳出传统的组织知识生产理论，而以客观的大众生产现象作为研究的出发点。下面首先来分析知识的大众生产模式。

2知识的大众生产模式

知识的大众生产形式有很多，如博客、Wiki、分类平台、第三方评论、论坛、BBS等，对这些形式进行一概而论的讨论是及其困难的。因此，首先对知识的生产模式进行归纳，作为知识生产机制研究的基础。

对知识的大众生产模式进行分类，可以从两个维度的思路入手，其一是从知识管理的角度出发，对知识本身的特点进行分析；其二是从复杂系统的角度出发，对知识涌现系统的特点进行分析。

2．1知识特性的维度

在SECI知识生产模型中，关键是把知识分为显性知识和隐形知识，进而在组织范围内讨论这两种知识的相互转化。而在知识的大众生产中，可以把知识的生产类型分为“追求至善的知识”和“追求多元化的知识”两种。

（1）追求至善的知识。在生产中，该知识问题是有正确答案（或者是有至善准则）的，这种知识生产的目的是为了追求至善，不断完善，以接近于正确答案；在使用中，该知识提供的是统一的标准服务，也就是说，用户对这种知识的需求是同质的。如维基百科和开源软件。Lee和Cole[8]在对Linux中的生产研究中就提出，这种生产是靠批判精神（Criticism）和纠错（Error Correction）来驱动的学习过程。

（2）追求多元化的知识。在生产中，该知识问题是没有正确答案的，或者说其答案是多元化的，这种知识生产的目的是为了满足多元化的知识需求；在使用中，该知识提供的是个性化的服务，也就是说，用户对这种知识的需求是异质的。如在对一部电影的评论中，没有严格意义上的好与不好，因为每个人的审美观不一样。

2．2系统特性的维度

研究复杂性其中最具操作性的当属约翰·霍兰（John Holland）的复杂自适应系统（Complex Adaptive System，CAS）理论。霍兰把系统的涌现性质分为两大类型：有规则的涌现和无规则的涌现。受到霍兰思想的启发，把大众生产中的复杂系统分成“有规则的知识生产系统”和“无规

则的知识生产系统”两种。

（1）有规则的知识生产系统。在生产中，遵循一定的规则或受到其他力量的约束；在使用中，其知识的生产成果是有规则的。如大众点评网的第三方评论收集中，就提供了结构化的选择项和半结构化的填写项，而且用户的评论价值还要取决于其信用等级。

（2）无规则的知识生产系统。在生产中，一般没有规则可遵循或没有受到其他力量的约束；在使用中，其知识的生产成果是无规则的。最典型的例子是，博客中的知识生产成果就是没有规则的，没有主题限制，没有格式限制，是纯粹的个人主义表现。除了博客，其他如论坛，

Email ，BBS ，ICQ 等，在这些系统中几乎毫无规则可言，知

识在人们的谈笑中产生，然后又迅速地淹没在海量的数据之中。

2．3二维分类下的四种生产模式

在上面分析的基础上，从知识类型维度（追求至善—追求多元化）和系统类型维度（有规则—无规则）来建立知识的二维分类模型，从而把知识的大众生产分为四个类型（见图1）。

图1知识大众生产的四种模式

类型一：圆形模式（有规则—追求至善）。圆形象征着在有规则的复杂系统中生产追求至善的知识，典型代表如开源软件OSS 类（如操作系统软件Linux 和数据挖掘软件WEKA ）、WIKI 类（如Wikipedia 和百度百科）。

类型二：太阳形模式（有规则—追求多元化）。太阳形象征着在有规则的复杂系统中生产追求多元化的知识，典型代表如分类平台类（如阿里巴巴，ebay ，淘宝，

Craigslist ，Flickr ，YouTube 、优酷网、土豆网），第三方评论

类（如Amazon 、大众点评网、豆瓣网）。

类型三：闪电形模式（无规则—追求至善）。闪电形象征着在无规则的复杂系统中生产追求至善的知识，典型

代表如BBS 类（如水木清华BBS 和华南木棉BBS ），问答系统类（如百度知道和雅虎知识堂），各种论坛（如猫扑、天涯、西祠胡同等）。

类型四：随意形模式（无规则—追求多元化）。随意性象征着在无规则的复杂系统中生产追求多元化的知识，典型代表如博客类（如新浪博客和QQ 空间），各种交流系统（如Email 和ICQ ），随意消息等。

对生产模式的分类对下面的讨论具有两方面的意义：其一，把知识类型分为追求至善和追求多元化两种，这两种知识的生产特征是完全不同的，因此在探索其系统演化机制的时候，必须针对这两种形式分开讨论；其二，把知识大众生产系统分成有规则和无规则两种，其中无规则系统表现出高度的开放性和随机性，却也导致了其过程的复杂性和结果的难以认识性，现阶段还难以研究。霍兰就认为，“有规则的领域就已经复杂得足以花费我们几乎全部的时间去研究了”[9]。因此，本文的重点研究领域是有规则的知识生产系统，包括追求至善和追求多元化两个大类。

3有规则知识生产模式的系统演化机制

在对知识生产模式讨论的基础上，接下来对有规则

的知识生产模式进行深入研究。对系统复杂性的研究有

不少理论，如SFI 的“复杂自适应系统”理论，非线性动力学系统理论及其“吸引子”概念，协同学派及其“序参量”概念。本文基于热动力学中的耗散结构理论来对有规则知识生产模式的系统演化机制进行研究。

3．1耗散结构和熵理论

耗散结构理论源于普里高津（I．Prigogine ）对偏离平衡态热力学系统的研究，耗散结构就是指一种远离平衡态的稳定有序结构。而有序就是系统内部组成元素之间有规则的联系，在空间、时间、结构和功能等方面显示出的某种确定性、方向性和规律性。

熵是由克劳修斯定义的用来衡量系统有序程度的概念，熵越大，系统越混乱，越无序，越均匀。热力学第二定律指出：热量可以自发地从较热的物体传递到较冷的物体，但不可能自发地从较冷的物体传递到较热的物体。

1864年克劳修斯将系统熵的变化（d S ）同系统的绝对温度

（T ）和热量（Q ）的增加联系起来，将熵表达为：S ＝

乙d Q T 或

d S ＝

d Q

T

，根据这个公式可以知道，当热量自发地从高温有规则的系统

无规则的系统

追求至善的知识

追求多元化的知识

BBS

问答系统论坛等

开源软件类

WIKI 类等

博客类聊天系统随意消息等

分类平台类第三方评论类等

物体流向低温物体时，系统熵就增加；只有热量从低温物体流向高温物体时（这个过程不会自发实现），熵才能减少。因此，热力学第二定律用熵来表述就是：随时间进行，一个孤立体系中的熵总是不会减少。在宏观意义上，熵表征了系统能量分布的均匀程度，分布越不均匀，熵越小，所以当能量分布从不均匀趋向均匀时，熵就增加。后来熵理论从热力学领域脱颖而出，开始渗透到人类思想、文化和科学技术的各个领域，并在各门科学技术中得以推广、应用以及得到深入研究，证明了它具有重要的意义。爱因斯坦曾将熵理论在科学中的地位概述为“熵理论对于整个科学来说是第一法则”。

3．2知识大众生产系统是耗散结构系统

系统的演化有三个不同的方向：（1）孤立系统趋向热平衡，这是从有序到无序的转化过程。孤立系统在热力学第二定律支配下，趋向热平衡态，这种状态相对于其他状态来说是最混乱无序的，也是最均匀的即熵值最大的状态。（2）封闭系统低温有序，一个系统随着温度下降，有序程度增加，混乱程度减少，形成有序的结构。如超低温下的金属或完美晶体等，但是这种有序是一种“死的有序”。（3）开放系统从无寻到有序的演化，这种结构是系统与外界不断交换的过程中产生的有序状态，称为“非平衡有序”或“活的有序”，即耗散结构。

形成耗散结构有两个基本前提：（1）系统是开放的，不是孤立的，封闭的；（2）系统是远离平衡态的，“非平衡是有序之源”。除此之外，还有两个非常主要的因素，其一是系统内部元素之间的非线性相互作用，其二是系统内部的微观随机扰动。

知识大众生产系统完全符合以上条件。首先，在这个系统中，所有的生产者、使用者和成果都是开放的，任何人都可以加入其中。第二，系统是远离平衡态的，这里的平衡是知识生产和需求之间的均衡。在生产中，随着生活的发展，会出现越来越多的新概念，而一些旧词汇也会不断发展和演化；在需求中，人们对知识的需求是没有止境的，特别是知识经济社会的到来，更加速了人们对知识的需求，因此，在知识生产和需求之间不会出现平衡或近平衡态。第三，系统内部主体之间和知识结构之间的互动关系非常复杂，表现出典型的自组织特征；第四，系统内部的微观随机扰动既体现在知识生产者的随机生产上，也体现在知识需求者的随机需求上。在具备了这些条件之后，下面来分析知识大众生产系统是如何实现演化发展的。

3．3系统演化的原理和机制

3．3．1熵原理

从热力学第二定律知道，孤立系统内过程总是朝着熵增加的方向进行，而对于非孤立系统，熵的变化可以分为两部分：一部分是由于系统内部的不可逆过程引起的，称为熵产生，用S i表示，这部分永远是正值；另一部分是由于系统和外界交换能量或物质而引起的，称为熵交换，用S e表示，这个部分可正可负。而整个系统的总熵S就等于这两项之和（S＝S i＋S e）。如果S＜0，表示经过一段变化过程系统的熵会减小，系统由原来的状态进入更加有序的状态，即系统进化；如果S＞0，则表示系统由原来的状态进入更混乱无序的状态，即系统退化；如果S＝0，则认为系统在整体上没有改进也没有退步，从概率上分析，S＝0这种可能性为零。

3．3．2系统演化机制

知识的大众生产系统是在社会需求的必然性中偶然诞生的，是必然性和偶然性的统一。在知识经济时代发展的需求下，知识的大众生产是发展的必然，然而质的突破却是由于偶然原因引起的。如Wiki就是2001年一位名叫吉米·威尔士的35岁商人的突发奇想。而一旦知识系统建立起来，就开始了其作为开放系统而不断演化发展的过程。

在热力学系统中，系统的内部熵增是由于能量自发地从温度高的部分流向温度低的部分，熵描述的是系统内部能量流或基本粒子运动的状态，故系统内部能量分布越不平衡，这些能量流或基本粒子的运动状态越有规律，熵越小。而在知识生产系统中，熵则描述的是系统内部知识流的有序程度，有序是指知识从知识生产者流向知识需求者的规律性，知识流越有序，系统熵越小。下面分别论述追求至善和追求多元化两种系统的有序和无序性。

在追求至善的知识系统中，有序是指知识流从生产到需求之间的有效性和最优化。在有序状态下，针对同一个主题，知识生产者在同一范围内贡献知识，这些知识在系统规则下调和成至善的知识，而知识的需求者则在同一个子系统中获取知识，他们获取的知识都是完备的，是在当前状态下的最优解。而无序则是同一个主题问题或有多个问法，或存在于多个子系统中，知识生产者在多个子系统中贡献知识，而且这其中有不当的知识生产者贡

献的不正确知识，知识的需求者不得不在多个子系统中艰难地寻求答案，而他们得到的答案往往都不是最优解，在这种情况下的知识流是混乱无序的。

在追求多元化的知识系统中，有序则是指知识流从生产者到需求者的匹配。因为多元化中不存在标准答案，因此这其中的关键就是知识生产者类型和需求者类型之间的匹配。匹配得当，则能够提供正确的知识，匹配不当，则会导致知识服务的无效性和负效用。在无序的情况下，知识需求者也许在自身最大努力下寻求答案也得不到适合自己的知识，这种情况下的知识流，其生产和需求都是混乱无序的。

知识生产系统的进化就是要从无序走向有序。导致系统无序程度增加（熵增加）的因素有很多，如不合理的系统设置，错误的知识贡献者，不完善的生产制度，知识需求者不断发展的新需求，以及现有知识在跟不上时代发展下的老化和降值等。因此，知识生产系统需要源源不断地和外界进行知识交换，不断地把系统外的各种知识引入到系统之中，同时淘汰那些已经没有价值的旧知识，这些负熵流就能够减低系统的总熵值，使得系统能够不断地向前发展。只有那些能够不断维持系统总熵值在零值以下的知识生产系统才能够不断进化发展，而随着时间发展系统总熵值不断增加，内部越来越混乱的系统则将被淘汰。

特别地，由于知识具有其他物质资源所没有的非排他性和共享增值性等特点，其主要依赖是智力资源而不是稀缺的物质资源，而且在知识经济时代，知识的发展日新月异，所以，每一个知识生产系统都面临了严重的系统内部熵增加的问题，突出表现在知识生产系统的生产成果不能满足知识需求的矛盾，如果系统原地踏步，没有发展，或者发展太慢，那么将很快被淘汰。这就是生态系统进化论中的“红皇后（Red Queen）效应”：每个物种都在不断地进化，你必须跑得飞快才能留在原地，而想要离开原地，必须要跑得再快几倍才行。

在大众生产中，这种知识的交换是由不可胜数而且越来越多的大众来实现的，这是系统不断进化的不竭动力。可以说，人类文明进步的历史就是人的脑力资源不断开发的历史。在奴隶时代，脑力劳动者只有少数的贵族上层，其余大部分人的脑力都没有得到发挥；在封建时代，人民群众的智慧开始显露出来，人们都说“劳动人民的智慧是无穷无尽的”，但是当时无论是社会制度还是技术发展，都严重限制了人民大众智慧的发挥；而现在，虽然大众生产只是初露端倪，但已经显示出了巨大的力量，在2006年6月，美国财经杂志《Business2．0》公布了全球“50大最具影响力商界人士排行榜”，名列第一的就是“集体名词”——

—网络中不断创新的“普通消费者”。

3．3．3知识生产的实质

自然界的物质进化和人类社会的进化，都一直朝着有序化的方向发展。当一个系统与外界交换物质、能量、信息后，若系统的总熵减小，或者系统的总熵保持不变，或者系统的总熵变小于系统内部的熵增时，就可断定该系统产生了负熵。

在知识大众生产系统中，一旦系统建立起来，驱使系统不断发展的正是其中知识生产和需求之间的矛盾，这种矛盾就使得系统远离平衡态，进而通过不断地从外界引入负熵流，来维持系统的不断演化发展。因此，系统演化发展的过程在非平衡状态下和外界不断互动交换的过程，就是系统总熵变化的过程，就是知识生产的过程。

参考文献

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知识产权出版社,2006:85－115

[3]McElroy,M．W．The new knowledge management:Knowledge

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研究[J]．北京：科学学研究,2005(6):407－409

[5]和金生．基于知识发酵的知识创新[J]．天津：科学学与科学技

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[6]吴洁,刘思峰．基于熵理论的知识创造机理研究[J]．北京：工业

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[7]吴洁,刘思峰,施琴芬．知识转移的耗散结构分析及转系博弈

研究[J]．武汉：科技进步与对策，2007(6):120－123

[8]Lee,G．K．,Cole,R．E．From a firm－based to a community－

based model of knowledge creation:The case of the Linux kernel development[J]．Organization Science,2003,14(6):

633－649

[9][美]约翰·霍兰．涌现——

—从混沌到有序[M]．陈禹等,译．上海:上海科学技术出版社,2000:2－18

（责任编辑李寿鹏）

耗散结构理论的自组织方法论研究

耗散结构理论的自组织方法论研究 论文标题:耗散结构理论的自组织方法论研究 论文作者吴彤 论文关键词耗散结构/耗散结构理论特征概念/耗散结构概念方法论,论文来源科学技术 与辩证法,论文单位太原,点击次数452,论文页数19～24页1999年1999月论文免费下载https://www.wendangku.net/doc/7010051689.html,/paper_90071101/ 本文研究和区分了耗散结构创始人创立耗散结构的方法与研究耗散结构的方法：建立了耗散结构概念方法论的方法程序。 普里戈金创立了耗散结构理论，今天看来，这个理论在解决什么情况或条件下可以、可能出现耗散结构的问题具有重要的方法论意义。更宽泛地说，该理论在运用何种方法可以判断一个体系可以从无序的状态自发地、自主地演化成为有序结构方面，作出了重要贡 献。 以往，在研究自组织方法论本来不多的国内文献中，常常把两个方面的东西混同起来。即，第一，把自组织的方法与它对唯物辩证法的意义混同起来，用对唯物辩证法的意义代替对自组织的方法的分析；第二，把自组织理论创始人建立理论的方法与理论寻找和发现自组织系统建立、发展的方法混同起来。例如有的同志在文中，仅仅讨论自组织方法论的意义与作用，而没有讨论什么是自组织方法论。似乎什么是自组织方法论已经被确切了解和掌握，不用讨论。然而他们关于自组织方法论的意义讨论却很泛泛，只是在那里谈自组织方法对唯物辩证法有何意义之纭纭。（注：见艾众：“自组织理论方法论”，《天府新论》，1991年第6期。）有鉴于此，本文将对耗散结构理论创始人建立耗散结构理论的方法、耗散结构理论的“发现”（其实是研究什么条件下可以出现）、“耗散结构”方法和该方法论的意义做出明确区分，并对它们做出进一步的讨论。 一耗散结构创始人建立耗散结构理论的方法与思想 1.从可逆到不可逆：反常问题、哲学启迪和范式影响（注：见普里戈金的自传“我的科学生活”，《普利高津与耗散结构理论》，陕西科学技术出版社，1982年版。）按照库恩的科学革命的观点，普里戈金从事科学事业的时段已经是物理学的范式从牛顿转变到了爱因斯坦以后的时代。但是，在物理化学领域这个转变却远远没有完成。其中 最重要的，就是人们还习惯于把 可逆问题的研究当作“库恩范式”下的常规科学问题研究，而把不可逆问题当作“干扰”和令人厌恶的有害因素对待。克劳修斯与达尔文的矛盾，对十九世纪的以平衡态热力学和生物进化论为代表的常规科学，虽然一直就是一个演化方向的矛盾，是一个库恩意义上的反常，但是由于它们是在两个不同领域出现的，因而一直被科学家们搁置起来，不予理睬。同时也存在

系统工程导论课后习题答案

2.1什么是孤立系统、封闭系统和开放系统？试分别举例说明。 答：a.如果系统与其环境之间既没有物质的交换，也没有能量的交换，就称其为孤立系统。在孤立系统中，系统与环境之间是相互隔绝的，系统内部的能量和物质不能传至系统外，系统环境的能量也不能传至系统内，显然，客观世界是不存在这种孤立系统的；b.如果系统与其环境可以交换能量但不可以交换物质，称其为封闭系统。例如一个密闭的容器，可以与外界交换能量，但不能交换物质，可看作为封闭系统；c.如果系统与环境之间既有换，又有物质交换，就称其为开放系统。小至细胞、分子、大至生物、城市、国家等任何系统每时每刻都与环境进行着物质、能量及信息的交换，都是开放系统。 2.2什么是系统自组织现象？试描述一个具体的系统自组织现象。 答：系统中的元素在环境作用下，不依靠外力，发展形成有序结构的过程，称为系统自组织。19世纪末化学家利色根发现，将碘化钾溶液加入到含有硝酸银的胶体介质中，在一定的条件下，所形成的碘化银沉淀物会构成一圈圈有规律间隔的环状分布，这种有序的环称为利色根环。如激光的产生就是一个典型的自组织过程。 2.3中国科学家对系统科学与技术有过哪些贡献？ 答：中国科学院于1956年在力学研究所成立“运用组”，即后来“运筹组”的前身。到1980年成立“系统科学研究所”，1980年成立“中国系统工程学会”，这些都标志着我国对系统工程研究发展的重视。1986年钱学森发表“为什么创立和研究系统学”，又把我国系统工程研究提高到系统工程基础理论，从系统科学体系的高度进行研究。我国学者钱学森于1989年提出“综合集成法”，是对系统工程方法论研究方面作出的新贡献。 2.4如何全面正确理解系统的整体性和“1+1>2”表达式？ 答：系统的首要特征就是其整体性，系统不是各孤立部分属性的简单叠加，它还具有各孤立部分所没有的新的性质和行为。系统的整体性质有时通俗地表达为“1+1>2”，但实际情况是复杂的，也有可能等于2或小于2，这取决于系统的结构、各部分的属性及系统内协同作用的强弱。这主要是从系统的交通角度来理解的。 2.5耗散结构理论、协同学和混沌理论的主要观点是什么？有什么共同点与不同点？ 答：a.散结构理论认为一个系统总是朝着均匀和无序的平衡态发展，系统的熵不断增大，直至达到平衡态，此时系统的熵最大，但对于一个开放系统，系统的熵却可能增长、维持或减小。b.协同学研究系统的各个部分如何进行协作，并通过协作导致系统出现空间上、时间上或功能上的有序结构。c.混沌是由确定性的发展过程中产生出来的一种随机运动。它不是简单的无序状态，在“杂乱无章”运动中又包含普适常数，包含自相似性。 共同点：三者讲的都是一个系统如何自发地形成有序结构的。不同点：混沌理论是从随机表象角度来讲的，耗散结构是从熵的角度来讲的，协同学是从各个部分如何进行协作。 3.0详细说明动态规划的中心思想。 动态规划是研究多段决策而提出来的一种数学方法，它的中心思想是所谓的“最优性原理”，这个原理归结为用一个基本地推关系式，从整个过程的终点出发，由后向前，使过程连续地转移，一步一步地推到始点，找到最优解。动态规划算法通常用于求解具有某种最优性质的问题。在这类问题中，可能会有许多可行解。每一个解都对应于一个值，我们希望找到具有最优值的解。动态规划算法与分治法类似，其基本思想也是将待求解问题分解成若干个子问题，先求解子问题，然后从这些子问题的解得到原问题的解。与分治法不同的是，适合于用动态规划求解的问题，经分解得到子问题往往不是互相独立的。若用分治法来解这类问题，则分解得到的子问题数目太多，有些子问题被重复计算了很多次。如果我们能够保存已解决的子问题的答案，而在需要时再找出已求得的答案，这样就可以避免大量的重复计算，节省时间。我们可以用一个表来记录所有已解的子问题的答案。不管该子问题以后是否被用到，只要它被计算过，就将其结果填入表中。这就是动态规划法的基本思路。具体的动态规划算

应用耗散结构理论对

应用耗散结构理论对 人地关系的重新认识 蓝文亮（学号54） （福建师范大学地理科学学院01级地本，福州 350007） 摘要：人地关系历来是地理学研究的核心问题，随着社会的进步、文明的发展，人类日益重视这 个问题，本文回顾了人地关系的不同阶段的特征，并且用耗散结构理论对在人地关系第三第四阶段产生的环境问题作出了解释。然后用该理论结合一些实例提出了解决环境问题的措施。 关键词：人地关系、阶段、耗散结构理论、解释、措施 对于人地关系的研究历来是地理学研究的核心和热点问题，并且随着社会的进步、人类文明的发展，特别是工业化的前进，环境、资源问题日益突出的时代，研究人类和自然的关系变得越来越有重要和有实际意义。研究人地关系的实质是正确认识人类在自然界中地位、人类应该如何协调和自然的关系。 纵观整个人类历史，人类和自然的关系经历了四个阶段，第一阶段：农业前阶段，人类的生产力水平极其低下，使用的是石刀、石斧等来维持生计；劳动者智力水平也很低下；他们也只能靠采集、狩猎等直接从自然界获取生活的物质，因此他们的生活半径是很小的。这时人类对自然的影响很微弱，没有什么改造自然的能力，反而，他们在大自然面前总是显得无能为力，并且产生了原始的图腾崇拜。这一时期，人类只能依附自然。第二阶段：农业阶段，随着人类认识的进步，农业被人类发现，改变了人类的农业前阶段的单纯依靠自然的历史，人类有了比较稳定的生活，在大自然面前，人类不再是无能为力的角色，可以利用自然界的植物的生长规律为己所用。这一阶段是人类顺应自然阶段。总的来说，人类在这一阶段的生产力水平也是很低的，人类对自然的破坏力也是很微弱的。第三阶段：人类文明有了很大的进步，已经进入了工业化的阶段，从事工业生产必须要有一定的物质原料，工业是建立在一定数量的物质原料基础上的产业。如：炼铁业需要有铁矿石、冶炼过程中的动力源。动力源的最初是燃木头，在工业化初期，技术较低、设备较落后，他们要获得较高产量的铁产品只有依靠多炼铁矿石，随之必然要有大量的木头作为动力源来支持。这时，大量的树木被砍伐在所难免，森林资源遭到人类的破坏，从而引起水土流失，生态问题就产生了。产生这一问题的根本原因是人类对森林资源的过量开采，开采量超过了森林自身的修复能力。这是在人类改造自然阶段过程中带来的负面效应。人类遭到了自身行为的报应，这在十七世纪中业的欧洲出现了这一问题[1]。第四个阶段：后工业化时期，人类的生产力达到了一定的高度，在工业化的进程当中，人们的物质生活也获得相当程度的改善，但是这些改善人类付出了代价，这一代价并不是微乎其微的可以忽略不记的。在人类对不可更新的又不能重复利用的煤、石油、天然气等资源的使用感到有危机的时候，人类寻找了可替代的核动力资源，无可否认的这是人类使用能源历史上的一大进步，但是，事物都有二面性，核能利用带来高能的同时，丢弃的环境中的核废料有相当长的衰变期（几千年甚至上万年）在漫长的核衰变过程中的核辐射对周围环境中的生物有着致命性的伤害，还有核裂变所释放的巨大的核热能破坏了地球本身的热平衡[2]。因此，在这个阶段人类认识到了和自然和谐相处的必要性和重要性。这就是人类与自然关系发展的不同阶段。 在当今，人口、环境、资源已为全球所关注的问题。在1987年国际环境和发展委员会在其《我们共同的未来》的报告中首次对“持续发展”作出了定义。“可持性发展战略”日益得到广泛的认可！我国在1994年3月发表的《中国二十一世纪议程》（人口、环境发展的白皮书）也对“可持性发展”作出了明确的定义[3]。可见人类已认识到自觉的和自然和平相处的必要性和重要性了！ 总结人类和自然的关系的四个阶段过程，人类在工业化阶段、工业后阶段都产生了环境问题。我们从深层次并且用布鲁塞尔学派的普利高津创立的耗散结构理论来解释人类发展过程中的环境问题的实质。整个自然系统是一个开放的系统，在与外界进行物质能量信息的转换过程中，其自身的混乱程度也要随之变动，即系统的总熵值ds要发生变动，其值最终取决于熵流（des）与熵产生（dis）的对比状况，在人类的自然地理系统中，当熵产生的数量积累超过了熵流的积累的时候，整个系统就破坏了，环境问题就产生了；当熵产生的积累等于熵流的积累的时候，整个自然地理系统不退化，也不进化，处于非平衡态的稳定状态，此时环境问题不会产生；当熵产生的积累小于熵流的积累的时候，整个自然地理系统已经良性发展

耗散结构简介

耗散结构简介 1自组织现象 热力学第二定律说明了孤立系统中进行的自然过程有方向性： 有序→ 无序（退化，克劳修斯提出） 自然界实际上也存在许多相反的过程： 无序→ 有序（进化，达尔文提出） 一个系统由无序变为有序的自然现象称为自组织现象。 例1：生命过程中的自组织现象 （1）蛋白质大分子链由几十种类型的成千上万个氨基酸分子按一定的规律排列起来组成。大脑是150 亿个神经细胞有规律排列组成的极精密极有序的系统，是一切计算机所替代不了的。——如看一张相片，分辨男？女？大约年龄？对带有输入“器官——眼睛”的大脑是很简单的事情，对计算机来说就非常复杂了。 假定蛋白质是随机形成的，而且每一种排列有相等的概率，那么即使每秒进行100 次排列，也要经过10109亿年才能出现一次特殊的排列。 这种有组织的排列决不是随机形成的 （2）树叶有规则的形状；动物毛皮有花纹，蜜蜂窝；龟背（空间有序）（3）候鸟的迁移；中华鲟的徊游（时间有序） 例2、无生命世界的自组织现象 （1）六角形的雪花； （2）鱼鳞状的云； （3）激光 （4）贝纳特现象（Benard） 当ΔT = T2 - T1 = 0 时平衡态 当ΔT > 0 但不太大时，稳定的非平衡态——单纯热传导 当ΔT> T c时，出现有序的宏观对流。千千万万的分子被组织起来，参加一定方式的宏观定向运动，能量得以更有效的传递。

自组织现象是与热力学第二定律的 有序 → 无序 时间箭头相矛盾的！要将它们用物理学规律统一起来，必须抓住孤立系统与开放系统的区别。 2、开放系统的熵变 热力学第二定律：孤立系统中发生的过程 ΔS > 0；但对一个开放系统，熵有可能减少！ 开放系统：与外界有能量交换（通过作功、传热）或物质交换的系统。 2、1 理论上的可逆过程 状态 1 到状态 2 熵的增量 ()()21dQ S T ?=? (可逆) 对孤立系统：因绝热 ΔS = 0，熵不变 对开放系统：若单调吸热 d Q > 0，ΔS > 0 熵增加；若单调放热 d Q < 0， ΔS < 0 熵减少。 2、2 对实际的不可逆过程（上式不能用！） 利用卡诺定理可以证明 ()()()()2211dQ dQ T T >?? 或 ()()21dQ S T ?>? (可逆) （不可逆) （不可逆） 证明：

耗散结构理论

耗散结构 耗散结构 dissipative structures 比利时的普里戈金（I. Prigogine）从研究偏离平衡态热力学系统的输送过程入手，深入讨论离开平衡态不远的非平衡状态的热力学系统的物质、能量输送过程，即流动的过程，以及驱动此过程的热力学力，并对这些流和力的线性关系做出了定量描述，指出非平衡系统（线性区）演化的基本特征是趋向平衡状态，即熵增最小的定态。这就是关于线性非平衡系统的“最小熵产生定理”，它否定了线性区存在突变的可能性。 普里戈金在非平衡热力学系统的线性区的研究的基础上，又开始探索非平衡热力学系统在非线性区的演化特征。在研究偏离平衡态热力学系统时发现，当系统离开平衡态的参数达到一定阈值时，系统将会出现“行为临界点”，在越过这种临界点后系统将离开原来的热力学无序分支，发生突变而进入到一个全新的稳定有序状态；若将系统推向离平衡态更远的地方，系统可能演化出更多新的稳定有序结构。普里戈金将这类稳定的有序结构称作“耗散结构”。从而提出了关于远离平衡状态的非平衡热力学系统的耗散结构理论（1969年）。 耗散结构理论指出，系统从无序状态过渡到这种耗散结构有几个必要条件，一是系统必须是开放的，即系统必须与外界进行物质、能量的交换；二是系统必须是远离平衡状态的，系统中物质、能量流和热力学力的关系是非线性的；三是系统内部不同元素之间存在着非线性相互作用，并且需要不断输入能量来维持。 在平衡态和近平衡态，涨落是一种破坏稳定有序的干扰，但在远离平衡态条件下，非线性作用使涨落放大而达到有序。偏离平衡态的开放系统通过涨落，在越过临界点后“自组织”成耗散结构，耗散结构由突变而涌现，其状态是稳定的。耗散结构理论指出，开放系统在远离平衡状态的情况下可以涌现出新的结构。地球上的生命体都是远离平衡状态的不平衡的开放系统，它们通过与外界不断地进行物质和能量交换，经自组织而形成一系列的有序结构。可以认为这就是解释生命过程的热力学现象和生物的进化的热力学理论基础之一。 在生物学，微生物细胞是典型的耗散结构。在物理学，典型的例子是贝纳特流。广义的耗散结构可以泛指一系列远离平衡状态的开放系统，它们可以是力学的、物理的、化学的、生物学的系统，也可以是社会的经济系统。耗散结构理论的提出，对于自然科学以至社会科学，已经产生或将要产生积极的重大影响。耗散结构理论促使科学家特别是自然科学家开始探索各种复杂系统的基本规律，开始了研究复杂性系统的攀登。 远离平衡态的开放系统，通过与外界交换物质和能量，可能在一定的条件下形成一种新的稳定的有序结构。 典型的例子是贝纳特流。在一扁平容器内充有一薄层液体，液层的宽度远大于其厚度，从液层底部均匀加热，液层顶部温度亦均匀，底部与顶部存在温度差。当温度差较小时，热量以传导方式通过液层，液层中不会产生任何结构。但当温度差达到某

系统工程作业及(附答案)

第一批次 [多选题]贝塔朗菲认为系统技术包括两个方面，它们分别是：A：硬件 B：软件 C：固件 D：中间件 参考答案： [多选题]系统工程的理论基础包括： A：大系统理论 B：信息论 C：控制论 D：运筹学 参考答案： [多选题]从系统观点出发，全部环境因素应划分为： A：自然环境 B：人的因素 C：科学技术环境 D：社会经济环境 参考答案： [多选题]通常情况下，模型可分为 A：形象模型 B：概念模型 C：模拟模型 D：抽象模型 参考答案： [多选题]抽象模型是指 A：形象模型

C：数学模型 D：模拟模型 参考答案： [多选题]构造模型的一般原则是 A：现实性原则 B：简化性原则 C：适应性原则 D：借鉴性原则 参考答案： [多选题]在随机网络中，输入侧的逻辑关系分别有A：与型 B：或型 C：非型 D：异或型 参考答案： [多选题]在随机网络中，输出侧的逻辑关系分别有A：随机型 B：确定型 C：网络型 D：概率型 参考答案： [多选题]按系统性质进行的系统仿真分为 A：离散型仿真 B：确定型仿真 C：连续型仿真

参考答案： [多选题]动态规划法的基本原理是 A：相变原理 B：耗散结构理论 C：突变原理 D：最优化原理 参考答案： [多选题]管理系统一般由以下子系统构成 A：计划决策子系统 B：控制协调子系统 C：执行子系统 D：信息子系统 参考答案： [多选题]（）研究的是系统从原始均匀的无序状态发展成为有序状态，或从一种有序结构转变为另一种有序结构，以及系统从有序到无序的演化过程。 A：相变理论 B：耗散结构理论 C：协同学理论 D：突变理论 参考答案： [多选题]（）是物质系统内部结构和物理性质上的突变。 A：突变 B：涨落 C：混沌 D：相变 参考答案：

系统工程重点

第一章 系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分(要素)结合而成的、具有特定功能的有机整体。 系统必须具备三个条件：第一，系统必须由两个以上的要素(部分、元素)所组成，要素是构成系统的基本单位，因而也是系统存在的基础和实际载体，系统离开了要素就不成其为系统；第二，要素与要素之间存在着一定的有机联系，从而在系统的内部和外部形成一定的结构或秩序，这样，系统整体与要素，要素与要素，整体与环境之间，存在着相互作用和相互联系的机制；第三，任何系统都有特定的功能，这是整体具有不同于各个组成要素的新功能，这种新功能是由系统内部的有机联系和结构所决定的。 系统与要素的相互作用是：1.系统通过整体作用支配和控制要素系统通过其整体作用来控制和决定各个要素在系统中的地位、排列顺序、作用等。系统整体稳定，则要素也稳定；系统整体特性和功能发生变化，则要素以及要素之间的关系也会随之变化。2.要素通过相互作用决定系统的特性和功能一、要素的组成成分和数量具有一种协调、适应的比例关系，使得要素能够维持系统的动态平衡和稳定，并使系统走向组织化、有序化；二、要素之间出现不协调、不适应的比例关系，这就会破坏系统的平衡和稳定，甚至使系统衰退、崩溃。3.系统和要素的概念是相对的系统和要素的区别是相对的，由要素组成的系统，又是较高一级系统的组成部分。 系统的特性：1．整体性。2．相关性3、目的性4．环境适应性 “黑箱理论”就是在系统外部描述的基础上发展起来的一种考察系统的方法。根据该理论可以将系统内部状态难以认识的复杂对象看做一个黑箱，把外部对它的作用看做输入，而把它对外部的作用看做输出。 外部描述：通过输入与输出来描述系统变量的方法。 内部描述：通过系统的状态变量来描述输入与输出的一种考察系统的方法。 系统的形态：1．自然系统和人造系统2.实体系统和概念系统 3.封闭系统和开放系统 4.静态系统和动态系统 5.对象系统和行为系统6.控制系统和因果系统 耗散结构理论：耗散结构的概念是相对于平衡结构的概念提出的。耗散结构：一个远离平衡态的开放系统，在外界条件变化达到某一特定阈值时，量变可能引起质变，系统通过不断地与外界交换能量与物质，就可能从原来的无序状态转变为一种时间、空间或功能的有序状态。这种远离平衡态的、稳定的、有序的结构称为“耗散结构”。 管理系统工程：将系统工程应用于（企业）管理领域。即运用系统工程的科学方法，通过最优途径的选择，使管理工作在一定期限内收到最合理、最经济、最有效的效果 硬系统方法论：系统工程三维结构时间维逻辑维知识维 软系统方法论：一些问题只有通过对概念模型或意识模型的讨论和分析，才使得人们对问题的实质有了进一步的认识，经过不断磋商，再经过不断地反馈，逐步弄清问题，方得出满意的可行解。切克兰德根据以上思路提出他的方法论。韧系统方法论——综合集成法：软系统方法主要以定性分析为主，硬系统方法则主要以定量分析为主，而韧系统分析方法中，定性、定量方法交织在一起互相补充，发挥各自优势，实现“1＋1＞2”的功效。1、定性与定量相结合。2、前馈与反馈相结合。3、规范与灵活相结合。 模型:通常指原型的样本，是对现实系统的描述和模仿 程序化决策：是重复出现的一类问题因反复出现处理有经验，逐渐以规律性制定出一套固定的程序。 非程序化决策：这类问题较新，或因性质结构尚不清楚而无法用常规方法和程序来处理，必须以探索性方式来解决这一类问题第二章 管理系统分析：对管理系统内的基本问题用系统观点思维推理，在确定和不确定的条件下，探索可采取的方案，通过分析对比，为达到预期目标选出最优方案的一种辅助决策的方法。基本工作思路主要表现为：规范化→灵活化，程序化→耦合化，模型化→集成化，最优化→满意化。最基本的三项工作是：目标分析科学化，过程分析图形化，效果分析运筹化基本工作原则：一、整体优化原则二、协调有序原则三、动态平衡原则 管理流程图是对各部门或专业业务的工作过程进行科学的划分和界定，对管理过程的规律进行系统的总结和表述的工具。最显著特点是系统化、规范化和条理化。两种形式，其一是描述单项管理工作的业务流程图，其二是描述工作系统情况的系统流程图。 业务流程图：以一项相对独立的管理业务为单位，用标准图例和简单文字说明将其内容、步骤和要求绘制出来，其目的是对管理业务进行规范化和标准化，是企业管理规范的一类文件

耗散结构理论-科学观,哲学意义

耗散结构理论 耗散结构理论是比利时布鲁塞尔学派领导人普利高津 （I.Prigogine）教授1969年在一次“理论物理与生物学”的国际会议上，针对非平衡态统计物理学的发展提出的。理论指出，一个远离平衡态的开放系统，通过不断地和外界交换物质和能量，当外界条件达到一定的阈值时，系统可能从原来的无序的混乱状态，转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。普利高津把在远离平衡态情况下所形成的有序结构命名为“耗散结构”。耗散结构理论就是研究耗散结构的性质，以及它的形成、稳定和演变规律的理论。 耗散结构理论研究的对象是开放系统。宇宙中的系统无一不是和周围环境有着相互依存和相互作用的开放系统，不论是有生命的，还是无生命的，都是如此。因此，这一理论涉及的面之广，在科学发展史上是罕见的。这一理论从诞生到现在，短短的二十几年中，在各方面的应用都已取得了可喜的成果。 我们应该清楚地看到，在自然界、科学实验、乃至社会现象中，从宏观上看，都有必要、也必须区分平衡结构（平衡状态下的稳定化有序结构）和耗散结构（耗散状态下的稳定化有序结构）。这里所讲的平衡结构，是指热力学意义上的平衡，即在与外界没有物质、能量交换的条件下，宏观系统的各部分在长时间内不发生任何变化。而耗散结构是指宏观系统在非平衡条件下，通过和外界不断地进行能量和物质交换而形成并维持的一种稳定化了的有序结构，即在非平衡态下

宏观体系的自组织现象。通俗一点讲，平衡结构是一种“死”的有序化结构，而耗散结构则是一种“活”的有序结构。我们熟知的晶体和液体是比较典型的平衡态下的稳定化有序结构。连续介质力学中的“贝纳特不稳流”则是布鲁塞尔学派最早用来说明耗散结构物理图象的一个例子。这个实例说，加热一个液体系统，液体内会产生一个温度梯度。温度梯度较小时，热量通过传导在液体中传递，不存在一种有序的自组织现象。但如果继续加热，当温度梯度达到一定的特征值时，一种有序的对流元胞会自动呈现，整个体系则由无数个这种对流元胞组成，它对应于一种高度有序化的分子组织，此时热量是通过宏观对流来传递的。这种图象就称为“贝纳特花样”，如右图所示。这种产生在不稳定之上，当体系达到某一特征值时稳定化的宏观有序的新组织、新结构，就是所谓的耗散结构。 热力学第二定律指出，熵是无序度的一种量度。熵增加原理又指出，孤立系统的熵永不减少。它终究要达到一个极大值，此时对应于一个热力学的平衡态。因此高熵对应于平衡态，低熵对应于非平衡态。而对于布鲁塞尔学派来说，耗散结构是“非平衡态是有序之源”这一基本出发点的必然结果。对于一个和外界可以交换能量或物质的开放系统，在时间dt内，体系熵的增加量ds，应该由两部分组成。一部分是由于体系和外界交换能量及物质而引起的熵增，称为熵流，用 d e s表示。另一部分称为“熵源”，顾名思义，它是由于体系内部的不可逆过程所引起的，用d i s表示。ds可表示为ds＝d e s+d i s。熵增加原理告诉我们d i s≥O。而对于一个开放系统来说，只要满足d e s＜-d i s，

系统工程复习要点-Elane

第一章：系统工程概述 1、系统理论包括： 老三论（形成于二十世纪四十年代）：一般系统论、控制论和信息论。系统论或狭义的一般系统论，是研究系统的模式、原则和规律，并对其功能进行数学描述的理论。控制论是研究各类系统的控制和调节的一般规律的综合性理论。信息与控制等是其核心概念。信息论是研究信息的提取、变换、存储与流通等特点和规律的理论。 新三论（形成于二十世纪七十年代）：耗散结构理论、协同论和突变论。 2、系统的概念： 系统：是由两个以上有机联系、相互作用的要素所组成，具有特定功能、结构和环境的整体。 系统工程研究的是组织化的大规模复杂系统。系统与环境也是两个相对的概念。 3、系统的一般属性： 整体性、关联性、环境适应性（附加：目的性、层次性） 整体性：是系统最基本、最核心的特性，是系统性最集中的体现；集合的概念就是把具有某种属性的一些对象作为一个整体而形成的结果，因而系统集合性是整体性的具体体现。 关联性：构成系统的要素是相互联系、相互作用的； 环境适应性：系统的开放性及环境影响的重要性是当今系统问题的新特征，日益引起人们的关注； 4、系统的类型： A、自然系统与人造系统 B、实体系统与概念系统 C、 动态系统与静态系统 D、封闭系统与开放系统 5、系统工程的概念： 系统工程是从总体出发，合理开发、运行和革新一个大规模复杂系统所需思想、理论、方法论、方法与技术的总称，属于一门综合性的工程技术. 用定量与定性相结合的系统思想和方法处理大型复杂系统的问题，无论是系统的设计或组织建立，还是系统的经营管理，都可以统一的看成是一类工程实践，统称为系统工程。钱学森曾指出：系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、实验和使用的科学方法，是一种对所有系统具有普遍意义的科学方法，系统工程是一门组织管理的技术。 系统工程是一门交叉学科；而且具有广泛而厚实的理论和方法论基础，又具有很明显的实用性特征。 6、系统工程方法的特点：

耗散结构理论

耗散结构理论 耗散结构理论是指用热力学和统计物理学的方法，研究耗散结构形成的条件、机理和规律的理论。 耗散结构理论的创始人是伊里亚·普里戈金(Ilya Prigogine)教授，由于对非平衡热力学尤其是建立耗散结构理论方面的贡献，他荣获了1977年诺贝尔化学奖。普里戈金的早期工作在化学热力学领域，1945年得出了最小熵产生原理，此原理和翁萨格倒易关系一起为近平衡态线性区热力学奠定了理论基础。普里戈金以多年的努力，试图把最小熵产生原理延拓到远离平衡的非线性区去，但以失败告终，在研究了诸多远离平衡现象后，使他认识到系统在远离平衡态时，其热力学性质可能与平衡态、近平衡态有重大原则差别。以普里戈金为首的布鲁塞尔学派又经过多年的努力，终于建立起一种新的关于非平衡系统自组织的理论──耗散结构理论。这一理论于1969年由普里戈金在一次“理论物理学和生物学”的国际会议上正式提出。 耗散结构理论提出后，在自然科学和社会科学的很多领域如物理学、天文学、生物学、经济学、哲学等都产生了巨大影响。著名未来学家阿尔文·托夫勒在评价普里戈金的思想时，认为它可能代表了一次科学革命。 耗散结构理论可概括为：一个远离平衡态的非线性的开放系统(不管是物理的、化学的、生物的乃至社会的、经济的系统)通过不断地与外界交换物质和能量，在系统内部某个参量的变化达到一定的阈值时，通过涨落，系统可能发生突变即非平衡相变，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。这种在远离平衡的非线性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”(dissipative structure)。可见，要理解耗散结构理论，关键是弄清楚如下几个概念：远离平衡态、非线性、开放系统、涨落、突变。 (1)远离平衡态 远离平衡态是相对于平衡态和近平衡态而言的。平衡态是指系统各处可测的宏观物理性质均匀(从而系统内部没有宏观不可逆过程)的状态，它遵守热力学第一定律：dE=dQ-pdV，即系统内能的增量等于系统所吸收的热量减去系统对外所做的功；热力学第二定律：dS/dt>=0，即系统的自发运动总是向着熵增加的方向；和波尔兹曼有序性原理：pi=e-Ei/kT，即温度为T的系统中内能为Ei的子系统的比率为pi. 近平衡态是指系统处于离平衡态不远的线性区，它遵守昂萨格(Onsager)倒易关系和最小熵产生原理。前者可表述为：Lij=Lji，即只要和不可逆过程i相应的流Ji受到不可逆过程j的力Xj的影响，那么，流Ji也会通过相等的系数Lij受到力Xi的影响。后者意味着，当给定的边界条件阻止系统达到热力学平衡态(即零熵产生)时，系统就落入最小耗散(即最小熵产生)的态。 远离平衡态是指系统内可测的物理性质极不均匀的状态，这时其热力学行为与用最小熵产生原理所预言的行为相比，可能颇为不同，甚至实际上完全相反，正如耗散结构理论所指出的，系统走向一个高熵产生的、宏观上有序的状态。 (2)非线性 系统产生耗散结构的内部动力学机制，正是子系统间的非线性相互作用，在临界点处，非线性机制放大微涨落为巨涨落，使热力学分支失稳，在控制参数越过临界点时，非线性机制对涨落产生抑制作用，使系统稳定到新的耗散结构分支上。 (3)开放系统

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系统工程1 一、单项选择题 1、（）是根据特定的目标，通过人的主观努力所建成的系统，如生产系统、管理系统等。（正确答案：C,答题答案） A、概念系统 B、实体系统 C、人造系统 D、自然系统 2、以下哪项不是系统的一般属性。（）（正确答案：B,答题答） A、整体性 B、真实性 C、相关性 D、环境适应性 3、下面关于系统工程的叙述中哪一个是错误的。（）（正确答案：C,） A、系统工程是以研究大规模复杂系统为对象 B、系统工程追求系统的综合最优化 C、系统工程属于自然科学研究范畴 D、系统工程应用定量分析和定性分析相结合的方法 4、钱学森教授提出，系统工程是一门（）。（正确答案：B,） A、经济控制的技术 B、组织管理的技术 C、现代工程技术 D、控制分析和设计的技术 5、凡是由概念、原理、原则、方法、制度、程序等概念性的非物质要素所构成的系统称为 （）。（正确答案：A,） A、概念系统 B、实体系统 C、人造系统 D、自然系统 6、系统的特征有整体性、相关性、（）、有序性、动态性和环境适应性。（正确答案：B,答题答案） A、功能性 B、目的性 C、社会性 D、实践性 7、凡是以矿物、生物、机械和人群等实体为基本要素所组成的系统称之为（）。（正确答案： B, ） A、概念系统 B、实体系统 C、人造系统 D、自然系统 8、我国古代运用系统工程建造的大型水利工程典范是（）。（正确答案：D,） A、京杭大运河 B、黄河治理 C、灵宝渠 D、都江堰 9、下列关于系统定义描述错误的是（）。（正确答案：B,） A、系统是一个整体 B、一个系统的结构就是所有组分间关联方式的总和 C、对于系统中 的任意两个组分，它们之间的关系只有一种D、模型是对原系统特性的简化表达形式 10、系统工程的目的是（）（正确答案：D,） A、整体性和系统化观点 B、多种方法综合运用的观点 C、问题导向及反馈控制观点 D、总体最优或平衡协调观点 11、系统工程的前提是（）（正确答案：D,） A、多种方法综合运用的观点 B、问题导向及反馈控制观点 C、总体最优或平衡协调观点 D整体性和系统化观点

耗散结构理论、时间和认识论(一)

耗散结构理论、时间和认识论(一) 摘要：本文讨论了普里戈金创立耗散结构理论、对不可逆时间探讨引起的几个认识论问题：认识与生命特征相联系；人既是参与者又是观测者；动力学描述和热力学描述，不可逆与可观测；科学认识发展中的共鸣与涨落放大；以及自然观和科学认识论的关系。 关键词：耗散结构时间认识论自然观 耗散结构理论的创建者普里戈金对时间的新探索，不仅具有自然观上的重要意义，而且具有科学认识论上的重要意义。 一、时间对称破缺：认识与生命特征相联系 时间，是一个基本的哲学范畴，也是一个基本的科学范畴。它与科学思想的演进密切相联系，也与认识论的发展密切相联系。 在经典科学的可逆的钟表时间观支配下，自然界被描述成一个量的世界、几何的世界，自然界是钟表，动物是机器，人只不过是更精妙的高级的会学习的机器。那时代的一部分思想家提出，学习是从感觉经验中来的，除了感觉经验之外，一切都不可知。另一部分时代思想家则认为，这台机器中已先天地装有某种概念程序，从而可以接纳跟这种内存程序相容的东西。康德则明确提出了“先验时间”是认识得以发生、发展的一个基本前提。 进入19世纪，终于出现一系列关于自然演化的理论。热力学第二定律，把不可逆的演化、时间之矢问题提到了醒目地位。在普里戈金看来，20世纪以来的一系列科学进展，特别是基本粒子的不稳定性的发现，现代宇宙学演化观念的发展，以及非平衡成为有序性的基本因素的发现，都标志着时间的再发现。所谓的时间的再发现即时间对称破缺、不可逆性作为自然界的一种建设性因素的发现，这标志着一种新的科学认识论观点的产生。 在对时间的新探索中，普里戈金导出了一个内部时间。一个系统的内部时间本质上不同于从钟表上读出的外部时间，但其与某个态相联系的平均“年龄”与钟表上读出的时间的数量相同。一旦得到了内部时间，就有一个时间对称破缺变换，从而把热力学第二定律表述为一个选择原则。 当普里戈金以“更带有认识论色彩的说明”来阐述上述科学发现的意义时，他认为：“测量过程相应于人与其周围世界相互作用的一种特殊形式。要对这种相互作用进行更为详细的分析，必须考虑到，活的系统，包括人，有一个破缺的时间对称性。”“时间不仅仅是我们内部经验的一个基本的成分和理解人类历史（无论是在个别人，还是在社会的水平上）的关键，而且也是我们认识自然的关键。”（〔1〕，pp.209—214）当然，“这并不是说，我们必须恢复主观主义的科学观；而是说，在某种意义上，我们必须把认识与生命联系起来。”（〔1〕，p.5） 从相对论、控制论到宇宙学，都接触到了时间的对称破缺，不可逆性对于科学认识和认识论的意义。相对论中，时间与认识有关；爱因斯坦还注意到：如同拍电报那样，“这里重要的是，发送信号在热力学意义上是一个不可逆的过程，是一个同熵的增大有关的过程（然而，按照我们现在的知识，一切基元过程都是可逆的）。”2]维纳写道：“能够和我们通信的任何世界，其时间方向和我们相同。”（〔3〕，p.35）霍金试图论证热力学时间箭头、心理学时间箭头和宇宙学时间箭头的一致性，他写道：“我们必须按熵增加的次序记住事物。”4] 普里戈金通过耗散结构理论的新成就，比较深入地探讨这一问题。他认为，热力学第一定律表述为一个选择原则表明，时间对称破缺意味着存在着一个熵垒，即存在不允许时间反演不变的态。如同相对论中光垒限制了信号的传播速度一样，熵垒的存在则是通信有意义所必需的。无限大的熵垒保证了时间方向的唯一性，即保证了生命与自然的一致性，使认识成为可能。换言之，人之所以能认识世界，是因为天人相通、人跟世界的时间之矢一致。 生命系统是耗散自组织系统，是有内在生命节律的过程系统。生命即使是最简单的单细胞生物，也正是借助这种内在的生命节律机制，从而内在的对时间有方向性感觉。对时间方向性的理解，随着生物组织水平的提高而提高，很可能是在人的意识中达到最高点。而且，耗散

耗散结构理论

耗散结构理论可概括为：一个远离平衡态的非线性的开放系统(不管是物理的、化学的、生物的乃至社会的、经济的系统)通过不断地与外界交换物质和能量，在系统内部某个参量的变化达到一定的阈值时，通过涨落，系统可能发生突变即非平衡相变，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。这种在远离平衡的非线性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”(dissipative structure)。可见，要理解耗散结构理论，关键是弄清楚如下几个概念：远离平衡态、非线性、开放系统、涨落、突变。 耗散结构,是普利高津在研究不违背热力学第二定律情况下,如何阐明生命系统自身的进化过程时提出的新概念。什么是耗散结构?用通俗的话来讲,就是一个远离平衡的包含有多组分多层次的开放系统,在外界条件变化达到一定阈值时,经“涨落”的触发,量变可能引起质变;系统通过不断与外界进行物质和能量交换,在耗散过程中产生负熵流,就可能从原来的无序状态转变为一种时间、空间或功能的有序状态。这种非平衡态下形成的新的有序结构,就是耗散结构。 耗散结构的概念是相对于平衡结构的概念提出来的，它提出一个远离平衡态的开放系统，在外界条件发生变化达到一定阀值时，量变可能引起质变，系统通过不断地与外界交换能量与物质，就可能从原来的无序状态转变为一种时间、空间或功能的有序状态。耗散结构理论成功地引用到某些系统。 一座城市可看作一个耗散结构，每天输入食品、燃料、日用品等，同时输出产品和垃圾，它才能生存下去，它要保持稳定有序状态，否则将处于混乱。现代经济系统也是一个非平衡的开放系统，系统内部各部门的联系是非线形的，存在着有规律的经济波动和无规律的随机扰动，因此也是一个耗散结构。 20世纪70年代，比利时物理学家普利高津提出了耗散结构学说，这也是一种系统理论。耗散结构的概念是相对于平衡结构的概念提出来的。长期以来，人们只研究平衡系统的有序稳定结构，并认为倘若系统原先是处于一种混乱无序的非平衡状态时，是不能在非平衡状态下呈现出一种稳定有序结构的。普利高津等人提出：一个远离平衡的开放系统，在外界条件变化达到某一特定阈值时，量变可能引起质变，系统通过不断与外界交换能量与物质，就可能从原来的无序状态转变为一种时间、空间或功能的有序状态，这种远离平衡态的、稳定的、有序的结构称之为“耗散结构”。这种学说回答了开放系统如何从无序走向有序的问题。 [编辑] 耗散结构是在远离平衡区的非线性系统中所产生的一种稳定化的自组织结构。在一个非平衡系统内有许多变化着的因素，它们相互联系、相互制约，并决定着系统的可能状态和可能的演变方向。这些因素可以归纳为两类：其一是广义流，其二是广义力；而且广义流依赖

耗散结构理论的建立

耗散结构理论的建立 作者：沈小峰胡岗等课程相关：自然篇文献类型：选读 耗散结构理论建立至今已有二十年的历史，它对当代科学和哲学发展的影响日益显著，有人甚至认为它代表了下一次的科学革命。普利高津（Prigogine）为此荣获了1997年诺贝尔化学奖。 本文试图通过对耗散结构理论建立过程的分析，探讨科学发现的一般特征及其规律性。 1、问题的提出：两种物理图像、两个演化方向和两类运动规律的矛盾 十九世纪，由于生产的发展，特别是由于蒸汽机的广泛使用，为了提高热机的效率，热力学开始建立和发展起来。1842年到1848年，由迈尔、焦耳、赫尔姆霍茨等人建立了热力学第一定律。1850年一1851年汤姆生和克劳修斯建立了热力学第二定律，从而奠定了热力学的理论基础。为了从微观的角度说明宏观的热力学现象，克劳修斯、麦克斯韦、玻尔兹曼、吉布斯等人建立了统计物理学。这个时期的热力学和统计物理学主要研究一个系统处于平衡态，以及从一个平衡态过渡到另一个平衡态的过程。即可逆过程的运动规律。对于非平衡系统与不可逆过程，除了根据热力学第二定律指出，一个不与外界发生物质和能量交换的孤立系统，自发地趋于平衡态这—过程是不可逆的之外，没有给出更多的知识。因而我们称之为平衡态热力学和统计物理学。 然而，在描述时间的问题上，热力学理论和动力学理论发生了根本性的分歧。 我们知道，在当时的牛顿力学(后来的量子力学和相对论力学亦不例外)中，时间和空间坐标一样，本质上只是一个描述运动的几何参量。力学问题可以放在四维时空中来进行研究，它们的基本方程，如牛顿运动方程，薛定谔方程，对于时间来说都是可逆的、对称的。也就是说，这些方程既可以说明过去，又可以决定未来，在方程中不出现任何“时间箭头”的问题。总之，动力学给我们描述的是一个可逆的、对称的世界图景。 但是，热力学第二定律却给我们提供了一个本质上完全不同的物理图像。它指出，一个孤立系统，无论其初始条件和历史如何，它的一个状态函数熵会随着时间的推移单调的增加，直至达到热力学平衡态时趋于极大，从而指明了不可逆过程的方向性。既“时间箭头”只能指向熵增加的方向。熵增加原理第一次把演化的观念、历史的观念引入物理学。“熵”概念的提出，是十九世纪科学思想的一个巨大贡献，它的意义完全可以和生物学中提出的“进化”概念相媲美，热力学和动力学给我们提供了两幅不同的物理图像，产生了可逆的微观方程和不可逆的宏观现象的矛盾。 十九世纪的热力学和生物学都涉及到世界运动变化的方向，即“时间箭头”的问题。热力学第二定律说明的是一个孤立系统朝着均匀、无序简单、趋向平衡态的方向演化，这实际上是一种．退化的方向。克劳修斯把这一理论推广到全宇宙，就得出了“宇宙热寂说”的悲观结论。生物学的进化论描述的却是系统从无序到有序，由简单到复杂，由低级到高级，出大功能到有功能、多功能的有组织的方向演化。这是一个进化的方向。在生物界和人类社会小这种进化的现象最为明显。于是又产生了一个克劳修斯和达尔文的矛盾，退化和进化的矛盾，似乎生物界包括人类社会遵循留与物理世界完全不同的规律，有着迥然不同的演化方向。 此外，还存在一个动力学规律相统计规律的关系问题。动力学的规律是必然的、决定论的，而统计规律却是概率性的、随机的、非决定论的。 两种物理图像，产生了动力学与热力学的关系问题：两个演化方向，涉及到物理学和生物学的关系问题；两类运动规律涉及必然性和偶然性的关系问题。这些问题引起了许多科学家们热烈的争论，正如普利高津所说：“十九世纪是带着—种矛盾的情景一一作为自然的世界和作为历史的世界——离开我们的。”（《普利高津与耗散结构理论》，第V页，陕西科学技术出版社，1982）近百年来，讨论这些矛盾的论文有上千篇，但问题至今尚未完全解决。当代著名物理学家威格纳(Wigner)曾经说：“近代科学中最重要的间隙是什么?显然是物理科学和精神科学的分离”（参见《普利高津与耗散结构理论》，第101—102页）。柯伊莱(A．Koyre)则指出，牛顿用他的经典力学“把分割天体和地球之间的壁垒推倒，并且把两者结合起来，统一成为一个整体的宇宙。”但是他却把“我们的世界一分为二”，即分成一个物理的世界、量的世界；一个生物的世界、质的世界，于是形成了两个世界、两种科学、两类文化，二者之间存在着巨大的鸿沟（参见《普利高津与耗散结构理论》，第101—102页）。怎样把二者统一起来呢?能否用物理学的观点来全面地解释生命的特点及其进化的过程，使生物学成为研究生命系统的“物理科学”，实现自然科学