【知识体系】系统论发展史上的“老三论”的历史知识

老三论，简而言之就是系统的有序化、可控化。

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系统科学，向下，延伸到具体的事物，如系统工程、具体项目；向上，直通哲学殿堂，追问世界的本源和发展方向，通过探讨系统科学的哲学问题，形成了系统哲学。

当我们去追溯系统科学的研究进路，就能发现它是在现代科学技术高度综合的大趋势下产生和迅速发展起来的。它至少是受到三个方面科学研究影响和推动的结果。

第一，物理学和数学的发展。在传统的动力学规律中，甚至可以把一个天体看做一个质点，根据运动规律所建立的微分方程，只要给定初始条件，即可由微分方程的积分导出物体运动的轨迹，每一时刻的物体运动状态都是确定的。这是一种还原论和解析论。到19世纪末统计力学和20世纪20年代量子力学的建立的时候，把统计规律引入许多学科。与动力学规律不同，统计规律表现出明显的不确定性。统计规律一般涉及由大量元素组成的宏观物体。元素的数目之多，不可能直接求解它们的方程，而必须采用统计方法求大量元素数据的平均值。在接下来的动力学规律研究中，概率统计理论的发展与成熟，及其被引入各个学科特别是物理学中，打破了动力学规律独霸天下的局面，统计规律的实质是概率性的，涉及自然界的随机现象。热力学第二定律中的熵直至信息概念的提出，就是这一研究的逐步深入。

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第二，生物学和生命科学的进展。科学研究告诉我们，生物界不是一个用牛顿理论所描绘的确定性机械世界。另一方面，生物个体行为也不能用统计力学和量子力学所用的统计定律来刻画。生命的活动中既有或然性，也有必然性。生命是怎样把必然与偶然统一起来的？20世纪三四十年代，生物学家提出了“内稳定”概念，意味着人类对这一问题的认识已推进到新的阶段，它直接为控制论的诞生奠定了基础。

第三，计算机的迅速发展，为人类探索复杂性提供了必备的、强有力的技术工具。系统复杂性的特点就是其内涵极其丰富，所以不能过分简化，但又不能用有效处理高度随机性的办法来进行研究。因此，在计算机技术尚不发达之前，对于系统复杂性的研究无法有效开展。随着计算机技术水平的提高，推动了人类对思维规律的探讨，刺激了人工智能的新发展，也开拓了系统科学新方法论的可能性。

系统科学的产生始于一般系统论、控制论和信息论。它们分别是美籍奥地利生物学家贝塔朗菲（L.V.Bertalanffy）、美国数学家维纳（N.Wiener）和香农（C.E.Shannon）创立的，这是第二次世界大战后横向科学蓬勃兴起的标志性成果。在我国把一般系统论、控制论和信息论统称为“老三论”，其影响极其广泛，具有很高的知名度。“老三论”为系统科学创立了三个核心概念：系统、信息与控制。

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| 一般系统论

一般系统论是由美籍奥地利生物学家贝塔朗菲（L.V.Bertalanffy）于1937前后年创立。

一般系统论用系统概念来把握研究对象，始终把对象作为一个整体来看待，并强调系统结构与功能的研究，以及系统、要素、环境三者的相互关系和变动的规律性研究。在思维方式上把分析和综合辩证地结合起来，使系统方法形成了如下模式：首先，从整体出发进行系统综合，得到各种可能的系统方案；其次，系统地分析各个要素及其关系，建立数学模型；最后，对数学模型进行优化选择并重新综合成整体。

系统论的重大意义在于颠覆了西方固有的逻辑分析思维，将人们从还原论的死胡同里拉了出来，开启了一种新的思维模式，即整体大于部分之和。人们思维从之前将整体分解为个体然后研究的习惯转为从整体出发，把要素、环境以及相互之间的联系都纳入了研究对象。整个对事物的关注点由相互独立转变为相互关联，这是一个划时代的思维变革。

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| 信息论

信息论是由美国数学家香农（C.E.Shannon）于1948年前后创立。

信息论是一门用数理统计方法来研究信息的度量、传递和变换规律的科学。它主要是研究通讯和控制系统中普遍存在着信息传递的共同规律以及研究最佳解决信息的获限、度量、变换、储存和传递等问题的基础理论。

系统，是对抗熵增、制造熵减的机器。让这台机器正常运转所需要的原材料有两种：一种是质能，一种是信息。质能，就是物质和能量。科学已经证实：物质和能量是一回事，而且在人类周边普遍存在。

信息，告诉机器如何运行，告诉人类怎样工作才能熵减，才能有序。其实，有序和无序的状态，本身就是信息。信息本质上是一种“确定性”。你炒股票，得到信息越多，确定性越大，赢的可能性也越大。当然，也有伪信息捣乱。

信息就是负熵。系统使用信息制造或恢复有序，就是熵减。系统的形成，要么是组织力作用的结果，要么是自组织力作用的结果。

数理统计的兴起推动了信息论进步，这一学科使得一些自然界之前无迹可寻的事物逐渐变得有迹可循。简单的来说就是之前无法定量描述的规律现在可以用概论来解释并能挖掘其中的奥妙，这是基础学科进步推动了上层建筑进步的发展。

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| 控制论

控制论是由美国数学家维纳（N.Wiener）于1948年前后创立。

控制论是从信息和控制两个方面研究系统。控制论的核心问题是从一般意义上研究信息提取、信息传播、信息处理、信息存储和信息利用等问题。控制论与随后形成的信息论有着基本区别。控制论用抽象的方式揭示包括生命系统、工程系统、经济系统和社会系统等在内的一切控制系统的信息传输和信息处理的特性和规律，研究用不同的控制方式达到不同控制目的可能性和途径，而不涉及具体信号的传输和处理。信息论则偏于研究信息的测度理论和方法，并在此基础上研究与实际系统中信息的有效传输和有效处理的相关方法和技术问题，如编码、译码、滤波、信道容量和传输速率等。

控制论的核心问题涉及5个基本方面：①通信与控制之间的关系。一切系统为了达到预定的目的必须经过有效的控制和信息反馈。②适应性与信息和反馈的关系。适应性是系统得以在环境变化下能保持原有性能或功能的一个特性。③学习与信息和反馈的关系。反馈具有用过去行为来调节未来行为的功能。④进化与信息和反馈的关系。生命体在进化过程中一方面表现有多向发展的自发趋势，另一方面又有保持祖先模式的趋势。这两种效应基于信息和反馈相结合，通过自然选择会淘汰掉那些不适应周围环境的有机体，留下能适应周围环境的生命形式的剩余模式。⑤自组织与信息和反馈的关系。人根据神经细胞的新陈代谢现象和神经细胞之间形成突触的随机性质来认识信息与系统结构的关系。可以认为，记忆的生理条件以至于学习的生理条件就是组织性的某种连续，即通过控制可把来自外界的信息变成结构或机能方面比较经久的变化。

控制论的方法涉及4个方面：定输入输出变量、黑箱方法、模型化方法、统计方法。控制论方法属于统计方法的范畴，需要引入无偏性、最小方差、输入输出函数的自相关函数和相关分析等概念。采用广义调和分析和遍历定理，可从每个个别样本函数来获取所需的信息。维纳采用这种方法建立了时间序列的预测和滤波理论称为维纳滤波。非线性随机理论不但是控制论的数学基础，而且是处理一切大规模复杂系统的重要工具。

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上面三个理论被称为“老三论”，他们奠定了系统论的基础。我们会发现，自从一般系统论在宏观上改变了对事物的研究视角之后，信息论和控制论都是从宏观的定量的对系统进行研究，确切一点就是通过研究系统的重要要素——信息的规律来揭示事物的特征。如果说系统论提供了具体的思维，那信息论和控制论就进一步提供了行之有效的方案和策略，让系统进一步有序，可控。让人们面对复杂的事物的时候，有技可施。这就是系统发展道路上的老三论。

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参考文献:《系统科学发展概论》·吴今培。

注：文首的图片取自Pexels。