第6章 系统与系统理论(1)
——从一个眼的“网”的故事谈起6.1科学研究中的系统
1）什么是系统
提起“系统”，我们并不陌生。人们在日常生活中或写文章经常使用这个词。那么，究竟什么是系统？我们还是先来听个故事吧。
我国古代《申鉴·时事》里曾记载过这样一个故事：某人到林中见别人布了一张捕雀的大网，捕到的雀都是一个鸟头钻进了一个网眼，于是他回家后，用一截截短绳结成许多互不相连的小绳圈，也准备去网雀。有人问他：“这些小绳圈是做什么用的？”他说：“网雀用的。既然一只雀只钻一个网眼，我这种绳圈岂不要比一张大网省事吗？”不言而喻，此人是一只雀也不会网到的。然而，就是这个看似愚蠢的笑料中，却蕴涵着深刻的系统涵义。我们知道，网虽然是由网眼组成的，但网无论在质上和功能上都不同于许多单个的网眼。因为网中的每个网眼并非孤立存在，而是被相互制约地联结在一起，所以网才具有单个网眼所没有的捕雀功能。通常人们把类似网眼这种组成整体的部分或成分，称之为要素；而把类似鸟网这种由特定的相互作用方式联结着的要素所构成的具有新质的整体，就叫做系统。
严格地说，在系统理论中，所谓系统，就是由若干相互联系和相互作用的部分（要素）组成的具有特定结构和功能的有机整体。它包含三层意思：一是系统都是由若干部分（要素）以一定的结构形式组成的有机整体；二是这些相互联系的整体可以分解为若干基本要素；三是这一整体具有不同于各组成部分的新功能。根据上述的概念，我们就可以知道，无论什么事物或研究对象，要成为一个系统，就必须具有以下两个基本条件：一是要有它的构成部分（要素）；二是各部分之间要相互联系和相互作用。例如，上面提到的网和网眼，一个个网眼相互联系，相互作用组成一张巨大的捕雀网；再如，一部汽车系统，它由发动机部分、润滑部分、电路部分、驱动行走等部分（要素）组成，各部分之间相互联系，相互作用，汽车才能成为一个有机系统，并发挥其功能作用。
系统是普遍存在的。自然界、人类社会和人们的思维中，都存在着无数的系统。例如，自然界中的天体系统、地球系统、大气系统和动植物系统等；在人类社会中的政治、经济、军事、文教、科技系统等；在人类思维中的语言逻辑系统、伦理道德系统、哲学系统等等。总之，从基本粒子到整个宇宙，从无机界到有机界，从人类社会到人们的思维，从自然科学到社会科学，都存在系统。
2）什么是要素
所谓要素，就是指系统内相互联系、相互作用的部分、单元或成分。
它是系统的基础和实际载体，决定着系统内部的联系、结构、功能等，因而也就决定着系统的本质。要素具有以下特点：
（1）要素具有层次性。就是说，作为构成系统的组成单元可以分为不同层次。如蛋白质大分子系统的组成单元，可分为氨基酸有机小分子和碳、氢、氮等原子两个层次。这两个层次的物质都是蛋白质大分子系统中形成特定的相互关系和相互作用方式，并和特定的相互作用方式一起对蛋白质大分子系统的性质、功能和规律起着决定作用；要素中的层次是指一定关系内的层次，并非要素内部一切可分的层次。
（2）要素具有二重性。在一个可以分为若干子系统的系统，要素具有二重性，除了要素自身的地位和属性外，还同时具有子系统的地位和属性。
（3）同一要素在不同的物质系统中，其性质、地位和作用有所不同，如月球在太阳系中和它在月—地系统中的性质、地位和作用就有所不同。
系统和要素的关系是辩证统一的。在一定条件下，系统和要素是相互联系、相互依存的。没有系统，就无所谓要素，反之，没有要素，也无所谓系统。系统和要素在一定条件下又是相互转化的。一方面，任何系统都不是孤立的，当它和周围环境相互作用组成较高一级系统时，原系统便转化为较高一级系统的组成要素；另一方面，任何一个系统中的要素本身，在相互作用下又按一定关系组成较低一级的系统，这时原系统中的要素本身便转化为较低一级的系统。例如，原子和原子之间按一定关系结合成分子时，原子这个系统就转化为分子系统中的组成要素，原子中组成要素原子核和电子在—定条件下又可以转化为新的核子系统和电子系统。再如，若把地球看作一个系统，那么它的大气层、地壳、地幔、地核等就是它的要素，但若把银河系看作是一个系统，那么，则太阳系就是它的一个要素了。
3）系统的特征
根据系统的定义，系统具有以下特征：
（1）集合性。系统至少是由两个以上的可以相互区别的要素所组成。系统是一个不可分割的整体，而且必须作为一个完整的系统而不是作为一个分系统的集合来看它的功能。从它的功能来看，整体系统要比它们所有分系统（要素）的功能的总和还大。
（2）相关性。系统内的各要素是相互作用和相互联系的。系统中的各要素与存在该系统中的其他要素既是相互关联又是相互制约的，它们之间的某一要素如果发生了变化就意味着其他要素也要相应地改变和协调。
（3）整体性。这是从综合协调方面来说系统特征的。就是说，系统的要素以及系统要素间的相互关系和阶层分布，只能逻辑地统一和协调于系统的整体之中。离开了整体上的协调，要素的功能和要素间的相互作用便失去了意义。系统的要素必须按整体目标要求实现有序化和综合平衡，系统的各项局部指标和标准必须具有整体性，没有构成整体输出的高指标和局部的高标准，就会造成低效或无效运行以及由此产生的低效下降。
（4）环境适应性。环境是指一个单独系统与外界的关系，系统的外界关系就是环境。所以系统是处在环境之中，环境是更高级的系统，在某种情况下它会限制系统能力的发挥。环境的变化对系统有很大的影响，系统必须与外部环境产生物质的、能量的和信息的交换，必须适应外部环境的变化，要能够经常同外部环境保持最佳适应状态。
（5）目的性。人工系统都是具有目的性的系统，而且常常不是单一的目的性。系统的目的性决定系统的基本功能和作用，系统的功能一般是通过同时或顺次完成一系列任务来达到的。这样的任务可能有若干个，它的完成便体现了系统的功能，达到了系统的目的。例如，企业的经营管理系统，在限定的资源和现有的职能机构配合下，它的目的可能是完成或超额完成生产计划，达到规定的质量和成本利润等指标。
4）系统的功能
不同的系统由不同的要素构成。可以把构成不同系统的要素概括为四大基本要素，即物质、能量、信息、人。任何系统都存在着物质、能量、信息和人的流动，这种流动包括系统内部流动和系统与外部环境之间的流动。从环境向系统的流动称为输入，从系统向环境的流动称为输出。输入表现了环境对系统的影响，输出表现了系统对环境的影响。
输入和输出反映了系统和环境的相互作用。
输入作用于系统会引起反应，即系统的输出，这个输出就是系统的行为。行为是系统功能的表现。不同的系统有不同的功能，可归纳为五个方面：即稳定、加工处理、流动、通信和控制。
（1）稳定是系统某种状态的维持。信息在计算机内的储存、物资在仓库的停放都是系统稳定功能的表现。系统只有具备稳定功能才能保持某一状态。
（2）加工处理是系统对特有对象的变换过程。机床加工零件是对物质进行处理，领导者调查研究，制定方针政策是对社会信息进行加工处理。
（3）流动是系统内物质、能量、信息和人流的运动过程。工厂里的产品随着在车间里的流动而不断增值，设计方案随着各专业工序的不断完成而形成，这些都表现了系统的流动功能。流动使系统状态随着时间的变化而演变，表现为动态过程。
（4）通信是系统内以各种方式进行的信息传输。人的思维过程不能离开神经脉冲的信息传输，工厂不能离开台账、报表、电话等通信手段。通信功能是系统实现控制作用的前提，是系统组织化程度的重要标志，是系统实现有目的性运动和稳定性的基础。
（5）控制是系统对稳定、加工处理、流动和通信功能的协调和驾驭。任何一个有目的性的系统都不能离开控制，系统丧失控制功能，就不能有效地发挥系统其他功能的作用。系统的五个功能是统一的整体，在现实问题中，五个功能的相互关系因对象不同而异。
6.2系统的简单分类
为了便于对系统进行深入的研究，人们往往根据不同的需要，对客观存在着的各种不同形态的系统进行分类。一般可分为如下六类：
1）从组成系统的根本内容来分
从组成系统的根本内容来分，可分为物质系统和观念系统。
（1）物质系统：物质系统就是由物质或实物组成的系统。从它由低到高发展的层次，可分为：
（1）物理—化学系统。属于此类系统的有基本粒子、原子、分子、行星、恒星、银河系等。
（2）地球上的生物系统。它包括细胞、器官、生物个体、动物、植物、微生物、生物圈等。
（3）社会系统。这类系统主要包括各种社会组织、社会团体，城镇、企事业单位、国家等。
（2）观念系统：观念系统是由概念、原理、原则、制度等非实物组成的系统，其中包括人对客观世界的认识和认识本身的全部内容（哲学世界观、政治、法权观点、道德、科学知识体系、宗教观点、社会心理学等）。
2）从系统的形式来分
依系统规模大小，结构繁简、功能高低、因素多寡、目标多少而作相对地划分：
（1）小型系统。凡是内部结构及其构成要素的相互作用具有协同一致性的客体，这种系统的结构、功能和因素都比较简单，比较单纯。
如原子、分子，由不活泼元素组成的无机体；生物界中的单个有机体，处于共生状态的有机群体，社会生活中的个人、家庭及生产社会活动、日常生活中的“小组”等。
（2）中型系统。它是比较复杂的系统。在这种系统内的结构和相互作用中，很明显地分成两组要素，它们之间的联系与相互作用具有隶属性。如无机物中含有活泼元素来催化的化合物；生物界中群体型的各种生命有机共同体；社会生活中的车间、小型企业，能够独立存在的社会基层组织等等。
（3）大型系统。它是结构复杂、层次较多，规模庞大的系统。本系统的诸要素（子系统）的等级数量多，有两个以上的各种组织。如非生物界的天体系统（如太阳系），生物界中某些区别很大的动物和植物，社会中的某个经济部门、某个知识领域、政治团体、国家等。
（4）巨大型系统。它是指具有生存、内部调节和自我运动能力的多种结构客体。如非生物界的银河系、星体，生物界中地球上的生物，地球上的整个人类社会。
3）从系统的构成与环境的关系来分
从系统的构成与环境的关系上看，可分为封闭系统（闭环系统）和开放系统（开环系统）。
我们在论述系统的基本特征时，已谈及封闭系统和开放系统。如上所述，封闭系统是指与外部环境因素没有联系的系统。开放系统是指与系统外部环境因素有密切联系的系统。由于世界存在着普遍的联系，所以事实上任何系统都与外界环境有着千丝万缕的联系，不存在绝对的封闭系统。但当我们只考虑某种特定的联系时，就可以把事物“孤立”起来考察，认为系统与外界没有联系，或只考虑几个主要联系。例如医生在给病人治病时，往往就是把人体作为一个封闭系统看待的，只医治疾病本身，而不去医治产生疾病的外部原因。这样就可以使问题简化，着重解决对事物起决定作用的主要问题。
4）从组成系统的要素性质来分
从组成系统的要素性质上来看，可分为自然系统、人造系统以及两者结合的复合系统。
（1）自然系统。这是由自然界固有的事物组成的，它们的形成，与人们的意志无关，如矿物、植物、动物等自然物组成的系统以及生态系统、气象系统、天体系统等等。
（2）人工系统。人工系统是为了达到人类各种目的而建立起来的，它不仅与客观事物运动的规律有关，而且与人的思维活动有关，如生产、交通、教育、管理等系统。人造系统一般包括三种类型：一是由人们从加工自然物获得的零、部件装配而成的工程技术系统，例如汽车系统、自动化系统等；二是由一定的制度、组织、程序、手续等所构成的管理系统和社会系统，例如组织系统、立法系统、经济系统、行政区域系统等等，三是根据人们对自然现象和社会现象的科学认识所创立的学科体系和技术体系，如物理系统、化学系统、文学艺术系统、哲学科学系统等。
（3）人—机系统。自然与人造相结合的复合系统。例如水利设施系统，河流虽属于自然界，然而经过人的改造，修了水库、大坝、装有水轮发电机，就成为一个复合系统。实际上，大多数人造物质系统都是这种系统。
5）从系统的运动状态来分
从系统的运动状态可分为静态系统和动态系统。
（1）静态系统。它是系统状态参数不随时间而改变的系统，如某些实物系统、观念系统等。
（2）动态系统。它是系统状态参数随时间而改变的系统。这类系统的特征由其状态变量随时间变化的信息来描述，例如工业系统、农业系统、交通运输系统等等。在实际工作中，常以动态系统作为研究对象。
6）从系统的具体对象来分
从系统的具体对象来区分，称为对象系统，如工程系统、管理系统、操作系统，军事系统，教育系统等等。
以上的这几种分类，是为了更有利于认识系统、分析系统，是为了便于把系统的抽象性和具体的客观事物联系起来，实际上，现实系统常常是这几种典型类型的综合体。例如，可能其要素是物质的，而联系是观念的，这些都要作全面的分析和考察。
7.系统论的基本原理分析
系统论是在现代工业、现代农业和现代军事迅速发展，自然科学突飞猛进的情况下产生的。虽然在古代就有了朴素的系统思想和最初的系统工程实践，但系统论作为一门科学和科学方法的应用，是在20世纪40年代才逐步形成和发展起来的。一般系统论是美籍奥地利生物学家贝塔朗菲创立的一门逻辑和数学领域的科学，他的主要目的是企图建立适用一切系统的一般原则，主要任务就是要找到不同系统、不同学科之间的共同语言和术语。他指出：“存在着适用于综合系统或子系统的模式、原则和规律，不论其具体种类、组成部分的性质和它们之间的关系或‘力’的情况如何。我们提出了一门称为普通系统论的新学科。普通系统论乃是逻辑和数学的领域，它的任务乃是确立适用于‘系统’的一般原则。”（贝塔朗菲.普通系统论的历史和现状，国外社会科学.1978年：第2期）
现在，我国学术界对系统论的研究已有了很大的发展。一般认为：