系統學

徠提煉系統論、資訊理論、控制論的共同基礎理論而形成的一門學科。它是系統科學的基礎科學。建立系統學是由中

國學者首先倡導的。系統學以系統論為前導和基礎，但並不同於系統論。與系統論相比較，系統學的內容，一方面表現為它是更高層次上的理論科學，因此它是對運籌學、資訊理論、控制論等技術科學的提煉。另一方面表現為它的綜合性，它不僅建立在貝塔朗菲的一般系統論的基礎之上，而且也廣泛地吸收了如耗散結構理論、協同學、突變論、超循環理論等新興的系統理論的基本思想。因而，系統學思想即在自然科學和社會科學領域均得到廣泛的應用，並成為科學體系中極為重要的學科。但作為一門完整的學科，系統學正處在形成和更加系統化的過程之中。

研究系統結構與功能（包括演化、協同和控制）一般規律的科學。20世紀70年代末，中國科學家錢學森運用系統 思想，提出了系統學及其研究對象、內容和方法。L.von貝塔朗菲是最早探索系統一般規律的科學家。在《一般系統論》一書中，他指出系統在不同領域中表現出結構上的相似性或同構性，並將系統普遍性質總結為系統整體性、關聯性、動態性、有序性和預決性。貝塔朗菲試圖建立各種系統共同規律的科學，但他的理論僅限於定性描述，思辨性內容居多，而屬於科學技術範疇的結論甚少。從50年代起，系統工程的大量實踐，運籌學、控制論、資訊理論的迅速發展，都為系統學的建立提供了豐富材料。另一方面，其他科學技術部門，特別是物理學、化學、理論生物學、數學等都有了新的發展和突破，如I.普里戈金的耗散結構理論，H.哈肯的協同學，M.艾根的超循環理論，R.托姆的突變論，S.斯梅爾和廖山濤的動力系統理論，都在不同程度上揭示了系統的深刻的性質和規律，使得人們對系統有了更加深入的認識。例如，系統的發展在時間上具有不可逆性，系統的過去和將來之間存在著對稱破缺；系統具有自組織性，在漲落作用下，能自發形成穩定的有序結構，有序是系統自組織和子系統協同的結果；系統包含有複雜的反饋機制，反饋是有序之本；系統在一定條件之下，可以從有序變成混沌,也可以從混沌變成有序，還可以從一種有序變為另一種有序而導致狀態突變；混沌是系統對初始條件和邊界條件異常敏感產生的貌似無序的運動。混沌現象表明，確定性系統可以產生隨機行為。卡姆定理說明，在封閉系統中，三維以上非線性系統出現混沌是普遍的。對開放系統，動力系統理論也證明了類似的事實。混沌是一種吸引子，不過不是平衡點、極限環這類具有整數維的正常吸引子，而是分數維的奇異吸引子，具有複雜的幾何結構。系統普遍存在著李雅普諾夫穩定性和結構穩定性；非線性系統中分岔現象是普遍發生的，分岔是產生新狀態和多樣性之源等。

錢學森從系統觀點對這些分佈在不同學科中的科學成就進行概括和統一，揭示了系統普遍規律和深刻性質，奠定了系統學的理論基礎。

系統論是研究系統結構與功能(包括演化、協同和控制)一般規律的科學。

加拿大籍奧地利理論生物學家貝塔朗菲是最早探索系統一般規律的科學家。在《一般系統論》一書中，他指出系統在不同領域中表現出結構上的相似性或同構性，並將系統普遍性質總結為系統整體性、關聯性、動態性、有序性和預決性。貝塔朗菲試圖建立各種系統共同規律的科學，但他的理論僅限於定性描述，思辨性內容居多，而屬於科學技術範疇的結論甚少。

從50年代起，系統工程的大量實踐，運籌學、控制論、資訊理論的迅速發展，都為系統學的建立提供了豐富材料。另一方面，其他科學技術特別是物理學、化學、理論生物學、數學等都有了新的發展和突破，如普里戈金的耗散結構理論，哈肯的協同學，艾根的超循環理論，托姆的突變論，斯梅爾和廖山濤的動力系統理論，都在不同程度上揭示了系統的深刻的性質和規律，使得人們對系統有了更加深入的認識。

例如，系統的發展在時間上具有不可逆性，系統的過去和將來之間存在著對稱破缺；系統具有自組織性，在漲落作用下，能自發形成穩定的有序結構，有序是系統自組織和子系統協同的結果；系統包含有複雜的反饋機制，反饋是有序之本；系統在一定條件之下，可以從有序變成混沌，也可以從混沌變成有序，還可以從一種有序變為另一種有序而導致狀態突變；混沌是系統對初始條件和邊界條件異常敏感產生的貌似無序的運動。

混沌現象表明，確定性系統可以產生隨機行為。卡姆定理說明，在封閉系統中，三維以上非線性系統出現混沌是普遍的。

對開放系統，動力系統理論也證明了類似的事實。混沌是一種吸引子，不過不是平衡點、極限環這類具有整數維的正常吸引子，而是分數維的奇異吸引子，具有複雜的幾何結構。系統普遍存在著李雅普諾夫穩定性和結構穩定性；非線性系統中分岔現象是普遍發生的，分岔是產生新狀態和多樣性之源等。

錢學森從系統觀點對這些分佈在不同學科中的科學成就進行概括和統一，揭示了系統普遍規律和深刻性質，奠定了系統學的理論基礎。

系統學的研究對象是各類系統。根據組成系統的元素和元素種類的多少以及它們之間關聯的複雜程度，把系統分為簡單系統和巨系統兩大類。

簡單系統是指組成系統的元素比較少，它們之間關係又比較單純，如某些非生命系統；巨系統是指組成系統元素的數目非常龐大的系統。

如果組成系統的元素非常多，但元素種類比較少且它們之間關係比較簡單，這類系統稱為簡單巨系統，如激光系統。

系統學的研究對象是各類系統。根據組成系統的元素和元素種類的多少以及它們之間關聯的複雜程度，把系統分為簡單系統和巨系統兩大類。簡單系統是指組成系統的元素比較少，它們之間關係又比較單純，如某些非生命系統；巨系統是指組成系統元素的數目非常龐大的系統。如果組成系統的元素非常多，但元素種類比較少且它們之間關係比較簡單，這類系統稱為簡單巨系統，如激光系統。如果組成系統的元素不僅數量大而且種類也很多，它們之間的關係又很複雜，並有多種層次結構，這類系統稱為複雜巨系統，例如人體系統和生態系統。在人體系統和生態系統中，元素之間關係雖然複雜，但還是有確定規律的。另一類複雜巨系統是社會系統，組成社會系統的元素是人。由於人的意識作用，系統元素之間關係不僅複雜而且帶有很大的不確定性，這是迄今為止最複雜的系統。系統的上述分類，清晰地刻劃了系統複雜性的層次，這對系統學的研究具有重要意義。

對於簡單系統和簡單巨系統，自然科學的理論和方法（包括運籌學、控制論、資訊理論、數學以及耗散結構理論、協同學、突變論等）是可以很好地描述和研究的，並取得了很大的成功。70年代末以來有人把上述理論方法應用到複雜巨系統，也取得了一定的成功，如超循環理論。但對整個複雜巨系統的研究，特別是對社會系統的研究，上述理論方法有很大的局限性。例如對策論，就其理論框架而言，是研究社會系統的理想工具。但對策論已取得的成就，還不能處理社會系統的複雜性，問題在於對策論把人的社會性、複雜性、心理和行為的不確定性大大簡化了，以至把複雜巨系統問題變成了簡單巨系統或簡單系統的問題了。

為了尋找研究複雜巨系統的有效方法，錢學森根據國內外近年對複雜巨系統的工作經驗提出定性定量相結合的系統研究方法。這個研究方法是在以下三種複雜巨系統的豐富實踐基礎上，提煉、概括而抽象出來的。這就是：①在社會系統中，由幾百個或幾千個變數所描述的定性定量相結合的系統工程技術對社會經濟問題的研究和應用；②在人體系統中，中西醫相結合的臨床方法的大量研究和應用；③在生態環境系統中，地理區域規劃方法的研究和應用。定性定量相結合的系統研究方法，具有以下特點：①把定量研究和定性研究有機結合起來；②把宏觀研究和微觀研究結合起來；③把多種學科結合起來進行交叉研究；④把科學技術方法和經驗知識結合起來。經驗知識雖不屬於科學技術範疇，但對認識、研究複雜巨系統仍有著重要作用。以上這些特點表明，這個方法不僅對解決複雜巨系統問題具有重要現實意義，而且對發展系統學的理論具有深遠的科學意義。

系統學的任務從根本上來說是兩個方面，一個是對系統規律的認識，另一個是在認識系統規律的基礎上，如何控制系統。第一個方面是關於系統結構、子系統協同以及系統功能在系統環境作用下的演化規律。第二個方面則是把控制的思想和理論引入到系統學。如同認識客觀世界是為了更好的改造客觀世界一樣，人們認識系統也是為了更好地控制系統。

提出分類學的研究偏重於臘葉標本的危險性，分類學的研究應直接以活的生物為對象，對以來自資料標本作為補充以臻完備，這是J.S.Huxley（1940）所提出的術語。也有把它譯為生物系統學、生物分類學、系統生物學等等。從1940年前後開始，對種的細胞遺傳學的研究有了很大的進展，另因為遺傳性狀可由生態環境進行修飾，而作為從實驗上得以闡明的實驗分類學的手段也被應用起來，所以“biosystema-tics”一詞也有被譯為種分類學的。同時更特殊化的是，有的是以雜種第一代（F1）的繁殖度作為分類群植物關係的客觀方法（biosystematy）。

由早期著名的瑞典自然學家林奈（Linnaeus）應用於分類系統。生物系統學是生物學最基礎的支撐學科之一，它系統地研究生物、生物的層次系統，其研究成果是生物的分類系統，這是研究生物學其他問題的基礎。Simpson（1961:7）給生物系統學定義如下：“Systematics is the scientific study of the kinds and diversity of organisms and of any and all relationships among them。”由於“多樣性”一詞已經有了多種多樣種類的含義，所以我們可以從Simpson的定義中總結出兩個核心：一個是生物種類的多樣性，另一個是生物之間各種關係的多樣性。從生物系統學的任務和研究範疇上看，它所研究和探討的始終是與物種相關的問題。

生物系統學有時也譯成系統生物學（systematics biology），但與現在的熱門學科系統生物學（systems biology）不是同一概念。系統生物學通常也簡稱為系統學（systematics）、分類學（taxonomy）或分類（classification），在本世紀前期一般認為分類學和系統學是同義詞，但近年來系統學、分類學和分類的概念逐漸趨向於有所區分。但這三者在一定範圍中交迭是無可避免的。

現代生物系統學在解決物種或物種以上的分類單元之間的相互歷史關係時，曾有所謂三個學派之說，即進化系統學（evolutionary systematics）、數值分類學（numerical taxonomy）、支序系統學（cladistics）。這三個學派曾經徑渭分明，人們可以分清和評價三者分歧的焦點及其優缺點，但近年來隨著爭論日趨深入，各家紛紛摒棄自身之疵，博採它家之瑜，開始自我完善、自我進化。在生物系統學理論這個博大的信息域中，由於中心問題不斷深化，項目不斷變化和重組，對立學說的不斷競爭和進化，再談確認各家學說之徑渭已不再是容易之舉。生物系統學理論正醞釀著一場動人心弦的革命，一個包容了各種學說中不可反駁的內容，具有更多經驗內容，更易為觀察和實驗驗證，具有高度預見性的生物系統學新理論正在誕生。

豆瓣網 http://www.douban.com/review/1201391/

珞珈網 http://www.luojia.net/baike/2008/0830/article_87612.html

大科普網 http://www.ikepu.com/elec-info/systematology_total.htm