系统科学的文献综述

佟铸铖

摘 要：组织管理学和系统思维的关键推动者之一Peter Senge认为，有三个核心能力是至关重要的：跨界合作能力，洞察普遍共性的能力，“创造一个理想的未来”的能力。本文以以上三个关键能力为线索，引申出“交叉学科研究”、“系统理论”、“系统方法”三个部分，对与系统科学相关的论文进行了简单的综述。

关键词：系统科学;交叉学科研究;系统理论;系统方法

一、引言

（一）探讨系统学的必要性

我们通常认为，现代科学是获取知识的典范。截至目前，知网已经收录国内学术期刊8千种，内容覆盖自然科学、工程技术、农业、哲学、医学、人文社会科学等各个领域，全文文献总量5000万篇，我们人类已经产生并且仍将继续产生数量庞大的信息，然而，有多少可以被认为是真正的知识呢？换句话说，我们所记录下来的这些信息，有哪些能够让我们准确的认识到我们的世界的运作方式呢？又或者说，如果我们人类已经对这个世界掌握了如此之多，那么我们如今为何面临如此之多看似棘手的问题？饥饿、贫穷、战争、犯罪、疾病，比历史上任何时候都要严重。如果说我们的社会是一个在试错中不断完善、不断收获智慧的社会，那么今天的社会也许会不太一样。这个世界正变得更加复杂和一体化。全球化已经加速了复杂性的增长，如果我们无法正确的处理眼下的问题，面对日益加速的全球化，我们的未来又将如何呢？在20世纪，对就业市场越来越重视使得学校更加的专业化;我们已经过分迷恋专业化和职业化这两种理念。如今，我们已经成为了局部深入研究的专家，然而，企业、政府和非政府组织并不是相互割裂毫无关联的部分组成的整体，这些组织一般而且必须是一个系统，组织内的每位成员的工作都将影响其他成员的工作。

我们面临的问题和挑战具有高度的复杂性、相互关联性、多学科性。Wiek等人于2011年一项比较研究得出结论，未来的五项关键能力之一是 “系统思维能力”。Peter Senge，组织管理学和系统思维的关键推动者之一于1990年发表的一篇论文提出，有三个核心能力是至关重要的：我们需要增加“跨界合作”，“将系统视为更大系统的一部分，并学会“创造一个理想的未来”。

（二）总览

本文以彼得·森格提出的三个核心能力：“跨界合作”、“结构思维”、“未来创造”为线索，进行展开;在系统科学领域中找到了相对应的“交叉学科研究”、“系统理论”、“系统方法”，并对过往的系统科学相关论文进行了综述。

（三）系统科学的历史背景

在二十世纪早期，科学中的主要范式是机械还原主义，通过不断的纵向研究，最终将所有问题简化到化学和物理层面的成分相互作用的问题。而系统科学的根源也是在还原主义的研究范式下产生的。1905年，弗雷德里克·克莱门茨在美国第一本生态学著作《动物生态学》中描述了植物群落之间的紧密联系，它们构成了一种超级有机体。1927年，查尔斯·埃尔顿引入了由食物链或“食物循环”组成的生态系统的概念，这一概念很快就演变成“食物网”，一种更为复杂的相互依存关系。”这些关系整体的新探索特别集中在生物体的研究上，因此，第一个更全面的系统理论应该来自具有有机生物学背景的思想家。

奥地利生物学家Ludwig von Bertalanffy通常被认为是首次将系统这一概念引入科学界的人。从20世纪20年代末开始，他发表了论文，强调生物不能被简单理解为各个部分之间相互的机械运动。 更重要的是，需要关系整体及其动态组织来解释生命的基本特征，如新陈代谢、生长、发育，自我调节，对刺激的反应，自发活动等。他将这类生命体称为“开放系统”，相对应于“封闭系统”，通过不断的能量流动而产生和维持的组织。在二战后的二十年里，系统理论进入了生态学、社会科学和商业管理的主流。系统概念的扩展体现在新领域的出现，如系统设计、系统工程和系统分析。在战争系统之后，思想立即与控制论和信息论的出现产生了强烈的协同作用。

二、系统科学的定义

有关系统科学的定义有以下几点。

M‘Pherson认为，系统科学是研究这个世界上可见的系统并从中获得知识，有序的进行整合，并将这些知识应用于人造系统的设计。

Heylighen提出，系统科学的目标不是为某一特定类型的系统（例如，物理、化学或生物系统）找到一个代表，而是要制定关于如何构造不同系统的一般原则，以便有效地解决问题。

Klir强调，系统科学是一门科学，它的研究领域包括系统的这些性质和相关的问题，产生于系统的一般概念。系统科学与任何其他科学一样，需要区分三个组成部分：“研究领域”、“关于该领域的知识体系”和“方法”。

Strijbos认为，系统科学可以定义为生物学、社会学、经济学等各种科学中系统的科学探索和理论，而一般系统理论则涉及适用于所有的科学原则。

三、交叉学科研究

许多理论和实际问题单靠一门学科是无法理解和解决的。跨学科涉及领域之间的工作和相互学习，而跨学科涉及需要新的共享概念的工作，以及将理论和实践问题联系起来的工作。Ackoff认为，系统科学产生于跨学科边界交流的需要;我们必须停止像大学里那样进行学科划分。Max-Neef认为，交叉学科不仅仅是一門新学科，实际上是一种不同的看待世界的方式，更具系统性和整体性。

交叉学科，被广泛定义为不同知识主体之间的相互作用，被认为是解决我们社会面临的复杂问题的关键。Rapoport认为，将知识分成高度专业化的分支，导致了各个学科之间的通信中断。今天，系统科学与跨学科和跨专业领域仍然有许多相似的，部分重叠的目标。

那么系统学在整个学科架构中的定位是什么呢？它的作用和目的又是什么呢？Boulding指出，“一般系统理论存在介于纯数学的高度概括的结构和专业学科的具体理论之间。系统设计是指与所有应用领域相关的通用方法和实践的异构领域。 Banathy指出，“在设计中，我们专注于寻找解决方案，创造尚未存在的东西和价值体系”

以这种方式来看，系统科学和系统设计提供了自然科学和人文科学之间的桥梁，以及描述性研究和规范实践之间的桥梁，从而在跨学科和跨学科方面作出了贡献。系统科学学的研究承载了对系统的理解，它指的不是某一特定系统，如物理、化学、生物与社会系统等，而是对于系统的共性、特性、动态性、有用的属性以及系统行为进行的研究，包括系统中子系统间的差异如线性、非线性、封闭性、开放性、复杂性等。当人们如此理解系统与“非系统”时，他们将能够轻易地认识到贯穿于任何研究领域中系统的特性;这些特性在不同的系统环境下有着不同的表现;因此，系统学展现给我们的是跨越边界的连续性，而透过如今的学科划分，我们只能看到学科之间不可逾越的鸿沟。

四、系统理论

目前学术界对于“系统理论”上没有普遍的一致见解。Rapoport认为，系统的一般理论的任务将包括定义一个系统，制定一个系统分类，挑出各种系统的共同属性，以及解释这种方法如何帮助我们更好地了解我们的世界。Ackoff则认为一个科学领域只能建立在一个概念体系的基础上。系统科学并不例外”。一些快速发展的领域的研究人员认识到自己领域的理论基础与系统科学密切相关，甚至直接基于系统科学。例如可持续发展（Weinstein和Turner，2012年）、公共卫生（Luke和Stamatakis，2012年）、服务系统（Maglio、Kieliszewski和Spohrer，2010年）和系统工程（Pyster和Olwell，2013年）。这种情况要求系统科学中的各分学科加强合作，以提供一套连贯的知识，包括定义、概念、分类和处理复杂情况的相关一般方法。需要更多的教育战略和工具，以促进教学和学习系统科学，并创造性地在各种环境中应用其原则。

（一）系统的定义

系统的概念是科学中使用最广泛的概念之一，特别是在近几年。Klir认为系统几乎在科学的所有基本领域都遇到，如物理、化学、数学、逻辑、控制论、经济学、语言学、生物学、心理学。

在学术界，每一门学科都致力于一个专门的系统认识，而系统调查的对象本身就是一个系统。系统科学承担着对系统本身的理解，即不是这种系统或那种系统（物理、化学、生物学、社会学等。但对系统作为系统的一般和有用属性、动力学、特性和行为的研究-包括系统子类之间的关键差异，如线性、非线性、封闭、开放、复杂等。

以这种方式理解系统或“系统性”时，将会意识到其特性贯穿整个研究领域，这些特性在不同的系统环境中也产生不同的现象，因此系统科学帮助我们看到跨越边界的连续性，而学科往往只看到差异。

（二）系统的原则

系统运动的创始人Von Bertalanffy强调了一般系统原则和概念的重要性：“今天，我们的主要问题是有组织的复杂性。组织、整体性、指向性、目的论、控制、自我调节、分化等概念与传统物理学格格不入。然而，它们在生物、行为和社会科学中随处可见，这些概念对于处理生物或社会群体是必不可少的。”

Rapoport认为，“一般系统理论旨在寻求足够普遍的集成原则，以适用于物理、生物、心理和社会等不同的研究环境”。可以定义哪些一般原则/特征/特征，以逻辑和连贯的方式区分或统一某些系统实例？这是系统科学中最核心的问题之一，并没有达成共识。系统类型最早的层次结构之一是由Bouling于1956年提出的。米勒于1978年在他的“生命系统理论”中提出了一个20个一般系统组件的集合，可以在许多层次的系统中找到。

系统的某些相似原理/特征可以在理论生物学中找到（例如。Koshland，2002年;Elitzur，2005年），发展心理学（例如：Piaget，1971年;Fisher，1980年;Commons等人，1998年）以及人工智能和机器人（Britenberg，1984年;Pfeifer和Scheier，2001年;Russell和Norvig，2003年）。

一个系统需要什么样的特征才能使各个部分构建一个完整的整体，能够适应不断变化的环境，最终可以成为一个更大的系统拥有完整的功能？

就目前研究看来，系统科学拥有以下11条原则，并从某种程度上来说適用于所有复杂的自适应系统。这些原则之间相互关联，相互交叉且相互引用。

1.系统是由各部分之间有界的关系网络构成的一个拥有整体性的单位。系统与其他系统相互作用，形成更大的系统。

2.系统是在结构和功能层次中组织的过程。

3.系统可以抽象地表示为，组件之间的关系网络。

4.系统在多个时间与空间尺度上是动态的。

5.系统表现出各种类型和层次的复杂性。

6.系统在进化。

7.系统通过他自己的语言来接收和传递信息。

8.系统有调节子系统来实现稳定。

9.系统包含其他系统的模型

10.足够复杂的自适应系统可以包含自己的模型。

11.系统可以被理解

任何关于系统科学的事物通常都与其他领域的事物相互依存，相互关联，必须充分的理解他们才能更准确的掌握研究目标。系统科学并不主张那些教科书式的、按部就班的线性组织。因此，每当谈论系统科学时，频繁的交叉引用并点题是不可避免的，

（三）系统学的分支学科

系统学作为一门已经被确立的学科，拥有哪些子学科呢？这些子学科又如何遵循系统的原则与核心理论呢，关于系统科学的发展有许多历史综述（例如：Francois，1999年;Hammond，2003年;Schwaninger，2009年;Merali和Allen，2011年）其中包括热力学、开放系统理论、信息理论、控制论、自我生成理论、混沌理论、复杂性理论和网络科学。这些理论所形成的学科可以归纳如下：

·经典热力学，处理处于能量平衡的封闭系统。

·von Bertalanffy于1950提出的开放系统理论，描述了生物系统向环境开放的必要性。

·Shannon和Weaver于1949年提出的信息理论，包括处理数据的存储、压缩和传输等内容。

·Wiener和Ashby分别在1948与1956提出的控制论，描述了调节系统的反馈过程。

·Maturana和Varela于1980年提出的自我生成理論，阐明了维生系统如何不断地繁殖和维持自己。

·Mandelbrot与Gleick分别于1983年和1987年提出的混沌理论，指出了丧失稳态和非线性变化过程的原因。

·Kauffman、Holland、Kauffman都分别提出了复杂性理论，描述了自组织、适应和创新的过程。

·Watts和Strogatz、Barabasi、分别提出了网络科学，人与人之间的相互作用、相互作用的过程模式和动态社会结构。

系统科学的子学科可以被看作是与一般系统理论类似的观点，不同的视角所产生的学科，或者说是系统理论在不同领域当中的应用，这些学科涉及领域广泛，多样，同时又相互关联，某种程度上来说又相互同一。而系统科学似乎是一个适当的名称和框架，将这些子学科联系在一起，这使得系统科学能够克服历史的学科边界，以便在科学、教育和实践中取得进展和履行其职能。

五、系统方法

所谓系统方法即是应用系统思维去解决复杂问题。系统思维是一种思维方式，是对世界是如何组织和如何运作的观点。系统思维，就像数学推理一样，对于解决现实生活中的许多难题是非常有用的。为了更有效的使用系统方法，需要遵循一定的方法论逻辑，这便是系统科学的由来。

Reynolds和Howell看到了系统运动概念的优缺点：“在系统领域，有许多概念、方法、方法和技术。然而，我们很可能无意中造成了系统方法的复杂与混乱。Midgley和 Jackson也提出了相似的观点并提供了关于具体系统方法的详细讨论。Reynolds和Howell和Williams和Hummelbrunner则提供了系统方法的详细介绍。Ulrich 和 Probst以及Gomez和Probst提供了关于整合与系统解决问题方法的进一步见解，总的来说可以归纳为以下七个系统方法：

（一）下定义

于1983年由Ulrich提出，这一方法涉及如何划定目标系统边界的问题。

（二）批判性启发法

同样由Ulrich于1983提出，这是系统思维和实践哲学的一种方法。它公开并反思系统设计、问题定义以及社会项目评估标准的含义。

（三）系统动力学

由Forrester于1971年提出，是一种详细的定性和定量方法，用于理解、建模和模拟动态系统。

（四）软系统方法

由Checkland于1981提出，有助于探索多种观点，在这些观点之间达成妥协，并确定系统上可取和文化上可行的行动计划。Wilson提出了软系统方法的七个阶段，具体如下：

·解构目标问题

·问题情况表述

·建立相关系统的定义

·建立概念模型

·回到现实世界，并确定要实施的方案

·测试方案

（五）互动规划

由Ackoff于1981提出，通过理想化的设计来确定一个前瞻性的但仍然可行的计划，并不断缩小现状与计划的差距。

（六）运筹学传统中的优化技术

由OR;Churchman等人于1957年提出，它是一套寻求最优化决策和效率的方法，包括线性规划，整数规划，动态规划，对策论模型，网络模型，储存模型，决策分析模型，随机服务系统模型，多目标决策模型等。

（七）反思性实践

由Schon于1983提出，强调不断深入学习的过程。好的实践需要反思，好的学习过程需要经验。在复杂系统中，几乎不可能实现完美的预测和无错误计划，因此，学会通过与各自系统的直接互动变得至关重要。

每种方法都有其长处和弱点。在过去的30年里，几位作者提出了综合的、多方法的框架来比较和结合几种系统方法，如Hall（1989）、Flood和Jackson（1991）和Schwaninger（2004）。Mingers（1997年）提供了在若干步骤内绘制系统方法的另一种方法。Bosch等人将几种强大的方法结合在一个完整的学习周期内，其原理是基于系统的“进化学习实验室”（ELLab）产生的。在ELLab中“参与者参与了一个循环的过程，思考、规划、行动和反思，以集体学习为共同目标”。

六、总结

系统科学的许多组成部分，如控制理论、信息理论，自20世纪中叶以来一直是许多研究领域的主要的标准。目前，随着系统理论的不断完善，系统科学的各个分支几乎在整个学科架构的每一个分支都有出现。并且在某种程度上来说，系统方法已经被深深地嵌入在所有的科学中。

在20世纪50年代至60年代，有几位学者提出了“一般系统理论”的概念。1969年，Von Bertalanffy“一般系统理论”的名字出版了他的作品，并一直在努力将系统理论的许多组成部分整合在同一个学科之下。然而，系统科学比起其他实体的科学，其中还有太多的领域是缺乏严格的依据的，或者说是不成熟的，例如，非线性动力学的问题才刚刚开始被解释，而混沌理论的领域也仅仅只有雏形。突现理论（Emergence）以及一般演化理论也是类似的情况。这些领域上的不完善被视为系统理论全面性上的巨大漏洞，缺乏一个理论应该有的完整感，使理论难以进一步发展成为一门成熟的科学。

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