第一讲 系统思维方法

第一讲系统思维及方法(Systematic Thinking)同学们，大家好！今天很高兴能有这样一次和大家共同学习探讨科学思维方法的机会。 今天我要讲的题目是系统思维及方法。什么是系统思维呢？简单地说，系统思维就是把我们所要认识的对象作为一个系统加以认识、考察和研究， 在这个过程中，从系统和要素、要素和要素、系统和环境的相互联系、相互作用中综合地考 察认识对象的一种思维方法。系统思维以系统论为思维基本模式的思维形态，它不同于创造 思维或形象思维等本能思维形态。系统思维方法是建立在一般系统论基础上的。一般系统论是和控制论、信息论等等学科都是在二次世界大战以后出现了新兴学科。 这些学科有个共同的特点，就是撇开具体的物质形式，从不同的侧面、不同的横断面来研究 这些不同的物质形式的共同本质和运动规律，突破了自然科学、技术科学、社会科学和人 文科学之间的界限，为现代科学技术的发展和社会管理科学化，为正确认识现实中的事务和 处理问题提供了一套新的思想和新的方法。一般系统论的创始人贝塔朗菲认为，一般系统论 的产生是继相对论和量子力学之后又一次“彻底改变了世界的科学图景和当代科学家的思维 方式”。如果说 19 世纪自然科学的三大发现是马克思主义产生的自然科学基础的话，那么在 20 世纪辩证唯物主义自然科学的基础是相对论、量子力学和一般系统论、控制论和信息论 （魏宏森）一般系统论等三论的创立具有特殊意义：第一，涌现出系统、结构、反馈、控制和信息等一类崭新的概念，这些概念分别从不 同侧面揭示了客观世界普联系的特定形式，具有极普遍的意义，几乎适用于一切科学领域， 有利于各门学科的理论和方法的相互渗透和移植，推动着各门边缘学科和综合学科的发展， 进一步加强了科学技术整体化趋势。第二，冲破了传统的思维方式和研究方式的束缚，强调从系统、信息等观点出发，定 量地分析和处理问题，从而为现代科学技术研究提供了一套崭新的方法论原则和程序。而一般系统论、控制论和信息论中最基本的还是一般系统思维论，因为讲控制总要讲 控制什么，怎样进行控制，控制什么一一对象自然是一个系统；怎样进行控制，自然要用信 息来控制，可见系统是基础，三者联接为一个整体，即“靠信息控制系统”，这是一个问题 的三个方面，分别从不同的角度、从不同的侧面揭示了客观事物的新本质、联系和规律。一、什么是系统要搞清系统思维，首先要弄清楚什么是系统。我们先来看一个例子。1969年7月21日美国阿波罗 11号载人宇宙飞船按照预定时间在月球表面着陆，这是 人类有史以来第一次踏上月球，阿波罗计划获得了极大的成功。我作了一首绝句：舒袖嫦娥驾云过，侧看铁马入星河。捧起千年桂花酒，醉翻贵客阿波罗？阿波罗计划的发射成功，这个功劳在很大程度上要归功于系统思维方法的运用。因为阿 波罗计划是一项极其庞大而又复杂的系统工程。首先，这次登月飞行的准备工作就构成了一个规模极其庞大的系统，它要组织有 120 所大小科研机构和两万多家工厂企业参加研制，怎样安排所需人力、物力和财力（动员 42 万人，研制生产 700 多万个零部件，耗资达 300 亿美元）本身就构成了一个系统，只有运用 系统思维方法才能达到最佳的技术、经济效果。其次，这次登月飞行的实施装备，也构成了一个规模极为庞大的系统，他包括：火箭 推进系统、飞船运载系统、制导控制系统、通讯遥测系统、生命维持系统等一系列“子系统”， 把这些“子系统”有机联系在一起，构成了一个规模更大的技术系统，并使它的任何一个环 节都能按指令不发生任何差错地运行，除了运用系统思维方法是以往任何一种传统的方法都 无法胜任的。从例子可知，所谓系统是指“由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的具有特 定功能的整体”（钱学森语）而且这个系统本身又是它从事的更大系统的一部分。系统是普遍存在的。在自然界中，从基本粒子到总星系的每一个物质层次都是一个系 统。在社会中，系统处处可见，如教育系统、交通系统、生态系统等等，此外，人体本身也 是最复杂的系统，它包括了消化、呼吸、循环、神经、生殖等系统，在技术领域中，有导弹 系统、能源系统、水利系统等，总之，系统概念是一个基本的普遍的概念。系统思想早就有之。在我国古代不仅自发地运用系统概念考察自然现象，而且还用这种 观点去改造自然。战国时，秦国太守李冰父子主持修建的都江堰水利工程就是生动的例证。 都江堰是由“鱼嘴”分水工程、“飞沙堰”分洪排沙工程，“宝瓶口”引水工程三项巧妙的结 合而成，这三个主体工程和 120 个附属渠堰工程形成相互联结的有机整体，缺一不可。没有 “鱼嘴”分水工程就不可能把大量砂石排入外江，没有“宝瓶口”的束水作用和“宝瓶口” 附属部分，离堆的顶托就不会形成回旋流，泥沙就过不了“飞沙堰”，而没有“飞沙堰”，“宝 瓶口”就会被砂石阻塞，内江之水就无法流入成都平原，正因为都江堰这个整体发挥了三个 孤立部分所发挥不了的作用，所以才能分导汹涌的岷江急流，使它驯服地灌溉四个县五百万 亩良田（现在灌溉面积扩大到 30 个县的 800 余万良田）。都江堰的规划、设计、及施工的科 学水平和创见，用今天系统思维方法来衡量也毫不逊色。宋代沈括在梦溪笔谈里记载了一个“一举而三役济”的例子也是系统思想运用的 例证。宋真宗赵恒时期，皇宫失火被焚，皇帝令大臣丁谓限期重建，丁谓经过实地勘察，把 工程作为一个整体来加以规划，提出一个最优的建筑方案。依据方案，首先在皇城前的大道 上挖沟，用所取出的土烧砖备料，河道形成后再引进汴水，用船把砂石木材等建筑材料运入 工地，等皇宫建好后，再把工程遗留下来的碎砖废石填回河道，修复原来的大道，这三个环 节，环环紧扣，缺一不可。纵观全过程，可以分成挖沟（取土）f引水入沟（运入建筑材料） f填沟（处理垃圾，修复大道）三个互相衔接的阶段，结果“省费以亿万计”，又快又好地 完成了重建皇宫的任务。而系统论作为完整的科学理论是由奥地利的生物学家贝塔朗菲提出来的。他不满足于 生物界的一种机械的观点，认为生命有机体不是组成生命的各部分拼凑而成的。他提出机械 论有三个错误观点：简单相加；机械观点；被动反应的观点。他说。一切有机体都是 一个整体系统，生物体是在时空上有限的具有复杂结构的一种自然整体，从作为一个有 机体的生物体中分析出来的部分已同整体中发挥机能的部分是截然不同的。生物体的各部分 离开整体是不能存在的，并论证系统是“相互作用的诸要素的复合体”，除了系统观点以外， 他还提出了有机体的动态观点和等级观点，在这些思想的基础上建立起一般系统论。作为一个系统有哪些特点呢？1、系统的集合性和等级层次性系统必须由两个或两个以上的要素集合而成，要素是构成系统的基本单元，离开了要素 就谈不上系统。因此，在一定的意义上可以说要素是系统存在的基础。构成系统的要素不能 只是一个，否则不称其为系统，但这不排除要素本身也是一个系统，是由更基本的一些小单 元集合而成，这说明系统和要素的区分是相对的，一个系统只有相对于构成它的要素而言才 是系统，而相对于由它和其他事物构成的较大系统而言，则是一个要素（或称子系统）；相 应地，一要素只有相对于由它和其他要素构成的系统而言，才是要素，而相对于构成它的要 素而言，则又是一个系统。这样，就显示出系统具有等级层次性。2、系统的相关性和动态结构性 系统的集合性和等级层次性说明系统不等于要素，系统必须由要素组成，但仅有要素还不足以说明它就是系统，还要说明要素之间的相关情况，即各要素是按着什么样的联接方 式形成一个整体结构，发挥其整体功能。毫无结构的要素胡乱堆积，那不是系统，也形成不 了系统，在这种情况下，要素也就不成其为要素了。系统不是要素的简单迭加和机械拼凑， 而是要有一定的连接方式。如很多电子器件，当它按照电视机的线路组装时，就可以发挥电 视机的整体功能，换成电脑线路就变成了电脑了。系统的性质取决于要素的结构，而在一个 动态结构的系统中，这种结构的好坏直接是由要素之间的协调作用体现出来的。优质的要素 如果协调得不好，形成的结构可能不是最优的；但是，质量差一些的要素，如果协调得好， 则可能形成优异的结构，从而决定出质量较优的系统。3、系统的目的性和环境适应性系统不仅要研究系统的各要素之间的结构，研究要素与整体之间联系，还要研究整体与 环境之间的关系。我们选这些要素，而不选那一些要素，用这样的方式连接而不用那样的方 式连接，为的是组成这个系统能达到我们预定的目的，至于目的是什么，是一个还是多个， 这是预先根据所给定的任务确定的。系统的目的性，特别是为实现最佳目的而确定的系统的 最佳方案，是系统工程研究的核心问题。任何一个系统对组成它的要素来说是系统，但对它 所处的环境来说又是一个子系统。每一具体的系统都是时空上有限的存在。作为一个有限的 存在，都有它的外界的存在环境，环境是系统存在和演化的必要条件和土壤。环境对系统的 性质和演化方向起着一定的支配作用。由于系统不是无限大的，因此环境对具体系统必然会 产生影响，产生干扰，系统在这种干扰、变化的环境中只有具有抗干扰的能力，仍然一如既 往地达到系统的预定目的，系统才有生命力，否则就会被淘汰掉。系统和它的环境之间，通 常都有物质、能量和信息的交换。环境的特点和性质的变化，往往会引起环境的性质和功能 的变化；反之，由于系统的作用不同，也会引起环境的变化。两者相互作用的结果，有可能 使系统改变或失去原有的功能。因而，系统具有的这种特殊的功能，来适应环境的变化，保 持和恢复原有的功能，就是系统的环境适应性。如收音机厂生产的收音机，在平原上效果很 好，而在山区效果很差，这种收音机系统就属于不具备环境适应性，因而这种收音机在山区 也就不会有市场了。二、系统思维 所谓系统就是把研究对象本身当作一个系统加以考察和研究的方法，即从系统的整体观 点出发，从系统与要素之间、要素与要素之间、以及系统与环境之间的相互关系、相互作用 中考察对象，以达到最佳地处理问题的科学方法。它的显著特点有整体性、结构性、立体性、 动态性、综合性和最佳性。1、整体性 系统思维方式的整体性是由客观事物的整体性所决定，整体性是系统思维方式的基本 特征，它既贯穿于系统思维运动的始终，也体现在系统思维的成果之中。整体性是建立在整 体与部分之辩证关系基础上的。整体与部分密不可分。整体的属性和功能是部分按一定方式 相互作用、相互联系所造成的。而整体也正是依据这种相互联系、相互作用的方式实行对部 分的支配。坚持系统思维方式的整体性，首先必须把研究对象作为系统来认识，即始终把研究对象 放在系统之中加以考察和把握。这里包括两个方面的含义：一是在思维中必须明确任何一个 研究对象都是由若干要素构成的系统；二是在思维过程中必须把每一个具体的系统放在更大 的系统之内来考察。如解决城市交通问题，就要把城市交通问题作为一个由若干要素构成的 系统来考察，不仅要考察系统内部车辆、客流量、道路等参数（要素），还要考察车辆的运行 情况。同时，还要把交通问题这个系统纳入城市市政建设的大系统中去考察。只有从市政建 设的整体角度去考察解决城市交通这个子系统问题，才是解决问题的根本的有效的方法。坚持系统思维方式的整体性，还必须把整体作为认识的出发点和归宿。就是说，思维的 逻辑进程是这样的：在对整体情况充分理解和把握的基础上提出整体目标，然后提出满足和 实现这些整体目标的条件，再提出能够创造这些条件的各种可供选择的方案，最后选择最优 方案实现之。在这个过程中，提出整体目标，是从整体出发进行综合的产物；提出条件，是 在整体目标统摄下，分析系统各要素及其相互关系而形成的；方案的提出和优选，是在系统 分析的基础上重新进行系统综合的结果。由此可见，系统思维方式把整体作为出发点和归宿， 通过对系统要素的分析这个中间环节，再回到系统综合的出发点。过去研究问题的基本方法是将研究对象分解成若干的部分，对这些部分进行分析和认 识，然后在分析的基础上进行综合。这种认识问题和研究问题的出发点是部分：部分性能好， 由部分组成的整体性能也一定好，部分的性能不好，由部分组成的整体性能也一定不会好。 这种机械的因果论的思维方法，只看到了部分决定整体一面，部分和整体统一的一面，而没 有看到整体本身也不是消极被动的一面，整体和部分不统一的一面。一般系统论的创始人贝塔朗菲从亚里士多德那里继承了“整体大于其部分之总和”的 命题，这一命题说明就部分与整体的关系而言，不能单用机械的因果论来说明，这个命题的 思想是贯穿于系统论中的一个基本思想，这个思想是说，系统整体的功能并不等于构成这一 系统的各部分功能的简单相加，而是具有不同于它的各部分功能之和的新功能。在这里 1+1 工2, 1+1可以2,也可以V2。前者为正系统，后者为负系统。因此，系统整体的功能是 大于构成这一系统整体各部分功能之总和。正如恩格斯所说：“许多人协作，许多力量溶合 为一个总的力量，用马克思的话，就造成新的力量，这种力量和它的一个个力量的总和 有本质的差别”（反杜林论P124）石磨和金刚石，虽然它们都是由碳原子组成，但由于碳原子之间的连接方式的不一样， 在宏观整体的性能上是不大相同的。两人对弈的棋子相同，但由于每人对棋子的布局的情况 不同，而产生一胜一负的结局。在我国历史上也曾有过这样的事例，如田忌赛马。战国时，齐国的国王每年与手下大臣田忌赛马，将马分上、中、下三等，每人各从同 等马中选一匹，共赛三轮，每轮败者输千金。由于在各等马中，齐王的马都比田忌的马好， 所以每年一赛，田忌必输金三千，后来田忌听从了孙膑的计谋，出下等马对齐王的上等马， 而以上等马对齐王的中等马，以中等马对齐王的下等马，结果一负两胜，田忌反而赢齐王千 金。在这里，比赛双方的六匹马构成了一个系统，每方、每轮又构成其子系统，孙膑这一计 谋的绝妙之处就在于，他并没有改变系统的任何要素，而只是改变了它们之间的连接方式，即对垒方式：齐王 田忌齐王田忌上一上上下中 f 中中上下f 下下-中系统论着重考虑的是要素在系统中的地位和作用，特别是从系统的整体结构即要素之 间的连接方式。因为要素的功能只有通过系统的结构才能转化为系统的功能。这就告诉我们， 认识问题和研究问题的出发点是整体，要在系统的整体出发，在系统的整体联系中去认识系 统的本质和规律。如导弹的制导系统，所要求的可靠性极高，系数达 0.9999，即产生故障的 可能性仅为万分之一，它有成千上万个元件构成，要求每一个元件都有极高的可靠性是困难 的，如果运用系统思想，从整体性出发，将元件经过适当的组合就能大大的提高整个系统的 可靠性。例如单个元件的可靠性系数是0.9,如将K个元件并联，那么只有当K个环节全部 出故障时，这个系统才出故障；如果由四个元件并联，则可靠性指标就能达到要求的指标： 0.9999，因为 R 系统=1（1R 元件）4 =0.9999；而串联 R 串=（0.9） 4 =0.6561因此，从系统的观点看，关键是系统的整体功能。当然对部分的功能也要尽可能完善， 对确保整体的功能的最佳化是有重要意义的。2、结构性系统思维方式的结构性，就是把系统科学的结构理论作为思维方式的指导，强调从系统 的结构去认识系统的整体功能，并从中寻找系统最优结构，进而获得最佳系统功能。系统结构是与系统功能紧密相连的，结构是系统功能的内部表征，功能是系统结构的外 部表现。系统中结构和功能的关系主要表现为：系统的结构决定系统的功能。在一定要素的 前提下，有什么样的结构就有什么样的功能。只有优化结构才能产生最佳功能，非优化结构 不能产生最佳功能，这是结构决定功能的一个具有方法论意义的观点。系统思维方式的结构性，对认识方法论的基本要求，就是要树立系统结构的观点，在具 体实践活动中，紧紧抓住系统结构这一中间环节，去认识和把握具体实践活动中各种系统的 要素和功能的关系，在要素不变的情况下，努力创造优化结构，实现系统最佳功能。比如， 我们目前进行的经济体制改革，就是在现有条件下进行的经济体制结构的改革，通过经济体 制结构的优化来提高整体的经济能力。系统的要素和结构对功能的作用都是非常重要的。要素是功能的基础，而结构是从要素 到功能的必经的中间环节，在相同的要素情况下，结构如何对功能起着决定性作用。不仅如 此，通过要素和结构关系所表现出的容差效应可以看出，系统要素在数量上不齐全和在质量 上有缺陷，在一定条件下可以通过系统结构的优化得到弥补，而不影响系统的功能。比如， 前苏联制造的米格 25型飞机，按构成它的部件来说并不是世界上最先进的，但由于结构优 化，其功能在当时是世界第一流的。系统思维方式的结构性告诉我们，在考察要素和结构同 功能的关系时，必须在头脑中把思维指向的重点放在结构上；在追求优化结构时，必须全力 找出对整个系统起控制作用的中心要素，作为结构的支撑点，形成结构中心网络，在此基础 上，再考察中心要素与其他要素的联系，形成系统的优化结构。3、层次性 层次性是系统的一种基本特征。系统的层次性指的是由于组成系统的种种差异，使系统组织 在地位、作用、结构和功能上表现出等级秩序性，形成具有质的差异的系统等级。 如前所述，系统是由要素组成的，我们可以从两个方面理解。首先，一个系统是它上一级系 统的子系统或称为要素，而上一级系统有可能是更上一级系统的要素；另一方面，此系统的 要素却又是下一层的要素组成的，低一层的要素又是更低一层的要素组成的，最下层的子系 统由组成系统的基本单位的各个部分构成。由此，有多个系统层次组成金字塔结构。从而也 可以说明系统的层次是相对的。系统的整体性是存在于一定层次中形成一定结构基础上的整 体性。系统的功能则是指系统与外部环境相互联系和相互作用的秩序与能力。伴随着结构的 层次化，系统功能对于上层的系统来说，一层一层地具体化。 在作系统分析的时候，必须注意系统的层次性。把握了这一点，可以减少认识事物的简单化 和绝对化。既要注意把一个子系统看作上层系统中的一个要素，求得统一的步调，又要注意 到它本身又包含着复杂的结构。一般说来，高一层结构对低一层结构有更大的制约性。低一 层的结构是高一层的结构的基础，反作用于高一级结构。从层次的观点出发，“黑箱”方法是 正确认识复杂事物和处理问题的有效方法。“黑箱”方法的原理是：在认识的某一个阶段，把 认识对象看作一个封闭的箱子，我们只了解外界对它的输入、输出，而不深入其内部了解其 具体结构。这种方法引导人们自觉、主动地控制讨论问题的层次和范围，在这一层次的问题 弄清楚之后，再根据需要深入到狭义层次的细节。从而“黑箱”逐步的变为“灰箱”，最后变为 “白箱”。4、立体性系统思维方式是一种开放型的立体思维。它以纵横交错的现代科学知识为思维参照系， 使思维对象处于纵横交错的交叉点上。在思维的具体过程中，系统思维方式把思维客体作为 系统整体来思考，既注意进行纵向比较，又注意进行横向比较；既注意了解思维对象与其他 客体的横向联系，又能认识思维对象的纵向发展，从而全面准确地把握思维对象的规定性。客观事实都是纵向和横向的统一。任何一个认识客体，既是由若干个子系统构成的系统， 又是另一个更大系统中的子系统。作为一个独立的系统，它的发展是纵向的；作为一个子系 统，它与其他子系统之间的联系是横向的。这样一个具体系统的本质，不仅取决于该系统内 部各子系统之间的结构形式，而且取决于与其他系统之间的联系形式。所以，立体思维，就 是指主体在认识客体时要注意纵向层次和横向要素的有机耦合，时间和空间的辩证统一，在 思维中把握研究对象的立体层次、立体结构和总体功能。不但要有“三维思维”，更要有“四 维思维”，即研究系统运动的空间位置时，要考虑其时间关系；而研究系统运动的时间关系 时，要考察其空间位置。立体思维就是时空一体思维，是纵横辩证综合思维。在立体思维中，纵向思维和横向思维不再是各自独立的两种思维指向形式，而是有机地 统一在一起。形成一种互为基础、互相补充的关系。纵向思维以横向思维为基础，就是说， 要在横向比较中进行纵向思维，而且只有经过横向比较之后才能准确地确定纵向思维目标。 例如，我们要上一个新产品，总要先进行调查论证，了解市场的供求关系，了解什么商品畅 销，在横向比较的基础上，才能较为准确地选定某种新产品作为纵向思维的目标。横向思维 的优点就在于，能跳出自己的小圈子，把事物置于普遍联系和相互作用之中，通过与其他事 物的比较，来认识和度量自己，进而认识事物运动的特点和规律。同时还必须看到，横向思 维必须以纵向思维为基础，就是说，有效的横向思维必须对事物的纵向的深刻认识为前提。 横向思维属于多向思维，在具体的思维过程中，思维指向是有限的。主体总是根据思维目标 的需要，来确定一些主要的思维指向，究竟确定哪些思维指向，要受制于纵向思维的深度。 主体纵向思维越深刻，越能准确地选定横向比较的目标和范围。例如，我们要评选某类最优 产品，总是在同类产品质量比较优秀中评选，这就需要对该类产品的深刻认识，才能确定参 加评选的产品，然后才能进行横向比较。纵向思维的长处是在历史的自我比较中，可以看到 自己的优点和取得的成就。立体思维是开放思维，而且在一切方面，在整体上都是开放的。因为，主体思维的纵向 方面与时间的一维性相符合，与事物的纵向发展相一致，因而在纵向方面是开放的。主体思 维的横向方面与空间的三维性相符合，与事物的横向联系相一致，因而在横向方面也是开放 的。这样，主体思维无论在纵向方面还是在横向方面都是开放的，是全方位的开放，彻底的 开放。根据系统开放性原理，主体的思维要达到有序，其首要条件是必须敞开“思维大门”， 加强与来自不同方面的思维信息的交流，善于吸取有价值的思维成果。可见，这种彻底开放 型的思维，最有利于主体从整体上全面地把握客体的本质。5、动态性系统的稳定是相对的。任何系统都有自己的生成、发展和灭亡的过程。因此，系统内部 诸要素之间的联系及系统与外部环境之间的联系都不是静态的，都与时间密切相关，并会随 时间不断地变化。这种变化主要表现在两个方面：一是系统内部诸要素的结构及其分部位置 不是固定不变的，而是随时间不断变化的；二是系统都具有开放的性质，总是与周围环境进 行物质、能量、信息的交换活动。因此，系统处于稳定状态，并不是讲系统没有什么变化， 而始终处于动态之中，处在不断演化之中。系统的动态原则可以作为事物运动规律来理解，它对于思维方法的作用是不可低估的。 系统思维方式的动态性正是系统动态性的反映。思维从静态性进入动态性，要求人们正确认 识和对待系统的稳定结构，使系统演化不断地从无序走向有序。系统的有序和无序是衡量系 统结构是否稳定的标志。一般说来，如果系统是有序的，系统结构就是稳定的；相反，系统 结构则是不稳定的。系统的有序和无序，稳定结构和非稳定结构，这是系统存在和演化的两 种基本状态，它们本身没有抽象意义的价值规定。人们完全可以根据自己的需要和价值取向， 创造条件打破系统的有序结构，使之成为向新的有序结构过渡的无序状态，也可以创造条件 消除对系统的各种干扰，使系统处于有序状态，保持系统的稳定。这里的关键是要把握系统 演化过程中的控制项，对系统实现自觉的控制。控制项不仅能够破坏系统的旧稳定结构，而 且还能使其过渡到新的系统结构。只要人们能够正确地把握控制项，就能使系统向演化目标 方向发展。然而，控制项是多样的，又是可变的。这就要求人们不但从多方面寻找解决问题 的办法，找出最佳的控制项，而且还要随着系统的演化，不断地选择最佳控制项。由于系统 演化的可能方向是分叉的树枝型，而不是直线型，这就要求人们把系统演化的可能方向理解 为具有多种方向可选择的状态，把事物的发展放在多种可能、多种方向、多种方法和多种途 径的选择上，而不要把希望寄托于某一种可能、方向、方法和途径上。因此，在人们的头脑 中必须破除线性单值机械决定论的影响，树立非线性的统计决定论的思维方法。6、综合性综合，本身是人的思维的一个方面，任何思维过程都包含着综合和综合的因素。然而， 系统思维方式的综合性，并不等同于思维过程中的综合方面，它是比“机械的综合”、“线性 的综合”更为高级的综合。它有两方面的含义：一是任何系统整体都是这些或那些要素为特 定目的而构成的综合体；二是任何系统整体的研究，都必须对它的成分、层次、结构、功能、 内外联系方式的立体网络作全面的综合的考察，才能从多侧面、多因果、多功能、多效益上 把握系统整体。系统思维方式的综合已经是非线性的综合，是从“部分相加等于整体”上升到 “整体大于部分相加之和”的综合，它对于分析由多因素、从变量、多输入、多输出的复杂系 统的整体是行之有效的。系统思维方式的综合，要求人们在考察对象时要从它纵横交错的各个方面的关系和联系 出发，从整体上综合地把握对象。传统的“分析程序”是：分析一综合，两者被划分为先后相 继的两个环节，因而是一种单向思维。而“系统综合程序”是：综合一分析一综合，相互之间 存在着反馈，是双向思维。它要求从整体出发，逻辑起点是综合，要把综合贯穿于思维逻辑 进程的始终，要在综合的指导和统摄下进行分析，然后再通过逐级次综合而达到总体综合。 它要求摒弃孤立的、静止的分析习惯，使分析和综合相互渗透，“同步”进行，每一步分析都 要顾及综合、映现系统整体。这样才能使人们站在全局的高度上，系统地综合地考察事物， 着眼于全局来认识和处理各种矛盾问题，达到最佳化的总体目标。7、最优化 最优化是系统思维方法的归宿，是运用系统思维方法所要求达到的目标。所谓最优化 原则，就是从多种可能的途径中选择出最优的系统方案，使系统处于最优状态，达到最优效 果。最优化是自然界物质系统发展的一种趋势，以生物系统为例，在长期的生物进化过程中， 各种生物都形成了最好的适应周围环境的精巧的、完善的系统结构和最优整体功能，螳螂在 1/20 秒内确定昆虫飞过的速度、距离、方向，准确无误地迅速地把它捕获，这是现代火炮跟 踪系统所望尘莫及的。响尾蛇的热定位器能在相当远的距离测到1/%。度的温度变化，这是导 弹红外跟踪系统难以达到的。这些自然系统发展的最优化趋势，为系统思维方法的最优化原 则提供了客观依据。而实现系统整体功能最优化的关键则在于选择最佳的系统结构和状态。系统作为一个整体具有系统特有的整体功能。系统的整体功能首先决定于系统的要素 和结构，但是在要素和结构确定的情况下，它还决定于系统的状态。如我们用一定的电子元 件按照一定的电子线路组装成一台电子仪器之后，还必须对仪器进行调试，就是在不更换元 件，不改变电子线路的情况下，只改变系统的状态，即调整整个系统的有序性。系统的组成、 结构决定系统可能具有什么样的功能，系统的状态则决定了系统功能可以实际发挥到什么程 度。随着人们对系统结构研究的日益深入，已逐步发展出各种最优化的理论。如线性规划、 非线性规划、动态规划、最优控制论和决策论等数学理论。最优控制技术也在各个领域得到 了广泛应用，有所谓最有计划、最优设计、最优控制、最优管理等。总之，系统思维方法要求从整体出发，在运动中选择最佳结构和状态，定量的达到整 体最优化。整体化原则是系统思维方法的根据和出发点，系统思维方法之所以成为一种独立 的科学方法，主要就是由于它把对象作为整体来研究，离开了整体性原则也就谈不上系统思 维方法。最优化原则是系统思维方法的基本目的，人们设计和运用系统的目的，总是为了实 现最优化、高质量、高效率地完成一定的任务。三、系统思维方法的一般步骤 系统思维方法的发展逐步形成了一套思考问题和解决问题的一般程序，运用系统思维方 法进行科学研究的全过程，大体上包括以下七个相关的步骤：1、发现问题。发现问题是第一步。要尽量全面地收集和提供有关解决问题的历史、现 状及发展趋势的资料和数据。2、确立目标。问题发现后就要确立解决哪些问题，解决到什么程度，确定必须达到的 目标和希望达到的目标，并且定出衡量是否达到目标的标准。在现代社会中，待确定的目标 一般是多因素的，大系统的，动态的，具体实施还要求把目标分解为若干个子系统的确定指 标，并规定指标的主次、轻重缓急，确定其发生矛盾的取舍原则、给出实现指标的约束条件3、进行系统综合，制定方案。 根据希望达到的最高目标和必须达到的最低目标，寻求实现目标的途径，制定出各种可 供选择的方案，给出方案的结构和相应参数。4、对方案进行系统分析，做出分析评价。制定出各种方案后，要对每一方案进行分析、评价，选择出几个最有助于实现目标的在分析评价时，要根据目标来核算每个方案的费用和功效，运用数学工具建立各种模 型，并求出各模型的解，发展这些结果在进行分析评价，如果从最低目标和最高目标两方面 衡量，某方案两种目标均不能满足就可抛弃，这样就可以把方案缩小到几个最可行的方案， 然后再根据最高目标对所有评价方案采用分等评分的方法，提供给决策者加以选择。为了使评价工作做到科学化、定量化，现在一般采用边际分析、费用效益分析、价 值分析及多端思维法等具体方法，还要运用可行性分析和决策技术（如树形决策、矩阵决策、 马尔柯夫决策、统计决策、模糊决策等）以及运筹学中的一些行之有效的方法。5、选择方案，进行决策。通过系统分析，初步提供了几个可行方案，如有关半导体系统方案可能涉及外观、音 质、音量、灵敏度、清晰度等多种因素，有的方案选择性好，有的方案灵敏度高，除了定量 目标外，还要考虑一些定性目标，如：政治情况、社会情况、人的心理情况等。这就需要决 策者把几种方案综合起来，进行计算机模拟，从总体上权衡，果断决策，最后抉择一个或极 少数几个方案试用。6、试验。为了稳妥起见，对选定的方案，必须进行局部试验，以检验方案的正确性，如果成功， 即可推广，进入全面实施阶段；如果不行，则必须反馈回来，进行追踪检查，修订方案。7、实施。根据最后确定的方案，制定出行动计划，系统具体实施，但在实施中仍会发生问题， 出现一些预料不到的情况，这就要求在执行过程中对偏离目标实行有效的控制，不断反馈， 不断调整，以期达到预定的目标。这个过程本身也是一个决策的过程，我们可以按以上步骤构成一个决策系统。 四、系统思维方法在科学研究中的作用和意义1、系统思维方法是研究与协调复杂系统的有效工具当代科学研究对象规模之大、数量之多，结构之复杂是前所未有的。在许多情况下往往 要把工农业生产、国防、科学研究、交通运输、经济计划管理、生态平衡和环境保护等作为 一个大系统研究，这不仅突破了自然科学各门学科的界限，而且突破了自然科学与社会科学 的界限；这个系统不是静止的，而是动态的；不仅要研究现状，还要预测会发生事件的影响； 系统中存在的许多信息需要做最佳处理等等。对于如此庞大而有复杂的系统进行研究，以往 传统的方法就显得无能为力，一筹莫展，系统工程却为复杂的系统的分析、设计、研制、管 理和控制的最优化提供了有效手段；而且系统越复杂其效果越佳，如美国的阿波罗登月计划 成功实施，关键在于运用这种方法，阿波罗登月计划要求在 70年代初把人送上月球，而这 个工程组织了2万多家公司， 120所大学，动用42万人，共有700多万个零件，耗资300 多亿美元，对这样一个内容庞杂、规模巨大、成本昂贵的科研生产项目，如何合理设计、组 织、管理安排人力、物力、财力、设备、资金，以期最经济最有效地达到预定目标？这是以 往任何一种传统方法所不能胜任的，而运用系统思维方法则如期完成，使嫦娥奔月的神话变 为现实。2、系统思维方法是科学决策的重要武器做任何工作要保证其顺利进行发展，必须要进行正确地决策，过去决策是建立在人们 经验知识的基础上，称经验决策，然而随着现代科学技术的迅猛发展，社会化大生产使社会 活动日益复杂化、变化多，影响越来越大，因而只凭那种“拍脑袋”决策的办法行不通了， 一种决策正确与否关系重大，它所涉及的范围往往是一个企业、一个地区、一个部门，以及 全国的，不仅影响一时，而且影响一代人以及几代人，因此，现代决策必须建立在科学基础 上，称为“科学决策”，这就要求领导者懂科学、尊重科学，长我一套科学决策的理论和方 法，提高自己的科学素养，按照科学决策程序办事，善于使用专家咨询机构，并不按经验决 策上升到科学决策，而系统思维方法则是科学决策的重要武器。所谓决策是指在一定的条件下，对若干准备行动的方案进行选择，以期达到最佳目标。 用系统思维方法分析决策是一个动态的过程，把决策过程的每一步都看作是一个要素，都是 一个有机联系的整体，因此我们可以把决策过程看成是一个决策系统。例如，阿波罗登月计划按照指定目标，70 年代初把人送上月球，为此，收集了大量资 料，经过许多工作，做出方案比较，最后为实现登月宇宙飞行提供了三个备选方案，给决策 者选择：第一种方案是“直接登月”；第二种方案是“地球轨道会合”；第三种方案是“月球轨道会合”。决策者们对这三种方案，从技术因素、工作进度、研制难易程度和成本费用等方面进 行经济技术可行性分析比较，权衡利弊：a. 在技术因素中，分别考虑了性能、制导精度、通讯与跟踪、飞行成功率等问题，认为， 第一方案在性能、制导精度、通讯与跟踪方面为最佳，第二方案的飞行成功率最差，性能也 难提高，第三方案的性能和飞行成功率和第一方案相等，其他方面均不及第一方案，但优于 第二方案。b. 从难易程度上看，第一方案要求研制大型新运载火箭，第二方案要求研制贮液箱系统, 液氧传输系统和大型月球着落舱，还要解决载人飞行器与无人飞行器对接问题，这两个方案 都要研制大型登月火箭，并需要解决低温火箭的空间使用问题，第三方案要求研制月球轨道 交接技术和载人飞行器，结论是第三方案比较容易。C.从费用、进度上看，根据保守的估算，第三方案可能比前两个方案提前几个月完成， 而且研制费用也比前两个方案可以低 10%。综合分析后的结论是，第三方案最能确保在短期内，最经济地完成阿波罗计划的全部 目标，所以决定采用第三方案。系统思维方法为现代科学研究和科学理论整体化提供了新思路系统思维方法摆脱了把研究对象分割成部分，然后再综合的传统方法的束缚，从相反 的方向考虑问题，为现代科学研究提供了新的思路，它从整体出发，从部分与整体的联系中 揭示整个系统的运动规律，对环境污染问题的解决可以生动地说明这一点，人们对公害事件 进行调查，从公害病追到环境，从环境追到污染源，发现：公害病的产生与污染源排出的污 染物在环境中迁移转化有着密切关系，只有把公害病、环境和污染源作为一个整体对待，进 行分析，才能找到引起公害病的根源和正确的解决办法，如六十年代以前，在英国，由于没 有把环境问题作为一个整体，而只是进行单项治理，泰晤士河两岸某些工厂为了减轻大气污 染采用石灰水吸收烟气中的 so2 ，结果把形成的硫酸钙排入河中，由大气污染变成水污染。Ca(OH) Ca(OH)2 +SO2 = CaSO3 + 气0Casq +SO2 (过量)+ H2O 匚Ca (HsO3)2可见，头痛医头，脚痛医脚是不可取的，中国的传统医学正是系统思想的一个具体体 现。六十年代运用系统思维方法处理问题，从整体出发进行综合治理，通过对能源结构和工 艺的改革，把“三废”消灭在生产过程中。如果在工业建设之前，运用系统思维方法把环境、 污染源、人群作为一个整体对待，那么污染问题就可以在规划中得到合理解决。在根本上消 灭污染，这对我国的现代化建设具有现实意义。3、即使在日常生活中，人们对一些简单的小规模的活动，运用系统思维方法，就能 找到最佳方案，找到达到目的的最好途径。如德国数学家高斯还是小学生时，老师在课堂上 出了一道题：1+2+3+4+ 99+ 100=？，高斯在老师刚写完题目之后，便举手站起来， 说出了正确的答案，原来高斯不自觉地运用了系统思维方法，从中发现了它们的特殊联系， 即这一百个数可分成50对，每对之和均为101，于是找到了解题的最佳途径，求出答案50X 101=5050。