系统一般模型

(一)系统科学模型研究

近代科学创造了模型方法，现代科学更加突出了模型方法的重要性。系统科学进一步把模型方法提升为基本方法。[1]系统科学虽然重视模型方法，但是其还没有确立自己通用的基础模型。根据苗东升的《系统科学大学讲稿》归纳系统科学研究模型现状的分类如下:[2]

1. 系统的框图模型。在二维的载体上，用一个个封闭的小框图代表系统的各个组分或子系统，在框图内或框图边注明组分或子系统的名称，按照系统的结构模式把它们排列安置于适当位置，用无向线段或有向线段把这些小框图连接起来，以表示系统的基本结构框架，再用无向线段或有向线段表示系统与环境的联系，这样形成的图形就叫做系统的框图模型。框图模型在具体的系统研究中，具有积极意义，比如人文社会系统和经济生活系统中常用框图模型来展开研究。最简单的框图模型是输入——输出模型如下:

最简单的框图模型可以是系统的通用模型，但过于粗糙，不利于系统科学展开深入研究。

2. 系统的数学模型。一切以数学语言表示出来的关系，包括最简单的表格、曲线(图)等，都是数学模型。数学模型是对真实系统的某些特性用数学的方法进行描述，并揭示相关的数学关系，从而对系统进行有效认识和研究的模型。数学提供的各种描述手段，如函数、方程、矩阵、几何图形等，以及抽象代数的群、环、格、坡等，都可以用作真实系统的数学模型。最常用的数学模型是解析模型，即原型系统的变量、常量之间相互关系的解析表达式，主要是各种方程，特别是代数方程、微分方程和差分方程。比如著名的逻辑斯蒂差分方程，在生态科学、经济科学和认知科学等领域都有重要应用。数学是系统科学研究的必备工具和手段，但数学模型不是充分具备系统意义的基础模型。

3. 系统的网络模型。网络模型，更一般的说是图论模型。图论是数学的重要分支。基于图论建立的数学模型，特别是网络模型，是描述系统的有力工具。以点代表系统的组分，称为节点或顶点，节点之间的联系用一条线段表示，称为边，全部节点和边的集合就是系统的图论模型。图论应用的一个著名例子是哥斯尼堡七桥问题。适宜用图作模型的系统往往涉及流动问题，有物质、能量、资金、人力、信息等从图中的某一点流向另一点。图论刻画的是系统的拓扑特性，它反映的是结点(对象)之间的连接性质，至于点之间的相对位置，连线的曲直长短，并不重要。这种不在乎点的相对位置、线的曲直长短的连接性质，就是拓扑特性，具有重要的系统意义。赋予系统意义的图论模型是研究的重点，因为系统学的基础模型要具备本质的系统意义。

4. 系统的计算机程序模型。在计算机科学发展条件下，系统科学研究与计算机技术相结合的模型，就是系统的计算机程序模型。依托计算机科学，把系统内部的组分的关联方式提炼为若干规则，以“若……则……”形式的程序语言表达出来，以便通过计算机的数值计算模拟对象系统的运行演化，观察构件如何通过执行这些简单规则而涌现出系统的整体特性，预测系统的未来走向，主要用于大型复杂计算或数值实验。以计算机程序来定义的基于计算机的系统模型正获得越来越广泛的应用。系统的计算机程序模型，很显然是应用模型，不能是系统学基础模型。

(二)系统直观模型

从贝塔朗菲提出的一般系统论来看，系统论的核心思想是系统模型思想及其针对实际工作用的意义。他强调:一般系统论是一种实际工作的假设;作为做实际工作的科学家，我看到了理论模型对说明、预测和控制迄今未被探索的现象的重要作用……过早地认为理论模型已经完备和确定了是危险的。[3]显然，系统观念的具体形式即系统模型，并非一开始就是完备的，而是需要不断发展和完善的。

系统的直观模型具有系统科学经典意义。世界中的各种事物都是以系统的方式存在的，无论是有机的、无机的、社会的或文化的，给我们的一个直观的轮廓，即系统是一定边界范围内部相互作用的多个要素的整体。作为非严格的系统定义，该系统描述性整体轮廓就是一种直观的模型，其一包括多个组分要素，其二包括了各个组分要素之间的相互作用，其三具有一定的系统边界范围。系统直观模型，实际是一种模型性解释系统的观点，如下图[4]:

从系统直观模型可看出，边界是相对稳定的系统在时空中延展范围或在逻辑范围的一定界限，是系统的最基本的要素之一。从传统唯物论来看，实在系统通常具有时间和空间的限定，比如米勒说:“系统是空间和时间上有限的一个领域……”从逻辑上来说，系统作为一个整体应当有一个边界。系统研究作为针对实际工作用的一种世界模型或假说，是通过边界的划分而使某一个研究整体得到相对确立，使系统与环境、系统内部组分之间、系统层次等关系得到明确，本质上是把握事物过程中研究和分析对象的一种方法。该模型是静止的模型，描述出了系统的边界性和相互作用组织性。然而系统是动态的、运动发展的系统，因此，系统笼统的来讲，具有三个基本的方面:边界性、组织性和动态性。在系统直观模型的基础上，可以用下面的框图来揭示动态系统意义。[5](如下图)

贝塔朗菲认为:“理解组织的完整性，应当既认识各组成部分，也认识它们之间的关系。”系统之所以为系统，是因为其内部组分之间具有紧密的联系。针对这种紧密联系，不能作机械的、完全可还原的认识，而应当作涌现条件的认识研究。只有动态系统才能产生涌现现象。系统的动态性是指形成系统整体性的现实运动变化的方面，没有系统内部组分的永恒运动，就没有系统的整体运动，也没有系统整体的永恒运动。将系统的直观模型同系统的动态意义有机结合起来形成新的一般意义的模型，是系统科学基础模型研究的重点。

(三)系统一般模型——秩边流模型

为构建直观模型同系统动态意义有机结合的一般系统模型，通过研究系统科学模型情况，初步认为:系统科学基础模型，应以系统原型为根本，以最简单的框图模型和图论模型为基础，突出框图模型的通用性，突出图论模型的拓扑性以及可以充分赋予的本质系统意义，结合系统概念研究，构建系统科学基础模型。

苗东升认为:“两个以上事物或对象相互关联而形成的统一体，叫做系统。”[6]如果把相互关联而被包含在系统中的那些事物或对象叫做组分，则任何一个原型系统，除了组分，就是“组分之间”——包括组分之间的空间、组分之间的逻辑、组分之间的关系、组分之间的信息、组分之间的能量以及组分之间的其他一切。系统与环境是通过边界分隔开来的，系统内部的组分与组分之间也是通过边界使组分与组分得到区分的。很显然，对于任意一个原型系统来说，“组分”、“边界”、“组分之间”是必不可少的。系统科学的本质系统意义体现于两点:一是把传统科学中忽视或弱化研究的“组分之间”的部分提升到同“组分”同等的研究高度;二是把“组分之间”对于“组分”整合形成统一体带来的“涌现”作为研究核心。

遵循充分体现系统意义的思路，著者把动态演化的系统称为秩[7](因为动态演化的系统才能产生涌现);把动态演化系统的内部组分称为秩点;把系统的环境边界和内部组分边界统称为“边”;把“组分之间”称为“流”(因为“组分之间”作为被传统科学忽视的事物，恰恰是最具有系统意义的根本性事物)。在最简单框图模型和图论模型的基础上，探讨并提出系统学“秩边流模型”如下图:

秩边流模型有秩点参数、流参数、边参数三个基本参数，表现如下:一方面，“秩点”囊括了一切组分的研究信息，展开可获得组分、元素、要素、子系统、部分等;另一方面，“边”是系统与环境的分隔，也是秩点与秩点的分隔，它展开可以获得边界的实体性、渗透性、通道性、承载性等一切边界具有的属性和信息;再一方面，“流”定义为秩点与秩点的相互关联的存在，包括了流的内质(比如介质实体)，也包括了秩点之间的信息、能量、结构、层次、关系、序度、熵，等等。现将秩边流模型中需要明晰的概念明确如下:

1.“秩”。秩在《集合学》中有这个概念，但秩边流模型中的秩，是系统学的独特基本研究对象概念。著者将“动态演化的系统”定义为“秩”。秩，是系统学独特的最基本研究对象——系统学的归根结底的最基本研究对象一定是“系统”，而在此基础上系统学“独特”的最基本研究对象是“秩”。“秩”的定义，作为系统学的独特的研究对象，它包括了对象实体、运动和关系，完全符合“科学”的研究标准，重要的是:它把科学研究的实体、运动和关系，作为一个囫囵的整体研究对象——显示了坚决而彻底的系统精神，这在任何科学中都尚未出现。但这恰恰是系统学需要创新而独树的根本特点——它是与“涌现”的精髓相符合的需要。秩概念的定义——“系统及其演化”包括两个方面，一是系统及其生成，是指“从无到有生成系统的过程及系统”的统一的普遍的研究对象抽象概念;二是系统及其演化，是指系统已经存在，系统及其演化进程统一的普遍的研究对象抽象概念。这两个方面并不矛盾，是相统一的，两方面综合起来，秩的定义可以直接是描述普遍的“系统及其演化”统称的抽象范畴。秩，作为抽象范畴，在科学研究中，又必须是具体的，可以直接作为系统学的独特的最基本研究对象。

2.“边”。秩边流模型的边，要同系统科学的边界联系起来，同时要同网络模型中的边区别开来。网络模型中的边，指节点与节点之间的联系用线段表示。系统学认为，把系统与它的外部环境分隔开来的，称为系统的边界;把系统内部秩点组分与秩点组分分隔开来的，称为秩点的边界，它们统称为“边”。“边”一身二任，表现在两方面:一方面，它把系统内部与外部分隔开来，同时又把系统内部与外部联系起来，其重要特点是:边界不管以何维度、何质存在，边界上总有各种各样的、显在的或者隐性的、直接的或间接的“口岸”、“毛孔”、“间隙”、“通道”等使系统内外的物质、信息、能量通连起来，具有通道性和渗透性。一个系统处于环境中，环境中其他系统变化，引起环境变化，环境变化通过边进而影响系统，使系统与环境具有互动性。另一方面，系统内部秩点的边，把系统内部的不同秩点分隔开来，其重要特点是:秩的边，把系统内部的秩点和流分隔开来，同时又把它们联系起来，并且直接决定了“流”的形成;内部“边”不仅具有渗透特性和互动特性，而且这类特性异常的紧密和高效——使它们能够向外部呈现为一个整体，而以系统的形式来进行研究。

边是客观存在的。系统的客观性和环境的客观性，决定了把二者分隔开来的“边”具有客观性。凡系统原则上都有“边”。有些系统“边”是可以直接观测的，特别是有些地理的或物理的空间中划分出边界的系统;有些系统不能直接观察到边界，但不等同于它没有边界。一书作为系统，物理空间边界是封皮和书厚，但思想边界是其表达的一定范围的思想的东西。环境不是空集，则表明系统存在范围的限制;有限制就有边界，可从几何上、直观上、思想上、物质上、信息上、能量上等区分。系统边包括系统环境边和系统秩点组分边，包括物质边、能量边和信息边，可划分为隐性边界和显性边界、硬边界和软边界，而隐性边、信息边、软边等是系统科学边研究的重点。科学研究都涉及边界问题，但没有任何一门学科把边界问题作为自己学科一个基础范畴来研究，只有系统科学要把边问题作为基础性研究之一。因为边是系统的守护者。

3.“流”。我们在系统内部的事物与事物之间，会发现一些介质、空间、结构、关系等显在的间隙，也会发现一些我们不直接感觉到的东西，比如信息、能量、隐性结构、隐性关系和逻辑等充斥在系统内部事物之间。这些是系统内部把秩点与秩点分隔开来的边与边(包括硬边、软边、能量边、信息边、物质边、逻辑边等)之间的存在，统称为“流”。事物与事物通过边界得到区分和划分，但是在事物与事物之间，存在间隙(包括介质间隙、时空间隙、能量间隙、信息间隙和逻辑间隙等)，它们之间既不是等同直接连接的，也不是真空的，间隙是边与边之间的存在。传统科学对此研究是忽视的，要么把事物之间的部分作为真空(如果事物之间介质不明显的情况下)来研究，要么把事物之间的部分作为介质(介质明显的情况下)来研究，这是传统科学认识的机械论、还原论观点产生的原因。

系统科学，打破机械论和还原论的束缚，把系统内秩点组分与秩点组分之间的间隙存在称为流。流，就是涌生事物，并把涌生事物提升到与组分事物具有同等重要意义的研究高度。[8]秩点和流，是通过边分隔开来的，同时在系统中存在于边的两侧，它们的地位在传统科学中和系统科学中截然不同:传统科学中，秩点组分事物受到重视，流被忽视;而系统科学赋予它们同等重要的地位。在系统研究模型中，流之所以称为流，是因为非边闭合包裹体的流相对于系统内部的边闭合包裹体稳定的秩点而言，具有更多的相对运动特性，尤为呈现流态特性，故称为流。在系统中，秩点被流的海洋包围着。流和秩的关系是密不可分的，没有秩，就没有流;没有流，秩也无从生存。

流是复杂的，包括了具有介质(实体事物)的流，也包括了纯粹涌生事物的信息的、能量的、结构关系的非实体的流，更多的是也包括了它们的综合体。流整体对系统中的秩点(组分、元素等)具有整合作用、约束作用、组织和控制作用。流的研究，包括流道、流边界、流介质、流动力等问题的研究，核心的是流动力、流效益和流涌现的研究。目前系统科学研究中的系统动力学把“流”作为三个核心概念之一［6］，虽然系统动力学的“流”与秩边流模型的“流”在实际研究中会有一些相通之处，但它们是相互区别的。流，是系统内的非自身闭合稳定的涌生事物，它是系统内的血液和神经。因此，系统学动力学应在秩边流模型基础上，立足系统学本质有一个全新的研究。

[1] 苗东升. 系统科学大学讲稿［M］. 北京:中国人民大学出版社，2007年，第106页

[2] 苗东升. 系统科学大学讲稿［M］. 北京:中国人民大学出版社，2007年，第109～116页

[3] ［美］贝塔朗菲:《一般系统论——基础、发展与应用》，清华大学出版社，1987年，第82页

[4] 参见:李建华、傅立:《系统科学与管理》科技文献出版社，1996年，第16页

[5] 同上

[6] 苗东升:系统科学大学讲稿，中国人民大学出版社，2007年

[7] 温勇增:《秩论》，载《系统科学学报》，2010(1):93

[8] 温勇增:《系统辩证论新议》载《系统科学学报》，2007(4):10.