系統科學的文獻綜述

佟鑄鋮

摘 要：組織管理學和系統思維的關鍵推動者之一Peter Senge認為，有三個核心能力是至關重要的：跨界合作能力，洞察普遍共性的能力，“創造一個理想的未來”的能力。本文以以上三個關鍵能力為線索，引申出“交叉學科研究”、“系統理論”、“系統方法”三個部分，對與系統科學相關的論文進行了簡單的綜述。

關鍵詞：系統科學;交叉學科研究;系統理論;系統方法

一、引言

（一）探討系統學的必要性

我們通常認為，現代科學是獲取知識的典范。截至目前，知網已經收錄國內學術期刊8千種，內容覆蓋自然科學、工程技術、農業、哲學、醫學、人文社會科學等各個領域，全文文獻總量5000萬篇，我們人類已經產生并且仍將繼續產生數量龐大的信息，然而，有多少可以被認為是真正的知識呢？換句話說，我們所記錄下來的這些信息，有哪些能夠讓我們準確的認識到我們的世界的運作方式呢？又或者說，如果我們人類已經對這個世界掌握了如此之多，那么我們如今為何面臨如此之多看似棘手的問題？饑餓、貧窮、戰爭、犯罪、疾病，比歷史上任何時候都要嚴重。如果說我們的社會是一個在試錯中不斷完善、不斷收獲智慧的社會，那么今天的社會也許會不太一樣。這個世界正變得更加復雜和一體化。全球化已經加速了復雜性的增長，如果我們無法正確的處理眼下的問題，面對日益加速的全球化，我們的未來又將如何呢？在20世紀，對就業市場越來越重視使得學校更加的專業化;我們已經過分迷戀專業化和職業化這兩種理念。如今，我們已經成為了局部深入研究的專家，然而，企業、政府和非政府組織并不是相互割裂毫無關聯的部分組成的整體，這些組織一般而且必須是一個系統，組織內的每位成員的工作都將影響其他成員的工作。

我們面臨的問題和挑戰具有高度的復雜性、相互關聯性、多學科性。Wiek等人于2011年一項比較研究得出結論，未來的五項關鍵能力之一是 “系統思維能力”。Peter Senge，組織管理學和系統思維的關鍵推動者之一于1990年發表的一篇論文提出，有三個核心能力是至關重要的：我們需要增加“跨界合作”，“將系統視為更大系統的一部分，并學會“創造一個理想的未來”。

（二）總覽

本文以彼得·森格提出的三個核心能力：“跨界合作”、“結構思維”、“未來創造”為線索，進行展開;在系統科學領域中找到了相對應的“交叉學科研究”、“系統理論”、“系統方法”，并對過往的系統科學相關論文進行了綜述。

（三）系統科學的歷史背景

在二十世紀早期，科學中的主要范式是機械還原主義，通過不斷的縱向研究，最終將所有問題簡化到化學和物理層面的成分相互作用的問題。而系統科學的根源也是在還原主義的研究范式下產生的。1905年，弗雷德里克·克萊門茨在美國第一本生態學著作《動物生態學》中描述了植物群落之間的緊密聯系，它們構成了一種超級有機體。1927年，查爾斯·埃爾頓引入了由食物鏈或“食物循環”組成的生態系統的概念，這一概念很快就演變成“食物網”，一種更為復雜的相互依存關系。”這些關系整體的新探索特別集中在生物體的研究上，因此，第一個更全面的系統理論應該來自具有有機生物學背景的思想家。

奧地利生物學家Ludwig von Bertalanffy通常被認為是首次將系統這一概念引入科學界的人。從20世紀20年代末開始，他發表了論文，強調生物不能被簡單理解為各個部分之間相互的機械運動。 更重要的是，需要關系整體及其動態組織來解釋生命的基本特征，如新陳代謝、生長、發育，自我調節，對刺激的反應，自發活動等。他將這類生命體稱為“開放系統”，相對應于“封閉系統”，通過不斷的能量流動而產生和維持的組織。在二戰后的二十年里，系統理論進入了生態學、社會科學和商業管理的主流。系統概念的擴展體現在新領域的出現，如系統設計、系統工程和系統分析。在戰爭系統之后，思想立即與控制論和信息論的出現產生了強烈的協同作用。

二、系統科學的定義

有關系統科學的定義有以下幾點。

M‘Pherson認為，系統科學是研究這個世界上可見的系統并從中獲得知識，有序的進行整合，并將這些知識應用于人造系統的設計。

Heylighen提出，系統科學的目標不是為某一特定類型的系統（例如，物理、化學或生物系統）找到一個代表，而是要制定關于如何構造不同系統的一般原則，以便有效地解決問題。

Klir強調，系統科學是一門科學，它的研究領域包括系統的這些性質和相關的問題，產生于系統的一般概念。系統科學與任何其他科學一樣，需要區分三個組成部分：“研究領域”、“關于該領域的知識體系”和“方法”。

Strijbos認為，系統科學可以定義為生物學、社會學、經濟學等各種科學中系統的科學探索和理論，而一般系統理論則涉及適用于所有的科學原則。

三、交叉學科研究

許多理論和實際問題單靠一門學科是無法理解和解決的。跨學科涉及領域之間的工作和相互學習，而跨學科涉及需要新的共享概念的工作，以及將理論和實踐問題聯系起來的工作。Ackoff認為，系統科學產生于跨學科邊界交流的需要;我們必須停止像大學里那樣進行學科劃分。Max-Neef認為，交叉學科不僅僅是一門新學科，實際上是一種不同的看待世界的方式，更具系統性和整體性。

交叉學科，被廣泛定義為不同知識主體之間的相互作用，被認為是解決我們社會面臨的復雜問題的關鍵。Rapoport認為，將知識分成高度專業化的分支，導致了各個學科之間的通信中斷。今天，系統科學與跨學科和跨專業領域仍然有許多相似的，部分重疊的目標。

那么系統學在整個學科架構中的定位是什么呢？它的作用和目的又是什么呢？Boulding指出，“一般系統理論存在介于純數學的高度概括的結構和專業學科的具體理論之間。系統設計是指與所有應用領域相關的通用方法和實踐的異構領域。 Banathy指出，“在設計中，我們專注于尋找解決方案，創造尚未存在的東西和價值體系”

以這種方式來看，系統科學和系統設計提供了自然科學和人文科學之間的橋梁，以及描述性研究和規范實踐之間的橋梁，從而在跨學科和跨學科方面作出了貢獻。系統科學學的研究承載了對系統的理解，它指的不是某一特定系統，如物理、化學、生物與社會系統等，而是對于系統的共性、特性、動態性、有用的屬性以及系統行為進行的研究，包括系統中子系統間的差異如線性、非線性、封閉性、開放性、復雜性等。當人們如此理解系統與“非系統”時，他們將能夠輕易地認識到貫穿于任何研究領域中系統的特性;這些特性在不同的系統環境下有著不同的表現;因此，系統學展現給我們的是跨越邊界的連續性，而透過如今的學科劃分，我們只能看到學科之間不可逾越的鴻溝。

四、系統理論

目前學術界對于“系統理論”上沒有普遍的一致見解。Rapoport認為，系統的一般理論的任務將包括定義一個系統，制定一個系統分類，挑出各種系統的共同屬性，以及解釋這種方法如何幫助我們更好地了解我們的世界。Ackoff則認為一個科學領域只能建立在一個概念體系的基礎上。系統科學并不例外”。一些快速發展的領域的研究人員認識到自己領域的理論基礎與系統科學密切相關，甚至直接基于系統科學。例如可持續發展（Weinstein和Turner，2012年）、公共衛生（Luke和Stamatakis，2012年）、服務系統（Maglio、Kieliszewski和Spohrer，2010年）和系統工程（Pyster和Olwell，2013年）。這種情況要求系統科學中的各分學科加強合作，以提供一套連貫的知識，包括定義、概念、分類和處理復雜情況的相關一般方法。需要更多的教育戰略和工具，以促進教學和學習系統科學，并創造性地在各種環境中應用其原則。

（一）系統的定義

系統的概念是科學中使用最廣泛的概念之一，特別是在近幾年。Klir認為系統幾乎在科學的所有基本領域都遇到，如物理、化學、數學、邏輯、控制論、經濟學、語言學、生物學、心理學。

在學術界，每一門學科都致力于一個專門的系統認識，而系統調查的對象本身就是一個系統。系統科學承擔著對系統本身的理解，即不是這種系統或那種系統（物理、化學、生物學、社會學等。但對系統作為系統的一般和有用屬性、動力學、特性和行為的研究-包括系統子類之間的關鍵差異，如線性、非線性、封閉、開放、復雜等。

以這種方式理解系統或“系統性”時，將會意識到其特性貫穿整個研究領域，這些特性在不同的系統環境中也產生不同的現象，因此系統科學幫助我們看到跨越邊界的連續性，而學科往往只看到差異。

（二）系統的原則

系統運動的創始人Von Bertalanffy強調了一般系統原則和概念的重要性：“今天，我們的主要問題是有組織的復雜性。組織、整體性、指向性、目的論、控制、自我調節、分化等概念與傳統物理學格格不入。然而，它們在生物、行為和社會科學中隨處可見，這些概念對于處理生物或社會群體是必不可少的。”

Rapoport認為，“一般系統理論旨在尋求足夠普遍的集成原則，以適用于物理、生物、心理和社會等不同的研究環境”。可以定義哪些一般原則/特征/特征，以邏輯和連貫的方式區分或統一某些系統實例？這是系統科學中最核心的問題之一，并沒有達成共識。系統類型最早的層次結構之一是由Bouling于1956年提出的。米勒于1978年在他的“生命系統理論”中提出了一個20個一般系統組件的集合，可以在許多層次的系統中找到。

系統的某些相似原理/特征可以在理論生物學中找到（例如。Koshland，2002年;Elitzur，2005年），發展心理學（例如：Piaget，1971年;Fisher，1980年;Commons等人，1998年）以及人工智能和機器人（Britenberg，1984年;Pfeifer和Scheier，2001年;Russell和Norvig，2003年）。

一個系統需要什么樣的特征才能使各個部分構建一個完整的整體，能夠適應不斷變化的環境，最終可以成為一個更大的系統擁有完整的功能？

就目前研究看來，系統科學擁有以下11條原則，并從某種程度上來說適用于所有復雜的自適應系統。這些原則之間相互關聯，相互交叉且相互引用。

1.系統是由各部分之間有界的關系網絡構成的一個擁有整體性的單位。系統與其他系統相互作用，形成更大的系統。

2.系統是在結構和功能層次中組織的過程。

3.系統可以抽象地表示為，組件之間的關系網絡。

4.系統在多個時間與空間尺度上是動態的。

5.系統表現出各種類型和層次的復雜性。

6.系統在進化。

7.系統通過他自己的語言來接收和傳遞信息。

8.系統有調節子系統來實現穩定。

9.系統包含其他系統的模型

10.足夠復雜的自適應系統可以包含自己的模型。

11.系統可以被理解

任何關于系統科學的事物通常都與其他領域的事物相互依存，相互關聯，必須充分的理解他們才能更準確的掌握研究目標。系統科學并不主張那些教科書式的、按部就班的線性組織。因此，每當談論系統科學時，頻繁的交叉引用并點題是不可避免的，

（三）系統學的分支學科

系統學作為一門已經被確立的學科，擁有哪些子學科呢？這些子學科又如何遵循系統的原則與核心理論呢，關于系統科學的發展有許多歷史綜述（例如：Francois，1999年;Hammond，2003年;Schwaninger，2009年;Merali和Allen，2011年）其中包括熱力學、開放系統理論、信息理論、控制論、自我生成理論、混沌理論、復雜性理論和網絡科學。這些理論所形成的學科可以歸納如下：

·經典熱力學，處理處于能量平衡的封閉系統。

·von Bertalanffy于1950提出的開放系統理論，描述了生物系統向環境開放的必要性。

·Shannon和Weaver于1949年提出的信息理論，包括處理數據的存儲、壓縮和傳輸等內容。

·Wiener和Ashby分別在1948與1956提出的控制論，描述了調節系統的反饋過程。

·Maturana和Varela于1980年提出的自我生成理論，闡明了維生系統如何不斷地繁殖和維持自己。

·Mandelbrot與Gleick分別于1983年和1987年提出的混沌理論，指出了喪失穩態和非線性變化過程的原因。

·Kauffman、Holland、Kauffman都分別提出了復雜性理論，描述了自組織、適應和創新的過程。

·Watts和Strogatz、Barabasi、分別提出了網絡科學，人與人之間的相互作用、相互作用的過程模式和動態社會結構。

系統科學的子學科可以被看作是與一般系統理論類似的觀點，不同的視角所產生的學科，或者說是系統理論在不同領域當中的應用，這些學科涉及領域廣泛，多樣，同時又相互關聯，某種程度上來說又相互同一。而系統科學似乎是一個適當的名稱和框架，將這些子學科聯系在一起，這使得系統科學能夠克服歷史的學科邊界，以便在科學、教育和實踐中取得進展和履行其職能。

五、系統方法

所謂系統方法即是應用系統思維去解決復雜問題。系統思維是一種思維方式，是對世界是如何組織和如何運作的觀點。系統思維，就像數學推理一樣，對于解決現實生活中的許多難題是非常有用的。為了更有效的使用系統方法，需要遵循一定的方法論邏輯，這便是系統科學的由來。

Reynolds和Howell看到了系統運動概念的優缺點：“在系統領域，有許多概念、方法、方法和技術。然而，我們很可能無意中造成了系統方法的復雜與混亂。Midgley和 Jackson也提出了相似的觀點并提供了關于具體系統方法的詳細討論。Reynolds和Howell和Williams和Hummelbrunner則提供了系統方法的詳細介紹。Ulrich 和 Probst以及Gomez和Probst提供了關于整合與系統解決問題方法的進一步見解，總的來說可以歸納為以下七個系統方法：

（一）下定義

于1983年由Ulrich提出，這一方法涉及如何劃定目標系統邊界的問題。

（二）批判性啟發法

同樣由Ulrich于1983提出，這是系統思維和實踐哲學的一種方法。它公開并反思系統設計、問題定義以及社會項目評估標準的含義。

（三）系統動力學

由Forrester于1971年提出，是一種詳細的定性和定量方法，用于理解、建模和模擬動態系統。

（四）軟系統方法

由Checkland于1981提出，有助于探索多種觀點，在這些觀點之間達成妥協，并確定系統上可取和文化上可行的行動計劃。Wilson提出了軟系統方法的七個階段，具體如下：

·解構目標問題

·問題情況表述

·建立相關系統的定義

·建立概念模型

·回到現實世界，并確定要實施的方案

·測試方案

（五）互動規劃

由Ackoff于1981提出，通過理想化的設計來確定一個前瞻性的但仍然可行的計劃，并不斷縮小現狀與計劃的差距。

（六）運籌學傳統中的優化技術

由OR;Churchman等人于1957年提出，它是一套尋求最優化決策和效率的方法，包括線性規劃，整數規劃，動態規劃，對策論模型，網絡模型，儲存模型，決策分析模型，隨機服務系統模型，多目標決策模型等。

（七）反思性實踐

由Schon于1983提出，強調不斷深入學習的過程。好的實踐需要反思，好的學習過程需要經驗。在復雜系統中，幾乎不可能實現完美的預測和無錯誤計劃，因此，學會通過與各自系統的直接互動變得至關重要。

每種方法都有其長處和弱點。在過去的30年里，幾位作者提出了綜合的、多方法的框架來比較和結合幾種系統方法，如Hall（1989）、Flood和Jackson（1991）和Schwaninger（2004）。Mingers（1997年）提供了在若干步驟內繪制系統方法的另一種方法。Bosch等人將幾種強大的方法結合在一個完整的學習周期內，其原理是基于系統的“進化學習實驗室”（ELLab）產生的。在ELLab中“參與者參與了一個循環的過程，思考、規劃、行動和反思，以集體學習為共同目標”。

六、總結

系統科學的許多組成部分，如控制理論、信息理論，自20世紀中葉以來一直是許多研究領域的主要的標準。目前，隨著系統理論的不斷完善，系統科學的各個分支幾乎在整個學科架構的每一個分支都有出現。并且在某種程度上來說，系統方法已經被深深地嵌入在所有的科學中。

在20世紀50年代至60年代，有幾位學者提出了“一般系統理論”的概念。1969年，Von Bertalanffy“一般系統理論”的名字出版了他的作品，并一直在努力將系統理論的許多組成部分整合在同一個學科之下。然而，系統科學比起其他實體的科學，其中還有太多的領域是缺乏嚴格的依據的，或者說是不成熟的，例如，非線性動力學的問題才剛剛開始被解釋，而混沌理論的領域也僅僅只有雛形。突現理論（Emergence）以及一般演化理論也是類似的情況。這些領域上的不完善被視為系統理論全面性上的巨大漏洞，缺乏一個理論應該有的完整感，使理論難以進一步發展成為一門成熟的科學。

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