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内容介绍
　　本书共3卷。《第I卷：系统科学概论》旨在通过具体研究工作的例子来展示什么是系统科学，系统科学在什么样的问题中可以发挥作用，系统科学有哪些思维方式和分析方法。

目录
目录
第I卷 系统科学概论
前言
第*章 引言：系统科学与科学 1
1.1 抛一块砖：系统科学的思想、目标和定位 2
1.2 整体论和还原论、相互作用 4
1.3 关于科学和科学方法 9
1.4 科学和数学的关系：概念是对现实的抽象，抽象的结果是数学结构 14
1.5 划分系统和确定考察的因素：热寂问题和量纲分析 33
1.6 力学思想无处不在：状态、状态变化以及状态变化的原因 39
1.7 普适性：一个概念、原理、分析方法或者模型尽可能多地描述现象 42
1.8 作业 44
1.9 本章小结 45
第二章 一些具有系统科学特色的研究实例 47
2.1 热寂说与开放系统结构的产生 48
2.2 整体运动的激发模式，涌现 52
2.3 相变与临界性的例子 63
2.4 相互作用，周期与混沌的例子 71
2.5 再一次用混沌的例子，确定性和随机性 76
2.6 相互作用与网络科学的例子：汉字研究 79
2.7 相互作用与网络科学的例子：PageRank算法 91
2.8 相互作用与投入产出分析：经济学和科学学 94
2.9 系统生物学和化学反应网络：流平衡分析 99
2.10 博弈与相互作用的例子 103
2.11 约束下定态与动态过程的优化的例子 106
2.12 作业 119
2.13 本章小结 120
第三章 概念地图与系统图示法 121
3.1 如何描述一个系统：图示举例 122
3.2 一般系统图示法：概念地图 126
3.3 反馈图和可计算反馈图 130
3.4 本体论图 134
3.5 概念地图、理解型学习和理解系统 138
3.6 作业 141
3.7 本章小结 142
第四章 网络作为复杂系统的骨架 143
4.1 之前的举例中的网络视角 144
4.2 网络的精神：几何性和网络效益 145
4.3 作业 149
4.4 本章小结 150
第五章 为什么要学习数学和物理 153
5.1 第*卷总结：全书的结构 154
5.2 数学和物理作为系统科学研究对象和问题的来源 156
5.3 数学和物理作为系统科学思维方式和分析方法的来源 156
5.4 本章小结 157
参考文献 159
名词索引 165
人名与常用翻译 169
插图 173
举例目录 175
第II卷 系统科学的数学物理基础
第六章 线性代数
第七章 概率论
第八章 力学
第九章 统计力学
第十章 量子力学
第十一章 随机过程
第III卷 系统科学的基本理论
第十二章 线性与非线性动力学简论
第十三章 相变、临界性与自组织临界性
第十四章 网络科学概论
第十五章 广义投入产出分析
第十六章 博弈论与演化博弈概论

在线试读
第*章引言：系统科学于科学
　　1.1 抛一块砖：系统科学的思想、目标和定位
　　1.2 整体论和还原论、相互作用
　　1.3 关于科学和科学方法
　　1.4 科学和数学的关系：概念是对现实的抽象，抽象的结果是数学结构
　　1.5 划分系统和确定考察的因素：热寂问题和量纲分析
　　1.6 力学思想无处不在：状态、状态变化以及状态变化的原因
　　1.7 普适性：一个概念、原理、分析方法或者模型尽可能多地描述现象
　　1.8 作业
　　1.9 本章小结
　　这一章我们企图给系统科学做一个定位，讨论其典型研究对象、典型问题、典型思维方式、典型分析方法，和世界以及其他学科的关系。一个学科的这五个方面合起来我称为这个学科的“学科大图景”。然后，我们会用整本书的例子来让大家进一步体会我们对这个学科的这样一个定位。
　　引言中的很多部分都会在后面的章节中展开阐述，其中我们也会提到很多的应用性研究的例子。实际上，所有的应用性研究的例子，我们都可以把它们放到导言里面来，起到开阔大家眼界的作用。有些例子我们选择放到具体章节中，有可能是它们在技术细节和细节概念上要求更多，不太适宜放在读者学习各个章节的具体概念和技术之前来做一般的讨论。这个基本上就是导言部分的例子和其他章节内部的例子的*一的区别。所以，从这个意义上说，引言部分就是本书的主题思想所在，本书的核心就是引言部分。当然，不理解后续章节，有可能很难真正理解引言部分。我们推荐本书的读者在浏览完本书之后，来决定怎么看；我们也鼓励看完整本书的读者回过头来，再来看一遍引言部分；读者们也可以把本书的引言部分当 做系统科学的普及读物，仅仅阅读本章，然后在后续章节中选择少量合适的例子做进一步的了解。
　　另外，在前言中我已经提到，整本书是具有内部自相似性的：本书的后面的部分可以看做是引言的展开，引言可以看做前言的展开，每一个例子的阐述方式也是学科大图景的一个侧面的展示。我希望读者可以多做这些有联系的思考，甚至通过多次反复来欣赏这个内部自相似性。
　　1.1 抛一块砖：系统科学的思想、目标和定位
　　任何一门学科，要成熟就必须有自己的研究对象，自己这个学科的目的，核心的概念和分析方法。 我们已经提到系统科学还没有成熟到能够把这些内容成体系地整理出来。在这里，我们尝试对这些问题给一个答案，不求精确，不求永恒，但求对这个学科的成熟有一定促进作用。我们认为所谓系统科学，就是把来自于属于具体科学领域(例如物理学、化学、生物学、信息科学、计算机科学等) 的思想和方法抽象和提炼出来——通常这个抽象和提炼的结果是一个数学结构， 然后把这些思想和方法应用于更加广泛的其他领域的问题的研究。也就是说，系统科学是一个来自于具体系统，同时以具体系统为*终的研究对象， 但是其基本理论又不在具体系统的层次上的科学。这个定位使得这个学科非常像数学。但是，两者不是完全一样：数学，尽管本质上也来自于现实世界，只要逻辑上自洽是可以不接受实践的检验的①系统科学是科学，而科学*重要的特征是来源于现实世界，并接受实践的检验。因此， 哲学的以及完全从心智来构造的系统科学的理论是不存在的。当然，倒过来，系统科学的哲学思考， 当系统科学本身已经比较明确的时候，是可以存在的。
　　因此，我们把什么是系统科学以及系统科学的基本任务和研究对象、目标总结为下面的列表。
　　科学性 ：批判性思维，用数学结构描述现实世界，从现实世界提炼数学结构，并通过实验和实践来检验两者的关系
　　系统性 ：系联性思考，融合和跨越学科领域来解决问题、发展科学，促进思维方式、分析方法、概念甚至问题的迁移和创新
　　典型研究对象 ：包含多个个体、个体之间存在相互作用相互联系、没有具体领域的限制
　　典型研究问题 ：从整体的层面来关心系统的行为
　　典型思维方式 ：整体视角和还原视角的融合——从系统内部元素以及元素之间的关系开始，从孤立到有联系，从直接联系到间接联系，从个体到整体的角度来研究问题
　　典型分析方法 ：科学研究方法 (观察、猜想、抽象化模型化、数学化、实验和实践检验)，网络科学以及其他对相互作用的计算分析方法 (系统图示法、广义投入产出分析)，涌现与相变 (集体行为、临界性和自组织临界、动力学系统的相变——定态、分支)
　　和世界以及其他学科的关系 ：从具体系统中来，提炼一般概念与方法，到其他具体系统中去，促进对具体问题的理解和解决，促进其他学科的发展
　　其中“整体视角和还原视角的融合”这一条，在本书中有的时候也称作系联性思考。当然，通用的科学思维：批判性思维、实际系统和理论模型之间的的可验证或者至少可证伪但是迄今没有被证伪的这个关系，毫无疑问也是系统科学的核心思维方式。在典型分析方法上，还可以列进去一些更通用的分析，例如统计分析、用随机过程建模、计算机数值计算和数值模拟等等。但是，正是由于其通用性一般性，就不再列在这里当做系统科学的特点了。可以看到系统科学天生具有交叉学科性。因此，很多学科的研究者开始找系统科学的研究者合作。这当然是很好的事情。但是，要注意，系统科学的研究者第*具有有限的具体领域的知识，第二只能够研究具有前面提到的系统性特征的系统和只会这样的具有系统性的思维方式和研究方法。
　　在系统科学的目标，也就是和世界以及其他学科的关系，这一点上，Mobus 和Kalton 的Principles of Systems Science(《系统科学原理》)[17] 一书有比较好的论述。在他们的书里面*简洁的总结是“is about understanding”(就是关于理解的事情)。什么是理解？理解就是不断地追问为什么，而且要冲着系统内部的元素之间的关系去问为什么。这样的为什么通常会自动跨过领域的鸿沟，要求你从对一个元素的理解跑到对另外一个元素的理解，要求你从一个子系统看到另外一个子系统，还能够不迷失在大量的子系统的树木之中，还看到森林，看到对你一开始关心的整体问题的理解的促进。见树木又见森林，这是对系统科学目标是“促进理解”的另一个比较好的表述。在 Mobus 和 Kalton 的Principles of Systems Science (《系统科学原理》)[17]，Senge 的The Fifth Discipline: The Art & Practice of The Learning Organization[18]，Sherwood 的Seeing the Forest for The Trees: A Manager's Guide to Applying Systems Thinking[19]，Boardman 和 Sauser 的Systemic Thinking: Building Maps for Worlds of Systems[20] 都有类似的表述。甚至它就是 Sherwood 书 [19] 的标题。我自己还特别喜欢下面这句话：系统科学洞彻联系 (Systems Science: See Through Connections)。我把它当做了我邮件的签名。它表示了下面三重意思：通过联系来看清楚系统的元素和整体，通过了解系统看清楚这个系统和其他系统的联系，通过把世界看做联系来建立一个理想模型从而洞彻这个世界 (的某个方面)。
　　尽管有了前面我提到的这基本讲什么是系统科学的书，还有本书，但是，系统科学还远远不是一个成熟的学科。因此，我想再强调一遍，本书对什么是系统科学的总结仅仅是一个尝试，一块引玉的砖。实际上，这就是本书对系统科学的认识。在后面的章节中，我们将用大量的例子来促进大家理解对系统科学的这个认识。
　　1.2 整体论和还原论、相互作用
　　有的关于系统科学的书籍，大部分是科普书和哲学书，非常强调系统科学“整体大于部分之和”，“1 + 1 > 2”的特点，进而批判还原论，高度赞扬整体论。有的甚至认为整体论才是科学的未来。我要说的是，没有还原的整体是空的假的整体，还原和整体思维两者必须结合。这也就是通常所说的分析与综合的结合。
　　我举一个简单的例子，来说明什么是还原论。例如你电脑坏了，你怎么办？*简单的办法是换一台，主机和显示器一起换。采取这个方案的人大概不用懂得电脑的知识。如果想节省一点点成本，科学和还原论可以帮你忙。大概来说，稍微懂得一点点科学思考方式的话，你就可以识别出来那部分坏了：找到另一台能用的大概型号相同的电脑 (假设我们找得到这样的电脑。要是找不到，以下的思想还是适用的就是需要你懂一点电脑模块型号的知识)，按照模块，替换一下。例如，更换显示器，看看是不是可以用了。以下假设一个毛病，多个毛病同时出现的情形先不讨论。如果还是不能用，表现一样，就按照模块，替换下一个，例如内存条。如果还不行，复杂一点，显卡、硬盘、主板等等。也就是把能够拆下来模块都试试。知道哪里出问题了，就去更换哪一个模块。当然，如果你懂得电脑，其实，能够从症状直接了解大概哪一个模块的毛病。但是，只要懂得还原论——去考查一个系统的下一个层次的模块 (或者叫做单元，子系统)——和基本的科学思维——这里也就是“换一个好的来对比”的逻辑和“做实验”的方法，那么你就可以用更低的成本来修好的电脑。实际上，我们还可以把这个按照模块来做替换实验的方法用到下一个层次：例如，如果问题出在主板身上 (例如，替换型号一致的主板之后，电脑可以运行了)，则我们可以直接替换整个主板，或者再来考虑主板上的显卡、声卡、网卡还是主板本身，甚至更进一步，考虑主板本身的电容的问题还是 CMOS 电池的问题，而不需要更换整个主板。从这个例子，你已经看见，还原论的思想，是一个多么自然的解决问题、认识世界的方式。不遵循还原论的科学是不存在的。从这个例子，我们还看见了，可以在不同的层次，逐层递进的方式，来运用还原论。
　　既然有逐层递进的问题，那么，自然也就有了整体论的问题。实际上，每一个层次的功能模块，都是一个“整体”——我们可以在一定程度忽略这个模块的内部细节而仅仅关注这个层次的整体提供的功能这个整体如何跟其他的子系统联系起来。没有整体的科学，那将是人类完全不可能理解的科学。很多时候，我们需要把一个系统看做一个单元，而不需要考虑其下层细节。这样当考虑这个系统的上层结构的时候，更加方便。因此，还原论和整体论完全没有冲突，完全是相辅相成的。经常说物理学是还原论的科学，为了认识世界，竟然要去认识比原子还小，比原子核还小的东西。可是，你没有注意到的是，物理学关心的这样的问题，实际上和宇宙的起源、碎了的鸡蛋不会自己恢复成好的鸡蛋、光为什么会有不同的颜色甚至形成激光——一种光的协调模式，这样的问题是息息相关的。物理学一直知道，了解粒子物理，仅仅是一个步骤，为了回答物态物性、宇宙的过去现在和未来等问题，总要考虑把各个基本单元重新合起来会怎样，这样的问题的。因此，整体论提供的是这样一个视角：不要认为不断地拆分就能够解决问题，有的时候从已经了解的各个部分再一次合起来不是一件平庸的事情。例如，将来我们会看到，有的独特的在个体的层次不会出现的现象会在整体的层次涌现出来，而且一般来说这样的“再次合起来”的分析计算技术不是那么简单。
　　我记得小的时候，修理自行车的师傅，给补胎、修飞轮里面的钢珠。现在的师傅经常是换胎、换飞轮。当然，根本原因是经济发展了，导致人工成本提高。不过，我们也注意到，实际上就是以前的师傅和现在的师傅都懂得还原论和整体论——你看没让你直接换自行车，只不过以前的师傅做到了拆分第二层——虽然他不会一直拆分下去给你用原子物理方法来修一修钢珠然后再放回去，而现在的师傅就停留在只拆分一层。造成这个差别不是说还原层次多少的好坏，而是社会和科学发展阶段等外界条件的不同。那为什么师傅也是懂得整体论的呢？他明白当把各个组建中心组合起来的时候，整体上起到的是另一个各个部分自己并不具有的功能，而且有可能某些结合的部位结构的方式需要得到特殊的照顾，才能使得整体功能更好。因此，修车师傅们是懂得还原论、整体论，懂得相互作用 (结合) 的重要性的人。
　　这个问题的另一个侧面，就是了解了各个下一个层次的单元之后，并不表示了解了整体。例如，一堆没有组装成为电脑和自行车的元件，不等于电脑和自行车。这些元件，通过相互作用——在这里这个“相互作用”就是什么地方与什么元件采用什么方式结合——结合起来之后实际上各个部分之间一般还会存在力的相互作用甚至物质或者信息的交流，整合起来之后，形成了其各个部分都不具有的整体的功能。这个就是整体大于部分之和。学习过物理学的人都知道，如果一个系统里面有两个以上的单元，而且这些单元存在相互作用，那么，其能量就绝对不是两者之和，还存在着一个相互作用项。这个就是“整体大于部分之和”的含义。非常的平庸。只不过，在系统科学里面，除了能量，我们还关心其他的东西，例如功能。这个更加广义的关注点，使得整体大于部分之和，显得更加有意义一些。不过，也是

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