一個(gè)科學(xué)新領(lǐng)域——開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)及其方法論

錢學(xué)森

近20年來，從具體應(yīng)用的系統(tǒng)工程開始，逐步發(fā)展成為一門新的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)大部門——系統(tǒng)科學(xué)，其理論和應(yīng)用研究，都已取得了巨大進(jìn)展［1］.特別是最近幾年，在系統(tǒng)科學(xué)中涌現(xiàn)出了一個(gè)很大的新領(lǐng)域，這就是最先由馬賓同志發(fā)起的開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)的研究.開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)存在于自然界、人自身以及人類社會(huì)，只不過以前人們沒有能從這樣的觀點(diǎn)去認(rèn)識(shí)并研究這類問題.本文的目的就是專門討論這一類系統(tǒng)及其方法論.

1 系統(tǒng)的分類

系統(tǒng)科學(xué)以系統(tǒng)為研究對(duì)象，而系統(tǒng)在自然界和人類社會(huì)中是普遍存在的.如太陽系是一個(gè)系統(tǒng)，人體是一個(gè)系統(tǒng)，一個(gè)家庭是一個(gè)系統(tǒng)，一個(gè)工廠企業(yè)是一個(gè)系統(tǒng)，一個(gè)國家也是一個(gè)系統(tǒng)，等等.客觀世界存在著各種各樣的系統(tǒng).為了研究上的方便，按著不同的原則可將系統(tǒng)劃分為各種不同的類型.例如，按著系統(tǒng)的形成和功能是否有人參與，可劃分為自然系統(tǒng)和人造系統(tǒng)；太陽系就是自然系統(tǒng)，而工廠企業(yè)是人造系統(tǒng).如果按系統(tǒng)與其環(huán)境是否有物質(zhì)、能量和信息的交換，可將系統(tǒng)劃分為開放系統(tǒng)和封閉系統(tǒng)；當(dāng)然，真正的封閉系統(tǒng)在客觀世界中是不存在的，只是為了研究上的方便，有時(shí)把一個(gè)實(shí)際具體系統(tǒng)近似地看成封閉系統(tǒng).如果按系統(tǒng)狀態(tài)是否隨著時(shí)間的變化而變化，可將系統(tǒng)劃分為動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和靜態(tài)系統(tǒng)；同樣，真正的靜態(tài)系統(tǒng)在客觀世界也是不存在的，只是一種近似描述.如果按系統(tǒng)物理屬性的不同，又可將系統(tǒng)劃分為物理系統(tǒng)、生物系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)等.按系統(tǒng)中是否包含生命因素，又有生命系統(tǒng)和非生命系統(tǒng)之分，等等.

以上系統(tǒng)的分類雖然比較直觀，但著眼點(diǎn)過份地放在系統(tǒng)的具體內(nèi)涵，反而失去系統(tǒng)的本質(zhì)，而這一點(diǎn)在系統(tǒng)科學(xué)研究中又是非常重要的.為此，在注釋［2］中提出了以下分類方法.

根據(jù)組成系統(tǒng)的子系統(tǒng)以及子系統(tǒng)種類的多少和它們之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的復(fù)雜程度，可把系統(tǒng)分為簡單系統(tǒng)和巨系統(tǒng)兩大類.簡單系統(tǒng)是指組成系統(tǒng)的于系統(tǒng)數(shù)量比較少，它們之間關(guān)系自然比較單純.某些非生命系統(tǒng)，如一臺(tái)測量儀器，這就是小系統(tǒng).如果子系統(tǒng)數(shù)量相對(duì)較多（如幾十、上百），如一個(gè)大工廠，則可稱作大系統(tǒng).不管是小系統(tǒng)還是大系統(tǒng)，研究這類簡單系統(tǒng)都可從子系統(tǒng)相互之間的作用出發(fā)，直接綜合成全系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)功能.這可以說是直接的做法，沒有什么曲折，頂多在處理大系統(tǒng)時(shí)，要借助子大型計(jì)算機(jī)，或巨型計(jì)算機(jī).

若子系統(tǒng)數(shù)量非常大（如成千上萬、上百億、萬億），則稱作巨系統(tǒng).若巨系統(tǒng)中子系統(tǒng)種類不太多（幾種、幾十種），且它們之間關(guān)聯(lián)關(guān)系又比較簡單，就稱作簡單巨系統(tǒng)，如激光系統(tǒng).研究處理這類系統(tǒng)當(dāng)然不能用研究簡單小系統(tǒng)和大系統(tǒng)的辦法，就連用巨型計(jì)算機(jī)也不夠了，將來也不會(huì)有足夠大容量的計(jì)算機(jī)來滿足這種研究方式.直接綜合的方法不成，人們就想到本世紀(jì)初統(tǒng)計(jì)力學(xué)的巨大成就，把億萬個(gè)分子組成的巨系統(tǒng)的功能略去細(xì)節(jié)，用統(tǒng)計(jì)方法概括起來.這很成功，是I.Prigogine和Haken的貢獻(xiàn)，它們各自稱為耗散結(jié)構(gòu)理論和協(xié)同學(xué).

2 開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)

如果子系統(tǒng)種類很多并有層次結(jié)構(gòu)，它們之間關(guān)聯(lián)關(guān)系又很復(fù)雜，這就是復(fù)雜巨系統(tǒng).如果這個(gè)系統(tǒng)又是開放的，就稱作開放的復(fù)雜巨系統(tǒng).例如：生物體系統(tǒng)、人腦系統(tǒng)、人體系統(tǒng)、地理系統(tǒng)（包括生態(tài)系統(tǒng)）、社會(huì)系統(tǒng)、星系系統(tǒng)等.這些系統(tǒng)無論在結(jié)構(gòu)、功能、行為和演化方面，都很復(fù)雜.以至于到今天，還有大量的問題，我們并不清楚.如人腦系統(tǒng)，由于人腦的記憶、思維和推理功能以及意識(shí)作用，它的輸入—輸出反應(yīng)特性極為復(fù)雜.人腦可以利用過去的信息（記憶）和未來的信息（推理）以及當(dāng)時(shí)的輸入信息和環(huán)境作用，作出各種復(fù)雜反應(yīng).從時(shí)間角度看，這種反應(yīng)可以是實(shí)時(shí)反應(yīng)、滯后反應(yīng)甚至是超前反應(yīng)；從反應(yīng)類型看，可能是真反應(yīng)，也可能是假反應(yīng)，甚至沒有反應(yīng).所以，人的行為決不是什么簡單的“條件反射”，它的輸入—輸出特性隨時(shí)間而變化.實(shí)際上，人腦有1012個(gè)神經(jīng)元，還有同樣多的膠質(zhì)細(xì)胞，它們之間的相互作用又遠(yuǎn)比一個(gè)電子開關(guān)要復(fù)雜得多，所以美國IBM公司研究所的E.Clementi曾說［3］，人腦像是由1012臺(tái)每秒運(yùn)算10億次的巨型計(jì)算機(jī)關(guān)聯(lián)而成的大計(jì)算網(wǎng)絡(luò)！

再上一個(gè)層次，就是以人為子系統(tǒng)主體而構(gòu)成的系統(tǒng)，而這類系統(tǒng)的子系統(tǒng)還包括由人制造出來具有智能行為的各種機(jī)器.對(duì)于這類系統(tǒng)，“開放”與“復(fù)雜”具有新的更廣的含義.這里開放性指系統(tǒng)與外界有能量、信息或物質(zhì)的交換.說得確切一些：①系統(tǒng)與系統(tǒng)中的子系統(tǒng)分別與外界有各種信息交換；②系統(tǒng)中的各子系統(tǒng)通過學(xué)習(xí)獲取知識(shí).由于人的意識(shí)作用，子系統(tǒng)之間關(guān)系不僅復(fù)雜而且隨時(shí)間及情況有極大的易變性.一個(gè)人本身就是一個(gè)復(fù)雜巨系統(tǒng)，現(xiàn)在又以這種大量的復(fù)雜巨系統(tǒng)為子系統(tǒng)而組成一個(gè)巨系統(tǒng)——社會(huì).人要認(rèn)識(shí)客觀世界，不單靠實(shí)踐，而且要用人類過去創(chuàng)造出來的精神財(cái)富，知識(shí)的掌握與利用是個(gè)十分突出的問題.什么知識(shí)都不用，那就回到一百多萬年以前我們的祖先那里去了.人已經(jīng)創(chuàng)造出巨大的高性能的計(jì)算機(jī)，還致力于研制出有智能行為的機(jī)器，人與這些機(jī)器作為系統(tǒng)中的子系統(tǒng)互相配合，和諧地進(jìn)行工作，這是迄今為止最復(fù)雜的系統(tǒng)了.這里不僅以系統(tǒng)中子系統(tǒng)的種類多少來表征系統(tǒng)的復(fù)雜性，而且知識(shí)起著極其重要的作用.這類系統(tǒng)的復(fù)雜性可概括為：①系統(tǒng)的子系統(tǒng)間可以有各種方式的通訊；②子系統(tǒng)的種類多，各有其定性模型；③各子系統(tǒng)中的知識(shí)表達(dá)不同，以各種方式獲取知識(shí)；④系統(tǒng)中子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)隨著系統(tǒng)的演變會(huì)有變化，所以系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是不斷改變的.我們把上述系統(tǒng)叫作開放的特殊復(fù)雜巨系統(tǒng)，即通常所說的社會(huì)系統(tǒng).

系統(tǒng)的這種分類，清晰地刻畫了系統(tǒng)復(fù)雜性的層次，它對(duì)系統(tǒng)科學(xué)理論和應(yīng)用研究具有重大意義.從社會(huì)系統(tǒng)的最近研究中，也可以看出這一點(diǎn).研究人這個(gè)復(fù)雜巨系統(tǒng)可以看做是社會(huì)系統(tǒng)的微觀研究.而在社會(huì)系統(tǒng)的宏觀研究方面，根據(jù)馬克思創(chuàng)立的社會(huì)形態(tài)概念，任阿一個(gè)社會(huì)都有三種社會(huì)形態(tài)，即經(jīng)濟(jì)的社會(huì)形態(tài)、政治的社會(huì)形態(tài)、意識(shí)的社會(huì)形態(tài)，可把社會(huì)系統(tǒng)劃分為三個(gè)組成部分，即社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、社會(huì)政治系統(tǒng)、社會(huì)意識(shí)系統(tǒng).相應(yīng)于三種社會(huì)形態(tài)應(yīng)有三種文明建設(shè)，即物質(zhì)文明建設(shè)（經(jīng)濟(jì)形態(tài)）、政治文明建設(shè)（政治形態(tài)）和精神文明建設(shè)（意識(shí)形態(tài)）.社會(huì)主義文明建設(shè)，應(yīng)是這三種文明建設(shè)的協(xié)調(diào)發(fā)展［4］.這一結(jié)論無論在理論上還是在實(shí)踐中都有重要意義.從實(shí)踐角度來看，保證這三種文明建設(shè)協(xié)調(diào)發(fā)展的就是社會(huì)系統(tǒng)工程.按著系統(tǒng)工程的定義，組織管理社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的技術(shù)，就是經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)工程；組織管理社會(huì)政治系統(tǒng)的技術(shù)，就是政治系統(tǒng)工程；組織管理社會(huì)意識(shí)系統(tǒng)的技術(shù)，就是意識(shí)系統(tǒng)工程.而社會(huì)系統(tǒng)工程則是使這三個(gè)子系統(tǒng)之間以及社會(huì)系統(tǒng)與其環(huán)境之間協(xié)調(diào)發(fā)展的組織管理技術(shù).從我國改革和開放的現(xiàn)實(shí)來看，不僅需要經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)工程，更需要社會(huì)系統(tǒng)工程.單純地進(jìn)行經(jīng)濟(jì)體制改革，不注意另外兩個(gè)子系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)制約作用，經(jīng)濟(jì)體制改革難以成功.例如“官倒”、黨內(nèi)某些腐敗現(xiàn)象、社會(huì)風(fēng)氣不正等等，都對(duì)經(jīng)濟(jì)體制改革造成了嚴(yán)重影響，以致于不得不來治理經(jīng)濟(jì)環(huán)境，整頓經(jīng)濟(jì)秩序.黨的十三屆五中全會(huì)提出的進(jìn)一步治理整頓和深化改革，就是社會(huì)主義制度的自我完善，是中國社會(huì)形態(tài)的自我完善.這都說明了單打一的零散改革是不行的.改革需要總體分析、總體設(shè)計(jì)、總體協(xié)調(diào)、總體現(xiàn)劃，這就是社會(huì)系統(tǒng)工程對(duì)我國改革和開放的重大現(xiàn)實(shí)意義.

從以上列舉的開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)的實(shí)例中，可以看到，它們涉及到生物學(xué)、思維科學(xué)、醫(yī)學(xué)、地學(xué)、天文學(xué)和社會(huì)科學(xué)理論，所以這是一個(gè)很廣闊的研究領(lǐng)域.值得指出的是，這些領(lǐng)域的理論本來分布在不同的學(xué)科甚至不同的科學(xué)技術(shù)部門，而且均已有了較長的歷史，也都或多或少地用本學(xué)科的各自語言涉及開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)這一思想，如中醫(yī)理論，但今天卻都能概括在開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)的概念之中，而且更加清晰、更加深到了.這個(gè)事實(shí)啟發(fā)我們，開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)概念的提出及其理論研究，不僅必將推動(dòng)這些不同學(xué)科理論的發(fā)展，而且還為這些理論的溝通開辟了新的令人鼓舞的前景.

3 開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)的研究方法

開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)目前還沒有形成從微觀到宏觀的理論，沒有從子系統(tǒng)相互作用出發(fā)，構(gòu)建出來的統(tǒng)計(jì)力學(xué)理論.那么有沒有研究方法呢？有些人想得比較簡單，硬要把第一節(jié)中講到的處理簡單系統(tǒng)或簡單巨系統(tǒng)的方法用來處理開放的復(fù)雜巨系統(tǒng).他們沒有看到這些理論方法的局限性和應(yīng)用范圍，生搬硬套，結(jié)果適得其反.例如，運(yùn)籌學(xué)中的對(duì)策論，就其理論框架而言，是研究社會(huì)系統(tǒng)的很好工具.但對(duì)策論今天所達(dá)到的水平和取得的成就，遠(yuǎn)不能處理社會(huì)系統(tǒng)的復(fù)雜問題.原因在于對(duì)策論中己把人的社會(huì)性、復(fù)雜性、人的心理和行為的不確定性過于簡化了，以致于把復(fù)雜巨系統(tǒng)問題變成了簡單巨系統(tǒng)或簡單系統(tǒng)的問題了.同樣，把系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、自組織理論用到開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)研究之中，所以不能成功，其原因也在于此.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)創(chuàng)始人J.Forrester自己就提出［5］，對(duì)他的方法要慎重，要研究模型的可信度.但國內(nèi)有些人對(duì)此卻毫不擔(dān)心，“大膽”使用.

另外，也有的人一下子把復(fù)雜巨系統(tǒng)的問題上升到哲學(xué)高度，空談系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)是由子系統(tǒng)決定的，微觀決定宏觀等等.一個(gè)很典型的例子就是“宇宙全息統(tǒng)一論”［6］.他們沒有看到人對(duì)子系統(tǒng)也不能認(rèn)為完全認(rèn)識(shí)了.子系統(tǒng)內(nèi)部還有更深更細(xì)的子系統(tǒng).以不全知去論不知，于事何補(bǔ)？甚至錯(cuò)誤地提出“部分包含著整體的全部信息”、“部分即整體，整體即部分，二者絕對(duì)同一”，這完全是違反客觀事實(shí)的，也違反了馬克思主義哲學(xué).

實(shí)踐已經(jīng)證明，現(xiàn)在能用的、惟一能有效處理開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)（包括社會(huì)系統(tǒng)）的方法，就是定性定量相結(jié)合的綜合集成方法，這個(gè)方法是在以下三個(gè)復(fù)雜巨系統(tǒng)研究實(shí)踐的基礎(chǔ)上，提煉、概括和抽象出來的，這就是：

1.在社會(huì)系統(tǒng)中，由幾百個(gè)或上千個(gè)變量所描述的定性定量相結(jié)合的系統(tǒng)工程技術(shù)，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的研究和應(yīng)用；

2.在人體系統(tǒng)中，把生理學(xué)、心理學(xué)、西醫(yī)學(xué)、中醫(yī)和傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)以及氣功、人體特異功能等綜合起來的研究；

3.在地理系統(tǒng)中，用生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境保護(hù)以及區(qū)域規(guī)劃等綜合探討地理科學(xué)的工作.

在這些研究和應(yīng)用中，通常是科學(xué)理論、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和專家判斷力相結(jié)合，提出經(jīng)驗(yàn)性假設(shè)（判斷或猜想）；而這些經(jīng)驗(yàn)性假設(shè)不能用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)方式加以證明，往往是定性的認(rèn)識(shí)，但可用經(jīng)驗(yàn)性數(shù)據(jù)和資料以及幾十、幾百、上千個(gè)參數(shù)的模型對(duì)其確實(shí)性進(jìn)行檢測；而這些模型也必須建立在經(jīng)驗(yàn)和對(duì)系統(tǒng)的實(shí)際理解上，經(jīng)過定量計(jì)算，通過反復(fù)對(duì)比，最后形成結(jié)論；而這樣的結(jié)論就是我們在現(xiàn)階段認(rèn)識(shí)客觀事物所能達(dá)到的最佳結(jié)論，是從定性上升到定量的認(rèn)識(shí).

從上所述，定性定量相結(jié)合的綜合集成方法，就其實(shí)質(zhì)而言，是將專家群體（各種有關(guān)的專家）、數(shù)據(jù)和各種信息與計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，把各種學(xué)科的科學(xué)理論和人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)結(jié)合起來.這三者本身也構(gòu)成了一個(gè)系統(tǒng).這個(gè)方法的成功應(yīng)用，就在于發(fā)揮這個(gè)系統(tǒng)的整體優(yōu)勢和綜合優(yōu)勢.

近幾年，國外有人提出綜合分析方法（Meta—analysis）［7］，對(duì)不同領(lǐng)域的信息進(jìn)行跨域分析綜合，但還不成熟，方法也太簡單，而定性定量相結(jié)合的綜合集成方法卻是真正的meta—synthesis.

4 綜合集成方法的實(shí)例

下面，我們以社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)工程中“財(cái)政補(bǔ)貼、價(jià)格、工資綜合研究”為例，來說明這個(gè)方法及其應(yīng)用.這個(gè)案例是成功的.

1979年以來，由于實(shí)行農(nóng)副產(chǎn)品收購提價(jià)和超購加價(jià)政策，提高了農(nóng)民收入，這部分錢是由國家財(cái)政補(bǔ)貼的.但是，當(dāng)時(shí)對(duì)銷售價(jià)格沒有作相應(yīng)調(diào)整，結(jié)果是隨著農(nóng)業(yè)連年豐收，超購加價(jià)部分迅速增大，給國家財(cái)政帶來了沉重的負(fù)擔(dān)，是財(cái)政赤字的主要根源.這樣，造成了極不正常的經(jīng)濟(jì)狀態(tài)：農(nóng)業(yè)越豐收，財(cái)政補(bǔ)貼越多，致使國家財(cái)政收入增長速度明顯低于國民收入增長速度，財(cái)政收入占國民收入的比例逐年下降.

財(cái)政補(bǔ)貼產(chǎn)生的這些問題，引起國家的極大重視，有關(guān)部門提出，如何利用價(jià)格工資這兩個(gè)經(jīng)濟(jì)杠桿，逐步減少以至取消財(cái)政補(bǔ)貼.然而，調(diào)整零售商品價(jià)格必將影響到人民生活水平；如果伴以工資調(diào)整，又涉及到財(cái)政負(fù)擔(dān)能力、市場平衡、貨幣發(fā)行和儲(chǔ)蓄等.這些問題涉及到經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中生產(chǎn)、消費(fèi)、流通、分配這四個(gè)領(lǐng)域.

財(cái)政補(bǔ)貼、價(jià)格、工資以及直接和間接有關(guān)的各個(gè)經(jīng)濟(jì)組成部分，是一個(gè)互相關(guān)聯(lián)互相制約的具有一定功能的系統(tǒng).調(diào)整價(jià)格和工資從而取消財(cái)政補(bǔ)貼，實(shí)質(zhì)上就是改變和調(diào)節(jié)這個(gè)系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)、制約關(guān)系，以使系統(tǒng)具有我們希望的功能，這是系統(tǒng)工程的典型命題.

為了解決這個(gè)問題，首先由經(jīng)濟(jì)學(xué)家、管理專家、系統(tǒng)工程專家等依據(jù)他們掌握的科學(xué)理論、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和對(duì)實(shí)際問題的了解，共同對(duì)上述系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)機(jī)制（運(yùn)行機(jī)制和管理機(jī)制）進(jìn)行討論和研究，明確問題的癥結(jié)所在，對(duì)解決問題的途徑和方法作出定性判斷（經(jīng)驗(yàn)性假設(shè)），并從系統(tǒng)思想和觀點(diǎn)把上述問題納入系統(tǒng)框架，界定系統(tǒng)邊界，明確哪些是狀態(tài)變量、環(huán)境變量、控制變量（政策變量）和輸出變量（觀測變量）.這一步對(duì)確定系統(tǒng)建模思想、模型要求和功能具有重要意義.

系統(tǒng)建模是指將一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、輸入—輸出關(guān)系用數(shù)字模型、邏輯模型等描述出來，用對(duì)模型的研究來反映對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的研究.建模過程既需要理論方法又需要經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，還要有真實(shí)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和有關(guān)資料.

有了系統(tǒng)模型，再借助計(jì)算機(jī)就可以模擬系統(tǒng)和功能，這就是系統(tǒng)仿真.它相當(dāng)于在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)系統(tǒng)作實(shí)驗(yàn)，即系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究.通過系統(tǒng)仿真可以研究系統(tǒng)在不同輸入下的反應(yīng)、系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性以及未來行為的預(yù)測等等，這就是系統(tǒng)分析.在分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，優(yōu)化的目的是要找出為使系統(tǒng)具有我們所希望的功能的最優(yōu)、次優(yōu)或滿意的政策和策略.

經(jīng)過以上步驟獲得的定量結(jié)果，由經(jīng)濟(jì)學(xué)家、管理專家、系統(tǒng)工程專家共同再分析、討論和判斷，這里包括了理性的、感性的、科學(xué)的和經(jīng)驗(yàn)的知識(shí)的相互補(bǔ)充.其結(jié)果可能是可信的，也可能是不可信的.在后一種情況下，還要修正模型和調(diào)整參數(shù)，重復(fù)上述工作.這樣的重復(fù)可能有許多次，直到各方面專家都認(rèn)為這些結(jié)果是可信的，再作出結(jié)論和政策建議.這時(shí)，既有定性描述，又有數(shù)量根據(jù)，已不再是開始所作的判斷和猜想，而是有足夠科學(xué)根據(jù)的結(jié)論.以上各步可用框圖表示，如圖1.

圖1

5 綜合集成還可以用知識(shí)工程

如上所述，綜合集成方法取得了很好的效果.在解決問題的過程中，專家群體和專家的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)起著重要的作用.在以前，如在前一節(jié)所舉的實(shí)例中，這一綜合的過程還沒有使用機(jī)器，建立模型也是靠人動(dòng)腦子思考.現(xiàn)在看，我們還可以進(jìn)一步，在一個(gè)系統(tǒng)中加入知識(shí)這一極其重要的因素.這就牽涉到知識(shí)的表達(dá)和知識(shí)的處理，實(shí)際上就是知識(shí)工程的問題了.知識(shí)工程是人工智能的一個(gè)重要分支，解決問題的辦法著眼于合理地組織與使用知識(shí)，從而構(gòu)成知識(shí)型的系統(tǒng).專家系統(tǒng)就是一種典型的知識(shí)型系統(tǒng).專家的一部分作用可以通過專家系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，所以專家系統(tǒng)也自然是系統(tǒng)中的子系統(tǒng).再進(jìn)一步分析，在前面關(guān)于系統(tǒng)分類的討論中，開放的特殊復(fù)雜巨系統(tǒng)居于最高層次，人作為這種系統(tǒng)中的子系統(tǒng).人不能脫離社會(huì)而存在，隨著社會(huì)的發(fā)展，人類創(chuàng)造各種機(jī)器來代替體力勞動(dòng)與部分腦力勞動(dòng)，結(jié)果具有智能行為的機(jī)器必然也是子系統(tǒng).由人、專家系統(tǒng)及智能機(jī)器作為子系統(tǒng)所構(gòu)成的系統(tǒng)必然是人·機(jī)交互系統(tǒng).各子系統(tǒng)互相協(xié)調(diào)配合，關(guān)鍵之處由人指導(dǎo)、決策，重復(fù)、繁重的工作由機(jī)器進(jìn)行.人與機(jī)器以各種方便的通訊方式，例如自然語言、文字、圖形等，進(jìn)行人·機(jī)通訊，形成一個(gè)和諧的系統(tǒng).

近年來知識(shí)工程領(lǐng)域中的一些專家認(rèn)識(shí)到以往忽視理論的錯(cuò)誤傾向，已在探討知識(shí)型系統(tǒng)研究的方法論問題：知識(shí)工程中的核心問題是知識(shí)表達(dá)，即如何把各種知識(shí)，如書本知識(shí)、專門領(lǐng)域有關(guān)的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、常識(shí)知識(shí)等，表示成計(jì)算機(jī)能接受并能加以處理的形式，這是必須解決的基本問題.知識(shí)型的系統(tǒng)與以往的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)不同，它的特點(diǎn)是以知識(shí)控制的啟發(fā)式方法求解問題，不是精確的定量處理，因?yàn)樵S多知識(shí)是經(jīng)驗(yàn)性的，難以精確描述.對(duì)于知識(shí)型系統(tǒng)，不能像以往的一些控制系統(tǒng)那樣建立定量的數(shù)學(xué)模型，而只能采用定性的方法.如果系統(tǒng)中包括一些可以定量描述的部件，那么也必然是采用定性與定量相結(jié)合的方法來進(jìn)行系統(tǒng)綜合.已有許多工作是利用定性物理的概念與建模方法來建立定性模型，進(jìn)而研究定性推理［8］.定性建模是一種把深層知識(shí)進(jìn)行編碼的方法，關(guān)心的只是變化的趨勢，例如增加、減少、不變等.定性推理指的是在定性模型上的操作運(yùn)行，從而得到或預(yù)估系統(tǒng)的行為.這里著重的是結(jié)構(gòu)、行為、功能的描述及它們之間的關(guān)系.到目前為止，已有三方面代表性的工作，一是Xerox公司的De Keer等人從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)提出以部件為主（component centered）的模型，認(rèn)為系統(tǒng)最重要的特性是可合成性，在結(jié)構(gòu)上系統(tǒng)由部件連接而成，系統(tǒng)的行為可由部件的行為推導(dǎo)而得出.他們致力于建立一種能進(jìn)行解釋與預(yù)估的定性物理系統(tǒng).另—是MIT計(jì)算機(jī)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的Kuiper提出以約束為主（constraint centered）的模型.第二是MIT人工智能實(shí)驗(yàn)室的Forbus提出以進(jìn)程為主（Process centered）的模型.他把引起運(yùn)動(dòng)和變化的原因等稱為進(jìn)程，致力于建立進(jìn)程對(duì)物理過程影響的理論.知識(shí)工程中研究定性建模與推理的動(dòng)機(jī)是研究常識(shí)知識(shí)，解決常識(shí)知識(shí)的表達(dá)、存儲(chǔ)、推理等.很多專家認(rèn)為定性建模與推理的方法及理論研究很可能是解決利用常識(shí)知識(shí)的途徑.1988年歐洲人工智能大會(huì)把最佳論文獎(jiǎng)授予關(guān)于定性物理模型和計(jì)算模型的論文，說明人們對(duì)這方面的研究所抱的希望.

實(shí)際上人工智能領(lǐng)域中有許多重要的工作是從系統(tǒng)的角度考慮的.有一種主張把人工智能的研究概括為是對(duì)各種定性模型（物理的、感知的、認(rèn)識(shí)的、社會(huì)系統(tǒng)的模型）的獲取、表達(dá)與使用的計(jì)算方法進(jìn)行研究的學(xué)問［9］.這是系統(tǒng)科學(xué)觀點(diǎn)的反映.當(dāng)前人工智能領(lǐng)域中綜合集成的思想得到重視，計(jì)算機(jī)統(tǒng)籌 制 造 系 統(tǒng) （Computer Intergrated Manufacture System，簡稱CIMS系統(tǒng)）的提出與問世就是一個(gè)例子.在工業(yè)生產(chǎn)中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)與產(chǎn)品制造是兩個(gè)重要方面，各包括若干個(gè)環(huán)節(jié)、這些環(huán)節(jié)以現(xiàn)代化技術(shù)通過人·機(jī)交互在進(jìn)行工作.以往設(shè)計(jì)與制造是分開各自進(jìn)行的.現(xiàn)在考慮把兩者用人工智能技術(shù)有機(jī)地聯(lián)系起來，及時(shí)把制造過程中有關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量的信息向設(shè)計(jì)過程反饋，使整個(gè)生產(chǎn)靈活有效，又能保證產(chǎn)品的高質(zhì)量.這種把設(shè)計(jì)、制造，甚至管理銷售統(tǒng)一籌劃設(shè)計(jì)的思想恰恰是開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)的綜合集成思想的體現(xiàn).

總之，我們把系統(tǒng)的“開放性”和“復(fù)雜性”這兩個(gè)概念拓廣之后，對(duì)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)就更加深刻，所概括的內(nèi)容也就更為廣泛.這種廣泛性是從現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是新興的知識(shí)工程的發(fā)展中抽象概括而得來的，有著堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)與充分的根據(jù).在我們闡明了開放的特殊復(fù)雜巨系統(tǒng)屬于系統(tǒng)分類中的最高層次之后，實(shí)際上就把系統(tǒng)科學(xué)與人工智能兩大領(lǐng)域明顯地加以溝通.這樣一來各種以知識(shí)為特征的智能型系統(tǒng)，如互相合作的人工智能系統(tǒng)、分布式人工智能系統(tǒng)以及實(shí)時(shí)智能控制系統(tǒng)等都屬于一個(gè)統(tǒng)一的、明確的范疇.這就有利于去建立開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)，這是當(dāng)代科學(xué)發(fā)展的必然結(jié)果.

6 開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)研究的意義

從以上所述，定性定量相結(jié)合的綜合集成方法，概括起來具有以下特點(diǎn)：

1.根據(jù)開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)的復(fù)雜機(jī)制和變量眾多的特點(diǎn)，把定性研究和定量研究有機(jī)地結(jié)合起來，從多方面的定性認(rèn)識(shí)上升到定量認(rèn)識(shí).

2.由于系統(tǒng)的復(fù)雜性，要把科學(xué)理論和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)結(jié)合起來，把人對(duì)客觀事物的星星點(diǎn)點(diǎn)知識(shí)綜合集中起來，解決問題.

3.根據(jù)系統(tǒng)思想，把多種學(xué)科結(jié)合起來進(jìn)行研究.

4.根據(jù)復(fù)雜巨系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，把宏觀研究和微觀研究統(tǒng)一起來.

正是上述這些特點(diǎn)，才使這個(gè)方法具有解決開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)中復(fù)雜問題的能力，因此它具有重大的意義，以下將著重講講這個(gè)看法.

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)探索和研究的對(duì)象是整個(gè)客觀世界，但從不同的角度、不同的觀點(diǎn)和不同的方法研究客觀世界的不同問題時(shí)，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生了不同的科學(xué)技術(shù)部門.例如，自然科學(xué)是從物質(zhì)運(yùn)動(dòng)、物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的不同層次、不同層次之間的關(guān)系這個(gè)角度來研究客觀世界的，社會(huì)科學(xué)是從研究人類社會(huì)發(fā)展運(yùn)動(dòng)、客觀世界對(duì)人類發(fā)展影響的角度去研究客觀世界的，數(shù)學(xué)科學(xué)則是從量和質(zhì)以及它們互相轉(zhuǎn)換的角度研究客觀世界的［10］……而系統(tǒng)科學(xué)是從系統(tǒng)觀點(diǎn)，應(yīng)用系統(tǒng)方法去研究客觀世界的.系統(tǒng)科學(xué)作為一個(gè)科學(xué)技術(shù)部門，從應(yīng)用到基礎(chǔ)理論研究都是以系統(tǒng)為研究對(duì)象的.在宏觀世界，我們這個(gè)地球上，又產(chǎn)生了生命、生物，出現(xiàn)了人類和人類社會(huì)，有了開放的復(fù)雜巨系統(tǒng).而這類系統(tǒng)在宇觀世界也是存在的，例如，銀河星系也是一個(gè)開放的復(fù)雜巨系統(tǒng).這樣看來，開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)概念，已經(jīng)超出了宏觀世界而進(jìn)入了更廣闊的天地.因此，開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)及其研究具有普遍意義.但是，正如前面已經(jīng)指出的那樣，過去的科學(xué)理論都不能解決開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)的問題，這也是有原因的，可以從歷史中去找.

大家知道，長期以來不同領(lǐng)域的科學(xué)家們早已注意到，在生命系統(tǒng)和非生命系統(tǒng)之間表現(xiàn)出似乎截然不同的規(guī)律.非生命系統(tǒng)通常服從熱力學(xué)第二定律，系統(tǒng)總是自發(fā)地趨于平衡態(tài)和無序，系統(tǒng)的熵達(dá)到極大.系統(tǒng)自發(fā)地從有序變到無序，而無序卻決不會(huì)自發(fā)地轉(zhuǎn)變到有序，這就是系統(tǒng)的不可逆性和平衡態(tài)的穩(wěn)定性.但是，生命系統(tǒng)卻相反，生物進(jìn)化、社會(huì)發(fā)展總是由簡單到復(fù)雜、由低級(jí)到高級(jí)越來越有序.這類系統(tǒng)能夠自發(fā)地形成有序的穩(wěn)定結(jié)構(gòu).

兩類系統(tǒng)之間的這種矛盾現(xiàn)象，長時(shí)間內(nèi)得不到理論解釋，致使有些科學(xué)家認(rèn)為，兩類系統(tǒng)各有各自的規(guī)律，相互毫不相干.但也有些科學(xué)家提出：這種矛盾現(xiàn)象有沒有什么內(nèi)在聯(lián)系呢？直到本世紀(jì)60～70年代，耗散結(jié)構(gòu)理論和協(xié)同學(xué)的出現(xiàn)，為解決這個(gè)問題提供了一個(gè)科學(xué)的理論框架.這些理論認(rèn)為，熱力學(xué)第二定律所揭示的是孤立系統(tǒng)（與環(huán)境沒有物質(zhì)和能量的交換）在平衡態(tài)和近平衡態(tài)（線性非平衡態(tài)）條件下的規(guī)律.但生命系統(tǒng)通常都是開放系統(tǒng)，并且遠(yuǎn)離平衡態(tài)（非線性非平衡態(tài)）.在這種情況下，系統(tǒng)通過與環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)和能量的交換過程成為減熵過程，即出現(xiàn)負(fù)熵流，盡管系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生正熵，但總的熵在減少，在達(dá)到一定條件時(shí)，系統(tǒng)就有可能從原來的無序狀態(tài)自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)樵跁r(shí)間、空間和功能上的有序狀態(tài)，產(chǎn)生一種新的穩(wěn)定的有序結(jié)構(gòu)，Prigogine稱其為耗散結(jié)構(gòu).這樣，在不違背熱力學(xué)第二定律的條件下，耗散結(jié)構(gòu)理論溝通了兩類系統(tǒng)的內(nèi)在聯(lián)系，說明兩類系統(tǒng)之間并沒有真正嚴(yán)格的界限，表觀上的鴻溝，是由相同的系統(tǒng)規(guī)律所支配.所以，Prigogine在其著作中指出，“復(fù)雜性不再僅僅屬于生物學(xué)了，它正在進(jìn)入物理學(xué)領(lǐng)域，似乎已經(jīng)植根于自然法則之中”［11］.Haken更進(jìn)一步指出，一個(gè)系統(tǒng)從無序轉(zhuǎn)化為有序的關(guān)鍵并不在于系統(tǒng)是平衡和非平衡，也不在于離平衡態(tài)有多遠(yuǎn)，而是由組成系統(tǒng)的各子系統(tǒng)，在一定條件下，通過它們之間的非線性作用，互相協(xié)同和合作自發(fā)產(chǎn)生穩(wěn)定的有序結(jié)構(gòu)，這就是自組織結(jié)構(gòu).

現(xiàn)代科學(xué)20年來的這一成就是十分重要的，它闡明了長期以來困惑著人們的一個(gè)謎.但耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)的成功，也使得不少人過份樂觀，以為這種基于近代科學(xué)還原論的定量方法論也可以用到開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)，這就必然碰壁！

在科學(xué)發(fā)展的歷史上，一切以定量研究為主要方法的科學(xué)，曾被稱為“精密科學(xué)”，而以思辨方法和定性描述為主的科學(xué)則被稱為“描述科學(xué)”.自然科學(xué)屬于“精密科學(xué)”，而社會(huì)科學(xué)則屬于“描述科學(xué)”.社會(huì)科學(xué)是以社會(huì)現(xiàn)象為研究對(duì)象的科學(xué)，社會(huì)現(xiàn)象的復(fù)雜性使它的定量描述很困難，這可能是它不能成為“精密科學(xué)”的主要原因.盡管科學(xué)家們?yōu)槭股鐣?huì)科學(xué)由“描述科學(xué)”向“精密科學(xué)”過渡作出了巨大努力，并已取得了成效，例如在經(jīng)濟(jì)科學(xué)方面，但整個(gè)社會(huì)科學(xué)體系距“精密科學(xué)”還相差甚遠(yuǎn).從前面的討論中可以看到，開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)及其研究方法實(shí)際上是把大量零星分散的定性認(rèn)識(shí)、點(diǎn)滴的知識(shí)，甚至群眾的意見，都匯集成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，達(dá)到定量的認(rèn)識(shí)，是從不完整的定性到比較完整的定量，是定性到定量的飛躍.當(dāng)然一個(gè)方面的問題經(jīng)過這種研究，有了大量積累，又會(huì)再一次上升到整個(gè)方面的定性認(rèn)識(shí)，達(dá)到更高層次的認(rèn)識(shí)，形成又一次認(rèn)識(shí)的飛躍.

德國著名的物理學(xué)家普朗克認(rèn)為：“科學(xué)是內(nèi)在的整體，它被分解為單獨(dú)的整體不是取決于事物的本身，而是取決于人類認(rèn)識(shí)能力的局限性.實(shí)際上存在著從物理到化學(xué)，通過生物學(xué)和人類學(xué)到社會(huì)學(xué)的連續(xù)的鏈條，這是任何一處都不能被打斷的鏈條.”自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的研究覆蓋了這根鏈條.偉大導(dǎo)師馬克思早就預(yù)言：“自然科學(xué)往后將包括關(guān)于人的科學(xué)，正像關(guān)于人的科學(xué)包括自然科學(xué)一樣：這將是一門科學(xué).”［12］我們稱這種自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)成為一門科學(xué)的過程為自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)的一體化.可以說，開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)研究及其方法論的建立，為實(shí)現(xiàn)馬克思這個(gè)偉大預(yù)言，找到了科學(xué)的和現(xiàn)實(shí)可行的途徑與方法.

在結(jié)束這番討論的時(shí)候，我們還要指出：這里提出的定性與定量相結(jié)合的綜合集成方法，不但是研究處理開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)的當(dāng)前惟一可行的方法，而且還可以用來整理千千萬萬零散的群眾意見，人民代表的建議、議案，政協(xié)委員的意見、提案和專家的見解，以至個(gè)別領(lǐng)導(dǎo)的判斷，真正做到“集腋成裘”.特別當(dāng)我們引用它把零金碎玉變成大器——社會(huì)主義建設(shè)的方針、政策和發(fā)展戰(zhàn)略，以至具體計(jì)劃和計(jì)劃執(zhí)行過程的必要調(diào)節(jié)調(diào)整時(shí)（這在本文第四節(jié)講的實(shí)例中已見一個(gè)小小的開端），就把多年來我們黨提出的民主集中原則，科學(xué)地、完美地實(shí)現(xiàn)了.其意義遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，這是關(guān)系到社會(huì)主義建設(shè)以至實(shí)現(xiàn)共產(chǎn)主義理想的大事了.人民群眾才是歷史的創(chuàng)造者！

注釋：

［1］錢學(xué)森：《論系統(tǒng)工程》（增訂本），系統(tǒng)科學(xué)與系統(tǒng)工程叢書，湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1988年版.

［2］錢學(xué)森：《哲學(xué)研究》，10（1989）3.

［3］NewScienist，21Jan.（1988）68.

［4］錢學(xué)森，孫凱飛，于景元：《政治學(xué)研究》，5（1989）.

［5］Forrester，J.W：Theory and Application of System Dyncmics，New Times Press（1987）.

［6］王存臻，嚴(yán)春友：《宇宙信息統(tǒng)一論》，山東人民出版社，1988年版.

［7］Larry V.Hedges，Inqram Olk：Statistical Methods for Meta－Analysis，Academic Press（1985）；Frederic M.Wolf，Meta－Analysis：QualitativeMethodsforResearchSynthesis，Sage（1986）；Robert Rosenthal，Meta－Analysis：ProceduresforSocialResearch，Sage（1984）；Richard J.Light，David B.Pillemer，Summing up：ThescienceofReviewingResearch，Harvard University Press（1984）.

［8］王玉，崔祺：《中國計(jì)算機(jī)用戶》，8（1989）22.

［9］戴汝為：《中國計(jì)算機(jī)用戶》，8（1989）14.

［10］吳義生編：《社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的科學(xué)與系統(tǒng)工程》，中共中央黨校出版社，1987年版第六章.

［11］尼科里斯，普利高津：《探索復(fù)雜性》，四川教育出版社，1986年版.

［12］《馬克思恩格斯全集》第42卷，人民出版社，1979年版，第128頁.