《系統化思維導論》

「所有學科看到的不同系統，其實只是真實系統的投影，它們只是一個整體系統的不同組成部分。」

一、問題

1. 世界的複雜性

獲取知識的第一步是承認自己的無知。 我們對世界的了解遠遠少於大多數人願意承認的程度。 例如，熱帶雨林的逐漸消逝，地球物種的不斷滅絕。 我們並不清楚人類自身的行為，對這個世界會造成怎樣的影響。 問題不在於雨林的消逝和物種的滅絕，因為變化是一直存在的。 問題也不在於人類行為本身，因為改造世界是人類的本質之一。 人類的成功源於他們改造世界的能力，問題就在於必須讓這種能力處於可控制的範圍之內。 隨著我們的科學技術的不斷成功，我們改變世界的速度越來越快。 但是我們卻並不是特別清楚，這些「成功」背後的影響。 目前我們只是看到了一些可怕的端倪。 由於科學技術如此的「成功」，因此給世界帶來了科學技術自身也不曾揭示的複雜性。 為了應對這種複雜性，系統思維就顯得格外重要。一般系統運動的任務就是幫助科學家揭示複雜性，幫助技術人員掌握複雜性，幫助其他人學會在複雜的世界裡生存。

2. 機械論與機械力學

從物理學（機械力學）開始，以牛頓對太陽系中物體運動的揭示，生理學家對松果體的研究等為例，說明了「力學研究的系統，是力學近似能夠成功應用的系統」，論證了近似在機械論和機械力學中的重大作用。

3. 計算的平方律

計算要花費時間和金錢。 N個物體需要2的n次方個不同形式的關聯方程來表述。 計算量以問題規模增長量的平方倍數增長，這就是計算的平方律。

4. 科學的簡化與簡化的科學

將一個系統分解成沒有相互作用的若干子系統，這種技術對於所有成熟的學科都十分重要。

通過這種簡化，使通過人腦計算方程所花的時間和金錢，降低到了可行的範圍內。 由於計算的平方律的存在，由於世界的複雜性，我們需要這種簡化。

5. 統計力學與大數定律

大數定律實際上是說：觀測的樣本數量越多，觀測值越接近於觀測的平均值。

考慮空氣的特性時，由於計算的平方率的存在，我們只能考慮平均特性。 觀測樣本的數目越多，觀測值越接近於預測的平均值。 薛定諤的N的平方根定律。

按思維方法區分的系統類型：

「有序的簡單」屬於機械力學或機械論的範疇；

「無序的複雜」屬於種群或集合的範疇；

「有序的複雜」複雜得不適合精確計算，又有序得不適合統計，正是系統的研究領域。

6. 中數定律

對介於小數和大數之間的系統，兩種景點的方法都存在致命的缺陷。一方面，計算的平方定律指出，不能用解析的方法求解中數系統；另一方面N的平方根定律告訴我們，不要對平均值期望太高。於是結合這兩個定律得到中數定律：

對於中數系統，我們可以預計它與任何理論都或多或少地存在很大的波動、不規則性或偏差。

中數定律的另一種表達形式墨菲定律：

凡是可能發生的都會發生

一般系統方法就是為了幫助我們更好的思考中數系統。

二、方法

1. 有機體、類推與活機論

系統學研究試圖通過發現一般規律來促進對中數系統的思考。並主張規律的可用性。 有機論試圖將與生命系統相關的知識類推到其它系統，從而獲得處理複雜問題的方法。 問題出現在我們對生命系統本身的未知和類推的不嚴密。 但是，任何模型都是用我們認為已經了解的東西去表示另一種我們想要了解的東西。 科學還沒有成功的把一切現象都歸結為物理和化學原理，因此還給有機論留下了空間。 當然科學到底能不能解釋把一切都解釋清楚，是一個純粹的哲學問題。 科學說到底是一種信仰，在科學不能解釋的領域，有機思維對我們有所幫助。

2. 科學家及其分類

在這裡我們考慮的是思維是如何進行的，而不是這種思維是對還是錯。 一些科學家在不同的領域都獲得了成功——不是因為他們改變了自己的思維模式，恰恰相反，他們將自己的思維模式從一個領域搬到另一個領域。 要成為一個出色的通才，就應該對任何事物皆不存信念。 在羅素看來，信念就是沒有任何證據而相信某種事物。

3. 系統論信念的主旨

但是，沒有人能夠脫離信念而生活。沒有信念，我們就不能把一隻腳移到另一隻腳的前面，因為不知道前面的地面能否支撐我們的體重。 一般系統論的主要信念就是：經驗世界自身的序，具有一種被稱為二階序的序。 發現一般系統規律的主要方法是歸納。 因為歸納法不是普遍有效的，所以我們有可能會犯錯，但是能加快我們的步伐。

4. 系統論規律的本質

定律保護定律：如果事實和定律衝突，那麼拒絕接受事實或改變定義，但是絕不要拋棄定律。

愉快的特例定律：每一條一般定律至少應當適用於兩種情況。

沮喪濫用定律：任何一般規律至少應當有兩個例外情況。否定形式是，如果你從沒有說錯的時候，等於你什麼都沒說。

組合定律：整體大於部分之和。

分解定律：部分大於整體之局部。

面對中數系統，我們不能依靠上述定律獲得準確的估計。但是，可以讓我們在通向準確估計的道路上避免犯大的錯誤。

5. 系統化思維的類型

促進思維過程——確定思維方式，提出尖銳問題。

研究特殊系統——關注真實需要和真正目的。

創造新的定律、改造舊的定律——發明並加以運用。

系統學正在發展和龐大下去，我們是否可以不去建造「龐大機器」，而是去建造親和的體系。 我還想做最後的嘗試，這項工作，就是把系統學帶回到它應該服務的普通大眾身上，這是一種拚死的努力。

三、系統與幻覺

1. 一個系統就是對世界的一種看法

不同的人可能會看到，一個女巫，一個少女，或者什麼也不是 最思辨的一個錯誤觀點是，有些人想知道這幅畫到底畫了些什麼，他們意識到自我中心論的錯誤，感覺自己站在一個更高的層面上思考。 真理可以獨立於觀察者而存在的觀點，才是最大的的自我中心論。如果真的存在這樣的真理，到底誰才能發現它呢？ 如果我是一顆行星，我是怎樣被太陽的巨大質量吸引住的？ 如果我是一隻牡蠣，我會不會被一粒沙子激怒？ 如果我是一隻青蛙，會不會被影子嚇著？ 如果我是大自然，我會說謊嗎？ 以上的問題都阻礙了科學的發展。

堅信外部世界的真實存在，我們就能夠在科學的道路上不斷取得進展。

外部世界獨立於人的感知對象而存在，這一信念構成了所有科學的基礎——愛因斯坦。

但是這是一種啟發式思維方式。 力學家無法說出哪些系統是符合力學規律的，數學家無法說出數學的應用範圍到何處而止。

香蕉原理——啟發式思維方式，無法確定其適用的邊界。 我們抱著啟發式思維，一路走下去，越來越相信不再懷疑。但是我們的根，建立在假設的基礎上，我們所確信的有可能是幻覺。雖然這幻覺是如此強烈，讓人無法忘懷。

2. 絕對思維與相對思維

對於非人造系統，我們不知道其產生的目的。往往不會形成絕對思維。如，大自然就是為了人的存在而存在的。 對於人造系統，我們知道其創建的目的。往往形成絕對思維。如，汽車工廠，在生產汽車的同時，也在生產垃圾。而我們往往只看到它在製造汽車。

3. 系統是一個集合

我們採用數學集合方式描述系統的時候，忽略了觀察者對集合的影響。 觀察者決定了如何選擇集合的元素。 選擇元素的方法有：窮舉法、典型元素、規則表示法。 由於名稱的模糊性和不確定性，窮舉法這種基礎性操作本身就存在危害。 當然更糟糕的是用推導法代替窮舉，尤其是用典型元素來表示一個集合。 規則表示法的問題在於，無法表述清楚規則的所有細節。

4. 觀察者與觀察結果

從觀察者的角度，使用笛卡兒乘積更加嚴謹合適。 它從兩個方面來理解觀察者——他能觀察的類型（廣度），和在每種類型中他能從中選擇結果的範圍（深度）。 如 {A類型×B類型}，且A:{a1,a2,a3}，B：{b1,b2,b3,b4}。 由於乘積可能發生組合錯誤，所以也許集合里會出現無法觀察到（即不存在）的元素， 但只要觀察的廣度和深度被恰當定義，那麼至少可以做到在觀察集合中不排除他能觀察到的任意結果。

5. 無關法則

無關法則：定律不以它所選擇的特定符號而改變。

一旦採用這種集合方法，再加上符號的無關法則削減了名稱的模糊性，我們就可以用它來對不同觀察者的結果進行一致性比較。 如果對於B中的每一個元素，A中都不會出現兩個不同的元素，那麼A和B就是一致的。 對同樣的事物，A比B觀察分類更細緻解析度更高，作為觀察者，A就比B更有優勢。 而理想化的「超級觀察者」則必須具有比現有任何觀察者佔優勢的視點——極端情況下，必須看到包含了所有觀察者觀察結果的各種可能組合的乘積空間。 但這種笛卡兒乘積的乘積空間的組合數量會隨著觀察人數的增長以指數形式增長，所以中等以上複雜程度的問題中很難設想超級觀察者能很好地發揮作用。

四、對觀察結果的解釋

1. 狀態

對同樣一個黑箱音樂盒的組合狀態，從超級觀察者、有聽力障礙的物理學家與音樂盒的發明者的角度，卻得出了不同的觀察結論。

2. 眼-腦定律

物理學家忽略了一個音階，發明者忽略了燈光閃爍（因為他知道這沒有意義），超級觀察者觀察到了所有的細節，卻容易只見樹木不見森林。 在某種程度上，腦力和眼力可以互相彌補，但「腦」和 「眼」之間的平衡不能過多地偏向任何一方（過於精確的測量結果反而給結論的建立造成障礙），科學的任務就是找到兩者之間的恰當方案。

3. 廣義熱力學定律

我們應該承認，任何所謂「客觀」的事物都是兩方面要素構成：物質本原，和觀察者的精神傾向。忽略後者一樣容易讓人陷入主觀。

廣義熱力學定律（第一種形式）：在沒有特殊限制的情況下，出現概率大的狀態要比出現概率小的狀態更容易被觀察到。

廣義熱力學定律（第二種形式）：我們頻繁看到的事物是頻繁發生的，因為：

1.有滿足某種狀態需要的物理上的原因

2.有某種精神上的原因

從"人"的角度考慮，不能試圖研究事物的所有情況，否則所有事物都有細微差別，也就都成了特例，科學分類和規律也無從談起。 結合定律——研究任何事情，都不能研究它的所有情況。

4. 功能符號與簡化思想

因此通常是從自己的角度選擇事物的若干重要特徵，建立函數：y=f(a,b,x)。由於觀察的局限，可能會忽略了某些有影響作用的特徵。另一方面，對於影響因子的測量是無法無限精確下去的，到了某個微觀層面，因子a與b甚至會此消彼長，從而相互矛盾。所以，通過觀察並不能得到全部信息。

5. 不完全與過於完全

不完全：如果從T=f(a)中略去一些東西，那麼進一步分解就無法保證邏輯正確，這就出現了不完全性謬誤。即T還依賴於除了a意外其他未被觀察的變數，要麼就是對a或T進行了不正確的測量。

過於完全：可能T根本不依賴於a。如果無論a的值如何改變，T都不變，觀察a就是在浪費時間。問題可能變得更複雜，需要我們進行選擇。

6. 廣義互補性原理

互補性是不能得到全部信息的一種特殊情況。

互補性思想的要點是：它們是兩個不完全獨立但又相互不可歸約的觀點。

一般互補定律：任何兩種觀點都是互補的。

五、對觀察結果的分解

人腦的能力是有限的，人的智力中看起來唯一無限的能力是人愚弄自己的能力——尤其是關於人腦無限的問題。

差異法則——定律不應該依賴於特定的符號表示，但事實卻往往與此相反。

1. 科學的隱喻

為了應付不熟悉的、複雜的現象我們試圖：

（1）獲得「全面」的觀點（足夠廣發，包含我們感興趣的所有現象），這樣我們就不會感到驚訝；

（2）獲得「最小」的觀點（柔和不必區分的狀態），這樣就不會使觀察的復旦過重；

（3）獲得「獨立」的觀點（將觀察到的狀態分解成不相干的部分），這樣就可以減少對腦力的要求

經驗公理：將來會像過去一樣，因為，在過去，將來就像過去一樣。

面對同樣的系統，不同人以不同方式將其分解為不同的子系統集合，這是因為每個人都受自己分解世界的固有模式的影響。 通過這種類似「比喻」的方式，子系統被比喻成不同的事物，

2. 事物與邊界

子系統間原本漸變的交錯的邊界往往被過度簡化，割裂了整個系統的有機性。

3. 性質與不變法則

在分解中，往往是根據其性質來劃分子系統。 而對於觀察者來說，性質具有精神上的作用。 我們可以認為某些性質比其它性質更「自然」，但這僅僅表明我們更習慣於那樣進行觀察。 因此，在某種分解中，一些部分成為子系統從而保持不變，那是因為它們被觀察者認為是「有價值」的。 反之，成為邊界的那部分，則被認為是 「不重要」的。

不變法則：對於任意給定的性質，都存在一些保持它不變的轉換和一些改變它的轉換。

不變法則：對於任意給定的轉換，都會保持一些性質，改變一些性質。

不變法則：要理解變化只有通過觀察保持不變的東西，要理解恆久，只有通過觀察什麼發生了轉換。

4. 分割

數學上的準確分類（遵守反射性、對稱性和傳遞性）與科學的實用分類有很大區別。

反射條件——對於每個狀態x，有序對（x，x）必須在關係表中。

對稱性——d與h是否相同，h與d是否相同，關於這兩個問題，應當有相同的答案。

傳遞性——如果B是A的朋友，C是B的朋友，C一定是A的朋友，那麼，就滿足傳遞性。很明顯，對於朋友關係，根本不滿足傳遞性。 又由於整體大於部分之和，分解總會損失一部分整體特徵，所以真實系統的特性是無法被完全研究的。

分割要有用，就必須是動態有用的。

5. 強連接定律

容易被分解的「鬆散組織」早就被分解了，剩下的是「系統」這種硬骨頭，其內部連接的緊密程度高於平均水平，其中任一部分的改變都會影響整個系統的性質。

強連接定律——平均說來，系統連接的親密程度要在平均水平之上。

強連接定律——系統由部分組成，其中任一部分都不能改變。 強連接定律——在系統中，其他事物很少有等同的。

六、對行為的描述

1. 模擬——白箱

與解釋和分解觀察結果的「黑箱」方法相對的，還有「白箱」的方法，即對系統的模擬。

2. 狀態空間

如果n維空間中的一的觀點代表了某個系統的一個狀態，該空間就稱為「狀態空間」。

由於人的視覺感受只限於三維，所以模擬的「狀態空間」常限於二維或三維（即二或者三種屬性），空間中的一個點代表系統的一個狀態。若維度高於三維，則常需要用投影等方式對其進行降維，而降維肯定會丟失部分信息。因此，面對投影，說「這是立方體的圖像」會比說「這是立方體」更精確。

圖像法則——在談到與維度降低的相關問題時，無論你想說的是什麼，都最後加上「……的圖像」幾個字。

歷時法則——如果行為線自相交叉，那麼系統不是由狀態決定，或者我們看到的是一個投影，不是一個完整的視圖。

共時法則——在同一時刻兩個系統處於狀態空間的同一位置，那麼就說明該空間的維度過低，也就是說，視圖是不完整的。對於完整視圖，每個系統必須具有唯一的位置，這也是「完整」和「系統」的最終含義。

3. 時間作為行為的基準

1-2-3法則——如果你無法想出三種錯誤的使用某種工具的方法，就說明你還沒有理解如何使用這種工具。

4. 開放系統中的行為

開放系統讓我們困惑，我們喜歡將系統考慮成（或創造成）儘可能封閉的系統。開放性是一道謎題，因為它讓預測和觀察變得複雜，但同時我們可以對系統採取動作，從而獲得可預測性。

5. 不確定性法則

不確定性法則：我們無法確定觀察到的約束應該歸因於系統還是環境。

觀察者也是環境的一部分

機器是程序運行的環境，有時發生一個錯誤時，幾乎無法判斷是機器錯誤還是程序錯誤。

七、一些系統問題

1. 系統的三元論

書的前面通過幾個角度來研究：

（1）記錄存在的方法：集合符號、結構圖、屬性、邊界、白盒

（2）行為：狀態空間、時序圖、輸入、隨機性、黑盒

（3）存在和行為之間的關係：如何通過抽取「屬性」，從特定的行為推斷出特定的結構；如何通過執行「程序」，從特定的結構產生特定的行為

（4）信念：觀察者如何參與這些觀察？答案有多種形式：眼腦定律、廣義熱力學定律、廣義互補定律、差異法則、不變法則、強連接定律、圖像法則、共時與歷時法則、不確定性法則等等。

所有這些答案給出的結論是，我們作為觀察者與觀察到的現象糾纏不清，這種糾纏導致我們最終無法確定什麼是存在，什麼是信念。

住在一般系統思維的3個重要問題，即系統三元論：

（1）為什麼我會看到所看到的一切？

（2）為什麼事物保持不變？

（3）為什麼事物會發生變化？

所有的一般系統思維必定從其中一個問題出發開始探索，直到被迫轉入另一個問題。

2. 穩定性

我們討論過系統的行為，它們在不斷變化，現在我們必須轉向「系統中什麼是永恆的」這個問題，因為這才是今天科學的內容。

區分：「不穩定」，「穩定」，「不動」，「良性」

絕對思維是危險的。

穩定系統不必是線性的。

線性系統是一種非常有價值的近似。

與穩定性概念先關的3個部分（系統、環境和關鍵性限制條件），都依賴於觀察者，但是我們覺得，穩定性在某種程度上是我們思考系統時的核心。我們如何解釋這種感覺呢？

「......如果系統足夠持久而值得研究，那麼肯定有一種趨勢去維持秩序，除非遇到異常的情況。」

換言之，任意選出的一組變數不一定變現出穩定性，但是越不穩定，就越不具備「值得研究」的機會。

3. 存續性

系統為什麼能存續下來？從長遠的角度來看，這是因為那些不能存續下來的系統都已不在，我們不會想起他們。我們經常看到的系統，都是從過去的所有系統中挑選出來的系統，它們是最好的存續者。

存續性絕不是系統行為的一個微不足道的屬性，所有值得研究的系統都必須具備這種屬性。

4. 標識

「控制論中最基本的概念是「差異」，要麼是兩個事物存在可辨識的差別，要麼是一個事物隨時間發生變化。」

存在就是有一個標識，標識實際上就是生存能力的同義詞，因為不能生存，就沒有什麼可標識了。

「保持標識的一般性問題」

在這個視圖中，存續問題取決於：

（1）環境做了什麼；

（2）系統的程序如何轉換環境；

（3）標識包含哪些變數；

（4）觀察者的程序如何操作這些變數

5. 調節與適應

效果定律：結構上的微小變化通常會導致行為上的微小變化

或者：白盒的微小變化通常會導致黑盒的微小變化

或者：行為上的微小變化通常源於結構上的微小變化

6. 舊車定律

舊車定律：

（1）調節作用發揮很好的系統不需要適應性變化；

（2）系統可以通過它的適應性變化來簡化它的調節工作。

舊車定律：

（1）如果一種看待世界的方法不對觀察者產生壓力，它就不需要改變。

（2）如果一種看待世界的方法對觀察者產生了壓力，就需要加以改變，以減輕對觀察者的壓力。