1. 系统思想的形成及演变 • 古代朴素的系统思想 都江堰水利工程、北宋皇宫修复
都 江 堰 水 利 工 程 示
分洪排沙

宝瓶口 引水工程
深淘滩，低作堰 六字旨，千秋鉴
1. 系统思想的形成及演变
•
现代系统工程实践
“曼哈顿工程” 、 “北极星导弹计 划” “阿波罗计划” 、“三峡工程”
1. 系统思想的形成及演变
农业生态系统分析
主讲：雍太文 Email:yongtaiwen@
主要内容
农业生态系统分析概述
农业生态系统环境辨识与问题诊断
农业生态系统的模型与模型化
农业生态系统的系统仿真及系统动力学方法
农业生态系统的预测与决策
农业生态系统的评价
第一章
农业生态系统分析概述
第一节、 系统的概念及特点
Q1, Q2 , … ,Qn为1，2，…，n个要素的特征； t为时间；f1 , f2 , … , fn表示相应的函数关系
二、 系统的特性
3、层次性/目的性
目的1
目的2 目的4 目的8 目的5 目的3 目的6 目的7
目的9 目的10 目的11 目的12 目的13
二、 系统的特性
4、动态性 环境 输入 输出
三、 系统的结构
1、系统结构的特性
• 开放型——结构不断变化
• 相对性——层次性决定了相对性
三、 系统的结构
2、系统结构分析——从系统内部来考察其 组成要素的联结关系。
1）要素的联结 2）系统的结构矩阵
1）要素的联结
a) E1 y12 x12 E2
b)
E1
x21
y21
E2
y12 c) E1 x21
y12
c)
x12 y21 E2
E1
x21
C21 =1 , C12 =1
要素联结的三种类型： 串联联结 并联联结 反馈联结
2)系统的结构矩阵
• 串联联结
x1 E1 y12
从E1 S串＝从E 2 从E 3 从E 4
x12 E2 y23
至E 3 C13 C 23 0 C 43
x23 E3
x34
y34
至E4 C14 C 24 C 34 0
⑵要素通过相互作用决定系统特性和功能
一般来说，要素对系统的作用有两种可能的趋势： 一、是要素的组成成分和数量具有一种协调、适应 的比例关系，使得要素能够维持系统的动态平衡和稳 定，并使系统走向组织化、有序化； 二、是要素之间出现不协调、不适应的比例关系， 这就会破坏系统的平衡和稳定，甚至使系统衰退、崩 溃。 例如，对我国国民经济大系统而言，如果构成该系 统的工业系统、农业系统、科研系统等各个系统都能 够协调发展的话，就能够使国民经济持续、稳定的发 展；但由于某个系统发展缓慢，与其它子系统之间出 现了不协调、不适应的比例关系，因而严重制约了国 民经济的发展，影响了国民经济大系统的整体效益。
系统与要素间相互作用
系统通过整体作用支配要素
要素通过相互作用决定系统特性
系统和要素之间概念是相对的。
⑴ 系统通过整体作用支配和控制要素
系统通过其整体作用来控制和决定各个要素在系统中 的地位、排列顺序、作用的大小以及作用的范围，协 调着各要素之间的数量比例关系等等。系统整体稳定， 则要素也稳定；系统整体特性和功能发生变化，则要 素以及要素之间的关系也会随之变化。 例如，综合运输系统的整体功能，决定和支配着作为 要素的水运系统、公路运输系统、铁路运输系统、航 空运输系统以及管道运输系统的地位、作用和它们之 间的关系，为使综合运输系统的整体效益最佳，就要 求各子系统必须充分发挥各自的功能，就要对各子系 统之间的关系进行控制和协调。
一、是使系统思想、系统方法定量化、科学化，使之成为 具有坚实的数学理论基础的，能够定量地处理系统各组成 部分联系关系的科学方法；
二、是计算机与信息技术的应用，为系统思想、系统方法 的实际运用提供了强有力的工具。正是由于上述两个特征， 才使得系统思想方法从一种哲学思维逐步形成了独特的系 统理论，并在此基础上形成了一门专门的科学——系统科 学。
3. 系统的形态
• 自然系统和人造系统
•自然系统是由自然物等形成的系统，自然系统一般表现为环 境系统，如海洋系统、植物系统、原子核系统、大气系统等 等。了解自然系统的形成及其规律，是人造系统的基础。 •人造系统是为了达到人类所需要的目的而由人类设计和建造 的系统，如工程技术系统、经营管理系统、科学技术系统就 是三种典型的人造系统。 •实际上，多数系统是自然系统与人造系统相结合的复合系统。 因为许多系统是有人参加活动，由人们利用科学力量，认识、 改造了的自然系统。如社会系统，看起来是一个人造系统， 但是它的发生和发展是不以人们的意志为转移的，是有内在 规律的。从人类发展的需要看，其趋势是越来越多的发展和 创造人造系统。近年来系统工程已经越来越注重从与自然系 统的关系来研究、开发、建造人造系统。
一、一般系统论
创始人为L. Von.Bertalanffy。 研究领域：管理理论、运筹学、信息论、 控制论、哲学、行为科学等
古代整体观
• • 形而上学整体观 辨证整体观
15世纪下半叶～18世纪末 19世纪
现代系统观念
机体系统论 一般系统论
•古代整体观
形而上学整体观 15世纪下半叶～18世纪末 当时的世界整体看法三大特征： 1、部分“偶然堆积”，笛卡儿，还原 论。 “把我所考察的每一个难题，都尽可能 的分成细小的部分，直到可以而且适于 加以圆满解决的程度为止。”
•对 象 系 统 和 行 为 系 统
对象系统是按具体研究对象进行区分而产生的 行为系统为以完成目的行为作为组成要素
•控 制 系 统 和 因 果 系 统
控制系统为具有控制功能的系统 因果系统是输出完全决定于输入的系统
二、 系统的特性
1、整体性 系统与要素之间不可分割
Fs Fi
i 1
n
Fs为系统的整体功能； Fi为各要素的功能
3. 系统的形态 • 封闭系统和开放系统
y θ z
L
Y cos Z Y sin X
X θ B R
t
S
1 2 mv L(1 cos )mg C 2
M
3. 系统的形态
•静 态 系 统 和 动 态 系 统
静态系统固有状态参数不随时间改变 动态系统把状态变量作为时间的函数
转换机构（系统）
图：系统与环境的关系
三、 系统的结构
1、系统结构的特性 • 稳定性——平衡结构、非平衡结构 • 层次性——自然界系统的九个层次
• 层次性 第一层次——静态结构系统 第二层次——简单动态系统 第三层次——反馈控制系统 第四层次——细胞系统 第五层次——原生社会系统 第六层次——动物系统 第七层次——人类系统 第八层次——人类社会系统 第九层次——超越系统
2. 系统的定义
冯· 贝塔朗菲 ——系统是相互作用的诸要素的综合体
•系统是由两个以上的要素组成的整体。要素是构成系统的 最基本的部分，没有要素就无法构成系统，单个要素也无 法构成系统。 •系统的诸要素之间、要素与整体之间、以及整体与环境之 间存在着一定的有机联系。要素之间若没有任何联系和作 用，则也不能称其为系统。 •系统要素之间的联系与作用必产生一定的功能。功能是系 统所发挥的作用或效能，且是各要素个体所不具备的功能， 这种功能是由系统内部要素的有机联系和系统的结构所决 定的。
• 系统思想的成熟与发展 自然科学的发展：三大发现(能量转化、 细胞和进化论) 辨证唯物主义的系统观 物质技术基础
恩格斯（1820—1895） “由于这三大发现和自然科学的其他巨大进步， 我们现在不仅能指出自然界中各个领域内的过 程之间的联系，而且总的来说，也可以指出各 个领域之间的关系了。
普朗克（1858—1947） “科学是内在的整体，它被分解为单独的部分 不是取决于事物本身，而是取决于人类认识能 力的局限性。”
⑶ 系统与要素的概念是相对的
一个系统相对于构成它的要素而言是个系统， 而相对于由它和其它事物构成的大系统而言， 则是一个要素（或称子系统）；同样，一个要 素相对于由它和其它要素构成的系统而言，是 个要素，但相对于构成它的要素而言，则是一 个系统。比如，由车辆、场站、路网组成了公 路系统，但对于整个交通运输系统而言，公路 系统又是整个交通运输系统的要素；再比如， 相对于交通运输系统而言，水运系统是一个要 素，但它同时又是由港口运输系统、水上船舶 运输系统、航道系统、物流系统、信息系统构 成的系统。
第二节、系统理论概述 第三节、系统分析概论
第一节 系统的概念及特点
一、 系统的概念
1.系统思想的形成及演变 2. 系统的定义
3. 系统的形态
1. 系统思想的形成及演变 • 古代朴素的系统思想 Syn-histanai 古希腊学者：德谟克利特、亚里士多德 《易经》：八卦说 《内经》、 《道德经》、《孙子兵法》
辨证唯物主义 “物质世界是由无数相互联系、相互依赖、 相互制约、相互的事物和过程形成的统一整 体。
现代科学技术的发展
定量化方法（离散数学、模糊数学、运筹学等 ）
电子计算机的出现
系统思想的出现，彻底改变了人们的思维方式，使人 们在改造世界的活动中，逐步地认识并揭示出客观世界的 本质联系和内部规律。主要体现在两个方面：
• 反馈联结
E1
E2
E3
E4
E5
S反馈
0 0 0 0 1
1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0
四、系统的功能
系统与外部环境相互作用的能力，功能说明的是系统的 外部状态和外部作用。 系统功能的特性：易变性 相关性
整体性原则的指导意义
二、 系统的特性
2、相关性
dQ1 dt f 1 Q1 , Q2 , , Qn dQ2 f Q , Q , , Q 2 1 2 n dt dQn f Q , Q , , Q 1 1 2 n dt