系统科学（System Science）是以系统为研究和应用对象的一个科学技术部门。如同自然科学、社会科学、数学科学等一样，它是现代科学技术体系中一门新兴的科学技术体系。中国科学家钱学森为建立和发展系统科学作出了重大贡献。钱学森从应用系统思想、观点和系统方法去研究整个客观世界的角度出发,在总结、概括已有系统研究成果的基础上,于70年代末首先提出了系统科学和系统科学部门内的层次结构。它是由三个层次、很多门学科与技术所构成：①直接用于改造客观世界而处在工程技术层次上的是系统工程。系统工程是组织管理系统的技术，因系统类型不同而有各类系统工程，如工程系统工程、经济系统工程、社会系统工程等。②直接为系统工程提供理论基础而处于技术科学层次上的有控制论（如工程控制论、生物控制论、经济控制论、社会控制论等）、运筹学和信息论。③揭示系统普遍性质和一般规律而处在基础科学层次上的是系统学，这是一门正在建立的新学科。系统科学通向哲学的桥梁是系统论（或称系统观），它属于哲学范畴。
定义编辑本段回目录
研究和认识系统科学(System Science)的前提是：首先认识系统科学是广义的科学，而当今的科学主流模式属于狭义科学；如果没有形成这样的认识，则是把系统科学看成是一门综合性或交叉性的科学，那么，就难免陷入以下描述性编辑的困惑中，通过下面的编辑内容以及相关内容的学习，你觉得自己了解了系统科学吗？
概述
系统科学即以系统思想为中心、综合多门学科的内容而形成的一个新的综合性科学门类。系统科学按其发展和现状，可分为狭义和广义两种。
狭义的系统科学一般是指贝塔朗菲著作《一般系统论：基础、发展和应用》中所提出的将"系统"的科学、数学系统论、系统技术、系统哲学三个方面归纳而成的学科体系。
广义的系统科学包括系统论、信息论、控制论、耗散结构论、协同学、突变论、运筹学、模糊数学、物元分析、泛系方法论、系统动力学、灰色系统论、系统工程学、计算机科学、人工智能学、知识工程学、传播学等一大批学科在内，是20世纪中叶以来发展最快的一大门综合性科学。
近年兴起的相似论、现代概率论、超熵论、奇异吸引学及混沌理论、紊乱学、模糊逻辑学等，也将进入广义系统科学并成为其重要内容。 系统科学将众多独立形成、自成理论的新兴学科综合统一起来，具有严密的理论体系，它已为内外许多学者所关注和研究。20世纪60年代，美国将《系统工程》杂志改为《系统科学》。中国在技术领域的杂志则有《系统科学与教学》、《系统工程的理论和实践》、《系统工程学报》、《系统工程》等。许多学者提出了关于系统科学结构的许多见解。其中一种见解种认为，系统科学包括五个方面的内容：即系统概念、一般系统论、系统理论分析论、系统方法论和系统方法的应用。另一种见解认为系统科学是研究系统的类型、一般性质和运动规律的科学。这一科学体系包括系统学、系统方法学和系统工程学三部分。 关于系统科学的内容和结构最详尽的框架，是我国著名科学家钱学森提出来的。他认为系统科学与自然科学和社会科学处于同等地位。他把系统科学的体系结构分为四个层次：第一层次是系统工程、自动化技术、通信技术等，这是直接改造自然界的工程技术层次；第二层有运筹学、系统理论、控制论、信息论等，是系统工程的直接理论，属技术科学层次；第三层次是系统学，它是系统科学的基本理论；最高一层将是系统观，这是系统的哲学和方法论的观点，是系统科学通向马克思主义哲学的桥梁和中介。
系统论将世界视为系统与系统的集合，认为世界的复杂性在于系统的复杂性，研究世界的任何部分，就是研究相应的系统与环境的关系。它将研究和处理对象作为一个系统即整体来对待。在研究过程中注意掌握对象的整体性、关联性、等级结构性、动态、平衡性及时序性等基本特征。系统论不仅是反映客观规律的科学理论，也是科学研究思想方法的理论。系统论的任务，不只是认识系统的特点和规律，反映系统的层次、结构、演化，更主要的是调整系统结构、协调各要素关系，使系统达到优化的目的，系统论的基本思想、基本理论及特点，反映了现代科学整体化和综合化的发展趋势，为解决现代社会中政治、经济、科学、文化和军事等各种复杂问题提供了方法论基础。
系统科学的发展和成熟，对人类的思维观念和思想方法产生了根本性的影响，使之发生了根本性的变革。系统科学的理论和方法已经广泛地渗透到自然科学和社会科学的各个领域。
发展历史编辑本段回目录
从科学哲学的角度上说，四大古明中均有系统论的将现象看做系统加以考察的思想。而在三大古文化中，古希伯来的宗教神学、老子的自然人学、古希腊自然哲学更有充分体现。系统一词，即来源于古希腊语，是由部分级成整体的意思。
常用为亚里斯多德所言“整体大于部分之和”来体现此思想在人类思维中的渊源流长。
二十世纪初彭加勒（现多译作庞加莱，即用来命名06年火热的同胚封闭流型的高维猜想者）的四部科学哲学著作以及专著《位置分析》分别将数学推理与世界框架进行了讨论、将拓扑学进行系统论述。其中大量包含了现代的系统科学思想。从三十年代开始，维纳开始关注布什的电子模拟计算机，开拓了线性控制理论。将目光投到“各种已经建立起来的部门之间被忽略的无人区”（维纳语），为后来人提供了很好的启迪。后诺依曼、申农将脚步转移到计算机与信息论。
二十世纪中叶，学界看到了这片广阔的新天地，兴起一场“系统运动”的浪潮，其中贝朗塔菲于1952年发表“抗体系统论”，正式提出通常意义上的现代系统科学思想。它关于"机体生物学"，这是生物学中的有机论概念，强调生命现象是不能用机械论观点来揭示其规律的，而只能把它看作一个整体或系统来加以考察。贝塔朗菲又于1968年发表了一般系统论的代表著作《一般系统理论――基础发展与应用》》(《General System Theory;Foundations,Development,Applications》）确立了这门科学学术地位并被公认为是这门学科的代表作。他在1973年提出的一般系统论原理，奠定了这门科学的理论基础。但他的理论到1948年在美国再次讲授“一般系统论”时，才得到学术界的重视。由于贝氏对系统科学的创立、推广和发展做出的杰出贡献，被公认为一般系统论的创始人。
其后，布鲁塞尔学派的领导人普利高津在非平衡统计物理研究中提出了最初关于非平形成科学体系的耗散结构理论，这一理论可以广泛应用到生物、化学、生态、社会，大大推动了系统科学的研究与发展。1986年-1994年曾邦哲发展了系统综合理论 - 结构论，研究系统尤其生命系统的结构、功能与发生演变及其相互关系的规律，提出系统医药学与系统生物工程等概念，也称为泛进化或自组织系统的结构理论，探讨系统的结构本原模型、适应稳态结构、系统层次的组织建构，以及实在系统与符号系统对应转换关系，探讨系统科学的逻辑学基础，以及宇宙、生命、文明的信息组织化过程的结构演变规律，并提出彭加勒数学思想与胡塞尔的现象学开创了现代的系统综合方法。
现在，系统思想形成了一股重要的思潮，日益发挥重大而深远的影响。
发展概况编辑本段回目录
系统科学发端于20世纪20年代，奥地利生物学家L.von贝塔朗菲倡导的机体论就是一般系统论的萌芽，与此同时，英国军事部门的科学家研究和解决雷达系统的应用问题，提出了运筹学，这就是系统工程的萌芽。40年代，美国贝尔电话公司在发展通信技术时，使用了系统工程的方法。美国研制原子弹的曼哈顿工程，是系统工程的成功实践。美国国防部设立的系统分析部，在军事决策方面运用了系统方法。50年代，系统科学的理论研究和教学工作全面展开。贝塔朗菲等人创办了《一般系统论年鉴》，H.H.古德和R.E.麦克霍尔完成了专著《系统工程》。美国的麻省理工学院等院校开设了系统工程的课程。60年代，系统科学在西方、在苏联得到了广泛的传播。系统的理论研究取得了重要的成果，贝塔朗菲发表了《一般系统论——基础、发展、应用》的著作，使系统工程的应用取得了明显的效果。美国阿波罗登月计划的实现，就是一个突出的范例。70～80年代，系统科学广泛应用于经济、政治、军事、外交、文化教育、生态环境、医疗保健、行政管理等部门，并取得了令人满意的结果。
详解编辑本段回目录
在20世纪下半期的理论思维中，系统性正以各种不同的形式"进入"现代世界观，片面分析的线性因果研究方式逐渐被抛弃，重点转向对客体整体性综合性的研究，转向对客体联系多样性和客体结构的揭示．正在发生和继续发生的科学技术革命程度不同地在新的思维中得到反映。现代科学基于新的思维方法和新的视角，给出一个新的世界图景。它所发生的改变，不仅是从现象到本质、从局部到全局、从简单到复杂的，还是从存在到演化的，这种新的思维方式就是系统方式。
在这一道路上最早以科学理论形式进行探索的是美籍奥地利科学家贝塔朗菲，他创立了一般系统论。在他之后。有关系统的研究日益深入，与申农创立的信息论和维纳的控制理论一起，逐渐发展为一个学科群。出现了系统科学，从而极大地改变了我们以往所了解的世界图景。
第一节 贝塔朗菲的一般系统理论
一、关于系统的概念
系统思想源远流长，系统概念是人们在历经许多世代的实践和认识活动之后形成的。从词源上说，系统(Sy ste)一词源出于古希腊语，有"共同"和"给以位置"的含义。①作为一门横向交叉学科的术语，它是在本世纪20年代以后才进入科学领域的。40年代，在美国贝尔电话实验研究所的工程设计中，系统概念首次被正式使用。50年代以后，系统概念的科学内涵逐步明确，渐渐获得了相对确定的学术含义。但是，由于系统是一个有着广泛的涉及面的和丰富的内涵概念，由于主体的出发点、日的、角度和思维方式的不同，对系统所作的定义和理解也就有所不同。正如苏联学者萨多夫斯基(B·H．Cagobckuu)所指出的那样："在探讨系统研究问题的著作中，我们会遇到这种情形，人们用各种各样的方式来给系统概念下定义。"②在1974年出版的《一般系统论原理》中，萨多夫斯基整理了34种定义。到现在为止，关于系统的定义已经远不止34种。这些彼此不同的定义，各自都有一定的视角，意见不一，纷然杂陈。较有代表性的，有如下几种：
美籍奥地利学者、系统论的创始人贝塔朗菲认为："系统是处于一定相互联系中的与环境发牛关系的各组成部分的总体。"
美国的罗道夫·J·阿奎拉教授认为："一个系统实质上是由许多相互影响的分量组成，每个分量可适合或不适合于不同的函数，但皆服从于一个共同的目的。"日本学者秋山穰和西川智登认为："相互间具有有机联系的组成部分结合起来，成为一个能完成特定功能的整体，这种各组成部分的有机结合体就称为系统。"在webster大词典中，系统被定义为"有组织的或被组织化的整体，结合着整体所形成的各种概念和原理的综合，由有规则的相互作用、相互依存的形式组成的诸要素的集合等等"。
1967年日本的工业规范(z8121)，将系统定义为"许多构成要素保持有机的秩序，向同一目的前进的一个整体。"
中国1979年版《辞海》这样解释系统："自成体系的组织，相同或相类的事物按一定秩序和内部联系组合而成的整体。"
钱学森认为，系统即由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成具有特定功能的有机整体，而且这个系统本身又是它们从属的更大系统的组成部分。①
从以上分析比较，我们叮以这样来定义系统，系统是由两个以上有所不同而又相互联系相互作用的要素所组成的、具有一定的结构的适应特定环境功能的有机整体，它从属于更大的系统。这样，在最一般的意义，可以从三个方面反映出不同性质系统的特点。第一，它指明系统是由两个以上要素组成的整体。第二．它指明在要素、整体、环境之间存在着有机联系，从而系统内部和外部形成一定的结构，环境就是系统所从属的更大系统。第三，整体具有不同于各个要素的系统质或新功能，具有非加和性。一般系统的特点，在这个定义中得到反映。当然，任何关于系统的定义都不是绝对的，都具有相对性。作为人们认识的一种中介手段，它不是封闭的而是开放的。具体揭示和分析各类系统本身的丰富蕴涵和多样联系，是主体认识和实践的更为重要的目的。
二、系统的特性
系统概念，广义地讲，应当包含着系统的性质和系统的分类。这是我们在把握世界图景时所不能忽略的。
系统的性质，是抽去了实际存在的物质系统或观念系统的具体属性，对系统的共同特性和性质的考察。以系统基本性质不同的分析从目前的研究所达到的成果看，是指整体性、结构性、等级性、目的性、相关性、环境适应性、协调性等。整体性又称全局性、系统性，是系统的一个最基本的，最重要的性质，是系统的核心。任何系统都不只是各个要素或部分的简单相加或机械拼凑，而是有机结合。由若干个要素或部分组成的系统，都具有特定的整体性功能。一方面，它呈现出各个要素或部分在孤立状态下所没有的新特性的新质；另一方面，新特性新质的出现使系统整体在特定量度上的功能增大。所以，"整体大于部分之和"，不是1+1=2，而是1+1>当然，如果各要素或部分之间组成彼此冲突的结构，其整体性功能也可能小于各要素或部分功能之和。"三个和尚没水吃"就是如此。当构成系统的要素或部分从整体中割离出来时，不可能完全地保存原来在系统中的性质、特征和意义。整体性是对系统特性在更高层次上的概括。不同的系统，其整体性的具体形态和内容也有所不同。但任何系统的整体性都只有各个要素或部分按特定的方式组合成系统时出现。
结构性是系统的另一个固有的属性。结构性，或系统内部的组织和排列次序，是在一定时间和空间范围内组成系统的内在形式。一定的组成部分、它们的时空秩序和联系规则，是结构的三要素。一切系统，都具有本身特定的结构。系统的特征和规律总由两方面因素所决定，一足组成系统的要素或部分，一是系统的结构。相同的要素不同的结构，可以组建出不同的系统，相同的词汇可以组成不同的文章，相同的分子可以形成同分异构体。在一定意义上，系统的特征和规律主要因结构的不同而不同。许多情况下，系统的要素可以不断更新，但由于结构没有发生变化，系统更依然保持其自身。一般地说，结构规定和制约着系统功能的性质与水平，限制着系统功能的范围和大小。由系统结构决定的功能，可以大于、小于、等于系统内部各要素功能的和，关键在于结构是否合理。结构也受到功能的反作用，可在一定条件下改变结构。
等级性又称层次性，是系统结构和功能层次性的总称。作为系统的基本性质之一，它表明系统的每一个组元都可视为一个系统，戢们研究的系统也可视为更大系统的一个组元。任何系统都具有多层次级结构和功能。结构的层次性源于结构与要素之间的相对独立性及其转化，功能层次性源于功能与要素活动之间的相对独立性及其转化，系统层次是结构层次与功能层次的有机的统一。层次的多少，因系统而异。等级层次性是系统客体的一种客观性质。可以按照系统中各要素的联系方式，系统运动规律的类似性，能量变化的范围和功能特点，把复杂的客体系统划分为若干等级层次。究竟作出怎样的划分，又与主体的抽象区间和认识尺度有关。从物质世界结构层次看，可有机械--物理--化学--生物等结构层次，其中每一层次又可细分若干层次，如生物结构层次分为亚细腻--细胞--器官--机体--群体种--群落--生物等七个层次。就不同等级层次之间的关系而言，决非毫不相干地并存，而是排成由低而高、由简而繁的阶梯，呈现为不同层次等级之间的联系和转化。高级系统由低级系统组成，低级系统的规律渗透到高级系统中受着高级系统规律的制约，高级系统有低级系统所没有的特性和规律，不能完全地还原为低级系统规律。
环境适应性。任何系统都是在环境中存在的，都要受到环境的作用和对环境发生反作用，即发生物质、能量、信息的双向输运过程。因此，系统不仅存在着要素、要素与系统的关系，还要处理系统与环境的关系。环境是系统整体存在和发展的全部处界条件的总和。它是一组变量，经常处于变动之中，从而引起系统的变化。系统适应环境的变化，通过调节和控制机制保持和恢复原有功能的性质，就是系统的环境适应性。英国科学家阿什比(W·R·Ashbv)曾模拟生物系统的适应性的能力极限。环境急剧变化时，系统的稳定性有可能因此失稳，可能过渡到一种新的稳定性，但也可能使系统解体。当然，环境的缓慢变化，系统也有可能改变自己的结构。
相关性是指系统中各要素联系的相互依存性和相互性制约性。系统的结构，通常由若干要素或部分构成，结构内某一要素或部分的改变，虽然要素是系统的基础，但系统并不是由它的要素本身来维持自身，而是靠要素之间的稳定联系的不断持续，是各要素相互联系的发展结果。系统的结构越合理，相磁度就越大，其整体性功能就越好。在相关性中，不仅在要不要素间会出现对立或竞争，而且要强调其协同性或协调性，使系统达到整体优化。协调性是复杂系统内若干相互关联的简单子系统同相互化合的方式各自发挥其功能的性质。
系统的目的性足系统的主要特性之一。目的性足系统行为的特性，是系统在·定环境条件下所必然具有的达到最终状态的特征。系统过程的事件不只由它现实状况所决定，而且还取决于系统本身的将来状态HP系统所要到达的终态，这就显示出一种果决性。目的性体现着系统的发展趋向，贯彻于系统发展的全过程。控制论的创始人维纳(N·Wiener)曾对目的性作出科学解释。他认为以往目的论被解释为暗含着目的，其中常常加进了"终极因"这一暖昧观念，终极因这个概念导致了日的论和决定论之间的对立。实际上，所谓目的性就是作为行为客体的一种反应或效应，这种反应或效廊受有关行为结果的信息的制约，在客体和环境发生作用时，不断通过反馈调整自己的行为，使之逐渐趋近某一目标。因此，在控制系统中，一切有目的的行为都是需要反馈的行为，或者凡有反馈行为的系统都是有目的的。例如鹰抓兔这一过程，当鹰发现兔并向仓皇逃跑的兔俯冲时，为了抓到兔，它要不断地随着兔逃跑的方向和速度而改变自己的飞行路线，多次反馈之后最终抓到兔子。在这种反馈机制中，呈现鹰抓兔的目的性。由此，因果性逆转这一现象便可脱去其玄秘的外衣，单义决定的因果关系不承认结果对原因的反作用，是它罩上玄秘之光的根源。在反馈机制或协同力作用下，维持或趋近一个特定的稳定状态，以保持系统内部与外部环境协调的行为特性，就是一般系统的目的性。当代自组织论进一步揭示出不动点、吸引子、极限环、奇怪吸引了均具有相应的目的性。
三、系统的分类
世界是系统和系统的集合，它的复杂性通过系统的复杂性表现出来，各种各样的具体系统，一方面有其共同性，另一方面又都各有其质的特殊规定。面对这种情况，系统分类学应运而生。它的任务是为系统分类提供理论根据，为系统分类建立科学标准，并对现实世界巾的各种具体系统进行分类，从而为深入研究各类具体系统及其相互关系，为深入研究系统进化奠定基础。立足于系统分类学，会使我们对世界图景的把握更加全面而细致。统观已有的各种分类方法，参照朴昌根的《系统分类学初探》，①系统可以有如下多种划分：
从一切系统的共性上，町以有关于系统等级层次的划分和子系统或分系统的划分。系统的等级层次划分，表现为从系统开始的两个方向相反的等级序列，一个是向下的等级序列，一个是向上的等级序列：
总系统一第n级超系统一......一第2级超系统一第l级超系统一系统一第1级子系统一第2级子系统一第2级子系统一......一第n级子系统一要素。总系统是在认识中不能或不必再与其它系统结合构成更大系统的总体系统。子系统、系统与超系统的的关系，子系统与分系统的划分，可以从对系统的两种不同定义出发得到。当把系统定义为相互作用的各要素的集合时，可以推知系统的等级，每一等级都包含着多个各自的子系统，系统就是众多于系统相互联系中产生；来的整体。当把系统定义为抽象集上的关系时，即S∈X{Vili∈1}，其中S为系统，x为笛卡尔乘积，vj表示诸关系，为指标集。分系统是各子系统或要素在某些侧面具有重要意义的某些关系，这样，系统被看作是相互联系的各分系统的集合。
一个分系统也可分成若干等级，成为分系统的多级子系统。同时兼顾的对子系统和分系统进行研究，会有一种互补的作用。由此可得子系统分系统矩阵图。除了上述适用于一切系统的划分，还有其它多样的分类标准，从中呈现着世界的纵横交错、彼此作用的系统网络。
按存在范围分，可以有微观系统、宏观系统、宇观系统。通常把能直接为我们感官所把握的客体系统称为宏观系统，把不能为我们的感官所直接把握，而需要借助于仪器作用显微放大的微观粒子客体系统称为微观系统；把只能被我们感官部分地直接把握的大尺度天体系统称为宇观系统。在宏观系统、微观系统、宁观系统中，又可分为若干个等级。例如：天体星系的空间尺度l020-1023c。
恒星 l06-1014c行星 l08-10...(：地上物体 腺于 l一l0c
原子核 l0-3-1012c基本粒子
按自然发展层次分，可以有无机系统、有机系统、社会系统。无机系统是具有机械、物理、化学反应性质的自然客体系统，有机系统是包括动植物在内的生命客体系统。社会系统是以人的存在为基础的，具有政治、军事、宗教、管理、科学文化体系的复杂大系统。在社会系统的运行中，主要遵循社会系统自身的规律，同时渗透着无机系统和有机系统规律的作用。
按科学领域分，有自然系统、社会系统、思维系统。自然系统是由矿物、植物、动物等天然物质自然组成的系统，它的产生与存在与人的活动无根源性关系，如太阳系，生态系统，它们的存在对人而言都是时间在先的，并不由人的活动所建立。思维系统是由人的神、心理、语言、文字、逻辑、思维方法及其它思维工具组成的系统。
按人与自然的关系分，有自然系统、人工系统、复合系统。人工系统是人工制造的各种元素所组成的系统，它的产生与存在与人的活动有根源性关系，是在从事实践活动的过程中由人建构起来的，如工程技术系统、人类文化系统。复合系统是由自然系统与人工系统共同构成的系统，既有自然物的成分又有人造物的成分，例如人--机系统、社会生产系统。
按系统与环境关系分，有开放系统、封闭系统和孤立系统。开放系统是通过输入--输出、组建--破坏等行为而同环境不断地进行物质、信息交换的系统。封闭系统是与环境问虽然没有物质交换但可以有能量交换的客体系统。孤立系统与环境问没有任何相互作用，是即无物质交换又无能量交换的系统。严格地说，并不真正存在这样的系统。但在研究中，当系统与环境间的作用小剑可以忽略不计时，就把系统近似地视为孤立系统。
按主体对系统认知程度分，可以有"黑色"系统、"灰色"和"白色"系统。黑色系统是那些我们只能知其输入--输出关系，而不知道实现输入--输出关系的结构与过程的系统。白色系统是指那些关系的结构与过程的系统。灰色系统介于黑白系统之间，指我们对于它的输入--输出关系的结构与过程部分地知道，部分不知道，还没有全而了解。灰色系统理论是我国学者邓聚龙教授首次提出的。它以灰色参数、灰色方程、灰色矩阵等来刻划系统，对应着很多的客体系统，得到广泛应用。按运动形式，有静态系统和动态系统。动态系统在任何一时刻的输出，都不只与该时刻的输入有关，而且与该时刻以前的输入有关，是有记忆、有历史的系统。静态系统在任一时刻的输出都只与该时刻的输入有关，与前此时刻的历史无关，是无记忆的系统。
按系统的状态分，有平衡系统和非平衡系统。平衡系统是其状态下随叫间变化的系统，如热力学平衡系统，其特征是熵趋于最大。由于平衡系统紊乱度最大，无序性最高，组织程度最差，信息量最小，因而它不能飞跃到另一新质态。只有打破J，它的闭锁性，引入负熵流，它才町能转向新质态。非平衡系统，其状态随着时间发生不断的变化，与环境发生着能流和物流的双向输运。非平衡系统有两种情况，一种是线性非平衡态系统，一种是非线性平衡态系统即远离平衡系统。线性非平衡态系统，只与平衡态系统有微小的差别，它有与外界交换物质能量等引起的熵流。不过这类系统，即便在开始时存在一些有序结构，最终也会由于系统内部的熵产生作用趋于平衡。远离平衡态系统，与环境交换时所产生的熵流远远小于零，给系统带入负值熵流，从而能使系统的有序性增加大于无序性的增加，形成新的结构。
系统的分类多种多样，不可能在这里列举。根据实践的要求，主体可依某种分类标准去做具体划分。
四、贝塔朗菲的一般系统理论
在系统科学史上，贝塔朗菲占有极为重要的位置。作为一般系统论的主要创始人和20世纪杰出的科学家和哲学家，贝塔朗菲早在20年代就提出了机体系统理论。1937年他首先从口头上提出了一般系统论的基本思想，并于l945年发表一般系统论的创立宣言"关于一般系统论"一文。此后他陆续发表了大量有关的论文和著作，对现代系统论产生很大影响。
"一般系统"一词，在系统科学中是一个专用术语，它与各种具有实际内容的具体系统相对照，专指从各种现实系统中抽去其特殊内容而得到的抽象物，即各类具体系统的共性，也就是在元理论意义上的"系统本身"。因而，凡是从元理论水平对系统进行共性研究的系统理论，都可称为一般系统论，贝塔朗菲的一般系统论，乌耶莫夫的参量型系统论。还可在一定条件下包括普利高津的耗散结构理论，哈肯(H·Haken)的协同学贝塔朗菲一般系统论的内容十分丰富，便就主要内容而言，他重点研究的是三种理论：即机体系统理论、开放系统理论、动态系统理论。它们同属于一般系统论的内容。
(一)机体系统理论
如前所述，机体系统理论的提出与20年代生物学领域的机械论与活力论的争论有关。虽然机械论正确地指出了使生命现象得以发牛的机械、物理、化学过程对于揭开生命之谜的意义，但是它不能说明生物有机体的秩序、组织、白调节性和统一性，而活力论在克服机械论的这种局限性时，仍然是建立在分析和相加的观点上和以机器理论为前提，走向了新的片面性。这两种片面性，都没有指示一个解决生命本质问题的正确方向。贝塔朗菲的机体系统理论，则着力于作这两种片面性所未能作好的丁作。
贝塔朗菲的机体系统理论，从内容上可以概括如下：第一，把牛物体看作在时空中存在的结构复杂的整体自然物。作为一个活的开放的系统，生物体既有自身内部各不同组份的相互作用，又有生物有机体整体与环境的相互作用。作为整体的生物有机体，其内部任一组份都不能在离开整体时仍能保持其原有功能作用。部分的行为与整体行为有很大区别。第二，是把生物体视为具有动态结构的系统，一切生命现象都处于积极活动之中。生物体以其组成的静态结构系统。生物体中不断地发生着代谢过程。生物体中任何一个层次，都是以次级层次生长、衰老和死亡为前提，它不象静态结构那样只有被动的更换性，而是具有白调节性。第三，生物体首先是一个能动的系统。虽然也具有刺激感应性，但是它的主要特征不在被动性的刺激感应上，而是能动性，它的机能不只是对外界刺激作出反应，而在于维持生存的内在冲动的实现。第四，生物体的组织具有等级性。一切有机体，都是按照严格的等级和层次组织起来的，因而，生命现象的本质可以通过对生物组织的物理化学层次、基冈层次、细胞层次、多细胞组织层次、器官层次、个体层次和群体层次的研究而综合把握。贝塔朗菲的机体系统理论进一步贯穿在开放系统理论和动态系统理论中。
(二)开放系统理论
经典热力学所描述的是处于平衡态和经受可逆过程的系统，以近似孤立的系统为研究对象。但是严格地说，在现实性上，系统与环境之间存在着极其复杂的双向输运过程，物流，能流．信息流的交换不可能处于绝对为零的情况。尽管经典热力学所研究的是热力学和热力学流为零时的状况，但它只不过是开放系统的一种近似，环境对系统的作用仍然存在。因而，开放系统比孤立系统具有更大的普遍性和现实性。贝塔朗菲的"一般系统"观念就是作为对开放系统原则的综合而产生的。
贝塔朗菲在《一般系统论一基础、发展和应用》一书中指出，在这个理解下，开放系统表现冉一系列值得注意的特征：其一足稳态。在一定的条件下，开放系统趋近于一个与时间无关的稳态(贝塔朗菲使用德文为日iessgleich gewicht，相当于英文中Stead state，意为流动平衡)。这种稳态与孤立系统所达到的平衡态不同，平衡态虽然也是一种不依赖于时间而保持系统组份比不变的状态，但是平衡态系统的组份比是在系统内部物质运动中保持恒定的，并且不需要通过耗散能量来维持其平衡态，在宏观行为上小具备作功的能力。由于与这种真正平衡态保持一定的距离，稳态能够作功，例如生命系统。稳态的系统尽管不断进行着不可逆过程，有输入和输，发生着组建和破坏，但其构成的组份比能保持不变，显示出值得注意的自调节特性。系统到达稳定，不必象平衡态系统那样取决于初始条件，而是取决于系统的参数，即取决于反应和输运的速率，由此引出开放系统的第二个特征：它可以从不同的初始条件出发，在演化过程中经历扰动之后仍然达到相同的最终状态，呈现出"异因同果性"或"等终极性"。在孤立、州锁的系统中，终态是由初态决定的，初态或过程的变化会引起终态的变化。在开放中达到的稳态，则不依赖于初态或过程，只取决十反应和输运的速率。等终极性这一陛质，在生物有机过程中具存特别重要的意义。贝塔朗菲曾使用一个图式说明：新生幼鼠在正常生长50天后，用减少维生素的方法使其停止生长，在恢复正常的营养后，幼鼠照样能达到正常的最终体重。当然，开放系统也可能发生调节过度和起动不及现象，这时系统会沿着与稳定相反的方向进行，但在最后它又趋向于稳态。
开放系统的第三个特征是序增熵减。用热力学语言来表达，就是开放系统能把自己维持在正常不可几的统计状态和有序有组织的状态上。贝塔朗菲指出，根据热力学第二定律，孤立系统中的物理化学过程一般趋势是熵增序减．可几性增大，有序性减小，而生命这一开放系统能把自身维持在高度有序和不可几状态，甚至于进一步朝着增强分化和组织性的方向演化。贝塔朗菲晚年吸收了普利高滓的广义熵理论并把它作为开放系统理论的重要成份，广义熵函数是对熵增加原理的扩展，这一理论导致不可逆过程热力学的建立。在克劳修斯(Clausius)那里．孤立系统中的熵总是增大的，ds≥0。根据普利高津的耗散结构理论，开放系统中熵的总变化量可以写成：ds：des+dis．des是由于输入而引起的熵的变化，dis是由于系统内不可逆过程而产生的熵。dis恒定为正，des可正可负可为零。孤立系统熵的变化可视为des为零时的状况，负熵是由于输入携带自由能的物质的数量超额补偿系统内部熵产生而引起，这恰是薛定谔"生物以负熵为食"的根据，生物系统既有秩序的维持和增加，都是系统开放的结果。
开放系统理论既是一般系统论的渊源，又是一般系统论的重要组成部分。虽然开放系统论后来在普利高津和哈肯等人的研究中取得了巨大的进展，贝塔朗菲的工作仍不能减其首创奠基的意义。
(三)动态系统理论
根据系统状态与时间的关系，可以划分出静态系统和动态系统。对于静态系统而言，其状态变量与时问的变化无关而能独自决定系统的状态特征；对于动态系统，情形就大不相同，系统的状态变量是时间的函数。对静态系统叮视为动态系统的一种近似，从而，动态系统是系统的一般情形。贝塔朗菲用一组联立微分方程来定义动态系统，进而在设立各种约束条件的情况下，对系统的整体性、加和性、增长、竞争、机械化、集中化、终极性、等终极性作出数学上的表述。
除了在一般系统的基本性质，若干概念及其初步的数学描述上有卓越的贡献外，贝塔朗菲还力图把一般系统论原理应用于物理学、生物、心理学、精神病学和社会科学，实现科学的统一。
五、贝塔朗菲一般系统论的局限性
贝塔朗菲的一般系统理认，在某些方面是过于简单的，例如他关于动态系统理论的数学描述。他所从事的工作具有首创性质，因而不可避免地会存在很多不足，在局限性问题上，存在两种情况：一是贝塔朗菲自己所察觉到的局限，一是来自各个方面的批评。由贝塔朗菲自己觉察到的，他作r主动克服这些局限的努力，那些来自各方面的批评，更多的是由后来系统科学的发展解决了。
贝塔朗菲曾认为机体系统理论可以拓广为具有普遍适用性和世界观意义的一般系统论。因此，他运用类比同构的思想方法，建立了类比型的一般系统论，提出了生命现象的有组织性、有序性和目的性，但他并没有对有序性、目的性作出令人满意的回答，也未能深入探讨有关复杂系统的演化道路、演化条件和演化规律问题。这些问题后来在普利高津、哈肯等人的理论中得到较好的解释。乌耶莫夫批评了贝塔朗菲的类比型的一般系统论仅用同构同态的类比，而在事实上，类比的形式不只限于同构同态。依据现有的物理学史和数学史给的材料，至少有50多种独立的类比形式，其中许多可以用于发展类比型一般系统论。何况，类比型系统论借助于类比只能发现系统中的一般系统论。而不能确定一般系统特征的其余规律。鸟耶莫夫主张引进参量型系统论，以便确定系统的全部规律。
贝塔朗菲晚年注意到仅从技术上和数学上来理解一般系统论是不够的，因而试图突破这一局限，对它重新加以定义，重新确定其研究范围，并进而给予系统论以哲学方法论的地位。1968年，他在专著《一般系统论一基础，发展和应用》一书中，说系统论远远超出了技术课题和技术上的需要。这种重新定向成了科学领域总的必然的趋势，贯穿于所有学科，最后到哲学。它在不同的领域内激荡着，达到不同程度的成功和精确性，并宣告一种有强大推动力的新世界观的来临。l972年，他去世的前一年，发表了《一般系统论的历史和现状》一文。在文中，他试图对一般系统论重新下定义。他说，一般系统论可以作为一个新的科学规范，广泛地应用于各个学科的研究领域中去。它的内容可以包括三个方面：一是关于系统的科学和数学系统，即对各种同不的具体科学例如物理、生物、心理、社会科学系统进行科学理论研究，并要求用精确的数学语言描述各类系统。二是系统技术，研究系统的思想在现代科学技术和社会各系统中的应用。三是系统哲学，研究系统哲学，研究系统的本体论、认识论以及人与世界的关系、价值观。贝塔朗菲的目的是想填平社会科学与自然科学之间的鸿沟，但他还没有来得及完成这项工作就去世了。
一般系统论在贝塔朗菲的脑海里，从孕育达诞生到发展，时间长达四五十年。在这中间，贝塔朗菲对自己的理论作了部分改变。对开放性系统的稳定性的条件和定义是否只能用熵函数作唯一的表述，对于进化论与热力学第二定律的统一问题，以及有些系统的性质不能依靠数学工具表述等问题，他都有所认识。
贝塔朗菲的一般系统论，对现代系统理论的产生与发展产生了重要的影响。不过不应当产生这样一种误解，以为它可以详细地给出客体系统在微观结构和系统属性方面的一切情形，事实上，这是各种具体系统研究理论的任务。同时，应当注意这样一种倾向：在工具和研究手段实际上不发生改变的情况下，随着时间的流逝，"一般系统论"的任务在不断扩大。④例如，苏联的萨多夫斯基认为，一般系统论应当是关于系统研究方法论的元理论，它不仅应当对各类具体系统进行理论上的概括，还应该进一步对制定各种系统论所依据的诸原则进行概括，这种看法是很有道理的。但在萨多夫斯基看来，贝塔朗菲的一般系统论、麦萨洛维奇数字一般系统论、乌耶莫夫的参量型一般系统论，都不够元理论水甲。②至少，对贝塔朗菲而言，萨多夫斯基足有些苛刻了。因为萨多夫斯基忘记了贝塔朗菲所在的位置--奠基、开创。不过，一般系统论也不应该因此受到原有理论的局限的束缚，只停留在初级水平，它必须向更高阶段、更深刻的方面进步，这体现在后来有关系统论研究的进展中。
第二节 申农与信息论
世界是运动、变化、发展的物质世界。任何物质的运动过程都离不开信息的运动过程，都必然伴随着信息的获取，传递、变换与存贮等过程，信息是物质系统本身具有的普遍属性。
一、信息和现实物质世界的运动
一切物质都在运动，从微观世界的基本籽子到宏观世界的宇宙天体，从无机物到有机物，从生物界到人类社会，无一不在运动着，无时不在变化、发展着。整个物质世界又都处于普遍的相互联系之中。严格说，不存在相互间完全孤立、毫无联系的曲件事物，不过联系的情形不所不同罢了。
任何物质的相互联系与运动过程，都必然伴随着信息的获取、传递、交换与存贮过程。在通信领域，信息是信源与信宿之间相互联系的内容。从控制论的角度看，信息是控制系统进行调节活动时，与外界发生相互联系，相互交往的内容。运动着的物质是信息的载体，信息是物质系统本身具有的一种属性，它反映了物质世界的普遍联系和关系的特定本质特性。
宇宙间的事物，不是单一的，孤立静止的，而是处于相互联系，相互作用，永不停息的运动变化状态之中，表征这种联系、变化、差异的就是信息。例如，报纸、电台、电视每天所报导的新闻、消息，反映了国内外形势的各种动态，每天都有变化，都有新的内容，才为人们提供了信息。如果天天如此，没有任何变化，当人们再听到它时，就不可能获得任何信息。
一般说来，物质和信息传播总是随载体而流动的。知识(信息)可以从书本流向教师、流向学生。人类的文化成果(信息)可以超越生命有限的个体，一代代(流动)传下去。但是，一定层次范围内的信息，还可以在载体相对静止的情况下，通过反映过程而转移或变换。并且在此前后，不同载体所承载的可以是同一信息。这是信息的一个重要性质。反映过程可看作是信息的某种传播过程。
总之，信息表现了物质系统的运动状态、物质系统运动变化的方向性。任何物质的运动过程都离不开信息的运动过程，信息的传输是载体的一种特运动方式。
二、日常用语中的信息概念
信息这一概念虽然比较抽象，但人们每时每刻都在同它打交道。现在我们看报纸、看电视、听广播，与别人交谈等等，都被看作是在接收信息。"信息"这一名词已经渗透到人们日常生活的各个角落中了。
那么，究竟什么是信息呢?我们通常所说的信息就是指对接收者来说预先不知道的知识内容。牛津字典解释说，"信息就是谈论的事情，新闻和知识。"韦氏字典说："信息，就是在观察或研究过程中获得的数据，新闻的知识。"1953年，苏联大百科全书第二版，把信息看成是新闻工作的一个概念："信息确定为新闻界的一个概念，是报纸进行报导的一种特殊体裁，借助它，可以使读者知道国内或国际之间的事件或新闻。"
我国上海辞书出版社1980年出版的《辞海》缩印本认为："信息是对消息接收者来说预先不知道的报道。"并解释说："如广播天气预报时，收听者预先不知道明天是阴、雨或晴，则这报道对收听者来说具有信息。假如所广播的是已知的昨天天气，那就没有信息了。天气预报愈详细，则信息的分量愈多。"
由此可见，在人们的日常用语中，信息是指具有新内容，新知识的消息。也就是说，一切情报，资料、数据、指令、信号、图片、书籍、信件中都包含着信息，它们都是信息的具体表现形式。
三、信息的概念的几种定义
信息作为现代科学技术的个基本概念，最早出现于通信领域。侄信息论中，信息源发出信息经过信道传送给信宿，信息是系统确定程度(组织程度)的标志。本Ⅱ上纪20年代，哈特莱在探讨信息传输问题时，提出了信息和消息在概念上的差异；信息是包含在消息中的抽象量，消息是具体的，其中载荷着信息。到了40年代，申农从通信角度，维纳从控制的角度分别给出了信息的概念。此后，由于信息概念广泛渗入各门科学领域，而各个学科又有自身的特殊性，冈而出现了从不同的侧面对信息概念予以解释或定义的情况。关于信念的科学概念，目前学术界尚无定论，已发表的定义大约有几十种之多。现仅就几种典型的定义作一初步介绍：
(一)信息是实现事物间联系的一种形式；是人们对事物了解的不确定性的减．少或消除
现代信息论的创始人申农认为：信息就是"两次不定性之差"，"能否定义一个量，这个量在某种意义上能度量这个过程所产生的信息是多少?""量H：一∑PilogPi在信息论中起着非常重要的作用，它作为信息，选择和不确定性的度量。H的公式与统计力学的所谓熵的公式是一样的在这里，申农把信息的公式称之为不确定性的度量．把信息看作是不定性减少的量。我们用符号表示就是：
I=S(Q)l X-S(QIX 7)
1代表信息，Q表示某件事的疑问，s表示不确定性，x为收到消息前关于Q的知识，x 7为收到消息后关于Q的知识。
如果，收信人原来拥有这一消息所传达的知识，那么这则消息就不会引起收信人知识的变化(X=X 7)，不确定性没有减少或消除，收信人就没有获得任何信息，如果消息所传达的内容是收信人事先所不知道的，收信人收到消息后就引起知识上的变化，收信人就获得了信息，不确定性就有所减少或消除。
从通信的角度看，信息就是通信的内容，通信的作用就是消除通信者的某种不确定性。所谓不确定性是指人们对某些客观事物缺乏必要知识，从而表现出对这些对象的了解是"不确定的"这样一种状态。如对天体演化，地下矿藏的分布不清楚，对工业生产的状况，农业收成好坏不了解，这就表示我们对这类事物缺乏知识，即存在不确定性。当人们通过各种方法和手段了解到这些事物的有关情况之后，对它们的认识就由不清楚变为清楚或完全清楚，不确定性就减少或消除了。
(二)信息是生物、社会等各种控制系统进行调节活动时。与外界相互作用，相互交换的内容
控制论的奠基者维纳说信息就是我们在适应外部世界和控制外部世界的过程中，同外部进行交换的内容名称。为了生存，它们通过特有的方式来协调系统内部的活动。
当一只侦察蜂发现了蜜源后，就会立即飞回蜂巢，并通过舞蹈动作把这一消息传给丁蜂，丁蜂接受信息后，就会按照侦察蜂的舞蹈动作所表明的(距离、方向)信息去采蜂。蜜蜂在采集花蜜，调节群体的活动过程中，蜜蜂个体之间，以及蜂群与自然环境之间需要交换一种东西，以便相互告知。而这种相互交换、相互作用的东西就是信息。
人类社会是一个更高级、更复杂的控制系统，人们是通过语言、文字、图像等等，彼此交换信息，以调节人类社会的活动的。自动控制系统的机器要正常的运转，管理系统要发挥自己的职能，等等，都必须利用信息来进行调节，都必须进行一定的信息交换。
所以，信息就是各种控制系统进行调节活动时，与外界相互联系，相瓦作用，相互交换的一种内容。
(三)信息表现了物质和能量在时间、空间上的不均匀的分布
维纳指出："信息足分布在时间上可量事件的离散的或连续的序列一一确切地说，就是统计学家的所谓时间序列。"①
冯·诺意曼l958年在《计算机和人脑》一书中提出："用来传送信息的消息，它的唯一统计性质，就是脉冲的频率(每秒钟的脉冲数)，......消息是一种周期性或近似周期性的脉冲序列。"②
例如，广播电台广播的节目，电视台播放的电视图像，侦察、气象卫星传送的情报、资料，都是南通信系统所发射的电磁波(伴随一定的能量)表现在时间、空间上的一系列的不均匀的分布。由于电磁波和能量在时间、空间上的不均匀分布，才能从收音机中听到音调高低不同，速度快慢有别的各种声音，才能从电视机的荧光屏上看到色彩不同，深浅有别的各种图像，才能从空中获得种种各样的情报和数据资料。物质和能量在时问、空间上的不均匀的分布，给我们送来了各种各样的信息。信息就足在通讯存贮和控制系统中，物质和能量在空间和时间上分布的不均匀度的度量。
(四)信息是组织程度。有序程度的量度
苏联学者茹科夫在1976年出版的《控制论哲学原理》一书中，把信息分为两种基本类型，一种叫做自由信息或相对信息，这种信息依赖于具体的控制系统，是控制系统为了实现控制和调节的作用与被控制客体之间发生的特殊关系或联系。另一种叫做结构信息，是指"客体的组织结构和物质基础。"他说："信息一一这是组织的一种尺度，是控制系统及其作用的有目的地调整了的结构......"④
这就是说，信息是任何一个系统的组织性，复杂性的量度，是有序化程度的标志。例如，在牛物的遗传过程中，DNA(脱氧核糖核酸)是生物遗传的物质基础，它是由磷酸，脱氨核糖和碱基按照顺序首尾相接而联系起来的，关键是碱基，碱基共有四种：腺嘌呤(A)，乌嘌呤(G)，胞腺嘧啶(T)，胞嘧啶(C)。这四种碱基就是将遗传信息编成"密码"的4个字母，遗传密码是三联码，其中每三个字母组成一个"密码子"，由于"密码子"中三个字母的排列次序不同，结构不同，而形成不同的DNA。遗传密码就是记载在亲代DNA分子核苷酸顺序上的遗传信息。DNA分子中特定的核苷酸排列顺序就决定了生物体的遗传性状，在遗传信息的指挥下，结构不同，排列不同的碱基的各种组合，形成r生命所需的1000多种蛋白质。可见，信息是系统的组织程度，有序程度的标志。
(五)信息是由物理载体与语义构成的统一整体。
前东德学者克劳斯(G·Klaus)在《从哲学看控制论》一书中说："什么是信息呢?纯粹从物理学方面看，信息就是按一定方式排列起来的信号序列。但光说这一点还不足以构成一个定义。毋宁说，信息必须有一定的意义，必须是意义的载体。"②
例如：体育教员在教学生上体育课时，很多具体动作光靠语言是不够的，要使学生完全理解自己的要求，往彳丰需要做示范。体育教员所做的示范动作，就具有信息的意义(语义)。信号兵联系用的旗语动作，蜜蜂传递信息的舞蹈动作等，同样都具有意义(语义)。所以他又说："信息的语义能够产生心理效果，只有在这个时候，我们才能说信息有语义。"
由此可以得出结论：信息是由物理载体与语义构成的统一整体。
除此之外，还有人把信息理解为："集合的变异度"。"事物的差异或关系"。"事物存在，运动，发展，变化等特征的表象"。"从客观存在到主观认识的媒介和桥梁"。"由物质到精神的转化物"。"信息是自然界普遍联系，相互作用的形式。信息(形式)和物质(内容)是作为一个自然界的两个侧面，二者是对立统一和不可分割的。"等等。
以上这些关于信息的各种定义，都是从不同侧面提出的；虽然也有不少材料并非严格意义上的定义，但它多少反映了人们在探索信息本质属性时的某些观点，在某些方面触及了信息的本质，有一定的道理。
四、申农的信息理论
(一)申农信息的产生
人们关于通信问题，关于信息的使用以及关于信息的传递和贮存的研究却有悠久的历史。这个过程可以追溯到人类语言的产生。人们，为了互通信息协调的行动，产生了语言。语言就是人类为了通信、为了交流信息而进行的一种创造。文字、图形，是信息传输、贮存的一个更新的阶段。人们使用文字、图形不仅可以表述人们的思想，而且有利于信息的传输。通过文字和图形，各种信息可以贮存起来，流传下去，这使人们对信息的加工处理能力大大提高。人们不仅利用各种语言、文字图形，而且还使用其他的方式去传递信息。非洲一些部落曾还在使用。中国人在古代则发明了烽火通信这一特殊的通信形式。一旦敌人来犯，就点燃烽火报警，烽火就意味着敌情。这实际上就是一个具有两种状态的可能性空间。总之，人类有与人的历史一样长的使用信息的历史。
但长期以来，虽然人们接收、传递、使用信息，却还只是停留在感性阶段，并没有达到理性认识的水平--没有认识到信息的本质，没有形成关于信息的理论。这个工作直到近代，才由申农、维纳等人完成。他们在逐步完善的技术科学和日益成熟的通信理论基础上，创立了信息论。
从技术方面看，在18世纪，随着电磁学的发展，使电信信号沿传输线路传播成为可能。l858年第一次横跨大西洋的电报通信试验成功，开创有线电通信的第一阶段。在第二次世界大战中，通信技术有很大的发展，雷达技术和脉冲技术的迅速发展，产生了各种脉冲通信方法，这为信息论的诞生创造了良好的技术基础。同时，技术的发展还提出了一系列的问题让通信工作者解决。比如在通信过程中，一个突出的问题就是如何提高通信系统传输信息的能力和提高通信的质量问题。也就是既要提高通信的经济性，又要提高它的可靠性的问题，这些问题为研究者提出了进一步研究的课题，促进了信息论的诞生和发展。
申农信息论的诞生还有着一定的理论前提。比如在关于信息量概念问题上，1877年左右，波尔兹曼就导出了熵同状态概率之间的数学关系，提出了"熵是关于物理系统状态的不定性的测度"的思想。l918年，统计学家费歇因为需要一个标准来估计实验数据内的信息被某一给定的统计方法所利用的程度，也探讨了关于信息的度量问题。1928年，哈特莱明确提出了关于信息量的设想。他认为，电报通信的本质是传输送信者所选择的信息，而收信方而是把那个信息再现出来，这时如不考虑信息所表达的具体内容，即排除与通信技术无关的语义方面的因素，那么所谓"通信"可以认为是从可能的信息的全体集合中选择一个信息。哈特莱假没可能的信息源为有限个(用表示)，则从可能的集合中选出一个信息所带来的信息量(用H表示)可以用下式表示：H=Log，哈特莱的这一思想是申农信息量概念的理论基础。申农说："奈魁斯特和哈特莱的有关文章已奠定了这一理论的基础"。④除了信息量的概念之外，在申农之前早已有人对噪声进行了研究。1936年和1941年，兰顿就讨论过噪声的波形．发现了噪声峰值与效率之间的数量关系。l940年，弗朗兹从数学上讨论了用检波器滤除射频接收机噪声的问题，1943年，曼恩及1947年泷保夫分别用数学方法对噪声波形作了细致的讨论。l944年和l948年，赖特在《贝尔电讯技术杂志》上，发表了《随机噪声的数学》和随机噪声迭加正弦的统汁特征两篇论文，这些成果对信息论中的"有噪声通道"理论。具有十分直接的影响。
另一方面，申农之所以能创立信息论，与哲学，方面和数学方面的思想上的创新也是分不开的。在17世纪至19世纪，科学领域中是机械的自然观占据统治地位，这种观点否认偶然性因素，企图用拉普拉斯的机械决定论思想去解释一切。绝大多数自然科学家在这种形而上学思想束缚下，按照机械决定论思考问题的时候．美国物理学家吉布斯和奥地利物理学家波尔兹曼却首先把统计学引人物理领域，使物理学对客观世界中存在的不确定性和偶然性不得不加以考虑。吉布斯把偶然性作为一种科学方法引入物理学，这在物理领域对机械决定论给予了猛烈的冲击。波尔兹曼则把熵函数引入统计物理学，对熵作出了微观解释，并把熵和信息联系起来。偶然性和熵函数引入自然科学领域，为信息论产生提供哲学的和数学的思想前提。
正是在这样的基础上，申农创立了信息论。他提出了信息量的概念，用概率论和数理统计为工具，定量的描绘了信息的传输和提取方面的问题，还提出了通信系统模型和编码定律等有关信息的理论。
与此同时，控制论的创始人维纳则从控制和通信的角度研究了信息问题。他把人、动物、机器的行为控制问题与通信过程联系起来，把信息概念推广到控制领域，并从自动控制的角度研究了信号被噪声干扰时的信号处理问题，建立起维纳"滤波理论"。
而费希尔则从古典力学角度研究了信息的量度问题。正是在申农和许多科学家的努力下，信息论诞生了，可以说，信息论产生是时代的产物，是科学发展的必然结果。
(二)信息论的基本内容
1．申农的通信系统模型
在《通信的数学理论》一文中，申农提出了一个通信系统模型，在申农看来，
通信就是由信源发出消息，经过编码形成一种适合于发出的信号，这种信号与传输中的噪声一起被传输到接收端，然后经译码识别变成消息而为信宿所接收的过程。任何一种通信都可以被看成文样的一个讨释扫。都可以抽象成如下的模型!
图7-1
对模犁所涉及的各有关概念，可分别作如下表述：
(1)信源：信源是信息的来源。当天空巾的·颗超新星爆发时，其耀眼的亮光给我们带来了关于这个超新星的信息。我们说这个超新星就是信源。某人给我们写了一封信，带来了某种信息。信息是从那个人那里来的，那个人就是一个信源。信源町以是世界上的任何一种东西。对具体的信息过程来说，信源可以有无穷多样的形态。但归结起来，大体上有四大类：自然事物、人造物、人以及客观事件。信源向外发出信息的过程是一个随机过程。某人来信所谈的是什么，不是什么，是不可能预先确定的，否则就不能带来任何信息。根据信源随机变量可能取值范围和信息输的状态，信源又可被分为连续信源和离散信源。连续信源是给出连续变化输出的信源，随机变量的取值范围是一个连续区间。例如，当对着话筒讲话或演奏音乐时，话筒输l叶；的信号在任何时刻，在某个范围内能取无穷多个数值。离散信源足只能输有限数量消息的信源，其随机变量的取值不是一个连续区间而是一个离散集合。比如书本上接连出现的印刷符号，抛掷硬币时接连...现的正面、反面、正面......等等。
信源发出的信息在其传输时必须依附于一定的载体。从信源向外传输的，实际上是包含着某种信息的消息，这种消息或者是某种符弓(文字、图象)或者某种信号(语言、电磁波信号)等等。消息一般可以被认为是信息的载体，它载荷着信息。
信源的核心问题是它所包含的信息到底有多少的问题，信源的平均信息最以H(X)值来表示。
(2)编码和译码
编码就是把信息变换成发送的信号，并对信号进行加工处理的措施。码就是一定规律排列起来的符号序列。编码的过程就是符号排列起来的符号序列。编码的过程就是符号排列的过程。打电报就足这样的过程。我们的思想必须首先用语言或者文字表述出来，但这无法直接以电报的形式把它传输出去，还必须由译电员译码，这其实就是在编码。然后通过一定的设备才能转换成脉冲信号，通过信道反它传输出去。
编码分为两部分，一是信源编码，就是把信源输出的符号序列，用某个给定的字母表中组成最佳字母(又称为码字)。如把要传输的信息用语言文字的形式表现出来的过程是信道编码。把输入的消息成适合于在信息中传输的信号，使经过编码后的信息成为不容易为干扰所弄错的形式。如现代的通信中，把消息编成二元码形式的做法。在通信过程中，消息常常不是只经过一次编码就能送于信息进行传输的，而往往经过多次编码才能在信道中进行传输。
泽码和编码的过程正好相反，它其实是编码过程的反变换。信源所发出的信息，在信息传输时就成了信号。这个信号并不能为信宿所理解，因而在信源和信宿之间，还必须有个译码过程，把所接收到信号还原成}削急，即用一定的文字、图象把这个信号表示来，所以译码也就是译成语占所能表达的思想内容，变成原来的信息。比如，在发电报时，在接收端所收到的是一组长短不同的电脉冲信号，把它表示出来，就成了一组组阿拉伯数字，而要想为收信者所理解，还要把它们按译码规则变成日常的语言文字。
(3)信道和噪声
信道是信息传递的通道。一个信息从信源发出后，必须经过一定的信道才能传到信宿。比如当外地个朋友想把他情况告诉你时，可以打电话，可以写信，也可以捎口信。这里的电话、书信、捎口信的人就成为特定的通信系统的信道。没有这样的信道，信息就无法传输。可见，信道是构成信息流通系统的最重要部分之一。具体的信道多种多样，但从总体上划分为二人类：一是有线信道如同轴电缆，光导纤维等，二是无线信道如自由空间，电离层等等。当然在具体传递某个信息时，不一定只用一一种信道，而往往是多种信道联用。
信道的主要问题是它最多能传递多少信息，即信道的容量问题。它要求以最大的速率传递最大的信息量。这就要求在单位时间内，要传递一定数量的信息，选择的通信容量既不能太小，又不能太大。如要太小，信息就不能及时传递出去而造成耽误；如果太大，一则造成浪费，二则随信道容量的不断增大，传递中的干扰就会越来越人，以致而影响信息传输的可靠性。因此其大小应有一个合理的限度。信道的任务主要是为了传递信息，但是在信息传输过程中，从一定意义上看这种传输过程又变成了信息的储存过程，信通也就成了信息的贮存所。比如，用书信传递消息，写信人把信息用文字形式写在纸上，然后通过邮寄到收信人手里，这既是一个信息传输过程，又是一个信息的贮存过程，信息被贮存在纸上。
信息在信道传输的过程中，必然要受到噪声的干扰。这就使得接收端收到消息中不仅有信号，而且还有噪声。即实际收到的是信号和噪声的合成。由于这种情况，客观上在接收与发送的消息之间就出现了差别。噪声影响通信效果，因此，为了保证通信的可靠性，必须尽量减少通信系统中的噪声干扰。千百年来，人们积累了许多抗干扰的经验，在现代通信中，也形成了一整套滤波理论。比如，我们平时采用的提高通信的通信的剩余度，让信息沿着同一通道重复传递或者用完全不同的通道来传递同一个信息，再把各种结果拿来对比、分析的做法。现代通信技术中，抗干扰信号常常采用阻抗滤波法。所谓阻抗滤波，广义讲也就是找到干扰和携带信息的信号之间的本质差别，通过使用一种装置或手段，让干扰信号过不去，而使携带信息的信号能顺利通过的方法。如不同的无线电台利用不同频率的无线电波把信号发送出去，收音机的天线虽然把这些节日都接收下来．但收音机中的滤波器和使其他相应的装置，利用不同节目的无线电的频率不同，某一节目相应的无线电频率得以通过，而拒绝其他频率的节目通过。另外还有反馈滤波法，同步滤波法，以及为了排除信息传递中的主观干扰而把信息和它的重要性放在一起，即让信息带上"情调"一起传递去的滤波法等等。
总之，为了保证通信的可靠性，必须千方白计降低下扰，滤波就是降低干扰主要措施。
(4)信宿
信宿指的是信息的接收者，它是组成通信系统基本要素之一。通信的目的就是要解除接收端对发送的消息的不确定性。要达到这个目的，不仅依赖于信源可能发的各种消息概率分布，取决于信道是滞能把消息准确及时送出，而且还依赖于信宿的状态。对信宿而言，信源发出的消息或符号是不确定的，收到一个消息后，人们获得了信息，消除了原有的不确定性。但是，如果传输过去的信息的内容是接收端预先就知道的，那就没有起到消除不确定性的作用。如果在信源和信宿间没自公共住信息库，也不能消除终端的不确定性，也不能获得信息。就像一个人用英语对另一个不懂英语的人讲述某个事情，虽然其中包含许多信息，但由于没有共同语言，对方仍然没有从中获得应有的信息。
信宿在实际生活中是多种多样的，可以是人，也可以是机器。一般意义上能够接收信息的一切东西，在一定条件下，都可视为信宿。
申农的这一通信系统模型具有一般的意义。一方面，它适合于通信系统，任何通信系统都可以看成由这几部分所组成，无论是复杂的还是简单的系统。另一方面，也可以推广到其他一些非通信有信息活动的系统：任何一个信息系统，要发出信息、传递信息、接收信息，就必须相应地有信源、信宿和信道等要素构成一个信息系统。这一通信系统模型适合于一切有信息活动的地方。
第三节 维纳与控制论
在上一节"申农与信息论"中，我们已经初步了解了信息论的基本问题。但仅此是不够的，因为"控制工程的问题和通讯工程的问题是不能区分开来的。"事实上，任何信息运动都存在于控制系统之中。当然，一切控制系统也都离不开信息的运动。从信息的观点看，可以认为控制系统是一种信息系统，二者密不可分。要整体地把握客观自然界从存在到演化的发展图景，就不但要了解其信息运动变化过程，还要掌握信息运动过程赖以实现的控制过程。
一、信息过程与控制过程
所谓信息过程，指的乃是从信息产生(信源)到信息接收(信宿)的信息运动全过程。这一过程可以用如下广框图来表示。(图7-2)
所谓控制过程，指的乃是一个具有特定组织系统中，为达到某一目的而进行的选择、涮整过程。其方框图如(图7-3)所示。
图7-3
无论是从控制的抑或信息的观点看，上述两类系统其实是·致的。信息过程必须依靠控制系统米完成，控制过程又必须仰赖信息过程来实现。我们从信息的观点把图(7-2)与图(7-3)结合起来，就可以得到一个表征两类系统的新的方框图：
图7-4
在7-4中，控制目的相当于信源，施控装置相当于信息系统中的信息处理与输出。受控装置相当于信宿，其输出信息大致和信息系统巾经过译码后所收到的消息一样。反馈信息的出现是为了保证控制系统在干扰信号影响下仍能正常、可靠地运行，其作用和信息系统中信息反馈可以保证信息传输的有效和可靠是一样的。
用信息的观点来分析这一作为信息系统的控制论系统，可以发现控制过程中控制系统的输入最主要的是信息的输入，而不是物质或能量的输入。在控制过程中，受控对象所完成的物质和能量的传递和改变，是通过带有信息的极小的物质和能量来控制的，信息的控制与转换，是实现控制过程的基础。至于在传递信息中采用什么控制力式以及耗费了多少物质和能量则是次要的。
为什么我们要把一个控制过程唰时又看作是一个信息过程呢?原因主要有两个：其一是信息过程和控制过程从本质上讲是一致的，根本就无法将它们人为地分开。控制论和信息论分别从不同侧面去研究完全是基于方法上的考虑，是为了更方便、更容易地处理问题。而作为我们全面认识这两个过程，就不能不把它们结合在一起。其二就是可以更方便地对控制论进行定量研究。我们知道，信息论在某种意义上可以被视为是一门应用数学的理论。信息论作为统计数学与通讯理论相结合的产物，具有相当高的数量化水平，如果我们能把任一控制系统作为信息来看待，就完全可能把控制过程作为一个信息过程而用信息论的方法进行量化处理。一旦控制理论的研究突破技术层次上的自动控制理论而发展到具有形式化、数量化水平的更一般的控制理论，就标志着控制王单论获得了突破性进展。
二、维纳的控制理论
(一)什么叫控制论
控制论(Cvbe日ics)一词是从希腊文KvB1Tfn演变而来的。在古希腊有些文献中用这个词表示掌舵人，在柏拉图的《高尔吉亚》篇中，又用来指驾船术或操舵术。有时，柏拉图也用这个词来表示管理人的艺术。柏手图的学生亚罩士多德在其《政治学》第五册中进一步发展了柏拉图的思想，他认为管理一个政治团体或一个国家就如同驾驶一艘航船一样，必须实行控制。近代著名的法国物理学家安培，也认为"控制论"就是管理国家的科学。维纳在创立控制论之初就提出控制论不仅应该是一种机器理论，而且应该能够运用于社会领域。而控制论一词，恰好贴切地反映了维纳的这一思想，于是，维纳在为他所创立的这门学科命名时，就选择了控制论一词。
从1948年控制论诞生到现在，已经四十年过去了，但始终没有一个公认的控制沦的定义。在国际上，目前已经提出了控制论的定义就达几十种之多，而其中最经典的、带有权威性的定义是维纳关于控制论的定义。
我们知道，维纳《控制论》一书的副标题就是"或关于在动物和机器中控制和通讯的科学"。这里，维纳已经明确的表示了控制论的研究对象，就是生物领域和技术领域中都存在的控制和通讯过程。从维纳所给出的这个定义中，我们可以看到他主要是从两个方面来理解控制论的。第一，从通讯的角度来理论控制论。维纳认为通讯和控制系统的共同特点在于都包含着一个信息处理和变换的能动过程，反过来，一切通讯系统也都是控制系统。第二，从人一一机关系方面来看控制论。维纳认为，控制论的主要任务是要研究生物系统和技术系统问的控制功能。
1951年，维纳在《人当做人来使用》一书中又进一步指出控制论是对机械、生物体和社会消息中某种同构性的分析研究。维纳这个定义的出发点就在于他承认了电子计算机、生物体、人类社会和思维之间存在有相似性，即他们之间遵循着某种共同的规律，这种规律性集中地表现在控制与通讯过程之中。控制论就是研究关于自然、社会和人类思维的控制和通讯的共同规律的科学。
维纳关于控制论的定义，是一个最基本的、经典的定义，后来的许多控制沦定义，都与这一定义相似。如著名科学家李雅普诺夫在其《关于控制论的一些普遍问题》一文中就指出："通常，我们是把研究机器和生命有机体中控制过程和操纵过程的科学领域称为控制论"。①前苏联和东欧在60年代所持自的流行观点认为控制论"是关于技术设备、生命机体以及人类组织中控制过程和控制系统的一般特征的科学"。是"关于自动机器与生物体中控制与通讯方面一些共同问题的各种理论，假说和观点的总和"。②这些定义和维纳的定义是基本一致的。
关于控制论的另一经典定义是控制论的另一创始人艾什比提出的。艾什比认为控制论就是一种机器的理论。这里必须注意，艾什比认为控制论虽然是作为一种"机器的理论"而存在着，但它实际研究的是一切"可能的机器"，至于其中有的机器是否被人或自然界创造出来，对它倒是次要的"，④换言之，控制论研究的"不是物体而是动作方式，它并不深究这是什么东西，而要研究它做什么......控制论本质上是研究机能和动态的。"④正因为如此，控制论才能够超脱于具体机器、生物体以及社会的具体构造性，能够突破工程与非工程的界线，甚至跨越自然科学和社会科学两大领域，为人们对这些系统的研究提供了一种横断的方法。
与艾什比的定义相类似的还有一些。如苏联学者茹科夫就认为控制论不是普通的专门科学，它是研究物质运动某种形式范围内科学发展的一种新的方法，甚至"应该首先把功能方法本身当作控制论对象"。即控制论是研究组织界的各种功能系统的科学。前民主德国的哲学家克劳斯在其《从哲学看控制论》一书中也认为"控制论不仅研究现存的和已知的机器的行为方式，而且要成为关于可能的机器的行为方式的理论"。
从维纳和艾什比的定义中可以看出，它们在总的方面是并不矛盾的，但其侧重点不一样。维纳等人的定义基本上是具体的控制系统的控制形式上来考虑问题，他们认为控制论的研究重点在于控制系统的控制和调节的一般规律。艾什比等人则把控制论理解为研究某种过程的方法，从方法论的角度，它们首先把功能方法本身当作了控制论的研究对象。他们认为，控制论，"应该不仅是，显然主要不是，沿着把它作为独立学科进行教学的路线进行，而应当是在生物科学、社会科学和技术科学中揭示和考虑控制论的方法"。②
当我们把上述看法综合起来看待，就基本上可以获得一个关于什控制论的大概认识。当然，要想真正了解什么是控制论，还需要在系统学习的基础上逐步加深理解。
(二)控制论产生的历史条件
控制沦的产生有着其深刻的历史性必然性b这可以从它产生的技术前提、理论背景及其社会条件二个方面来加以说明。
从历史上来看，早在2000多年前的古代，人类就已经发明并使用了一些简单的自动控制装置。据古埃及流传下来的《气体力学》一书记载，早在公元前2世纪左右，古埃及的亚历山大城的祭司为了向虔诚的人们证明上帝就在他们身边，曾利用自动装置显示各种"圣迹"。比如当时亚历山大城的著名发明家海隆就制造了圣火点燃后，教堂大门会自动打开的自动启门装置以及向一个箱子投掷硬币，箱子会自动打开的自动向朝拜者发放圣水的自售装置。中国秦汉时期发明的指南车，是一种更早的、依靠齿轮系统作用实行自控制的方向装置。指南车上立着的木人，只要开始行车时手臂向南指，那么以后不管车子向任何方向转弯，木人的手臂始终指向南。最早创造并使用自动控制装置的也许是古希腊人。据传说，古希腊人当时不但在某些剧院中使用r自动设置、改变舞台布景、开关剧院大门的自动装置，而且已经能制造出简单的机器人并登台表演。
尽管古人已经可以制造出几乎令现代人也膛目结舌的自动控制装置，但当时的自动控制技术并没有得到普及和应用则是肯定的。这种现状直到中世纪仍未根本改观，人们对自动控制装置依然感到神秘莫测。l3世纪德国自然科学家大阿尔伯特制造了一个可以自动开门、关门的铁人，竞惹恼了著名神学家托马斯阿奎那，他一时冲动，用锤子把这具有"妖术"的铁人砸个粉碎。文艺复兴时期伟大的工程师达·芬奇制造了一头机器狮。当这头狮子在富丽堂皇的金銮殿上自由走动，并在路易十二的宝座前停下，用爪子打开自己的胸膛，把路易王朝世代相传国徽的象征一一白百合花一～洒落在国王脚下时，竞使举朝哗动。这都说明了当时的自动控制技术，并不为一般人所了解和掌握。文艺复兴以后，自动控制技术开始获得较广泛的运用，人们已经能制造出诸如吹长笛的演奏者、拉风琴的女音乐家、唱歌的小鸟、喝水的鸭子以及能写字的机器人等非常复杂的、按严格程序设计的自动控制装置，但这些装置主要是供百无聊赖的显贵们取乐的玩物。真正对控制理论产生影响的技术装置，是随着资本主义生产方式的形成和发展，尤其是第一次工业革命的出现而出现的生产领域中的自动控制装置。
资本主义的生产方式大致经历了三个时期：简单协作、工场手工业和机器大工业。在机器大工业时期，随着生产工具的改进，自动装置也取得了相应的进展，最有代表性的是钟表和磨。马克思对当时的这种状况曾有一个很好的分析，他说："从十六世纪到十八世纪中期，即工场手工业一直发展到真正的大工业时期，在工场手工业内部为机器工业做好准备的两种物质基础，即钟表和磨......钟表是应用于实际目的的自动机器"。①
钟表实际上是一种利用齿轮系传递发条动力，利用擒纵机构来控制摆轮的周期性摆动的自动控制装置。维纳认为，一切形式的自动机实际上都是以封闭式的钟表为基础的。风磨和水磨的自动控制则是利用振动器来控制进入磨盘中的谷粒数量从而达到稳定磨盘转速的一种白控制装置。这些都属于最简单的按偏差进行补偿的自动控制系统。
在生产技术中具有典型意义的自动控制装置，是詹姆斯·瓦特1787年发明的安装在蒸汽机上的离心式调速器。这种调速器已经体现了初步的反馈思想。
在瓦特的这种调速器上装两个球，球的运动与从锅炉中放出蒸汽的阀门相联系。当蒸汽机转数增大，调速器亦随之加快旋转，小球在离心离作用下向外分开，阀门趋向关闭，蒸汽供应减少。当蒸汽量减少时，蒸汽机转数减小，调速器亦随之转动放慢，两小球接近阀门趋向开放、蒸汽供应增多。蒸汽机的速度就这样通过调节器而自动调节。
瓦特调速器的发明，标志着控制论思想已经进入了一个重要时期。现代的自动控制装置，在具体结构和自动控制的物理过程方面尽管和瓦特的调速器有很大差别，但基本思想和控制方式都和200年前瓦特的基本思想是一致的。当然，瓦特的调速器并不像人们期望的那样，果真能将蒸汽机稳定在一定值上，而是忽大忽小剧烈振动。著名物理学家麦克斯韦l868年发表了一篇关于调速器的文章，首先从理论上解释了这种不稳定现象，他用微分方程来描写蒸汽机的运动，发现了不稳定原因，于是他提出了一个如何判定稳定性的代数判据。这一判据后来被数学家罗斯和赫维茨推广到多阶微分方程中，成了经典控制论中很有实用价值的判据。麦克斯韦对反馈所作的理论阐述以及数学上进行的探讨是控制论发展史上的一件大事。因而，包括维纳在内的很多控制论学者，都认为麦克斯韦是控制论的先驱者。维纳在其《控制论》一书的导言中说道："我们决定把这个关于既是机器中又是动物中的控制和通信理论的整个理论叫做(Cybern日ics)......是想用它来纪念关于反馈机构的第一篇重要论文，这是麦克斯韦在1868年发表的一篇关于调速器的文章。"①
对控制论产生的直接影响的技术成就，应该是无线电电子学和通讯工程技术的进展，特别是电子计算机的发明和应用。
电子计算机的出现，是人类智力解放的重要标志之一，l945年第一台通用电子计算"埃隆阿克"(ENIAc)研制成功，1949年，第一台"程序内存"型电子计算机问世。"程序内存"使得计算机的全部运算成为真正的自动过程，为控制论以后提出的任务的实现准备了技术上的条件。
通信技术的发展也深刻地影响到了控制论的产牛，特别是通信中的滤波问题，受到维纳的高度重视。他后来提出的维纳滤波理论开创了线性控制理论的研究。尤其是他研究了控制论与通信理论的内在联系，紧紧抓住了通信技术中最本质的东西--信息，用统计的观点来说明通信和控制问题。这一思想成为控制论建立的重要基础之一。控制论的产生，除了得力于当时的技术条件之外，还和当时数学、物理学以及神经生理学等学科的理论成就有关。这些学科的发展成为了控制论重要的理论前提。对于一个机器理论来讲，保持其严格科学性和通用性最有力的工具是数学。"控制论本身就是一门十分接近数学的学科"，②早在控制论形成之前的伺服机构理论就已经广泛用了微分方程，理论控制论的形成及其发展自始至终与数学分析密不可分。此外，像经典数学中的勒贝尔积分、变分法、泛函分析等都曾为控制论描述和处理比较复杂的控制论系统提供了有效的工具。这里最值得一提的是统计数学对控制论的建立所起的巨大作用。"统计数学对于控制论之所以重要，是由自动控制装置本身的特点所决定的。任意一个自动装置都处于不断变化的环境之中，它的自动性表现在它具有自动适应这种不断变化着的外界环境的能力。外界环境和自动装置所采取的对策，都是具有多种可能而不确定的。可是，这种不确定性与可能情况选择又不是完全没有规律的，而是在一定条件下具有一定概率分布，因而服从于一定的统计规律，这就不能不运用统计数学。"④
19世纪末20世纪初，由吉布斯建立起来的物理学的重要理论之一的统计力学，对于控制论的建立同样起了决定性的作用。
吉布斯是一个数学家，但他对物理学问题很有研究。他在研究牛顿力学时发现：牛顿力学所处理的系统都是具有已知初始速度和初始动量的单个系统，这一系统按照牛顿力学规律精确地运用着，只要我们知道了运动的初始状态就能肯定地预见到它在今后某一确定状态。而事实上在绝大多数情况下要满足这种条件是不容易的。吉布斯看到了牛顿力学所表现出的极大局限性，毅然将统计数学引入物理学，打破了牛顿机械决定论对物理学的统治。在这方面作出突出贡献的还有著名物理学家波尔兹曼。把统计数学引入物理学这一工作，早在麦克斯韦时代就已经考虑过了，"吉布斯和波尔兹曼的贡献在于把统计学更彻底地引入物理学，使统计方法不仅对极其复杂的系统有效，而且对于像力场中的单个粒子这样的简单系统有效。"②
维纳在自己的研究中同样发现了控制论所面对的问题，也是无法用基于牛顿力学的传统力学来解决的。自动控制的特点就在于它能根据周围环境的某些变化来决定和调整自己的运动，而这种调节只能在一定的可能性空间内完成。显然，要建立关于自动控制的理论，不突破传统的力学方法，不摆脱机械决定论的束缚是绝对不可能的。维纳为了给控制论提供一个坚实的物理学基础就转向研究物理学中的统计理论。维纳在1919年研究勒贝尔积分时，就已经开始酝酿控制论的思想。他在研究随机现象中的布朗运动以及大批的统计力学问题中，找到了吉布斯统计力学作为从几率观点来研究随机物理现象的工具。当然，经典的统计力学本身还不完全能够满足控制论的需要，正如维纳所说的："吉布斯的上作虽然想法很好，但做得很差，因此他所开创的工作还有待其他人来完成"。维纳甚至认为："这样的统计力学是不能直接用来研究控制论的"。于是，维纳就着手批判并改造了吉布斯的经典统计力学。吉布斯力学处理的是那种自发的趋向平衡的系统和过程，而维纳认为一个控制系统不是一个孤立的系统，而是一个与周围环境密切联系的系统。因此，在控制系统中经常发生熵减少的过程。正是为了解决这一问题，维纳在其《控制论》中提出了时间系列的统计力学问题，从而成功地把控制论建立在了统计理论的基础之上，使得关于自动控制的研究进入了一个更高阶段。
除了数学物理学之外，控制论在建立之初，还有一个重要的理论前提，这就是神经生理学。
经典的神经生理学与心理学，主要是用反身概念来解释人的心理活动和生理机制的。由笛卡尔、谢灵顿、谢灵顿、谢切诺夫、巴甫洛夫等人逐步建立起来的反射概念，尤其是巴甫洛夫的高级神经活动学说，为控制论提供了描述人类某些智能生理机制的理论前提。本世纪30年代坎农等人提出的稳态概念，更直接为控制论的诞生奠定了基础。
除了上述理论外，作为人类研究的思维重要成果之一的数理逻辑，同样与控制沦的建立密切相关。数理逻辑是由17世纪的莱布尼兹首先提出，经布尔创立以及弗雷格、哥德尔、塔斯基、罗素等人发展完善，到本世纪30年代初具规模的一门学科。早期数理逻辑的发展与实际应用之间的联系不是十分明显，直到40年代，人们将命题演算、布尔代数运用于线路设计，才开了数理逻辑应用的先河。由于控制论所研究的问题，既涉及连续量，又涉及离散量，因而数理逻辑的理论对于控制论，尤其对控制论中的智能模研究具有十分重要的意义。数理逻辑很自然就构成了控制论的理论基础中的一个重要部分。
这里还有一个重要的理论背景就是：自然科学进入20世纪以来，从整个科学发展的趋势看．有一个质的变化，自然科学已经由分散独立的研究，逐步走向一体化．呈现出一种既高度分化又高度综合的整体化发展趋势。那么，作为各学科相互渗透、相互吸引而产生的控制论这门横断科学。它超脱于各门具体学科之上，因而适应了这一理论综合趋势的需要，这种各学科相互作用而产生的理论大背景，正好成为控制论产生与发展的得天独厚的条件。
控制论的产生，除了有其直接的理论背景和技术前提之外，社会条件的影响作用也是不容忽视的。
从整个社会的发展来看，进人20世纪以来，人机之间的矛盾日益突出。一方面，人们希望从技术操作上最大限度的挖掘人的潜力，生产的发展日趋系列化、精确化、高速化。另一方面，南于人机之间的关系在本世纪之前还基本上是一种简单的线性相互作用，(如图75)随着机器的不断改进、复杂化、精密化程度的不断提高，以及要求人们在快速生产过程中保证不}H误差，人们就很难适应这种要求。人们对机器的控制阈值愈来愈多，如生理阈值、心理阈值、社会阈值......这种线性控制的局限性就暴露出来。为了克服这种控制阈值，提高劳动生产率，人类很自然的期望现代生产向自动化发展，希望对机器实行一种自动控制。(如图76)人们希望能够用一种技术装置不仅减轻以至代替人的体力劳动，而且在某种程度上使智力劳动得以解放，由机器来承担控制的功能。这种对技术装置的自动化要求，成为控制论产生的重要的社会条件．
(三)控制论的形成
控制论的形成和发展大致可分为三个阶段：1942年以前的酝酿阶段；1943年--1948年的形成阶段；1948年以后的发展阶段。这里我们重点介绍前两上阶段，1948年以后的发展情况将在本章第四节详细介绍。
如前所述，控制论的创始人维纳早在1919年就萌发了控制论的思想。从20年代到30年代，他在与万涅瓦·布希博士共同进行计算机方面的研究以及和中国学者李郁荣博士合作进行电网络设计的研究时，接触到许多问题引起了他对机器运算的兴趣。但真正形成控制论思想并着手加以研究，则是第二次世界大战时期他从事设计防空火力自动控制装置的理论工作时开始的。
在战争期间，德国的空军优势和同盟军的防御劣势使科学家的注意力转向改进防空武器的工作。当时德国先进的战斗机的进速已提高到600公里以上，飞行的高速度使得古老的火力瞄准方法变得陈旧无用，战争迫切要求人们尽快研制一种能自动跟踪和准确打击高速飞行物的防空武器装置。l940年前后，美国政府专门委托维纳和工程师别格罗负责研究并解决这个问题。从现在来看，维纳当时参加的火炮自动控制系统的研制工作，对控制论的诞生具有决定性意义。
维纳当时研究了随机过程预测，滤波理论在自动火炮上的运用，为控制理论提供了数学方法。维纳的高明之处就在于他并没有把自己局限在自动装置的具体构造性上，他把火炮自动打飞机的动作与人的拣铅笔的动作作了类比，从而发现了重要的反馈概念。他进而猜测反馈也是神经系统的重要特征，负反馈有町能在人的控制机制中起着重要作用。为了证实这个设想，他请教了他的老朋友，当时在哈佛医学学校工作的生理学家罗森勃吕特。他"向罗森勃吕特博士提出了一个特殊问题：有没有这样一种病理条件，在这种病理条件下，病人在试图去实现象拣铅笔那样的的随意动作时，超过了目的物，然后发生了一种控制的摆动?罗森勃吕特博士立即回答我们说，确有这样一种大家熟知的情况，它叫做目的震颤，常常因小脑受伤而引起。罗森特吕特的回答使维纳欣喜若狂，因为人拣铅笔的行为和火炮自动跟踪的相似性，说明了人的日的性行为可以用反馈概念来予以说明，从而突破了生命与非生命的的界限，把目的行为这个生物所特有的概念赋于机器。维纳充分认识到了这个课题的重要性，于是他和别格罗、罗森勃吕特三个人在1943年就这一问题合作发表了题为《行为、目的和目的论》的文章。文章从反馈角度研究了目的性行为，找出了神经系统和自动机之间的一致性，这一文章被后人公认为控制论的第一篇奠基性文章。维纳后来在控制论的一书中曾回忆了这篇文章写作的经过，他说："我们三个人觉得这个新观点值得写成一篇论文，我们就写出来并且发表了。罗森勃吕特博士和我预见到这篇论文只能够是一个宏大的实验工作计划的开头，我们想，如果我们建立一个介乎各门科学之间的科学部门的计划得以实现，这个题目就会成为我们研究活动的几乎是理想的中心。"①从控制论的发展历史看，这篇论文表述了控制论的基本思想，从而成为控制论发展史上的重要里程碑。
控制论的真正诞生是在40年代末的l947年的春天，维纳参加了在法国南锡举行的讨论调和分析的问题的数学会议。在法国逗留期间，经麻省理工学院特兰纳教授介绍，维纳结识了法国赫曼书店的弗里曼。弗里曼直接了当的要求维纳把他的关于控制论的思想写出来，而在此之前美国竟然没有一家书店愿意出版维纳有关控制论的著作。维纳接受了这一请求，于l947年底完成了《控制论》一书的写作，并于1948年正式出版，《控制论》一书的出版，标志着控制论作为一门崭新学科诞生了。《控制论》一书尽管还包含了不少未解决的问题，甚至不完备和错误的思想，但在现代科学方法论研究上却实现了真正的突破，它预示了"建立一个介乎各门科学之间的科学部门的计划"就要得以实现了。
三、控制论的进展
自1948年控制论作为一门新兴科学诞生以来，无论在理论上还是在应用上都有很大的进展。从理论上来讲，维纳l961年出了第二版的《控制论》。在再版中，维纳新补充了两章，内容主要涉及自学习，自生殖机器和自组织系统。l962年他发表的《上帝和高兰合股公司》，又一次讨论了自组织系统问题。这些新增内容充分反映了控制论在理论上的进展。当然，从控制论诞生以来的40多年来看，控制沦的进展更突出地表现在应用领域。按照现在的一般观点，控制论在应用领域主要有四个分支，即工程控制论，生物控制论，智能控制论和社会控制论，下面我们分别作一介绍。
(一)工程控制论
究竟什么叫工程控制论?目前国内外尚无统一的看法。从历史的角度看，1945年前后形成的自动控制理论也许已可算作工程控制论的雏形，虽然它与后来形成的工程控制论有比较大的区别。当然，作为学术界比较一致的看法，是认为我国学者钱学森l954年在美国发表的《工程控制论》应作为工程控制论的奠基性著作。
1954年以后逐步发展起来的工程控制论与l945年前后形成的自动控制理论的重要区别之一是它的建立基础不同。工程控制论是将控制论运用于工程技术方面而形成的自动控制理论，而l945年前后形成的自动控制理论则是以伺服机构理论为核心。下程控制论虽然借鉴和吸收了许多伺服机构理论的成果，但在基本理论和方法的运用上又有创造性的突破。
从工程控制论自身的发展来看，近四十年来，内容也是在不断地丰富着的。按照工程控制论的研究对象、提出任务、分析方法和工具的不同，我们通常将工程控制论划分为三个阶段，即50年代前后的经典控制理论、60至70年代的现代控制理论以及70年代以后的大系统控制理论。
(二)现代控制理论
60年代前后，丰要由于空间技术、导弹系统、人造卫星、航天系统等科学技术迅速发展，对自动控制提出了高性能、高精密度的要求，由此，工程控制论的研究对象发生了变化。它必须从理论上要求，由此，工程控制论的研究对象发生了变化。它必须从理论上与方法上研究和解决多输入、多输的控制系统，参量随时间变化的时变系统以及非线性系统，而且还要解决最优化以及如何适应环境变化的问题，为了解决这些问题，不仅传递函数这种时域方法不够用了，而且频域方法也不适用了。新的问题要求控制论有新的概念与方法。
现代控制理论研究的对象是多因素控制系统，时变系统，分析方法是状态方程，时域法，重点研究最优化，随机自适应控制，核心装置是电子数字计算机，适用于机组自动化。现代控制理论形成主要标志是卡尔曼(Karan)提出了状态空间方法和能控性与能观测性等新概念，以及与最优控制有关的庞特里雅金等人提出的"极大值原理"和贝尔曼的"动态规划"方法等。这里只简略地说明状态空间方法和能控性，能观测性这些基本概念。
状态空间方法在经典控制理论中也就使用了，但还不是一种主要的方法，在现代控制理论中，这种方法被加以推广和发展，并成为一种主要的有效的方法。在现代控制理论中引入"状态概念"，实际就是说，不再把系统看作是一个黑箱，而是要考虑系统的内部状态，即把状态变量考虑在内。对于这一点，我们用黑箱--灰箱--白箱的理论是不难理解的。从数学方面来说，对于多输入、多输出的系统，由于关系复杂，只有导人状态变量才能使方程的阶数降低，如果我们用数学技巧，适当地选择变量，就能将高阶微分方程表示出来，阶数越高则微分方程的个数越多，在数学上就可以用矢量与矩阵表示。在控制理论中，就便于描述多输入与多输出的多变量系统。它不仅适用于复杂的线性系统，而且可以推广应用于非线性系统、时变系统以及与稳定性的分析与研究，并且便于计算机的应用。所以，它是一种很重要的方法。
状态空间方法与能观测性、能控性的分析和研究也是密切相关的。对于一个控制系统来说，如果我们已知其状态方程与输出方程，那么，就会产生出这样的问题，在对输出经过一段适当时间的观测之后，能否得知这个系统的状态?其次，如果知道了系统的状态，当我们加入适当的输入之后，这个系统能不能达到我们所预期的状态?前一个问题是能观测性问题。后一个问题足能控性问题。能观测性与能控性是一个控制系统的必要条件，否则就难以控制，对于一个控制系统，在求得其状态方程后，就要根据这个方程确定其能观测性与能控性，只有解决这两个条件后，才谈得上这个系统是否具有稳定性的问题。
能观测性是根据系统在适当期间的输出，是否能以所需要的精度来测定系统内部的状态或反应的问题。而能控性则是用现有的控制手段，能否对系统施加影响到所需要的程度问题，也就是能否通过控制使系统达到预定目标的问题。在现代控制理论中，给出系统的状态方程以后，可以推导出完全能观测和能控制的充分必要条件，根据能观测性和能控性的功能，可以证明任意一个线性系统都可以分解为能控又能观、能控不能观、不能控能观、不能控又不能观的四个子系统。其余三种子系统中的隐蔽振荡现象用传递函数来分析与处理就很困难，只能用判别的方法处理。总之，状态空间方法町揭示许多系统内在的更深刻的方法处理。计算机为手段，运用状态空间方法研究多变量复杂系统，是现代控制理论的重要特点，为实现多变量控制和对复杂系统的最优设计指出了新的方向。
(三)大系统控制理论
70年代以来，人们已小再满足现代控制理论中对一般的多变量系统的研究，而希望解决数目更大的多变量系统所涉及的问题。这样，现代控制理论发展到大系统理论就成为历史的必然。一般的控制理论都是在总目标下对某一关键因素或几个因素实行控制，而大系统控制理论要控制的是整个体系的总体性能指标，可以包括整个工厂、城市或国家。1975年，在罗马尼亚召开了第三届国际控制论与系统论会议，主题是经济问题，与会者一致认为，用反馈来调节行为的研究适用于经济控制系统。1978年，在荷兰的阿姆斯特丹召开r第四届国际控制论与系统会议，对人类社会各种系统进行管理，即社会控制是这次会议讨论的中心议题。现在已经可以看到以电子计算机为技术工具，运用现代控制论的概念和方法来研究大型工业企业的管理系统以至于生态系统，经济系统和社会系统，已成为可能。正是大系统理论的出现，使工程控制研究扩展到生物领域，进而深入到社会领域和思维领域。
大系统是规模巨大的系统。其特点是：其一，规模庞大，主要指元件、部件多，包含着许多了系统。其二，结构复杂，主要指各元件、部件、子系统之间的联系复杂。其三，功能综合，表现为大系统往往具有多个目标，其中的某些目标之间还可以是相互克制或矛盾的。其四，因素众多，主要指大系统所处的内外环境十分复杂，受到的干扰与影响多，所以大系统往往是多输入、多输出、多干扰的多变量的系统。在有的大系统中，不仅包含"物"的因素，而且包含"人"的因素。其五，大系统在控制与管理之间很难找出一条明确的界限。它既可以从控制的角度来分析与处理，也可以从管理科学的角度来分析与处理。
大系统的控制结构。无论任何一个大系统的元件、部件与子系统，都要为了实现一定的控制功能而构成一定的控制结构。它们大体上可以分为三类：第一种类型是多级控制或递阶控制，即对不同的递阶实行不同的控制。一个大的控制系统分为三级递阶结构，一级是运用一些调节装置进行局部控制级，二是实现过程的最优化进行递阶控制级，三级是协调与组织管理称为协调控制级。第二种类型是多层控制。即按任务或功能分层，在各层次之间存在着不同的分工，一般来说，层次越高，任务或功能越复杂，干扰的变化也较慢；反之，低层的任务或功能较单纯，干扰的变化也较快。例如电子系统为了保证安全供电，其任务往往分为预防层，恢复层和紧急层，以对付各种影响安全的扰动。第三种类型是多段控制，即按被控制对象的时序分段。例如，导弹的弹道可以分解为主动段、惯性飞段和末制导段。
大系统理论所运动用的主要是模型化方法。对于一个大系统来说，尽管因素众多、结构复杂，也必须进行定性与定量的研究，这就要建立大系统模型。首先要建立它的数学模型，用数学表达或来规划系统的各种性能。其次，还要建立它的网络模型。为此，要作出必要的网络图、流程图、程序框图和计划评审图等。最后还要建立物理模型。这是因为大系统往往与技术指标、经济效益和社会影响有关，分析与设计一个大系统，通过建立物理模型，以便进行大系统仿真。在建立模型的过程中，逻辑方法起着很重要的作用。从控制论方法来看，一个大系统可能是黑箱、灰箱或白箱。在建立模型时，要根据不同的情况，运用演绎和归纳相结合的方法求出模型。
关于大系统的数学模型，由于因素众多和结构复杂使得即使是确定型的数学模型，其方程的阶数一般也是较高的，大大超过经典控制理论所常见到的二阶或三阶的范围，甚至可能达到几十、几百甚至上千阶的高度。同时出现的方程个数也可能是大量的。这些情况甚至使得高速度的计算机都无能为力。这就是大系统数学模型的维数灾。因此，从60年代末开始，现代控制理论与大系统理论研究模型的降阶问题，或称为模型简化的问题，就成了大系统控制理论研究的一个重要问题。从目前来看，模型简化的数学方法主要有两种：一种是集结法(Aggregation)，另一种是摄动法(Perturbation 0集结法只能适用于线性系统，而摄动法则不仪适用于线性系统，还能应用于非线性系统，因而是一种更有用的数学工具。
(四)生物控制论
生物控制论主要研究生物系统的控制过程和信息运动规律，它涉及神经系统、生理调节系统、内分泌系统、肌肉运动系统等。它是从生物系统的各个部分及其与外部环境的相百联系和相互制约巾研究对象的运动运动规律。由于存在各种不同类型的生物，存在不同结构层次和不同功能的生物系统，所以生物控制论研究的具体课题是十分广泛的应用。
(五)社会控制论
社会控制论就是把控制论应用于社会的各方面，诸如生产管理、交通运输、电力网络、能源管理、通信工程、环境保护、城市建筑，以至整个社会的管理。社会控制论认为，社会是个活的自组织系统，有信息反馈；社会控制系统的决策能力和作用在社会系统的发展过程中具有重要地位。即在许多方案中进行综合选择、不断优化。
社会控制论的形成是一个比工程控制论，生物控制论要晚的过程。在这个过程中，系统工程与运筹学对社会系统工程的研究起了重要的作用。
社会控制论将人类社会这一系统看作一个动态的自我调节系统，通过研究结构、行为、功能、揭示出各子系统之间的物质、信息传递及其发展演化规律。并力图运用有关数学模型将复杂的社会过程模型化、形式化，以求得对社会现象的精确描述和仿真，达到最优控制之目的。
就现在情况来说，控制论已应用于社会学、国家管理、行政管理、法与法律、经济学、企业管理等各个不同的社会领域。在现代社会学的研究中，引入了社会调节、社会控制、社会管理这样一些重要概念，涉及到政治、经济、伦理、道德、法与法律等多种因素对人的行为与社会效应的影响。在国家和法的研究中，把国家管理看作一种特殊的控制论系统，是为实现一定的社会目的而进行最优化或次优化控制和信息处理的过程。控制论广泛地运用于社会，不仅进行定性分析，而且可能予以定量的、优化的研究。它与系统工程、运筹学一道，已成为研究与处理社会系统的一种有效的工具。
社会控制论是本世纪70年代在现代控制论发展的基础上诞生的一门新兴学科。尽管作为一门系统的理论，目前尚不成熟，但它为人类研究复杂的社会大系统，提供了崭新的方法。
科学界缅怀钱老：中国系统科学的奠基人 编辑本段回目录
谈到钱学森，人们马上会提到他是中国航天的奠基人，他对我国航天、火箭技术作出了杰出贡献。但是，钱学森也是我国系统科学与系统工程的开拓者和奠基人，1978年9月27日，钱学森、许国志、王寿云在《文汇报》上发表了“组织管理的技术——系统工程”一文，这篇具有里程碑意义的文章在中国学术界产生了广泛而深远的影响。
钱学森在系统科学方面的贡献不是局部的，而是成体系的，从系统学科理论到涉及到方方面面的系统工程，以及系统科学与工程的人才培养等。而对系统科学事业的发展也成了钱老晚年最为关心的事情之一。
在纪念钱老99岁诞辰(12月11日)之际，中国系统科学界在京举行“钱学森与系统科学”的座谈会，国内这一领域的重量级学者悉数到会，本报受邀对座谈内容加以报道，也是延续了文汇报一如既往的对系统科学的关注和传播责任。
——编者
中国系统科学发展 大事记
在钱老倡议下，1956年中科院力学所成立了中国第一个运筹学小组(1961年并入中科院数学所运筹学研究室)，1962年中科院数学所成立了中国第一个现代控制理论研究室，这两支队伍后来分别为中国运筹学和控制理论的发展做出了重要贡献。
1978年钱学森、许国志和王寿云在《文汇报》发表了题为《组织管理的技术——系统工程》的文章，对我国系统工程的发展起到了重要推动作用。
1980年，在钱老等著名科学家的倡议下，成立了中国系统工程学会，钱老担任名誉理事长，对我国系统工程的发展产生了重要影响。
自上世纪70年代末开始，钱老便投入到建立系统学的探索中，后来亲自领导讨论班，密切关注国际最新学术动态，积极了解相关领域学术发展，促进系统科学在其它领域的应用研究，逐步形成了复杂开放巨系统等基本概念和从定性到定量综合集成方法论等。
1990年钱学森和戴汝为、于景元在《自然杂志》发表的论文《一个科学新领域——开放的复杂巨系统及其方法论》以及钱老的《创建系统学》一书是钱老在系统学方面的代表性工作。
在钱老的推动下，系统工程学科的建设受到国内众多高校的重视，1978年上海交通大学、清华大学、华中工学院(现为华中科技大学)、天津大学、大连工学院(现为大连理工大学)、西安交通大学等高校分别成立了系统工程专业。
1979年3月，上海理工大学(原名上海机械学院)成立系统工程系，开始招收系统工业专业本科生。1979年11月30日，钱老亲临该校系统工程研究所成立大会并作重要讲话。
1979年，钱学森亲临长沙，组建了国防科大七系，全名为系统工程与数学系，它把系统工程与数学联结在一起成为一个系，这在古今中外是一个创造。
1985年秋，在钱老的支持下，全国首个系统理论专业在北师大正式招生。
目前，拥有系统工程国家重点学科的学校有9所，有35所高等院校拥有系统工程专业博士点，97所高等院校拥有系统工程专业硕士点。
1992年，钱学森提出“从定性到定量的综合集成研讨厅体系(HWME)”的构思。这是把专家们和知识库信息系统、各人工智能系统、几十亿次/秒的巨型计算机，像作战指挥演示厅那样组织起来，成为巨型人-机结合的智能系统。
2005年，在钱老的支持下，上海理工大学和中科院系统科学研究所联合组建上海系统科学研究院。
为中科院系统科学研究所成立30周年所发的贺信
三十年来，贵所在系统工程、运筹管理、自动推理、系统控制等方面取得了突出的成绩。希望贵所进一步顺应系统科学发展的大趋势，在开创复杂巨系统的科学与技术上取得新进展，为继续推动我国系统科学的发展做贡献！
钱学森
二〇〇九年十月二十三日
父亲的最后一封信
今年10月23日，我父亲钱学森在卧床上看着秘书在信上盖上他的签字章，轻舒一口气。这是他每完成一件事情时的习惯动作。这封给中科院数学与系统科学研究院系统科学研究所高小山所长的祝贺信，是为该所三十周年所庆写的。此时周围的每一个人，都不会料到：这竟是他半个多世纪与社会各界通信的最后一封！
钱学森回国后写的第一封信是1956年2月2日写的，到2009年10月23日的最后一封信，持续了半个多世纪。有意思的是，他的第一封信从中国科学院寄出去，最后一封信也是寄往中国科学院。他用近两万天四千多封信画出了一个“圆满”的通信轨迹。
钱学森被誉为“中国航天事业奠基人”，但这不是他科学成就的全部。自从20世纪70年代末以来，在20多年的时间里，他在社会科学、系统科学、思维科学、人体科学、科学技术体系以及马克思主义哲学等领域，进行了不懈的探索，提出了许多新观点、新思想、新理论，为我国科学技术的发展做出了新贡献。而在他所涉猎的诸多科学领域中，系统科学是他最重视、最花心血的领域。
钱学森对系统科学的研究范围从基础理论、技术科学到工程技术，他的精力集中在两个方面：一方面是系统工程的推广运用，一方面是系统科学理论的探索、创新。随着这两方面在我国的迅速发展和广泛应用，钱学森也被公认为是中国系统科学的奠基人。
我父亲晚年最关心的事情之一就是系统科学事业的发展，他在逝世前一周写给中科院系统科学研究所的贺信中，希望该所“进一步顺应系统科学发展的大趋势，在开创复杂巨系统的科学与技术上取得新进展，为继续推动我国系统科学的发展做贡献！”也是他临终对我国系统科学界的期望。 (钱永刚)
仰望 钱学森作出了系统性、开创性贡献
在钱老丰富多彩的科学生涯中，系统科学占有很重要位置。如同科学史上许多大科学家一样，钱老在系统学的创建过程中非常重视哲学思考，一贯强调用马克思主义哲学作指导。钱老对系统科学的贡献是系统性、开创性、具有深远意义的。这些贡献体现在他对该学科的学术发展、组织建设和人才培养等多个方面。
钱老认为，在现代科学技术体系中，系统科学如同自然科学、社会科学、数学科学、思维科学等一样，是重要的科学技术部门之一。在体系结构方面，他提出系统科学具有如下三个层次：应用技术层次、技术科学层次以及基础理论层次。在这三个层次上，钱老都有重要贡献。
首先，对处在应用技术层次上的系统工程，钱老曾有过较长时间的认识和思考。钱老在开创我国航天事业的过程中，形成了一套既有中国特色又有普遍意义的系统工程管理方法。1978年钱学森、许国志和王寿云在《文汇报》发表的题为“组织管理的技术——系统工程”文章，对推动我国系统工程的发展起了重要作用。在钱老等著名科学家的倡议下，1980年成立了中国系统工程学会，钱老担任名誉理事长。钱老为我国系统工程的推广和应用付出过大量心血，做出了显著贡献。
其次，钱老认为系统科学的技术科学层次是直接为系统工程提供理论方法的，包括了运筹学、控制论、信息论等。1954年钱老出版的《工程控制论》是一门技术科学，实际上属于系统科学的范畴，其中的许多思想和方法超前于当时控制理论的发展。钱老是中国自动化学会的创始人和首任理事长，曾任国际自动控制联合会第一届执委会委员。在钱老倡议下，1956年中科院力学所成立了中国第一个运筹学小组(1961年并入中科院数学所运筹学研究室)，1962年中科院数学所成立了中国第一个现代控制理论研究室，这两支队伍后来分别为中国运筹学和控制理论的发展做出了重要贡献。
此外，钱老认为系统科学的基础理论层次应该是系统学，它是研究系统一般规律的基础科学，是一门尚待建立的新兴学科。对于创建一门新学科来讲，引入恰当的基本概念无疑具有奠基性的重要意义。自上世纪70年代末开始，钱老便投入到建立系统学的探索中，后来亲自领导讨论班，密切关注国际最新学术动态，积极了解相关领域学术发展，促进系统科学在其它领域的应用研究，逐步形成了复杂开放巨系统等基本概念和从定性到定量综合集成方法论等。
钱老对系统科学几十年的探索为我们留下了宝贵而又丰富的遗产，既有具体学术贡献，更有重要学术思想。我们要继承他的遗志，发扬他的科学精神，为进一步发展系统科学而努力奋斗。 (郭雷)
从创建系统学到复杂巨系统研究
作为我国系统工程和系统科学事业的开创者和奠基人，钱学森在大力推动系统工程应用的同时，提出了系统科学及其体系结构。钱老指出，系统科学是有三个层次知识结构的科学技术体系：在工程技术层次上是系统工程，在技术科学层次上直接为系统工程提供理论方法的有运筹学、控制论和信息论等，而在基础理论层次上便是系统学。他认为，建立系统学的重要性决不亚于相对论和量子力学，如果说量子力学是微观层次上(典型尺度为10-17米)的科学革命，相对论是宇观层次上(典型尺度为1021米)的科学革命，那么系统学则是宏观层次上(典型尺度为102米)的科学革命，这个层次就是我们所在的地球。
在他亲自倡议和指导的“系统学讨论班”的学术活动上，钱老提出了新的系统分类，特别是提出了开放的复杂巨系统及其方法论。系统论方法既超越了还原论方法又发展了整体论方法，这是他在科学方法论上具有里程碑意义的贡献。
后来，根据思维科学和信息技术的发展，钱老又提出“从定性到定量综合集成方法”以及它的实践形式“从定性到定量综合集成研讨厅体系”，将系统论方法具体化，形成了一套可操作且行之有效的方法体系与实践方式。有了方法论与方法，就可逐步建立理论并形成复杂巨系统学，从而成为复杂巨系统科学的基础理论，这是一个科学新领域。
钱学森使系统科学的发展进入了新阶段。我们应把钱老所开创的科学事业继续发展下去并发展光大，这也是我们纪念钱老的最好方式。(于景元)
从工程控制论到信息空间综合集成研讨体系
《工程控制论》是钱学森在加州理工大学喷气推进中心任教时发表的一本专著，被公认是自动控制领域的经典著作，是该领域中引用率最高的文献之一。斯坦福大学的D，G.Luenberger、哈佛大学何毓琦等教授认为：工程控制论的学术思想在科学界超前5到10年，开辟了一系列控制方面的新方向。
按照钱学森的观点，工程控制论是系统科学的技术科学层次，系统工程是工程应用层次，而开放的复杂巨系统理论则属于系统科学的基础科学层次。钱先生早在上世纪80年代就提出开展思维(认知)科学研究，并提出该研究的突破口在于“形象思维”。从定性到定量的综合集成技术是思维(认知)科学的一项应用技术，也是研究开放的复杂巨系统的方法论。
1992年，钱学森提出“从定性到定量的综合集成研讨厅体系(HWME)”的构思，把专家们和知识库信息系统、各人工智能系统、巨型计算机像作战指挥演示厅那样组织起来，成为巨型人-机结合的智能系统。这是钱学森先生在思维(认知)科学和系统科学交叉研究中的贡献、是自然科学和人文科学交融的体现。
随着信息网络的迅速普及，“信息空间”成为一个重要的概念，它使参与者跨越时间和地域的限制、随时随地就所关心的问题进行研究、交流和探讨，并可随时利用网络上的大量资源，从而提供了一种新的、可能的形式。钱学森先生预见到这种空间的扩展，他指出：“有关老词是思维圈(noosphere)，新词的virtual reality似宜仍用‘灵境’；而信息空间是人-机结合的思维、思想活动世界，似可称为‘智慧大世界’，简称‘智界’”。这体现了钱学森高瞻远瞩、学术思想的前瞻性。(戴汝为)
超越大师和深厚的理论积淀
上世纪80年代初，钱老在提出建立系统科学学科的同时，也指出了对系统科学如何发展的期望。他认为，普利高津的耗散结构和哈肯的协同学都已过去了，进一步发展是什么？如何超越这两个理论？
当时，普利高津的学术思想传入中国还不久，他也刚刚受邀访华，而哈肯的中国之行还在联系中，直到1984年才成行。在当时提出超越的问题，的确令人感到钱老的气魄。
钱老对于系统科学理论问题的敏锐由来已久。我第一次听钱老的报告是在上世纪60年代，他当时指出，有两个系统应予以特别注意：一是激光，二是热核反应。实际上这是两个典型的非平衡系统相变。另外钱老在《工程控制论》第18章提出系统可靠性与元件可靠性的关系。他强调可靠性问题的背后有更深刻的机理，并让我注意与研究，这也是复杂系统中组合集成的基本问题。
钱老所提出的正是发展系统科学的关键问题。要使系统科学成为一门独立的真正意义上的科学，必须有若干坚实的理论支柱，必须在复杂系统的未知领域中有若干基本概念和理论突破。在这个意义上，到目前为止,国际上较为公认的理论基本点也只有少数几件。
在对复杂系统基本规律的诸多探索中，我觉得有两个系统可予以更多的注意，一是神经系统，另一个是经济系统。这两个系统应该存在某些简明而又普遍的规律，有利于我们去寻找其背后的机制，取得进一步突破，以告慰钱老对系统科学发展的嘱咐。 (方福康)
