1.1 系统

1.1.1 系统的定义

系统的英文是system，来自拉丁文单词systēma，源自希腊语σύστημα，意为由几个部分或成员组成的整体[1]。由于所处的研究领域、目的和方式等方面的差异，系统有多种不同的定义，下面列述一些典型的定义。

在我国《辞海》中，把系统定义为“自成体系的组织；相同或相类的事物按一定的秩序和内部联系组合而成的整体”。《中国大百科全书·自动控制与系统工程》卷中把系统解释为相互制约、相互作用的一些部分组成的具有某些功能的有机整体。

《Webster新国际词典》把系统定义为：①通常是体现许多各种不同要素的复杂统一体，它具有总的计划或旨在达到总的目的；②由持续相互作用或相互依赖链接在一起的诸客体的汇集或结合；③有秩序活动着的整体、总体。

在《牛津英语字典》中，对系统的定义是：①一组相链接、相聚集或相依赖的事物，构成一个复杂的统一体；②由一些组成部分根据某些方案或计划有序排列而成的整体。

贝塔朗菲是发展一般系统论的一个先驱，把系统定义为相互联系、相互作用的诸要素的综合体。1945年，他引入了讨论广义系统或它们的子类的模型和法则，而不纠缠于其特定种类、性质、组成要素之间的关系或相互作用等细节[2]。诺伯特·维纳及Ross Ashby应用数学方法对系统概念做出了重大发展[3,4]。我国系统学科创始人钱学森给系统下的定义是“由相互作用和相互依赖结合而成的具有特定功能的有机整体，而且这个有机整体又是它从属的更大系统的组成部分”[5]。

上面的各个系统定义具有一些共性：系统由许多要素组成；各要素之间、要素与整体之间以及整体与外部环境之间存在着有机联系；整个系统具有不同于要素功能的整体功能。一般而言，系统具有下列属性[6]：

（1）系统是由要素（系统的组成部分）结合而成的，这些要素可能是元件、零件、单个机器，或者是个人、组织机构，也可能是子系统（分系统）。系统越复杂，组成要素或部分的数量和品种越多。系统的这一属性可称为它的“集合性”。系统与要素之间的关系是相互依存、互为条件，而且是相互作用的。各种要素在系统中的地位和作用不尽相同，特别要素数量特别多的复杂系统更是如此。

（2）系统的各个组成部分是按照一定的方式、一定关系组合起来的，各个组成部分之间有一定的关联。系统的这一属性也称为“关联性”。需要说明的是，要素间的关联性只是从某种性质来说的。

（3）任何系统都有特定的功能，而由人所建造或改造的系统总有一定的“目的性”。这里所说的系统功能和目的，是系统整体的功能和目的，是原来各组成部分不具备或不完全具备，只是在系统形成后才“涌现”出来而具备的。有时也把这种功能称为系统的整体性。

（4）系统的另一个重要性质是它的“层次性”。一般来说，系统是由一些子系统（分系统）构成的，而系统本身可能又是更大系统的一个子系统，也就是说，系统总是形成层次结构的。这种属性在技术设备、社会生活中都是常见的。系统的层次是自然界和人类社会在从简单到复杂、从低级到高级的发展、进化过程中产生的，低层次是高层次发展的基础，而高层次又带动低层次的发展，高层次往往具有低层次不具备的性质。层次结构有助于人们认识系统，通常宏观和微观代表两个层次。

（5）任何系统都存在于一定环境中，系统的存在和发展都必须适应客观环境。系统的这一属性可称为系统的“环境适应性”。在研究系统时，要区分哪些是系统内部要素，哪些是外部环境要素，从而得出系统的边界。系统和外部环境要素的关联决定了系统如何适应环境。系统和环境之间总是要有物质、能量或信息的交换，输入是环境送进系统的物质、能量或信息，输出的是系统送到环境的物质、能量或信息。

从上述系统的定义和属性来看，系统具有整体性与涌现性，并且它们是交织相连密不可分的，系统形成整体后，产生或涌现了系统功能或性能。系统的这种属性是形成系统整体前所没有的。因此系统的涌现性具有下列特征：

（1）系统涌现出来的是各个要素所形成的一种特定的功能模式，这种模式既提供了新功能，也改变了或约束了各个要素的行为。

（2）系统涌现的整体功能常常是不可预测的。有一些虽然是人们预计到并且希望它产生的，但是有时候会出现一些出乎意料的新功能。

（3）涌现具有某种意义上的不可还原性。

随着人类社会不断进步、人们认识不断深入以及技术不断发展，人们提出了复杂系统（complex system），它由大量要素按照极其复杂的关系连接在一起，其中出现很多意想不到的特征和属性，如多样性、整体性、开放性、非线性、动态演化性、不确定性、自组织性等。复杂系统产生了诸如规模效应、结构效应、交互效应等的整体涌现性。复杂系统的涌现性的三个判据[7]如下：

（1）整体的涌现特性不是其部分特征之和。

（2）涌现特性的各类特征完全不同于组成部分的各类特征。

（3）涌现特性不能由单独考察组成部分的行为中推导或预测出来。

随着信息技术、通信技术和智能技术的新发展，人们从更加宏观的视角来认识改造世界，出现了复杂巨系统（组成系统的元素数量大、种类多，元素间的关系复杂，并有多种层次结构）和智能型复杂适应系统[12]（具有智能自适应能力的复杂系统）。钱学森通过总结实践经验提出并定义了开放复杂巨系统[8]。

复杂巨系统和智能型复杂自适应系统不同于复杂系统的三个方面：一是“变化”；二是“复杂”；三是“不确定”。造成这种情况有下面五个因素[6,9]：

（1）连接。各个部分的连接日益增多，连接方式也越来越多样化。技术的发展不但为数据、信息、知识的流转提供了手段，而且为不同部分之间的协作提供便利。系统各种关系的不断增加，使得复杂性也不断增加。

（2）数据、信息和知识。目前系统面临的是海量的、变化迅速的数据、信息和知识，对它们进行识别、验证和解释是极为困难的。

（3）速度。系统的流转速度越来越高，而且信息传播和检索的速度也在日益提高，还有通过虚拟协作产生的新信息和知识更新速度也越来越快。速度使得时间缩短，要求更快的决策。由于时间所限，对信息的落实程度就会产生影响，因而增加了系统决策的困难。

（4）接入。在前面三个因素的影响下，产生了接入因素和环境边界因素，这反映在三个方面：一是如何识别信息的语境（背景），把从不同方面收集到的信息组合起来以便提取知识；二是竞争问题，如何应对外部环境不断变化以及边界线的不断调整；三是怎样通过信息知识获取来提高系统生存能力。

（5）数字化。由于计算机和通信技术的有机结合形成的数字化和数据汇集，扩大了系统边界范围，促进了系统组织、规则的重构。

要处理越来越复杂和不确定性的内部和外部环境，需要从更高的层次和更宏观的视角来认识和改造世界，体系和体系工程的概念应运而生。