什么是系统理论和系统思维：读《系统化思维导论》《系统之美》（1）

最近请假在家过年。自从出国，十年没和家人一起吃年饭看春晚倒数跨年了，非常感慨。在这里祝看到这篇文章的人，鸡年都能有自己想要的生活。如果你不知道自己想要什么，祝你找到前进的方向。

今次一共介绍两本书，都是我在几天前底特律飞北京的飞机上刚翻看重读过的。两本书都跟我从本科一路念到博士的专业“系统工程”紧密相关。被无数次问过你们系统工程是干嘛的（突然想起母校UVa系统工程系的T恤上写着，We are fake engineers, but we get real offers），我想借这个机会先试试讲下系统工程的思想源头系统论，到底是什么东西。

大家都知道，人类的科研工作大部分是按照研究对象逐级往下细分的。比方说工程学—>交通工程学—>智能交通—>智能交通灯—>智能交通灯规划算法。这种细分来源于笛卡尔时代开始的“还原论”的哲学思想。简单的说，还原论是提倡把复杂的高级的事物分解成低级别的更简单的低级事物来看待，并且认为对分解过后的对象的认识，能够通过基本的相加或者拼接关系，来解释分解前的高级别的对象。这个思想作为一个方法论的意义是极为重大的，几乎成为了后世至今人类认识世界的基本指导原则。看看我们今天居住的世界，这几乎就是还原论力量的写照。

但是到20世纪，这个思路的一些负面作用开始显现了。问题主要是两个方面：第一、问题分解的次数越来越多，需要管理和研究的低级别的子问题、子概念的数量大爆炸并且极为纷繁复杂。对人类来说，这是一个心智模式不愿意也不擅长处理的局面；第二、人们发现很多时候低级别的对象的加和，解释不了高级别对象的行为和性质。而且基于还原论的预测和实际系统行为的差别之大，已经远远不是误差能解释的了。于是自然而然的，系统思维开始介入。

系统思维其实在亚里士多德那里就已经萌芽了，他说“整体大于部分之和”，就是意识到了系统成员之间的相互关联和影响，会让整体出现部分的加和没有的性质。这在系统论里叫做“涌现性”，最好的例子就是个体智能极低、环境感知能力也严重不足的蚂蚁，在根据一些简单的规则组织起来后，作为一个蚁群，就能解决“寻找最优路径”这种多目标优化问题。我们源远流长的传统文化也是重视系统论视角的，中医在几乎没有现代生物学研究的情况下对疾病治疗的很多思想，都是系统思维的完美体现。

说回来，那系统论怎么帮助我们呢，也是从两个方面：第一、衍生出一批横断科学，来从更抽象的角度研究一些跨学科的通用问题。比如控制论和信息论，就不是以传统的具体细分领域，而是以横跨多个领域的抽象概念和方法作为研究对象的；第二、重视对象之间的关系和相互作用，把一些会协同完成某些行为的对象视作一个整体进行研究。

打个比方，还原论下的知识体系，就像一个以项目组为导向和基本单位的组织结构，各个小组都不大，有边界，易于管理和预测行为。引入系统论之后的知识体系，就相当于又增加了面向职能的第二个维度，变成了矩阵式组织结构。这样一来，一些相似的知识和技能就可以被归纳提炼出来跨项目共享；并且以前在项目组的结合部“三不管”的问题，现在也会得到重视和处理。

好了，这样就可以开始说这两本书了。

《系统化思维导论》主要说的是上面提到的第一个方面的事情，也就是如何从生物学、工程学、经济学、甚至是管理学中，提炼出对一般系统的通用的理解。也就是书里说的寻找“二阶秩序”“秩序的秩序”。书的第一章解释了一般系统理论（GST, General Systems Theory）能解决什么问题。大致说就是用简单的分析建模方法方程太多解不出来，同时系统又没有大到可以用统计规律来预测行为的程度。作者称之为“中数系统”。后面的几章就介绍了从抽象的观察、观察者角度入手，对一般系统的结构和行为是如何描述的。讲述了很多在科学研究的不同领域，通用的现象和定律。

书中很有意思的一个部分是，围绕不同观察者对一个音乐盒的行为的观察和总结，用集合语言非常形象的展示了我们在平日里，作为观察能力、认知能力，和记忆力都不完美的观察者，会如何得出错误的结论。具有现实讽刺意味的是，这个例子上我们看到，由于这些能力的缺陷，我们完全意识不到自己是错的，也理解不了其他缺陷不同的观察者得出的不同结论背后的原因和推理过程。也就是说一般观察者都坚信自己是对的，其他意见不同的观察者都是瞎子和疯子（“这不是明摆着xxx嘛，你怎么就？…”）。

更进一步，作者在这个例子里假设了一个全知的“超级观察者”。由于他的观测是完整并且完全没有错误的，从他的视角不仅可以完美了解到系统的行为，还可以理解为什么那些有缺陷的一般观察者每个人都会得出、并且如何得出自己互不相同的结论。但是很不幸，作者证明，随着系统规模的增大，超级观察者需要做的观测、状态存储还有集合操作，也就是他需要具备的观察能力、记忆力、和分析能力，都是呈指数增长的。所以在现实生活中，我们绝大多数时候不可能成为超级观察者，只能成为互不理解、互相指责的“笨蛋”。这个意义上说，这个音乐盒例子的分析过程，就是一个用集合语言描述的“盲人摸象”的故事。只是在末尾作者说，我们每个人终其一生都是“盲人”。这一点也是我读过博士之后最大的心智层面的收获：人类的能力太弱小了，还是多一些对世界的敬畏的好。

这本书略遗憾的是语言有点晦涩，然后章节之间的逻辑关系有时候也没有交代清楚。不知道是不是翻译的问题。所以我建议如果想读的话不要企图一次读完。慢慢来，每次理解一点就ok了。作者在前言里说，给他写信反馈意见的读者里，认为读完本书以后思维有无重大改变的比例大概是9:2。鉴于本书的销量，和读了完全没懂的人应该不会给他写信这个猜测，我怀疑实际上这个比例搞不好是反过来的。但是能让接近20%的读者的思维出现“重大改变”，这也已经很伟大了。面对一本有可能改变自己思考方式和理解世界方式的书，我觉得是值得试试看的，大不了完全没感觉，也就是和读之前一样嘛。

《系统之美》对应的是上文提到的第二个方面的问题和解答。这个方面在某种程度上，是系统论影响更深远，更前沿，也更实用的部分。著名的管理学经典《第五项修炼》就是系统论的这个方面结论从管理学和公司治理视角的提炼。内容非常精彩，我觉得应该单独叙述一下。就且听下回分解吧。

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电气工程及其自动化专业

本专业自1921年开办以来，经过80多年的发展，已形成电力系统综合自动化、故障诊断、电气铁路输变电技术与装备、新型变压器与输变电新技术、电力市场及其技术支持系统、电力系统运行分析及建模、电力电子与电气自动化技术、现代电气装备新技术及其应用、电力电子与新型电机系统控制技术等特色和研究方向。开设的主要课程有：电路原理、电子技术基础、计算机原理及应用、计算机软件技术基础、自动控制理论、信号处理技术等。电气工程及其自动化专业方向的主要课程还有：电力系统稳态与瞬态分析、电力系统保护与控制、电力电子与电力传动、电力系统优化运行与控制、电力市场、电机学、电机与电器等。学生毕业后主要在电力系统、电工行业、研究院所、企业、高等院校从事科学研究、设计生产、生产运行以及教学工作。同时，本科毕业后可以在电力系统及其自动化、电力电子与电力传动、电机与电器、电工理论与新技术、高电压与绝缘技术等专业方向继续攻读研究生。

自动化专业

本专业自1963年开办以来，经过40多年的发展，已形成工业自动化、智能控制、智能信息处理、数字图象处理、智能电器设备、智能检测机器人系统等特色和优势研究方向。本专业主要特点是强弱电结合、软件与硬件结合、元件装置与系统结合，学生受到较好的工程实践基本训练，能在运动控制、工业过程控制、电力电子技术、检测与自动化仪表、电子与计算机技术、计算机网络与信息处理、管理与决策等领域从事系统分析、系统设计、系统运行、科技开发及研究等方面工作的高级工程技术人才。开设的主要课程有：电路原理、电子技术基础、计算机原理及应用、计算机软件技术基础、自动控制理论、信号处理技术等。自动化专业方向的主要课程还有过程检测及仪表、过程控制、运动控制、系统辨识基础、计算机控制系统、系统工程导论、人工智能论等。学生毕业后主要在生产过程自动化、自动控制系统、计算机控制与管理等领域从事科学研究、设计、生产运行以及教学工作。同时，本科毕业后可以在控制理论与控制工程、系统工程、检测技术与自动化装置、模式识别等专业方向继续攻读研究生。

电子信息工程专业

电子信息工程专业源于我校1958年设置的“无线电”专业，经40余年的发展，已形成现代网络与通信技术、嵌入式系统技术、电子系统与智能化系统的设计、信息处理与传输技术、集成电路设计与测试技术等特色和研究方向。本专业培养的是面向电子信息领域，面向知识经济时代和国民经济建设主战场的厚基础，宽口径，高素质，具有较强实践能力创新能力和创业能力的高级技术人才。开设的主要课程有：电路原理、电子技术基础、计算机原理及应用、计算机软件技术基础、自动控制理论、信号处理技术等。电子信息工程专业方向的主要课程还有：信号与系统、信息理论与编码、数字信号处理、电磁场理论、通信工程、自动控制原理、传感与检测技术等。学生毕业后主要在电信、移动通信、数据通信、电子工业等信息产业部门、广播电视部门和高等院校从事研究、设计、生产运行及教学工作。同时，本科毕业后可以在电路与系统、物理电子学、模式识别与智能系统、电力电子与电力传动电工理论与新技术、控制理论与控制工程等专业方向继续攻读研究生。

测控技术与仪器

本专业培养具备测量与控制以及智能化监测设备方面基础知识与应用能力，能在国民经济各部门从事测量领域内有关技术、仪器与系统的设计制造、科技开发、应用研究、运行管理等工作的高级工程技术人才。学生毕业后主要在生产过程自动化、计算机控制与管理、自动化仪器仪表、智能检测仪器仪表等领域从事研究、设计、开发、生产运行以及教学工作。