作者：萬百五，，本文發刊於2014年，僅供參考學習。

【作者簡介】

萬百五，教授、博士生導師。1928年9月生,江蘇南京人。1949年畢業於交通大學電機系，1951 年該校電訊研究所研究生畢業，留校任教。1958年任西 安交通大學自動控制教研室副主任，1978年調任系統工程研究所大系統研究室主任。1980-1981年公派在英國 倫敦City University系統科學系任客座高級研究員,後被聘為客座教授。曾任中國自動化學會常務理事以及國內三個頂級控制雜誌編委、英國機械工程師協會會刊 Part I《Journal of Systems and Control Engineering》雜誌編委多年；現任國際自動控制聯合會（IFAC）大規模 複雜系統技術委員會委員。專長大系統理論與應用的研究。

在科學的發展上可以得到最大收穫的領域是各種已經建立起來的部門之間的被忽視的無人區。正是這些科 學的邊緣區域, 給有教養的研究者提供了最豐富的機會。

—— 諾伯特. 維納《控制論》

近代意義上的「系統」二字是上世紀30年代對術語「system」的 標準譯名。然而，成書於戰國初期（公元前300-400年）的《國語》 中就有「...... 王之世系也」一句。而這「世系」表示「一個姓氏世代 相承的系統」。故遠在戰國初期就以「系」表示「系統」。中國古代 著作《易經》、《尚書》提出含有系統思維的陰陽、五行、八卦等 學說。成書於秦、漢時期（公元前200年前後）的經典醫書《黃帝內 經》把人體看作由各種器官有機地聯繫在一起的整體。而系統思維也 體現在中國著名的古代工程中，如長城、大運河、宮廷建造和都江堰 等。

「控制」二字最早出自公元1060年（北宋時代）成書的《新唐 書 . 王忠嗣傳》中，書中就有「勁兵重地，控制萬里」之說。而中國 古代能工巧匠為滿足生產、生活和作戰的需要曾發明了許多自動裝 置。其中著名的有指示恆定的方向用的指南車，據公元 1345年成書 的《宋史 . 輿服志》記載它是一種齒輪系裝置，基於擾動補償原理工 作。還有保持水位恆定的蓮花漏計時裝置，據公元1155年成書的宋朝 楊軍的《六經圖》轉述，它是基於反饋原理的浮子式閥門以控制水位。

人類生產的發達、科學技術的進步、社會的繁榮，自然而然地出現社會行業、技藝的眾多分工、科技的專業化、學科的細化。久而久 之科學家、學者「往往會把鄰近的科學問題看作與己無關的事情，而 且認為如果自己對這種問題發生任何興趣，那是不能容許的侵犯人家 地盤的行為」（維納《控制論》）。但是站得高、看得遠、學識淵博、思慮得深入的學術大師，卻能從不同學科的現象、事物之間領悟 出深層次的共同道理。在學科之間的「無人區」創立新的偉業。這就導致《控制論》（Cybernetics）和《系統論》 (systems theory，或system approach)的誕生。儘管一般學科的研究著重物質、能量和信息三個要素，但這「兩論」均著眼於信息，更聚焦於功能、過程和動力學。它們可用來幫助研究當代的 各類複雜系統及其種種現象。

1. 過去

控制論這門學科是在20世紀40年代發展起來的。它的誕生是以美國數學家諾伯特 . 維納 （Norbert Wiener）1948年出版的名著《控制論, 或關於在動物和機器中的通訊和控制的科學》 （Cybernetics, or Control and Communication in the Animal and the Machine）作為標誌。這裡動物意指生命體，機器意 指人造的物理系統。1950年維納在出版的《人有人的用處：控制論與社會》(The Human Use of Human Beings：Cybernetics and Society)小冊子中, 著重論述了通信、法律、社會政策等等與控制論的聯繫，進一步認為控制論在社會系統中應用的可能性已經出現。

1956年英國控制論先驅阿什比（Ashby, R.） 的重要著作《控制論導論》 (An Introduction to Cybernetics)出版。兩位控制論大師的主要論點可 歸納為：1）閉環和負反饋（循環因果關係）； 2）動態系統和動態分析；3）必需的變異度定 律；4）自組織系統；5）穩態（生理學中內穩 態）；6）建模（黑箱）——功能模擬與模擬； 7）適應；8）類比研究、移植；9）機器的學習和智能，等等。

控制論的問世震驚了世界學術界。它為現代 科學的研究提供了一套新的思想和方法，並促進 了當代哲學觀念的變革。書中的新穎思想和觀點 吸引了各領域眾多的學者，紛紛研究和在自己的 領域引用控制論。這樣，控制論逐漸形成多個分支，成為不少新學科的孵化器。 上世紀60年代晚期，美國的馮.福埃斯特 （Foerster, H. von）提出，應理解觀察者（兼動 作者）在社會系統中作用的重要性，觀察者處在系統之中；提出「二階控制論」（second-order cybernetics），包括自設定系統（自治系統）等概念。

同時，奧地利生物學家路德維希 . 馮 . 貝塔朗 菲（Ludwig von Bertalanffy，1901-1972）於1968 出版的《一般系統理論：基礎、發展、應用》 (General System Theory：Foundations, Development, Applications)一書，確立了《系統論》這門 學科的學術地。該書試圖建立各類學科中各種系統的共同屬性：不同領域中的系統表現 出結構上的相似性或同構性，並將系統的普遍性 質總結為整體性、關聯（相互作用）性、結構的 等級（level）性、動態性和有序性等。

基本思想方法，就是把所研究和處理的對 象，當作一個系統，分析系統的結構和功能，研究系統、元素、環境三者的相互關係和變動的規 律性，並從系統優化的觀點來研究。圖4表示系統論的系統思維。 此外，普里戈金（Prigogine, I.）的耗散結構 （Dissipative structures）理論，哈肯（Haken, H.） 的協同學（Synergetics），艾根（Eigen，M.）的 超循環理論（Hypercycle theory），托姆（Thom, R.）的突變論（Catastrophe theory），都在不同程度上揭示了系統深刻的內在性質和規律，使得人 們對系統有了更加深入的認識。

系統和控制的交集就是控制系統，其特點是有反饋，因而能自動調節。用維納的話來說，就 是根據過去的操作業績去調整未來的行動（維納 《人有人的用處》）。反饋方法已經成為人們觀 察和處理問題的重要思維和方法之一。中國著名 的孟母三遷故事，就可以用控制系統的反饋來加 以闡明。根據二階控制論，這是一個自設定的、自組織的社會教育控制系統，其中孟母既是觀察者（動作者）又是她所要求孟子模式的設定者。

錢學森提煉了屬於技術科學的系統論、控制論和資訊理論的共同基礎，對這些分布在不同學科中的科學成就從系統觀點進行概括和統一，並藉此揭示了系統的普遍規律和深刻性質，從更高層次上奠定了一門新的基礎理論科學——系統學 （systematology）的理論基礎。系統學正在形成和成長之中。

2. 現在

幾十年來，控制論各分支都已成長為獨立的學科，並取得不同的進展。目前，控制論和系統論都聚焦於複雜系統的研究，它涉及自然科學以及社會科學的許多領域，當然著眼點有 所不同。前者聚焦於對複雜系統的控制，後者著重於對系統規律的認識，也兼及應用。

核電站、大城市的交通體系、東西方爭奪背景下2014年3月烏克蘭的政局 、尚未從2008年世界經濟危機中復甦的全球經濟、互聯網、大腦神經網路體系、現代數字化信息化立體戰爭和人類持續發展前景等都是複雜系統的典型例子。

儘管複雜系統具有多樣性，它們也有許多共同的結構和功能特性：多元素（部件、子系統、 神經元、主體、細胞等）、高維狀態、相互關聯（依存）、自主性、智能性、適應（對環境）、 演化（發展）、動態性、非線性（出現混沌）、 湧現、反饋、自組織、競爭、複雜性、合作（協 同性）、自我複製性、不平衡性、不穩定性、隨機性、有序性等等。因此，在一系列假設和條件下可以通過建模和模擬探索複雜系統的本質及其動力學行為。

採用「大數據」和計算機對許多複雜的生物、社會、經濟系統可以建模、模擬，並比較、 驗證不同模型的成效，包括數十或數以百萬計的 變數及交互的模型以及大型的多維空間模型。

人腦和人類社會是兩個迄今最複雜的系統。 首先，控制論研究腦神經系統的信息處理問題， 包括神經元與神經網路模型的研究、感覺信息處理的研究、人腦如何融合各種信息，腦理論與腦模型的研究。這是對和維納一起創建控制論的MIT教授麥克卡洛（McCulloch, W.）「實驗認識 論」（Experimental Epistemology）工作的繼承。

網路理論、基於人工適應主體模型 （artificial- adaptive-agent based model）的對 經濟和社會的研究、進化動力學（evolutionary dynamics）等也都是這個時期複雜性研究的進 展。而人們正力圖用人工適應主體來建立能預測金融、經濟危機的基於主體可計算的大型宏觀經 濟模型，以替代受到責難的宏觀經濟數學模型。 其他成功的應用覆蓋生物學、生態學、社會系統 及計算機科學等。

經過控制論60多年和系統論40多年的廣泛傳播，現在學者們討論系統時，不一定引用馮 . 貝塔朗菲的名字。同樣，許多控制論的概念被使用，但並不提到控制論的名字。兩論的許多思想、方法都彷彿已經融入了人們的方法論和世界觀。例如，位於美國麻省劍橋的新英格蘭複雜系統研究所 （New England Complex Systems Institute）所長巴-亞姆（Bar-Yam, Y.）學派的許多有影響的複雜系統的研究著作便是如此。 複雜系統的普遍性和由此產生的技術和研究成果正在改變人們生活的社會。

3.未來

控制論和系統論的重要發展必定與複雜系統的研究聯繫在一起，必將與我國的 建設、世界及人類的發展和進步聯繫在一起。 用意念來控制設備或計算機，這對研究腦的功能和幫助腦殘者恢復某些功能有極重要的意義。實驗 認識論還與人類行為學（praxiology）在一起為殘疾者研製腦意識控制的假肢。

腦機介面是一個跨學科的研究領域，涉及神經科學、心理認知科學、康復工程、生物醫學工程、計算機科學以及信號處理、模式識別等等。這項技術還只取得 初步成果，有待繼續研究與開發。 其次，世界正面臨全球氣候變暖, 大自然和環境遭受嚴重破壞，生物多樣性的減少，即所謂全球變化（global change）等的威脅。由於貧國和富國差異的擴大, 出現貧窮、騷亂、人道主義危機、霸權主義、極端組織和恐怖活動等影響世界安全的問題，21世紀充滿挑戰，全球化導致 各國子系統越來越多地相互依存。因此如何建設一個和諧世界的問題亟待解決。

要像以複雜系統理論研究「佔領華爾街」運動那樣，來研究像烏克蘭的政局，也研究中國的問題。在這些研究中要注意利用各種渠道的統計數據，著重定量研究，並使得結論是經得起驗證的。由於問題的複雜性，研究中要根據必需變異度律，採取多種解決方法、措施和手段，不是僅一種武力手段。

我國正處在向後工業化時代過渡的關鍵轉折 點上，情況複雜、矛盾眾多。控制論和系統論應為建設經濟「持續、平穩、協調增長」，構建 「資源節約型、環境友好型」的和諧社會提供科學的決策方案。「兩論」有望運用於協助對整 個社會的治理和調節, 包括經濟、人口、財富分配、治安、醫療保障、居民壽命、資源、污染、 生態環境等。這就是把整個社會看作一個特大的 具有多種反饋的複雜控制巨系統，法律、輿論、 道德、習俗、宗教等都是控制或反饋或約束的具 體社會形式，通過決策和執行機構（國家行政部 門）實現其治理、調節作用。

控制論和系統論應有所作為，並在解決這些 問題中發展和提高自身。特別要指出, 二階控制論和必需變異度律的應用，人在社會系統中不僅是 「觀察者」，更是「行動者」，對於特別複雜的 社會、經濟大系統，人們的控制策略和措施也應 該是特別複雜。

倫理、美學和哲學的有些分支，已採用了自然主義的研究方法，應用了系統思維。未來應加 強控制論和系統論與人文學科的關係。

維納1960年訪問前蘇聯時，對於控制論面臨 的重要研究課題的提問，回答說：首先研究自組 織系統，然後是非線性系統，以及「生命是什 么」有關的那些問題，並提到這三者是一回事。 顯然，生命體是有自組織性、是非線性的。控制 論和系統論學者應參與化學、生物學、生命科學者的研究團隊，共同研究無生命元素如何轉變為有生命的元素。

控制論和系統論已經為這類研究提供了共同 的視野和語言（思想和方法）。未來對「兩論」 是機遇也是挑戰。

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