【法篇267】控制论和系统学
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控制论和系统学
*原载《系统工程理论与实践》l987年7月，第3期。
控制论是本世纪40年代由美国科学家维纳创建的一门科学。将近半个世纪，控制论已得到了很大的发展和广泛的应用。
钱学森先生曾高度评价过控制论的产生，他说，20世纪上半叶的三大伟绩是相对论、量子论和控制论，也许可以称它们为三项科学革命，是人类认识客观世界的三大飞跃。
控制论的研究对象是系统。所谓系统，是指由互相关联互相制约的各个部分组成的具有一定功能的总体。
这样定义的系统，在自然界、人类社会（包括人类自身）是广泛存在的。小到微观的基本粒子系统；大到宏观的宇宙系统，有先于人类早已存在的自然系统，如太阳系，生态系统，也有人类自己制造的所谓人造系统，如收音机，宇宙飞船等。有简单的系统，也有象人类社会这样的复杂系统等等。
控制论是研究系统控制及其应用的科学。也就是研究如何分析、综合和组成系统，研究系统各个组成部分之间的关联和制约关系，以及这种关系如何影响和决定系统总体功能。特别要研究如何影响、调节、改变和控制这种关联和制约关系，以使系统具有人们所希望的性能和行为。这样，些系统分析、综合的理论、方法就构成了控制论的基本内容。
控制论按其所研究系统属性不同，目前阶段有以下四个主要分支：以工程系统为研究对象的工程控制论，以生物系统为研究对象的生物控制论，以经济系统为研究对象的经济控制论和以社会系统为研究对象的社会控制论。
工程控制论是这四门控制论中发展得最为成熟和完整的分支。它是由我国著名科学家钱学森先生创建的。1954年美国出版了《工程控制论》一书。美国人称其为天书。这本书所阐明的科学思想、理论和方法对控制论的发展产生了重大影响。它的主要贡献是：
1.综合和总结了工程系统中控制技术成果，概括和提炼成一般理论，使其成为一门技术科学。
2.这一理论还被证明同样能应用到生物系统，经济系统以及社会系统等系统中。
3.工程控制论奠定了现代控制理论基础。原书所建立的控制理论方向仍然是现代控制理论的主要方向。由钱学森、宋健合著的《工程控制论》（钱学森原著《工程控制论》的修订版）已充分说明了这一点。
4.在原书中，已提出了系统学的基本思想。例如，用不太可靠的元器件可以组成可靠系统的理论（见原书第十八章），这恰是当代协同学的主要思想之一。
由于该书的广泛影响，至今仍为各国学者广泛引用。
或许由于生物系统、经济系统、社会系统等复杂的机制，使得这些系统的建模遇到一些困难。因此，生物控制论、经济控制论、社会控制论在理论上的进展不如工程控制论大。即使如此，这些控制论分支仍然取得了令人瞩目的成就，并越来越引起人们的广泛重视。相应的著作和文章大量地发表，国际性学术会议不断召开。例如，“控制论和系统研究世界大会”1975年在布加勒斯特召开，大会的主题是经济控制论，1978年在阿姆斯特丹召开。主题是社会控制论。.
维纳本人非常重视生物控制论。在“生物控制论进展”丛书中，它给生物控制论下的定义是：“生物控制论的目的，主要在于建立能反映人体和动物功能的模型与理论，而且这种模型和理论中的逻辑原理是相同的。它也试图建立和生物系统有同样的物理与生物化学成分的模型。它是少数真正称得上边缘科学的学科之一。无论对生物学还是医学来说，生物控制论都给了它们以一种新的、普遍适用的、能充分发挥数学威力的语言。”近二十年来，生物控制论在系统建模、反馈控制、稳定性和动态分析、自组织、自适应、自学习、可靠性和抗干扰性（免疫系统）等方面，都取得了很大进展。有的学者还证明了，呼吸系统是在保证通气量下耗能最小的最优系统，而眼球跟踪目标系统则是三阶最速系统。生物系统是多级、多层次的复杂系统，尤其是人体系统更为复杂。例如，有的研究指出，人脑对人体的控制，不仅体现了集中与分散相结合的控制原理，“而且有专门协调控制器——脑干，这在其它系统中还从未见到过。宏观上，整个生物系统的演化更是引人注目的研究课题。近十多年来夕从物理化学发展起来的协同学，远离平衡态的耗散结构理论以及超循环理论，都为研究这个问题提供了新的思想、理论和方法。
经济控制论一词是1952年在巴黎召开的世界控制论大会上首次提出的。至今还没有一个统一的公认的定义。波兰的经济学家兰格认为，经济控制论是“用当代控制理论的科学方法分析经济过程的科学”，是“综合控制论和经济学的独立的边缘科学”。苏联的涅姆欣诺夫院士则认为“经济控制论是研究国民经济最优管理的科学”。罗马尼亚的曼内斯库在他的著作中指出“经济控制论的系统方法对国民经济内部发生的过程和现象进行分析，辨识系统和子系统的结构，它们之间的直接连接、反馈连接，它们的动态特性所决定的结构和规徽以及经济机体中每个组成部分的作用”。
在美国，何毓琦教授、R. Dobell教授、邹至庄教授、D.Kentrick教授，虽然没有给经济控制论下过定义，但都作了这方面的有意义的研究工作。
至于社会控制论更是众说纷纭，有的认为社会控制论主要是研究社会系统的管理、语言交往、信息管理等，并提出模糊集合论是研究社会系统的有力工具。
控制论还在发展，它不是单一学科，而是跨学科研究，它正吸引着自然科学家、社会学家、经济学家、哲学家在这个领域内进行广泛合作，它的研究成果已广泛地应用到人类社会。
从学科角度看，控制论属于技术科学范畴。钱学森先生曾写道，“现在我们如果把这四门技术科学加在一起称为控制论，这样形成的所谓控制论还是一门混合物。没有脱离其本来的技术科学面目。特性的内容多些，.普遍存在的共性内容不够突出。能不能更集中研究“控制”的共性问题，从而把控制论提高到真正的一门基础科学呢？能不能把工程控制论、生物控制论、经济控制论、社会控制论等作为是由这门基础科学理论控制论派生出来的技术科学呢？”。后来在另外一篇文章中，钱先生提出，“这里讲到的基础科学就是系统学。”
50年代末60年代初迅速发展起来的现代控制理论，己经取得了更大发展。这个理论的特点是，它已在很大程度上撇开了系统的具体物理属性，而以系统的抽象模型为基础研究系统结构、参数、行为和控制性能之间的定量关系。正是由于这种抽象性、概括性的特点，使这一理论适用于更广泛的系统分析与控制。这些理论包括：I.反馈控制理论，2.能控、能观性理论，3.系统可靠性理论，4.大系统理论，5.稳定性理论，6.最优控制理论多，7.最优滤波和随机控制理论，8.多变量系统理论，9..鲁棒性理论；l0.人工智能和模式识别理论，11.自适应、自组织、自学习理论。
系统学首先是钱学森先生提出来的。按照钱先生的系统科学体系，系统学是一门研究系统的基础科学，连接马克思主义哲学和系统学的桥梁是系统论。既然系统学是基础科学，它有关系统的概念，揭示的规律应该具有高度概括性、科学的抽象性和应用的广泛性。系统学是研究系统演化、协同、运转、调节和控制规律的科学。
科学发展到今天，能为建立系统学提供材料的学科还是不少的。例如，从物理、化学发展起来的协同学，耗散结构理论，从数学发展起来的突变论，微分动力体系，非线性理论和较论，以及处在系统科学体系中技术科学层次上的控制论、信息论、运筹学等。
现代控制理论各个分支所揭示的系统规律，起码在以下几个方面可以为建立系统学作出贡献：
一、在系统思想上
控制理论中控制的概念和思想是十分可取的。正如我们通常所说，认识世界的目的是为了更好地改造世界，那么我们认识系统则是为了更好地控制系统。
二、在系统描述上
控制理论中，使用输人、状态、输出这些概念来描述系统结构、行为和功能的。这种方法已被证明不仅可以用来描述工程系统，同样可以用来描述生物系统、经济系统，社会系统等。因而、这种方法也可界贡献给系统学。
三、在系统研究方法上
控制理论中广泛使用模型法，以及基于模型的时域法和频域法，是一种研究系统的有效方法。建模已不单纯是一个技术性问题，而是一种科学方法论。特别是计算机技术的飞速发展，更显示出这种方法的优越性。可以肯定，这种方法必将成为系统学的一种研究方法，否则，系统学的研究就不可能是定量的。
四、在系统结构上
控制理论中以下几个分支，基本上是揭示系统结构方面的性质，这就是：
1.反馈控制理论，
2.能控性、能观性理论多
3.可靠性理论多
4.大系统、巨系统理论。
五、在系统行为和功能上
控制理论中以下几个分支，主要是揭示系统行为和功能方面性质的。
1.稳定性理论，
2.最优控制理论、对策论；
3.滤波和随机控制理论；
4.鲁棒性理论，
5.自适应、自组织、自学习理论，
6.人工智能和模式识别理论。
这样的划分也不是绝对的，事实上，每一个理论分支，都要涉及到系统的各个有关方面。
现代控制理论能为系统学的建立提供丰富的材料，但它也有局限性。这首先是建模方面的困难。一方面，有些系统在结构、行为和功能上很复杂，它的机制还不清趁（这依赖于其它有关学科的研究），另一方面，有些系统即使都清楚了，但目前人们还不会用模型描述它，这需要发展相应的数学工具。今后，随着这两个方面学科的发展，控制理论所揭示的系统规律和应用范围也将越来越广泛和深刻。
当然，能为系统学提供材料的，正如前面所说，还有别的学科。例如，复杂系统冲一个很重要的现象——昆沌的发现，是在物理系统中揭示出来的。
钱学森先生指出，“系统学的建立实际上是一次科学革命，它的重要性决不亚于相对论或者量子力学”。现代科学技术的发展，为系统学的建立提供了丰富材料。但把系统学建立起来也不是一件容易的事情，需要我们作出艰苦的努力和创造性劳动。
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今日搜狐热点控制论，系统论，信息论对人类科学进步的贡... | 问答 | 问答 | 果壳网 科技有意思
控制论，系统论，信息论对人类科学进步的贡献大么？
教材上说挺大的，但是为何很多人都不知道呢？ 既然有巨大贡献，为何不重点宣传呢？
通信专业博士生，编程爱好者
大这东西跟大众宣传有什么意义呢？理论的东西又不需要大众投钱，又不那么好懂
免疫学硕士生
钱学森写过《工程控制论》和《论系统工程》，我国火箭的研发应该和这事有一定的关系吧。相对论和量子力学对当今和未来生活也很重要，但你在大街上问问有几个人明白的。现在宣传的都是啥，看看CCAV，一声长叹...
?????? ???????
要是没有信息论。。。。不敢想象啊！！！！。。。。。
没有这些“论”的话，里面的内容会分散到其它学科里面去。
矿产普查勘探博士
这个东西已经渗透到每个角落了，但是要学明白得花好久，即使不明白也对生活没啥影响，就像你不知道手机的原理是啥，但你每天用得很开心一样
信息论还是比较有用的吧，我记得我们网络原理里面有一些理论跟信息论有关，例如信道的极限传输速率C=W log2(1+S/N) b/s W是信道带宽，S是信道内信号的平均功率，N为高斯噪声的功率
维纳的控制论更像是科学哲学，具有各个学科交叉的指导性意义；但是至于具体应用，那更应该是基础科学先前进然后再发展到应用科学。
国际贸易本科生，工程技术员，大杂烩
这三个是基础理论，他们基础到比1+1=2都基础，大家都默认了他们的存在，但是就是因为这种默认所以就不太会有人注意。这三个理论在自然科学、社会科学、哲学、神学等都有表现，但是提纯出概念思想是近代的事。
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布卢姆从系统论、信息论、控制论的角度提出教育评价分为:诊断性评价、（)和（)。
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提问人：匿名网友
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布卢姆从系统论、信息论、控制论的角度提出教育评价分为:诊断性评价、()和()。
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