循环经济系统科学研究 一、关于系统科学的基本理论
(一)一般系统论的基本原理
1.系统与系统论的概念
1925年,奥地利生物学家贝塔菲(L.V.Bertalanffy1901-1971)创立了系统论。系统是“由若干要素按一定关系组合的具有特定功能的有机整体,其中要素又称为子系统”。系统论是研究系统的一般模式、结构和规律的学问。它研究各种系统的共同特征,用数学方法定量地描述其功能,寻求并确立适用于一切系统的原理、原则和数学模型,是具有逻辑和数学性质的一门科学。[1](P55)系统是普遍存在的。由于构成要素不同,要素之间相互联系、相互作用的方式不同,系统可分为不同的类型。按自然属性,可分为自然系统和人造系统;按物质属性,可分为实体系统和概念系统;按运动属性,可分为动态系统和静态系统;按系统与环境的关系,可分为开放系统、封闭系统和孤立系统;按反馈属性,可分为开环系统和闭环系统;[2](P128-129)按规模,可分为小型系统、中型系统、大型系统和巨型系统;按复杂程度,可分为简单系统、复杂系统、超复杂系统;按状态,可分为平衡态系统和非平衡态系统。对系统进行分类,是为了把系统的抽象性与具体的客观事物联系起来加以研究。实际上,现实系统常常是以上
几种典型类型的综合体,例如,自然生态系统和人类社会经济系统都是非平衡态的超复杂巨型系统。
2.系统论的基本原理
作为系统论研究对象的“系统”,是现实世界的形形色色的系统的抽象。人们抽去了实际存在的物质系统或概念系统的具体属性,考察和肯定了它们共同的系统方面的特征和性质。系统的这些性质的客观存在构成了系统论的基本原理。它们包括:⑴整体性原理。系统是由若干要素组成的具有一定新功能的有机整体,各要素一旦组成系统整体,就具有独立要素所不具有的性质和功能,形成了新的系统的质的规定性,其诸构成要素的特定状态的最佳组合秩序构成系统的整体最优化,即系统的整体功能大于系统各要素功能的迭加。⑵层次性原理。由于组成系统的诸要素的种种差异,从而使系统组织在地位与作用,结构与功能上表现出等级秩序性,形成了具有质的差异的系统等级,即层次。⑶开放性原理。系统具有不断地与外界环境进行物质、能量、信息交换的性质和功能,系统向环境开放是系统得以向上发展的前提,也是系统得以稳定存在的条件。⑷目的性原理。系统在与环境的相互作用中,在一定的范围内,其发展变化不受或少受条件变化或途径经历的影响,坚持表现出某种趋向预先确定的状态的特性。⑸有序性原理。系统内部按一定的规律运行,各要素在系统中的位置以及它们之间的联系有一定的秩序,能够使系统产生一定的功能。⑹动
态性原理。一切系统都处于不断变化、发展之中,绝对静态的系统是不存在的;任何系统的正常运转,不但受到系统本身的条件限制和制约,还受到相关系统的影响和制约,所以,随着系统内外条件的变化,加快了系统内外条件的组合和重新组合,从而激化了系统运动的动态性。此外,系统论还包括:相似性、相关性、稳定性、惯性和负反馈原理等。
(二)信息论的基本内容与方法
1.信息的概念与特征
信息是宇宙中除物质和能量外的第三种“要素”。三者都极为重要,如果没有物质,宇宙就会变得虚无飘渺;如果没有能量,宇宙就会失去演化的动力;而如果没有信息,宇宙就会变得杂乱无章。可见,信息的重要性绝不亚于物质和能量。[3]所谓信息,就是人们能够识别的、具有新内容的消息。1948年,美国数学家申农(C.E.Shannon)创立了信息论,他提出:信息是系统不确定性的减少,或者说是对事物运动状态或存在方式的不确定性的描述。在物理学中,信息就是有序化的程度,因此信息就是负熵(物理熵表示的是系统无序化的程度,即系统的无序量;而负熵表示的是系统有序的程度)。[4](P27-28)在任何一个信息流通系统中,都有发出信息的发送端(信源)、接收信息的接收端(信宿)、以及信息流通的通道(信道)。[5](P4-6)信息具有
可识别性、可转换性、可存贮性、可传递性、可扩充性、可压缩性和可共享性等特征。这些特征,使信息论和信息方法在循环经济中的运用成为可能。
2.信息论的含义
信息论是关于信息的基本理论,是研究信息的本质,并用数学方法研究其计量、交换、传递和储存的学科。信息论可分为狭义信息论与广义信息论。狭义信息论又称申农信息论,它是以数学方法研究通讯技术中关于信息的传输和变换规律的一门科学。它给出了各种条件概率下的信源信息量、信道容量、信息传递和交换、噪声与滤波、调制等的计算方法和公式,对信息的规律进行定量处理。广义信息论也称信息科学,它超出了通讯技术的范围来研究信息问题,它以各种系统、各门科学中的信息为对象,广泛地研究信息的本质和特点,以及信息的取得、计量、传输、储存、处理、控制和利用的一般规律。
3.信息方法
广义信息论的发展为人们提供了一种研究系统功能的方法——信息方法。所谓信息方法,就是运用信息的观点,把对象作为系统,完全脱开其具体运动形态,将其运动过程抽象成为一个借助信息的传输和变化,实现其目标的运动过程的研究方法。通常用反馈信息作为
实现系统目标的控制手段。信息方法不同于传统的经验方法。它具有综合性的特点。它从系统对信息的接收和使用过程来研究对象的特征,研究对象系统与外界环境之间的信息输入与输出关系,从而可以把不同的对象加以类比研究。同时它又是用联系、转化的观点,综合研究系统运动的信息过程。通过这样的方法对复杂事物进行研究,就不需要像通常那样去解剖分析整体结构,而是直接从整体上综合考察信息的流程,由此获得有关的知识。这对于认识和揭示事物的复杂性、系统性和整体性,是大有裨益的。[6](P45-46)信息方法具有较高的普遍意义和较大的适用范围,不但适用于广泛的自然科学领域,而且也可以应用于部分的社会科学领域,如现代经济学、生态科学、环境科学中。
(三)控制论与控制论方法
1.控制论的基本概念
1948年,美国著名数学家维纳(N.Wiener,1894~1964),创立了系统的控制论。控制是按照给定的条件和预定的目标,对一个过程或一系列事件施加影响的一种行动。也有人认为,控制是为了改善某个对象的功能或发展,需要获得并使用信息,以这种信息为基础而选出的加于该对象之上的作用。控制论是研究各类系统之间共同的调节和控制规律的科学,也可以说,控制论是研究系统的控制规律以实现