系统特性和概念-城市景观系统优化

当前，系统思想和方法已深深融入我国自然科学、社会科学、工程技术等相关研究领域，从普通学者到精英阶层，从文学作品到学术刊物，系统、系统方法、自组织等俨然成为当下最流行的术语之一。然而，系统科学毕竟还很年轻，真正的历史不过40年，以至于人们至今仍难以全面把握其内涵。总揽系统科学相关研究，见仁见智、似是而非、“横看成岭侧成峰”的现象依然十分普遍，有的学者对“我国系统科学界泛泛而论的状况”深表忧虑，有的学者指出“系统科学本身并不系统”，“系统科学是一个含糊的概念”。作为非系统工程专业背景的笔者，在接触相关阅读伊始，也被铺天盖地、五花八门的概念问题深深困扰。鉴于此，界定各种相关概念的准确内涵对于准确切入“城市景观系统优化”研究具有重要的现实意义。

（1）系统的定义

关于系统的严格定义，目前各界学者并没有达成统一的认识，即使是一般系统论的创始人贝塔朗菲，在其不同文献中也采用了不同的描述，如“处于一定的相互关系中并与环境发生关系的各种组成部分的总体，整体大于它的各部分的总和是基本的系统问题的一种表述”^[3]，“处于相互作用中的要素的复合体（complex）”，“处于相互作用中的诸元素的集合（set）”^[4]，等等。这些关于系统的描述看似简单、抽象、宏观，但是却高度浓缩了贝塔朗菲近20年对一般系统论的深刻思考，与当时特定的科学研究背景是分不开的。在20世纪60年代，随着科学发展呈现日益专门化的趋势，科学分成了无数的学科，学科又不断产生新的分支。其结果是物理学家、生物学家、心理学家和社会学家都局限在各自的领域里，很难找到共同的语言。针对这样的情况，贝塔朗菲敏感地意识到，“在很不相同的领域中各自独立出现了类似的问题和概念”^[5]，通过对物理学、生物学、心理学、社会学等多个领域相关问题交叉思考，他进一步指出：“不同科学中不仅一般状况和观点相似，不同领域在规律和形式上也具有相同或同形性”^[6]，由此进一步得出：“存在一般系统的规律可以用于任何一定类型的系统，不论系统及其要素的特性是什么”^[7]。这些想法推动贝塔朗菲将“一般系统论”作为一门新学科提出来。由于一般系统论一开始就是站在跨学科、跨领域的战略高度提出来的，所以其定义的抽象性、宏观性也就不言而喻，正如贝塔朗菲自己所说：“一般系统论是迄今当作模糊、含混、半形而上学的概念的‘全体’的一般科学。”^[8]

贝塔朗菲给出的系统定义可以普遍适用于不同领域和层次，因而属于基础科学层次的系统定义。这一定义的缺点是“复合体”“集合”等核心概念词相当模糊，尚需结合具体研究需要进一步界定。

（2）系统与要素

《辞海》对要素的解释为“构成系统的基本单元”，对元素的解释为“一般指化学元素”。由此可见，要素是系统科学的基本概念之一，而元素是物理、化学等精确科学常用的基本概念。因此，系统科学很少讲元素，更多的是使用要素概念。中国人民大学教授苗东升认为，系统科学在两种意义上使用要素概念。^[9]一是相对于元素概念讲要素，要素就是要紧的元素，次要的元素则忽略不计。但是不是所有系统都能区分出具体的元素，又甚或从要紧的要素出发难以对系统进行有效描述，如果转而寻找某些影响系统特性的因素，往往能够给系统以有效的描述。基于此，系统科学常常相对于因素概念来讲要素，要素即重要的因素，次要因素则可以忽略不计。复杂系统，特别是涉及人文因素的系统，常常从因素角度出发分析系统要素，这样更有利于了解系统的整体性和结构。

（3）系统科学基础理论

①整体涌现理论。(www.xing528.com)

一堆自行车零件对人没有用处，组装成自行车就具有交通工具的功能。无生命的原子和分子组织为细胞，就具有生命这种全新的性质。系统整体与其要素的总和之间的这种差别，是普遍存在且具有重大系统意义的现象。系统论由此得出一个基本结论：若干事物按照某种方式相互联系而形成一个系统，就会产生它的组分和组分的总和所没有的新性质，叫做整体性质。这种性质只能在系统整体性中表现出来，一旦把系统分解还原为组分便不复存在。这就是系统的整体涌现性原理。通俗地讲，整体多于部分之和，这是全部系统科学的理论基石。

②系统的结构理论。

系统科学认为，系统结构是系统得以组织和发展的基础，是系统的重要特性之一。严格地讲，系统科学里的系统结构是指系统要素之间关联方式的总和。但是在实际研究中，把所有联系都考虑进去既无必要，也无可能。因此，通常所说的结构是指要素之间相对稳定的、重要的、有一定规则的关联关系的总和。结构对于系统的存在具有重要的意义，没有按照一定结构组织起来的要素集是一种非系统。结构不能离开要素单独存在，只有通过要素之间的相互作用才能体现其客观性。在要素众多、结构复杂的系统中，某些要素的组合往往具有一定的独立性，从而将系统划分为几个相对独立、整体的要素组团。不同组团的要素之间往往不是直接关联，而是通过其所属组团发生联系。这些组团被称为子系统。系统结构的含义进而扩充到子系统之间、要素之间重要关联关系的总和。

③等级层次理论。

在复杂系统中常常可以看到较低级别的系统要素与较高级别的系统要素的差别，对系统结构有重要影响，刻画这类系统现象需要等级层次概念。许多人造系统、社会人文系统都具有等级层次结构。系统论认为，无论是系统的形成和保持，还是系统的运行和演化，等级层次结构都是复杂系统最合理或者最优的组织方式，或最少的空间占有，或最有效的资源利用，或最大的可靠性，或最好的发展模式。这就是等级层次理论。

贝塔朗菲认为：“等级层次的一般理论显然是一般系统论的一个重要支柱。”^[10]实际上它也是全部系统科学的重要支柱，在各个学科分支都有应用。等级层次理论的主要课题包括：如何划分层次，层次的基本特性，层次形成的机理，不同层次如何联系和过渡，如何从低层次向高层次提升等。对于这些问题，系统科学尚未形成一般理论，缺乏适当的数学工具。