运筹学的内容精品文稿.ppt

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1、运筹学的内容运筹学的内容第1页，本讲稿共22页1.1 系统的基本概念系统的基本概念1.1.1 系统的定义系统的定义系统（系统（System）一词来源于希腊文）一词来源于希腊文systema。由词冠由词冠“sys-”和动词词干和动词词干“tema”构成的复合词。构成的复合词。共同地共同地使定位使定位原意是指事物中的共性部分和每一事物应占据的位置。原意是指事物中的共性部分和每一事物应占据的位置。也就是由部分组成整体的意思。也就是由部分组成整体的意思。第2页，本讲稿共22页1.1 系统的基本概念系统的基本概念1.1.1 系统的定义系统的定义（1）古今系统思想概述）古今系统思想概述 l 系统思想（系统

2、思想（System ThoughtSystem Thought）就其最基本的涵义来说，）就其最基本的涵义来说，是关于事物的整体性观念、相互联系的观念、演化发展的概念。是关于事物的整体性观念、相互联系的观念、演化发展的概念。l 系统概念来源于人类长期的社会实践。人类自有生产活动以来，无系统概念来源于人类长期的社会实践。人类自有生产活动以来，无不在同自然系统打交道不在同自然系统打交道。第3页，本讲稿共22页1.1 系统的基本概念系统的基本概念1.1.1 系统的定义系统的定义（1）古今系统思想概述）古今系统思想概述 德谟克利特（德谟克利特（DemocritusDemocritus）的）的“宇宙大系统

3、宇宙大系统”德谟克利特（约前德谟克利特（约前460460年前年前370370年）出生于色斯雷的海滨城市阿布德拉。德年）出生于色斯雷的海滨城市阿布德拉。德谟克利特研究过天文、地质、数学、物理、生物等许多学科，提出了圆谟克利特研究过天文、地质、数学、物理、生物等许多学科，提出了圆锥体、棱锥体、球体等体积的计算方法。他对逻辑学的发展也作出了重锥体、棱锥体、球体等体积的计算方法。他对逻辑学的发展也作出了重要的贡献。德谟克利特的著作涉及自然哲学、逻辑学、认识论、论理学、要的贡献。德谟克利特的著作涉及自然哲学、逻辑学、认识论、论理学、心理学、政治、法律、天文、地理、生物和医学等许多方面，据说一共心理学、政

4、治、法律、天文、地理、生物和医学等许多方面，据说一共有有5252种之多，遗憾的是到今天大多数都散失或只剩下零散的残篇了。马克思种之多，遗憾的是到今天大多数都散失或只剩下零散的残篇了。马克思和恩格斯因此赞美他是古希腊人中和恩格斯因此赞美他是古希腊人中“第一个百科全书式的学者第一个百科全书式的学者”。第4页，本讲稿共22页1.1 系统的基本概念系统的基本概念1.1.1 系统的定义系统的定义（1）古今系统思想概述）古今系统思想概述 德谟克利特在自然科学上最重要的贡献，是他继承和发展了生活于公元德谟克利特在自然科学上最重要的贡献，是他继承和发展了生活于公元前前500500年前后的留基伯的原子论，为现代

5、原子科学的发展奠定了基石。年前后的留基伯的原子论，为现代原子科学的发展奠定了基石。曾论述了曾论述了“宇宙大系统宇宙大系统”，他认为世界是由原子和真空所组成，原子组他认为世界是由原子和真空所组成，原子组成万物，形成不同的系统和有层次的世界成万物，形成不同的系统和有层次的世界。第5页，本讲稿共22页1.1 系统的基本概念系统的基本概念1.1.1 系统的定义系统的定义（1）古今系统思想概述）古今系统思想概述 亚里士多德（亚里士多德（AristotleAristotle）的朴素系统观的朴素系统观 亚里士多德亚里士多德(约前约前384-384-前前322)322)是世界古代史上最伟大的哲学家、科学家和教

6、是世界古代史上最伟大的哲学家、科学家和教育家。他创立了形式逻辑学，丰富和发展了哲学的各个分支学科，对科学作出了育家。他创立了形式逻辑学，丰富和发展了哲学的各个分支学科，对科学作出了巨大的贡献。巨大的贡献。提出关于整体性、目的性、组织性的观点，以及关于事物相互关系提出关于整体性、目的性、组织性的观点，以及关于事物相互关系的思想的思想（古代朴素的系统观念）（古代朴素的系统观念）第6页，本讲稿共22页1.1 系统的基本概念系统的基本概念1.1.1 系统的定义系统的定义（1）古今系统思想概述）古今系统思想概述 李冰的都江堰水利工程李冰的都江堰水利工程 战国初期秦国李冰设计修造了伟大的都江堰，包括战国初

7、期秦国李冰设计修造了伟大的都江堰，包括“鱼嘴鱼嘴”岷江分水工程、岷江分水工程、“飞飞沙堰沙堰”分洪排沙工程、分洪排沙工程、“宝瓶口宝瓶口”引水工程三大主体工程和引水工程三大主体工程和120120个渠堰工程，工个渠堰工程，工程之间的联系处理的程之间的联系处理的恰到好处恰到好处，形成一个协调运转的工程总体。，形成一个协调运转的工程总体。科学地解决了科学地解决了江水自动分流、自动排沙、控制进水流量等问题，消除了水患江水自动分流、自动排沙、控制进水流量等问题，消除了水患，使川西平原，使川西平原成为成为“水旱从人水旱从人”的的“天府之国天府之国”。我国历史上曾修建过许多水利工程，其中有名。我国历史上曾修

8、建过许多水利工程，其中有名的就有芍的就有芍(shuo)(shuo)陂陂(bei)(bei)、漳水渠、郑国渠等，但大部分都先后报废，唯独李冰修建、漳水渠、郑国渠等，但大部分都先后报废，唯独李冰修建的都江堰经久不衰，两千多年来一直发挥着的都江堰经久不衰，两千多年来一直发挥着防洪、灌溉、航运防洪、灌溉、航运等多种功效，成为我国等多种功效，成为我国历史上的一项奇迹。历史上的一项奇迹。第7页，本讲稿共22页1.1 系统的基本概念系统的基本概念1.1.1 系统的定义系统的定义（1）古今系统思想概述）古今系统思想概述 贾思勰（贾思勰（xiexie）的的“齐民要术齐民要术”著名学者贾思勰（著名学者贾思勰（xi

9、exie）（南北朝北魏人，今山东寿平人）在其名著）（南北朝北魏人，今山东寿平人）在其名著“齐民要术齐民要术”一书中，叙述了气候因素与农业发展的关系，对农业与种子、地一书中，叙述了气候因素与农业发展的关系，对农业与种子、地形、耕种、土壤、水分、肥料、季节、气候诸因素的相互关系，都有辨证的叙形、耕种、土壤、水分、肥料、季节、气候诸因素的相互关系，都有辨证的叙述，并提出了述，并提出了如何根据天时、地利和生产条件合理地安排农事活动如何根据天时、地利和生产条件合理地安排农事活动。第8页，本讲稿共22页1.1 系统的基本概念系统的基本概念1.1.1 系统的定义系统的定义（2）系统的各种定义）系统的各种定义

10、在韦氏大辞典（在韦氏大辞典（WebsterWebster大辞典）中，系统一词被解释为大辞典）中，系统一词被解释为:有组织的和被组织化了的整体；结合着的整体所形成的各种概念和原有组织的和被组织化了的整体；结合着的整体所形成的各种概念和原理的综合；由有规则的相互作用、相互依赖的诸要素形成的集合等等。理的综合；由有规则的相互作用、相互依赖的诸要素形成的集合等等。一般系统论的创始人贝塔朗菲把系统定义为：一般系统论的创始人贝塔朗菲把系统定义为：相互作用的诸要素的综合体。相互作用的诸要素的综合体。在日本的在日本的JISJIS工业标准中工业标准中,系统被定义为：系统被定义为：许多组成要素保持有机的秩序向同一

11、目标行动的体系。许多组成要素保持有机的秩序向同一目标行动的体系。第9页，本讲稿共22页1.1 系统的基本概念系统的基本概念1.1.1 系统的定义系统的定义（2）系统的各种定义）系统的各种定义钱学森语：钱学森语：系系统统是是由由相相互互作作用用、相相互互依依赖赖的的若若干干组组成成部部分分结结合合成成的的具具有有特特定定功功能能的的有机体，而且这个系统本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。有机体，而且这个系统本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。第10页，本讲稿共22页系统的定义（概括）系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合的具有特定功能

12、的有机整体。的具有特定功能的有机整体。分析系统的定义，它包含三层意义：分析系统的定义，它包含三层意义：第一，系统是由若干元素组成的。第一，系统是由若干元素组成的。第二，这些元素相互作用、相互依赖。第二，这些元素相互作用、相互依赖。第三，由于元素间的相互作用，使系统作为一个第三，由于元素间的相互作用，使系统作为一个 整体具有特定的功能。整体具有特定的功能。1.1 系统的基本概念系统的基本概念1.1.1 系统的定义（概括）系统的定义（概括）第11页，本讲稿共22页1.3 系统的分类（1）自然系统与人工系统）自然系统与人工系统（2）实体系统与概念系统）实体系统与概念系统（3）开放系统与封闭系统）开放

13、系统与封闭系统（4）静态系统与动态系统）静态系统与动态系统（5）可控系统和不可控系统）可控系统和不可控系统 1.1 系统的基本概念系统的基本概念1.1.2 系统的分类系统的分类第12页，本讲稿共22页1.3 系统的分类（1）自然系统与人工系统）自然系统与人工系统（2）实体系统与概念系统）实体系统与概念系统（3）开放系统与封闭系统）开放系统与封闭系统（4）静态系统与动态系统）静态系统与动态系统（5）可控系统和不可控系统）可控系统和不可控系统 原始的系统都是自然系统，如：天体、原始的系统都是自然系统，如：天体、海洋、生态系统等；海洋、生态系统等；人工系统都存在于自然系统之中，如：人人工系统都存在于

14、自然系统之中，如：人造卫星、海运船只、机械设备、生产管理、造卫星、海运船只、机械设备、生产管理、物流系统等等。物流系统等等。1.1 系统的基本概念系统的基本概念1.1.2 系统的分类系统的分类第13页，本讲稿共22页1.3 系统的分类（1）自然系统与人工系统）自然系统与人工系统（2）实体系统与概念系统）实体系统与概念系统（3）开放系统与封闭系统）开放系统与封闭系统（4）静态系统与动态系统）静态系统与动态系统（5）可控系统和不可控系统）可控系统和不可控系统 实体系统是指以矿物、生物、机实体系统是指以矿物、生物、机械、能量和人等实体为构成要素所组械、能量和人等实体为构成要素所组成的系统，如：机械系

15、统、计算机系成的系统，如：机械系统、计算机系统等；统等；概念系统是指以概念、原理、概念系统是指以概念、原理、原则、方法、制度、程序等非物质原则、方法、制度、程序等非物质实体为构成要素所组成的系统，如：实体为构成要素所组成的系统，如：管理系统、教育系统、国民经济系管理系统、教育系统、国民经济系统等。统等。1.1 系统的基本概念系统的基本概念1.1.2 系统的分类系统的分类第14页，本讲稿共22页1.3 系统的分类（1）自然系统与人工系统）自然系统与人工系统（2）实体系统与概念系统）实体系统与概念系统（3）开放系统与封闭系统）开放系统与封闭系统（4）静态系统与动态系统）静态系统与动态系统（5）可控

16、系统和不可控系统）可控系统和不可控系统 开放系统是指与外部环境有物开放系统是指与外部环境有物质、能量和信息交换的系统，如：质、能量和信息交换的系统，如：教育系统、企业系统等；教育系统、企业系统等；封闭系统是指与外部环境无关封闭系统是指与外部环境无关的系统，实际上，没有绝对的封闭的系统，实际上，没有绝对的封闭系统，只是有时把与环境联系较少，系统，只是有时把与环境联系较少，相对独立的系统看作封闭系统。相对独立的系统看作封闭系统。1.1 系统的基本概念系统的基本概念1.1.2 系统的分类系统的分类第15页，本讲稿共22页1.3 系统的分类（1）自然系统与人工系统）自然系统与人工系统（2）实体系统与概

17、念系统）实体系统与概念系统（3）开放系统与封闭系统）开放系统与封闭系统（4）静态系统与动态系统）静态系统与动态系统（5）可控系统和不可控系统）可控系统和不可控系统 静态系统是指决定系统特性的因素静态系统是指决定系统特性的因素不随时间推移而变化的系统，没有绝对不随时间推移而变化的系统，没有绝对的静态系统；的静态系统；动态系统是指这些因素随时间动态系统是指这些因素随时间的推移而变化的系统，如：人体系的推移而变化的系统，如：人体系统、企业系统等。统、企业系统等。1.1 系统的基本概念系统的基本概念1.1.2 系统的分类系统的分类第16页，本讲稿共22页1.3 系统的分类（1）自然系统与人工系统）自然

18、系统与人工系统（2）实体系统与概念系统）实体系统与概念系统（3）开放系统与封闭系统）开放系统与封闭系统（4）静态系统与动态系统）静态系统与动态系统（5）可控系统和不可控系统）可控系统和不可控系统 凡是人能够改变其状态的系统称凡是人能够改变其状态的系统称为可控系统，反之称为不可控系统。为可控系统，反之称为不可控系统。人工系统是可控的，大多数自然系统人工系统是可控的，大多数自然系统是不可控的。是不可控的。1.1 系统的基本概念系统的基本概念1.1.2 系统的分类系统的分类第17页，本讲稿共22页1.4 系统的特征（1）整体性）整体性（2）相关性）相关性（3）目的性）目的性（4）有序性）有序性（5）

19、动态性）动态性（6）适应性）适应性即系统整体不等于各组成元素之和，即非加和原则，有两种即系统整体不等于各组成元素之和，即非加和原则，有两种情况：情况：整体小于各组成元素之和，即整体小于各组成元素之和，即1+121+121+12（也叫整体的（也叫整体的涌涌现现性）性）系统中相互关联的部分或部件形成系统中相互关联的部分或部件形成“部件集部件集”，“集集”中各中各部分的特性和行为相互制约和相互影响，这种相关性确定了部分的特性和行为相互制约和相互影响，这种相关性确定了系统的性质和形态。系统的性质和形态。人工系统和复合系统都具有一定的目的性，要达到既定人工系统和复合系统都具有一定的目的性，要达到既定的目

20、的，系统必须具有一定的功能。没有目的的系统不的目的，系统必须具有一定的功能。没有目的的系统不属于系统工程研究的对象。属于系统工程研究的对象。由于系统的结构、功能和层次的动态演变有由于系统的结构、功能和层次的动态演变有某种方向性，因而使系统具有有序性的特点。某种方向性，因而使系统具有有序性的特点。系统的有序性可以表述为：系统是由较低级系统的有序性可以表述为：系统是由较低级的子系统组成，而该系统自己又是更大系统的子系统组成，而该系统自己又是更大系统的一个子系统。的一个子系统。系统的有序性揭示了系统与系统之间存在着包含、系统的有序性揭示了系统与系统之间存在着包含、隶属、支配、权威、服从的关系，统称为

21、传递关系。隶属、支配、权威、服从的关系，统称为传递关系。如：开放系统和外界环境有物质、能量和信息的交换，如：开放系统和外界环境有物质、能量和信息的交换，系统内部结构也可以随时间变化。一般来说，系统的发系统内部结构也可以随时间变化。一般来说，系统的发展是一个有方向性的动态过程。展是一个有方向性的动态过程。任何系统都存在于物质环境（更大的系统）之中，它必任何系统都存在于物质环境（更大的系统）之中，它必然要与外界环境产生产生物质、能量和信息的交换，外界环然要与外界环境产生产生物质、能量和信息的交换，外界环境的变化也必然会引起系统内部各要素之间的变化。境的变化也必然会引起系统内部各要素之间的变化。因此

22、为了保持和恢复系统原有特性，系统必须具有因此为了保持和恢复系统原有特性，系统必须具有对环境的适应能力，就象元素必须适应环境一样，因为：对环境的适应能力，就象元素必须适应环境一样，因为：系统系统 +环境环境 =更大的系统。更大的系统。1.1 系统的基本概念系统的基本概念1.1.3 系统的特征系统的特征第18页，本讲稿共22页1.1 系统的基本概念系统的基本概念1.1.4 系统的结构与功能系统的结构与功能（1）系统的结构）系统的结构从一般意义上讲，系统的结构可以用以下式子表示：S=，R式中 S 代表系统；代表元素的集合；R 代表元素之间的各种关系的集合。第19页，本讲稿共22页1.1 系统的基本概念系统的基本概念1.1.4 系统的结构与功能系统的结构与功能（1）系统的功能）系统的功能第20页，本讲稿共22页1.1 系统的基本概念系统的基本概念l小结l系统的基本特征包含了整体性、相关性、目的性、有序性、动态性、环境适应。l对于系统可以按照不同的分类标准划分为不同的系统。第21页，本讲稿共22页1.1 系统的基本概念系统的基本概念l作业l什么是系统？l了解系统思想的发展。第22页，本讲稿共22页