《协同学理论》PPT课件.ppt
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1、第六章第六章 协同学概述协同学概述6.1 横断学科协同学横断学科协同学6.2 协同发展经济论基本原理协同发展经济论基本原理6.3 阴阳五行说与社会经济循环阴阳五行说与社会经济循环6.4 协同作用与三维立体容积分析法协同作用与三维立体容积分析法6.1 横断学科协同学横断学科协同学6.1.1 6.1.1 6.1.1 6.1.1 协同学和耗散结构理论的区别协同学和耗散结构理论的区别协同学和耗散结构理论的区别协同学和耗散结构理论的区别6.1.2 6.1.2 6.1.2 6.1.2 协同与协同学协同与协同学协同与协同学协同与协同学6.1.3 6.1.3 6.1.3 6.1.3 协同学的研究对象协同学的研
2、究对象协同学的研究对象协同学的研究对象6.1.4 6.1.4 6.1.4 6.1.4 协同学中的重要概念协同学中的重要概念协同学中的重要概念协同学中的重要概念6.1.1 协同学与耗散结构理论的区别协同学与耗散结构理论的区别相同点相同点 都是研究一个系统为何能自发的都是研究一个系统为何能自发的产生一定的有序结构。产生一定的有序结构。不同点不同点 耗散结构理论从宏观上研究系统由无序到有耗散结构理论从宏观上研究系统由无序到有耗散结构理论从宏观上研究系统由无序到有耗散结构理论从宏观上研究系统由无序到有序的转变,没有揭示系统宏观现象的微观机制。序的转变,没有揭示系统宏观现象的微观机制。序的转变,没有揭示
3、系统宏观现象的微观机制。序的转变,没有揭示系统宏观现象的微观机制。协同学从微观上解释了系统由无序到有序转协同学从微观上解释了系统由无序到有序转协同学从微观上解释了系统由无序到有序转协同学从微观上解释了系统由无序到有序转变的终极原因。变的终极原因。变的终极原因。变的终极原因。耗散结构理论着重研究远离平衡态的开放耗散结构理论着重研究远离平衡态的开放耗散结构理论着重研究远离平衡态的开放耗散结构理论着重研究远离平衡态的开放系统如何在一定条件下从无序走向有序。系统如何在一定条件下从无序走向有序。系统如何在一定条件下从无序走向有序。系统如何在一定条件下从无序走向有序。协同学既研究远离平衡态也研究平衡态系协
4、同学既研究远离平衡态也研究平衡态系协同学既研究远离平衡态也研究平衡态系协同学既研究远离平衡态也研究平衡态系统从无序到有序的变化,并指出两者的相变统从无序到有序的变化,并指出两者的相变统从无序到有序的变化,并指出两者的相变统从无序到有序的变化,并指出两者的相变遵循相同的方程。遵循相同的方程。遵循相同的方程。遵循相同的方程。耗散结构理论主要研究从无序到有序的变化耗散结构理论主要研究从无序到有序的变化耗散结构理论主要研究从无序到有序的变化耗散结构理论主要研究从无序到有序的变化 协同学既研究从无序到有序的变化,也研究协同学既研究从无序到有序的变化,也研究协同学既研究从无序到有序的变化,也研究协同学既研
5、究从无序到有序的变化,也研究从有序到从有序到从有序到从有序到“混沌混沌混沌混沌”的变化。的变化。的变化。的变化。耗散结构理论中耗散结构理论中de=dis+des de=dis+des 成立的依据成立的依据是系统内各子系统间的相互作用很弱,这样各是系统内各子系统间的相互作用很弱,这样各个子系统的熵才能相加减,但对一个复杂系统个子系统的熵才能相加减,但对一个复杂系统而言,其内部的各子系统间存在着紧密的联系而言,其内部的各子系统间存在着紧密的联系和作用,耗散结构理论对此类问题的无序向有和作用,耗散结构理论对此类问题的无序向有序转化无能为力。序转化无能为力。协同学可以从具体地分析各类非平衡有序结协同学
6、可以从具体地分析各类非平衡有序结协同学可以从具体地分析各类非平衡有序结协同学可以从具体地分析各类非平衡有序结构的系统行为入手,通过抽象、综合得出各类系构的系统行为入手,通过抽象、综合得出各类系构的系统行为入手,通过抽象、综合得出各类系构的系统行为入手,通过抽象、综合得出各类系统形成有序结构的条件和特征,解决耗散结构理统形成有序结构的条件和特征,解决耗散结构理统形成有序结构的条件和特征,解决耗散结构理统形成有序结构的条件和特征,解决耗散结构理论无法解决的问题。论无法解决的问题。论无法解决的问题。论无法解决的问题。协同学是以研究完全不同的学科间存在着共协同学是以研究完全不同的学科间存在着共协同学是
7、以研究完全不同的学科间存在着共协同学是以研究完全不同的学科间存在着共同特征为目的的一门学科。同特征为目的的一门学科。同特征为目的的一门学科。同特征为目的的一门学科。从哲学高度看,协同学回答了物质世界诸系从哲学高度看,协同学回答了物质世界诸系从哲学高度看,协同学回答了物质世界诸系从哲学高度看,协同学回答了物质世界诸系统从简单到复杂,从低级到高级发展进化的真正统从简单到复杂,从低级到高级发展进化的真正统从简单到复杂,从低级到高级发展进化的真正统从简单到复杂,从低级到高级发展进化的真正终极原因。终极原因。终极原因。终极原因。6.1.2 协同与协同学协同与协同学哈肯所借助的典型实验哈肯所借助的典型实验
8、激光实验激光实验 激光的形成是因为原子与原子之激光的形成是因为原子与原子之间发生了联系和协同,许多原子在间发生了联系和协同,许多原子在发光行为上采取了共同的模式,使发光行为上采取了共同的模式,使得系统在宏观上表现出有序性,表得系统在宏观上表现出有序性,表现出新的功能。现出新的功能。商店集中现象的启示商店集中现象的启示非平衡系统中的自组织现象非平衡系统中的自组织现象 一个由大量子系统构成的系统,在一一个由大量子系统构成的系统,在一定的条件下,由于子系统间的相互作用和协定的条件下,由于子系统间的相互作用和协作,这一系统就会形成具有一定功能的自组作,这一系统就会形成具有一定功能的自组织结构,在宏观上
9、产生时间结构、空间结构织结构,在宏观上产生时间结构、空间结构或时或时空结构空结构,达到新的有序状态。达到新的有序状态。协同,就是一种合作现象,协同,就是一种合作现象,是指一个开放系统内各子系统是指一个开放系统内各子系统之间的协调同步的非线性的一之间的协调同步的非线性的一种特性。种特性。简单协同:系统中各个子系统采简单协同:系统中各个子系统采取共同的行为来实现一个目标模式的取共同的行为来实现一个目标模式的合作。合作。简单协同与复杂协同简单协同与复杂协同 复杂协同:系统中各子系统采取复杂协同:系统中各子系统采取不同的行为来完成一个共同的目标模不同的行为来完成一个共同的目标模式的合作。式的合作。协同
10、学协同学 协同学是协同学是“一门关于共同协作或合作的一门关于共同协作或合作的科学科学”,也称为,也称为“协同工作之学协同工作之学”,指的是,指的是系统的各个部分之间的互相协作,其结果使系统的各个部分之间的互相协作,其结果使整个系统产生出一些在微观个体层次中并不整个系统产生出一些在微观个体层次中并不存在的新的结构和特征。存在的新的结构和特征。协同的本质协同的本质 系统内部的协同综合作用的本质是一个系统不系统内部的协同综合作用的本质是一个系统不系统内部的协同综合作用的本质是一个系统不系统内部的协同综合作用的本质是一个系统不断实现有序化的分化过程。从微观上看:子系统断实现有序化的分化过程。从微观上看
11、:子系统断实现有序化的分化过程。从微观上看:子系统断实现有序化的分化过程。从微观上看:子系统实现了某种联系和统一,从宏观上看,系统离开实现了某种联系和统一,从宏观上看,系统离开实现了某种联系和统一,从宏观上看,系统离开实现了某种联系和统一,从宏观上看,系统离开了某种均匀分布的平衡态,形成了步调、格局、了某种均匀分布的平衡态,形成了步调、格局、了某种均匀分布的平衡态,形成了步调、格局、了某种均匀分布的平衡态,形成了步调、格局、空间模式和时间周期的某种稳定的区分和有序。空间模式和时间周期的某种稳定的区分和有序。空间模式和时间周期的某种稳定的区分和有序。空间模式和时间周期的某种稳定的区分和有序。例如
12、:社会进化中的产业分工。例如:社会进化中的产业分工。例如:社会进化中的产业分工。例如:社会进化中的产业分工。6.1.3 协同学的研究对象协同学的研究对象 协同学的研究对象是由大量子系统组协同学的研究对象是由大量子系统组成的系统,只要它是一个开放系统,而且成的系统,只要它是一个开放系统,而且具有一定的非线性。具有一定的非线性。协同学认为,一个稳定的系统,它的协同学认为,一个稳定的系统,它的子系统都是按照一定的方式协同地活动,子系统都是按照一定的方式协同地活动,有次序地运动的。有次序地运动的。协同学的精髓协同学的精髓 由众多子系统组成的大系统总有一个相由众多子系统组成的大系统总有一个相对稳定的宏观
13、结构,这个宏观结构是由各个对稳定的宏观结构,这个宏观结构是由各个子系统相互竞争,协同作用而形成的模式,子系统相互竞争,协同作用而形成的模式,正是由于各个子系统之间的协同作用与竞争正是由于各个子系统之间的协同作用与竞争决定着系统从无序到有序的演化进程。决定着系统从无序到有序的演化进程。6.1.4 协同学中的几个重要概念协同学中的几个重要概念相与相变相与相变序参量序参量组织与自组织组织与自组织硬控制与软控制硬控制与软控制 (一)(一)相与相变相与相变相相系统宏观上具有一定特性的状态。系统宏观上具有一定特性的状态。相变相变系统从一种相到另一种相的转系统从一种相到另一种相的转变。变。(二)(二)序参量
14、序参量协同学用协同学用协同学用协同学用“序参量序参量序参量序参量”的变化来刻画系统从的变化来刻画系统从的变化来刻画系统从的变化来刻画系统从无序到有序的变化。无序到有序的变化。无序到有序的变化。无序到有序的变化。序参量是描述系统宏观有序度或宏观模式序参量是描述系统宏观有序度或宏观模式序参量是描述系统宏观有序度或宏观模式序参量是描述系统宏观有序度或宏观模式的参量。的参量。的参量。的参量。对一个系统而言,可能存在许多参对一个系统而言,可能存在许多参量,但我们分析问题时,不必考虑它的量,但我们分析问题时,不必考虑它的微观子系统的所有参量,以及所有子系微观子系统的所有参量,以及所有子系统的存在、作用及具
15、体的运动方式,而统的存在、作用及具体的运动方式,而只要选择一个或几个能够有效地描述系只要选择一个或几个能够有效地描述系统宏观秩序的参量,就能够知道它的整统宏观秩序的参量,就能够知道它的整体运动方式,能够描述它的宏观有序状体运动方式,能够描述它的宏观有序状态及其变化模式。态及其变化模式。快变量与慢变量快变量与慢变量 根据状态变量在临界点处的情况,状根据状态变量在临界点处的情况,状态变量分为两大类:一类在临界点处阻尼态变量分为两大类:一类在临界点处阻尼大、衰减快,对相变的整体进程没有明显大、衰减快,对相变的整体进程没有明显影响,即快变量,这类变量占绝大多数;影响,即快变量,这类变量占绝大多数;另一
16、类是一个或几个不仅不衰减而且始终另一类是一个或几个不仅不衰减而且始终左右着系统演化的整个进程的变量,即慢左右着系统演化的整个进程的变量,即慢变量。慢变量主宰着系统演化的进程,决变量。慢变量主宰着系统演化的进程,决定着结果出现的结构与功能,即慢变量决定着结果出现的结构与功能,即慢变量决定快变量。因此,慢变量为序参量。定快变量。因此,慢变量为序参量。激光系统的电场强度激光系统的电场强度 例:例:生态系统中种群的个体数生态系统中种群的个体数 社会系统中的语言、文化、公共道社会系统中的语言、文化、公共道德、公众舆论等等德、公众舆论等等 企业经营中的经营战略企业经营中的经营战略 化学反应中的浓度化学反应
17、中的浓度 慢变量在系统从稳定态向非稳定态过渡的过慢变量在系统从稳定态向非稳定态过渡的过程中起主宰作用,但是快变量也不是无所作为的,程中起主宰作用,但是快变量也不是无所作为的,两者是相互联系又相互制约的,各自都不能独立两者是相互联系又相互制约的,各自都不能独立存在。所以,当系统达到不稳定状态时,在快变存在。所以,当系统达到不稳定状态时,在快变量的作用下,将使系统达到一个新的稳定平衡位量的作用下,将使系统达到一个新的稳定平衡位置。这是一个有序化的进程。置。这是一个有序化的进程。伴随着系统有序化的进程(新的有序结构的伴随着系统有序化的进程(新的有序结构的产生、发展),慢变量和快变量相互联系,相互产生
18、、发展),慢变量和快变量相互联系,相互制约,表现出一种协同运动。这是系统子组织过制约,表现出一种协同运动。这是系统子组织过程中子系统协调运动的一个重要表现程中子系统协调运动的一个重要表现。系统在自组织过程中的协同运动,不仅系统在自组织过程中的协同运动,不仅表现为慢变量决定快变量的协同方面,而且表现为慢变量决定快变量的协同方面,而且表现在若干个慢变量间的合作与竞争之中。表现在若干个慢变量间的合作与竞争之中。几个序参量同时处在一个矛盾竞争的系统中,几个序参量同时处在一个矛盾竞争的系统中,每一个序参量决定着一种宏观结构以及它所每一个序参量决定着一种宏观结构以及它所对应的微观组态,也就是说在这种情况下
19、,对应的微观组态,也就是说在这种情况下,系统在不稳定点孕育着几种宏观结构的系统在不稳定点孕育着几种宏观结构的“胚胚芽状态芽状态”。最终能出现哪一种结构,由序参。最终能出现哪一种结构,由序参量的合作与竞争的结果决定。量的合作与竞争的结果决定。当几个序参量之中任何一个序参量都不当几个序参量之中任何一个序参量都不能单独主宰宏观结构形成过程时,便通过它能单独主宰宏观结构形成过程时,便通过它们之间的合作,确定某种反映序参量共同作们之间的合作,确定某种反映序参量共同作用的宏观结构。当某一个序参量在各序参量用的宏观结构。当某一个序参量在各序参量的竞争中获胜时,就会形成由该序参量主宰的竞争中获胜时,就会形成由
20、该序参量主宰的宏观结构。即序参量的合作会形成一种宏的宏观结构。即序参量的合作会形成一种宏观结构,而序参量的竞争终将导致只有一个观结构,而序参量的竞争终将导致只有一个模式的存在。序参量之间的协同合作与竞争模式的存在。序参量之间的协同合作与竞争决定着系统从无序到有序的演化进程,这是决定着系统从无序到有序的演化进程,这是协同学的精髓所在。协同学的精髓所在。协同学指出系统演化的动力是系协同学指出系统演化的动力是系统内部各子系统之间的竞争和协同,统内部各子系统之间的竞争和协同,而不是外部指令。它指出系统内部通而不是外部指令。它指出系统内部通过竞争而协同,从而使竞争中的一种过竞争而协同,从而使竞争中的一种
21、或几种趋势优势化(形成序参量的过或几种趋势优势化(形成序参量的过程)并因此支配整个系统从无序走向程)并因此支配整个系统从无序走向有序。有序。系统演化的动力系统演化的动力-竞争和协同竞争和协同 竞争与事物、系统或要素的个体性相联系,并不一般竞争与事物、系统或要素的个体性相联系,并不一般地等同于个体差异、个体性。差异强调个体之间的不平衡地等同于个体差异、个体性。差异强调个体之间的不平衡性,而竞争则要进一步强调不平衡的个体之间存在着相互性,而竞争则要进一步强调不平衡的个体之间存在着相互联系、相互作用、相互排斥。联系、相互作用、相互排斥。竞争是相互联系的个体之间的一种基本关系。它反竞争是相互联系的个体
22、之间的一种基本关系。它反映着相互联系、相互作用的事物、系统或要素具有个体性映着相互联系、相互作用的事物、系统或要素具有个体性并力图保持个体性。为了保持个体性,个体之间就要相互并力图保持个体性。为了保持个体性,个体之间就要相互排斥、互相竞争。这种关系不是由外来力量强加于个体之排斥、互相竞争。这种关系不是由外来力量强加于个体之间的,而是个体之间固有的。间的,而是个体之间固有的。协同是系统中的诸多子系统的相互协调、合作的或同协同是系统中的诸多子系统的相互协调、合作的或同步的联合作用,集体行为。是系统整体性相关性的内在表步的联合作用,集体行为。是系统整体性相关性的内在表现。现。竞争是协同的基本前提和条
23、件,系统内部的诸要素或系竞争是协同的基本前提和条件,系统内部的诸要素或系统之间的竞争是永存的。它一方面造就了系统远离平衡态统之间的竞争是永存的。它一方面造就了系统远离平衡态的自组织演化条件,另一方面推动了系统向有序结构的演的自组织演化条件,另一方面推动了系统向有序结构的演化化 竞争使系统趋于非平衡,它是自组织的首要条竞争使系统趋于非平衡,它是自组织的首要条件,协同则在非平衡条件下使子系统中的某些运件,协同则在非平衡条件下使子系统中的某些运动趋势联合起来并加以放大,从而使之占据优势动趋势联合起来并加以放大,从而使之占据优势地位,支配系统整体的演化。系统通过竞争和协地位,支配系统整体的演化。系统通
24、过竞争和协同从而产生序参量,序参量一方面通知各子系统同从而产生序参量,序参量一方面通知各子系统如何运动,一方面又告诉观察者系统的宏观有序如何运动,一方面又告诉观察者系统的宏观有序态的情况,从而反过来支配整个子系统。这便是态的情况,从而反过来支配整个子系统。这便是系统运动的整个过程。系统运动的整个过程。例:舞池中的秩序。例:舞池中的秩序。(三)(三)组织与自组织组织与自组织 组织系统组织系统组织系统组织系统系统中子系统相互作用关系是系统中子系统相互作用关系是系统中子系统相互作用关系是系统中子系统相互作用关系是在外界力量的控制下被动形成的,而它们向着有在外界力量的控制下被动形成的,而它们向着有在外
25、界力量的控制下被动形成的,而它们向着有在外界力量的控制下被动形成的,而它们向着有序化方向的集体行为也是由外界力量控制的。序化方向的集体行为也是由外界力量控制的。序化方向的集体行为也是由外界力量控制的。序化方向的集体行为也是由外界力量控制的。自组织系统自组织系统自组织系统自组织系统自组织是指无需外界特定的自组织是指无需外界特定的自组织是指无需外界特定的自组织是指无需外界特定的指令而能自行组织、自行衍生、自行演化,能够指令而能自行组织、自行衍生、自行演化,能够指令而能自行组织、自行衍生、自行演化,能够指令而能自行组织、自行衍生、自行演化,能够自主地从无序走向有序以形成有序结构的系统。自主地从无序走
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