複杂系统概要(Outline of complex system)简要论述複杂系统的定义,类型等。複杂系统的複杂性包括无序複杂和有组织複杂性二种。分混沌系统,自适应複杂系统和非线性系统三种类型。研究複杂系统的学科有数学,物理和社会科学;还有多学科组成的学科。可见,研究複杂系统对人类的各方面都有重大意义。
基本介绍
- 中文名:複杂系统概要
- 外文名:Outline of complex system
- 论述:複杂系统的定义,类型等
- 分类:无序複杂和有组织複杂性
概述
複杂系统概要(Outline of complex system)简要论述,複杂系统的定义;类型和複杂系统的特徵等。
複杂系统由相互连线的部分所组成,而整体显示一或多种和单个部分性质差别不大的性质。系统的複杂性可以是下述的二者之一:无序複杂性和有组积複杂性。从本质说,无序複杂性系统包含很大数目的部分;而有组织複杂系统是一主体系统(很可能只有有限数目部份)而呈现的性质。
对複杂系统的複杂性提出模型的例包括:蚁群,人类经济学和社会结构,气候,神经系统,细胞和活的物体;包括,人类,现代能量或通讯基础设施。实际上,许多对人类感兴趣的系统是複杂系统。自然科学,数学和社会科学的许多领域都研究複杂系统。交叉学科研究複杂系统的专门领域包括系统理论,複杂性理论,系统生态学和控制论。
纵览
複杂系统是非线性相互作用的不同组元构成的网状系统,并表现出新的行为。複杂系统有多种含义;要看它在何种领域内。
複杂系统的特别种类。
科学研究系统领域,参看更複杂系统。
用非线性动力学研究複杂系统的典型例,参看更複杂性。
各种描述複杂系统的信息不断进步,可给出关于它们的一些祥情。关于複杂系统的科学出版给出一些内容:
複杂系统是十分敏感的系统,它含有变化的结构(N.Goldenfeld and Kadanoff)。
複杂系统是它的演变和对起始条件或很小干扰都十分灵敏,它的独立而又相互作用的组成很多,系统内有多种途径逐步演变(Whitesides and Ismagilov)。
複杂系统的功能很难了解,设计和核实。
複杂系统内许多不同组元间有多种相互作用
複杂系统是不断演变,随时间而展开的。
历史
虽说人类研究複杂系统已有数千年,但现代科学研究複杂系统比研究简单系统(设为物理和化学)的普通科学较迟。科学研究这些系统跟随几个不同的研究趋向。
在数学领域,雄辩地,在确定系统内发现混沌是对複杂系统研究的最大贡献,某个动力学系统的特点在于与非线性有关。研究神经网路的积累也是使数学需要去研究複杂系统。
自组织系统概念使非平衡热力学的内容丰富很多。也促进对複杂系统的研究。
类型
混沌系统
混沌系统要把动力系统划归混沌,它必须具备下面性质:
- 它必须对起始条件灵敏;
- 它必须拓扑地混合;
- 它的周期轨道必须稠密。
对起始条件灵敏意指这样系统内的每一点是任意近似接近其它有很不同将来轨道的点。这样,一个随意对现有轨道很小的干扰,都可导致将来很不同的行为。
複杂自适应系统
複杂自适应系统是複杂系统的特别情况。它们的複杂性在于:它们是多种多样的,相互联繫的组员集体动作,学了经验后再自适应。複杂自适应系统例子包括金融市场,社会昆虫,和蚁群,生物圈和生态系统,大脑,和免疫系统,细胞和发育的胚胎,製造商业和任何一群体为基础的在文化和社会系统的活动,包括一些线上大规模系统。
非线性系统
複杂系统课题
複杂系统有下列特点:
级联故障
由于複杂系统内组元间的强烈偶合作用,一或多组元故障能导致级联故障,这可造成系统功能灾难性的后果。
难于决定边界
由于难于确定複杂系统边界。故由观察者最后决定。
複杂系统可以是开放的
複杂系统统常是开放系统-即它们处在热力学梯度状态,并耗散能量。换句话说,複杂系统常常能量不平衡,但它仍显示图形稳定,参阅协同学。
複杂系统可有存储能力
複杂系统的历史是重要的。因为複杂系统是动态系统,它随时间变化;而前一个状态可影晌现在的状态。,再者,複杂系统常呈现滞后现象。
複杂系统可能是嵌套的
複杂系统的组元本身可以是複杂系统。例如,经济由组织组成;这些组织又由人组成,而人又由细胞组成。所有这些都是複杂系统。
多种动态网路
複杂系统的动态网路是重要的。小世界或无标度网路有许多局部相互作用,内部小部分也有联繫。自然複杂系统常呈现这样的拓扑性。例如,人类外皮层,可见密实的局部联繫和皮层内区域间的联繫,以及和大脑的联繫。
可产生新兴现象
複杂系统可呈现新兴行为,这是由系统基本组员的活动所决定,这些组员要在较高水準上研究。例如,从一个层次分析土堆里的白蚁有生理学,生物化学和生物的发展。但它们的社会行为和建造土堆是白蚁集体所出现的新兴性质;要从不同水準去分析。
关係是非线性的
实际上,这表示,一点很小的干扰可引起很大的效果(看蝴蝶效应),一种成比例的效应,或甚致无效应。线上性系统,效应常常直接和原因成比例。看非线性。
关係包含反馈迴路
常在複杂系统发现负(阻尼)和正(放大)二种反馈;系统元素改变,就用这种方法反馈,表示元素行为的效应。