“系统非优理论”的现实源泉及应用展望
The Source and Potential Applications of The System Non⁃optimum Theory

摘要 ：“ 系统非优理论 ” 是一门正在萌芽中的系统科学 ． 本文在 ［1］ 的基础上 进一步讨论了它的理论问题和实践意义 ， 同时对它的应用前景进行了展望 ．

1． 引言

系统非优理论（System Non⁃optimum Theory或简称SNOT）是一门正在萌芽中的系统科学．自从 1985 年提出以外，这一思想方法得到了国内外许多领域研究者的关注，而且在某些问题上正开始运用．

一个确定随机系统以及模糊系统，都必须经过一个非优识别后才能分类，而且描述系统特征的那些测度的可行性是从非优系统中得到的．对于任一复杂系统，由于系统中不分明元的变化，引起了系统特征元的变化，形成了不同的系统行为和运行方向．正是因为目标和条件这两大因素构成了寻求系统最优化问题．但是，以往的系统分析者都承认，在时间和资源都有限的条件下是不可能实现“最优化”的，同时在最优解的后面必然存在着一系列的假设、中间决策和数据的简化．在大多数情况下，寻求最优解的那些假设实际上并不存在，尽管人们将这种方法推广应用于许多领域，所得结果只能是暂时的，而且有时根本达不到最终目的．正是由于这种情况，使得最优化方法与现实问题还具有一定的不适应性．系统非优理论正是为了缩小这种差距，使得系统的目标和条件具有较大的可靠性．

实际问题表明，优和非优的组合构成系统的实际状态，只考虑优条件下的系统行为和目标或只考虑非优条件上的系统行为和目标都是不完全的，只有同时考虑优与非优才能达到对系统的全面分析．经验是人们解决问题的财富．但是经验从何而来？系统非优分析乃是获得经验的有效途征．“失败是成功之母”正是说明了这一问题．系统非优理论正是将“失败是成功之母”这一格言发展成较适用的系统分析方法．

2． 思想的形成及理论基础

系统非优理论根据人类认识、实践活动的过程与结果满足于人类主观要求和符合客观合理性的尺度，确定了“优”与“非优”两个研究范畴．其中“优”范畴包括最优和优，即成功的过程和结果；“非优”范畴包括失败的和可以接受的不好过程和结果．不可行，不合理是典型的“非优”，即使是在一定程度上合理、可行的，也往往属于“非优”范畴．实际上，任何系统大部分都是存在于“非优”范畴之中的，从“非优”范畴的角度去分析系统形成非优的行为是一种较适用的思想方法，简称“非优思想”．

“非优思想”在我国古代思想史上有着悠久的渊源．战国末期哲学家，法家的主要代表人物韩非在其著作“亡征”中，深入考察了以往历代亡国的教训，详细地论述了四十七种导致国家灭亡的征兆，以极其锐利的思想为统治者提出了避免亡国的治国策略．在中国古代的军事名著《孙子兵法》的“计篇”、“九变篇”、“地形篇”，《孙膑兵法》的“兵失”、“将义”、“将失”、“将败”等部分中总结了春秋战国以前作战的经验，特别是剖析了失败的原因．这些文献说明，自古以来人们不光是在优范畴内分析问题，而“非优思想”在人类的认识史上占有非常重要的特殊地位．二十世纪五十年代，科学技术高度综合的产物——系统工程学诞生了，它把系统建立为一定的模型，在满足约束条件的情况下，以求得系统整体的最优解．但是，由于人类社会实践的高度复杂性，例如，存在众多的未知因素和不确定因素，事物之间纵向和横向联系的交叉性，人的行为的影响，以及在系统处于走向有序的动态过程中，有些隐患尚未暴露等，这时，所得到的最优化模式往往一种不稳定状态．这说明：人类的认识与实践不仅表现在优范畴内的探索和追求，而且在大部分领域内始终在非优范畴内徘徊，即人类在现实中所面临的紧迫问题，不仅是寻求最优化模式或实现最优化目标，而更重要的是如何有效地摆脱大量严重非优事件的困扰和对系统非优因素的控制能力．

系统非优理论和追求最优化模式，两者是对立的统一，是相互联系，相互贯通的．前者表现为从非优范畴的挣脱，后者表现为在优范畴内对最优化模式或过程中的探索．就两大研究范畴的依存关系而言，非优范畴的形成及非优约束的确立是优范畴建立的基础，即人们的研究只有在真正跳出非优范畴之后，才有可能在实践中进入对最优化模式或过程的追求．

在系统工程问题中，往往存在着两种性质完全不同的思路：一是正常思维，即与已有的思维模式相一致：另一种是反向思维，即与已有的思维模式相冲突．科学研究的历史表明，固守常规思路容易使人思想僵化，思路堵塞，造成科学研究的失败；而反向思维的出现，则往往能开阔思想，使科学研究获得成功．在科学发现史上，这正反两方面事例是屡见不鲜的，希乐伯特攻克著名数学——果尔丹问题，就是生动的一例．“非优思想”则是运用了反向思维．

系统非优思想的理论基础是系统自组织学说，作为系统学基本组成部分的自组织理论，是近十几年来才逐渐被人们所认识．由于耗散结构理论、协同论、超循环理论以及突变论的接连问世，使得各学科领域对自组织理论的研究达到了前所未有的地步．对任意一个系统来说，衡量它是否进入“优”范畴，或者是否跳出“非优”范畴是通过自组织过程来实现的．由于系统具有产生，发展，消亡三个阶段，所以，系统同时还具有“非优”，“优”，“非优”交替出现的特征，要想在一定阶段上控制系统在“优范畴”内，必须通过自组织的功能对系统的“非优”因素进行识别和控制．我们知道，自组织系统不单是运动，而且还是演化、进化的．为了衡量自组织系统的进化程度，必须设立一些进化判据（自组织判据）．对此，不同学派有不同选择，不同系统也有不同的具体看法．一般说来，从系统内部结构的组织状态看，可以用熵以及熵有关的参量作判据，如熵产生，超熵产生，负熵等．根据熵的统计解释，熵值的大小表征了系统内部的混乱程度，而当系统达到热力学平衡时熵取量大值．因此，可以把熵减少的方向作为系统进化的方向．即，熵减少的多少或熵与最大熵的差值作为组织化的量度．从系统与处界的关系来看，存在性能或功能判据．例如，序参量就可以表征系统内部的组织状况，又可以体现系统整体对外界的关系．特别是在组织发生质变的临界点上，序参量常可以作为自组织系统进化的一种特征参量．除了上述两个基本自组织判据外，针对不同性质的系统还可选用不同的自组织判据．例如，一般自然系统的发展往往是从简单到复杂，那么复杂性的程度便可作为一个判据．对于一个最优化系统，可以用此系统中非优因素出现的次数和每一因素对系统的影响度来综合反映此系统是否处于“优”范畴．次数反映系统的环境，影响度反映系统的功能．如果设次数为N，影响度为 μ ，那么，系统具有由各非优因素组成的非优参数集

此参数集可作为系统非优程度的判据．

从系统超循环理论也可以得出系统非优理论的依据．这一理论可以把许多随机效应使它们本身成为一种起点（此起点表示系统的开端），使它们本身成为一种起放大作用的原因．通过因果的多重循环作用，可建立起一个自我复制、自然选择而进化到高度有序水平的宏观功能性组织．这种自我复制、自然选择正是在“非优”和“优”的超循环中实现的．非优的出现产生了在一定需求条件下的优范畴，这种衡量优范畴的尺度是系统优化的核心内容．现实生活中，根本不存在绝对的“优”和“非优”，只有在一定条件下所区别的相对优．“相对优”可以看成“令人满意解”，由于现实系统中存在着大量的不确定性、非线性特征，正如西蒙指出的传统古典决策原则的三个缺陷：即“忽略经济生活中不确定性的存在；忽略现实世界中的非线性关系；忽略了决策者主观条件的限制”，西蒙认为，在复杂的现实世界中，只有少数的情况能用微积分的方法求极大值和极小值，有时则根本不存在最优解，而大多数情况下是设法找到一个令人满意的近似解（或称相对优化解）．令人满意的标准是确定一个上限和一个下限，只要在上下限范围内，就都是可以被接受的，这实际上是用“优化区间”代替了“优化点”．系统非优理论的重要内容就是如何确定这个“优化区间”．

3． 系统非优理论的主要内容和方法

系统非优理论的重点研究课题之一是对“优”和“非优”范畴的边界进行定量的描述．两者的边界由于客观条件和人类主观意愿的变化以及人们所具有的不同行为参数，通常呈现不确定性和动态性，同时又由于人类实践和认识的不断进步以及在科学信息广泛交流的有效协同下，边界将在动态变化过程中又呈现可描述的趋势．对已被描述出来的边界的合理性和可行性判决，不是一个理论，是一个方法的选择和实践检验问题．对任一系统 S ，存在着 t 时的目标值 f _t ，则有：

式中的 为 t 时的相对优值， 为 t 时的相对非优值， λ ₁ ， λ ₂ （或写成 λ _O ， λ _NO ）为环境适应系数， x 为系统的状态变量， α ， β 分别是系统 S 的优弹性和非优弹性．

不同系统它的优和非优边界是不同的，这种边界值的求法可利用系统分析的方法．

由于人类已经发生过和正在发生的大量（社会的和自然的）非优化事件、状态、认识和行为，蕴藏着极为丰富的系统动力原始“能源”，对它进行系统地采掘、传输、存贮和加工，以建立非优信息系统库．它的高级形式可以用计算机的硬件和软件加以实施，它的初级形式可以用资料、文件、图表等加以构成．系统信息库所存贮的非优信息作为系统动力的原始“能源”，突破了物质能源向动力的一次转换的限制，只要非优信息所表述的状态、行为继续存在，这种“能源”就始终蕴含着有效的“燃烧值”，并可随时形成相应的系统动力．并且还可建立系统动力模型：

其中 x _i 是系统第 i 个经非优控制后的状态值， A _i 表示系统原有的状态数量， Q _i 为 A _i 的贡献率， D _i 为由非优影响度减少的贡献额． N 是系统状态数． X _K 为系统新增状态量， W _iK 为 X _K 对 X _i 的影响度， ϕ _i 是系统不分明元突变率．

在对系统非优信息和动力分析的基础上，确定人们认识和行为的基本非优约束，它可以用数学形式加以定量表达．非优约束有二层意思，一是通过非优约束去建立优约束，另外还可以确定哪些是非优范畴．我们知道，在一定约束条件下 X _i 对系统 S ₁ 是优的但 X _i 对系统 S ₂ 且是非优的，尽管我们可以从整体上来确定 X _i 符合所有的 S _i ，但仍会有两方面的情况出现．因此，如下形式则是较为符合实际的：

系统非优理论中的基本方法和基本程序：一，尽可能全面系统地收集所研究领域内诸非优事件、诸非优状态发生发展过程的大部分信息，可以列出各种非优状态的分布，形成相应的非优范畴，建立非优信息系统库；二，以系统科学原理为指导，对所收集的信息进行系统非优分析与综合，找出导致非优事件或非优状态发生、发展的主、次要作用因素，内、外部条件以及非优状态的主要特征量（可通过对非优状态矩阵求矩阵的特征量方法来解决）；三，运用系统工程、控制论的有关方法和手段，根据实用化、规范化的基本要求，在所确立的非优范畴内建立相应认识与行为上的非优约束体系；或在计算机上设计和实施有一定控制作用的非优判决指导系统．

4． 应用展望

系统非优理论是根据系统科学中的有序性、动态性原则和自组织理论来研究系统在什么因素的影响下和在什么条件下失稳的．如何有效地预测和控制这些失稳，如何缩短系统从失稳到走向自己的目的点或目的环的过程，进而构造出对系统失稳有一定控制作用的非优指导系统，以便对人类实践活动提供避免失败和失误的综合指导．

系统非优理论为系统理论的研究提供了新的思路，特别是对自组织理论的研究．近年来，关于有序与无序的讨论已成为国内外学术界的一大热点，对于不同学科的学者，在不同领域内，使用不同方法，对有序无序现象和理论做了种种的解释和探讨，但是有一个基本点是共同的，即都认为“序”这个概念可以从时间、空间和功能这三方面来描述．而系统非优理论可得出人的需求控制有序这一观点，还能通过非优指导系统来描述从无序到有序，从有序到无序．

系统非优理论还会在控制理论中有广泛应用，它能将人们的经验转化为科学手段，有可能在控制系统中构建人的行为模型，而且能对系统从“优”和“非优”两方面进行控制．另外，该理论将会在灾害预测与评价方面有美好的应用前景，它将会引起灾害预测部门的重视．

当前，我国正在经济领域中进行全方位的改革，改革实践的力度是前所未有的，并带有探索和尝试的性质．从改革实践的现实性出发，我们认为，作为新尝试的中国改革实践首要的问题并不是最优化问题，而是如何确保不失败、少失误和少走弯路的问题，即使某项在现实条件下被认为是属于最优化模式，但由于是处在走向有序的动态过程，有些隐患尚未暴露，有些因素的横向或纵向相互联系及内在规律尚未被认识，那么这种所谓的最优化模式也只能是暂时的．因此，如果凭主观愿望盲目地按最优化思想策略来确定改革目标，并以此去制订相应的计划和措施，或盲目的推广某种最优化模式，就等于把改革实践建立在一个不可靠的基础之上．所以，在各个领域的改革实践中，大至国家政策的改革，小到一个生产企业经营的改革，运用系统非优理论，逐步建立起具体的非优指导系统，必将提高我们在改革实践中的控制能力．

参考文献

［1］何平．模糊非优系统理论与方法．国际模糊系统学会欧洲学术会议论文集，1986 年11 月．

［2］何平．系统限函数与非优子集．锦州工学院学报，1987，5（3）：13-20．

［3］吕尔．一门正在萌芽中的系统科学，自然辨证法报，1987 年 22 期．

Abstract ：The system non⁃optimum theory is a branch of systems science， which is developing recently． This paper is developed to discuss the theory and practice， and to give an overview of the potential application of the theory．

控制与决策

1989，10（3）：18-21 Niu/uhPtIPoH0o1nD8gtMYO+Q/3wM6a0s55RqorDS5SVY0oBj/oEh/llORanHWFT