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在现实世界的不同领域和层次上，随处可以看到各种各样的结构、模式、形态。在物理层次上，有晶体、山峦、云团、星球等。在生命层次上，有形形色色的花卉、树木、形态迥异的飞禽走兽等。在社会领域，有家庭、社区、村镇、城市、国家等。在精神领域，有语言、概念、理论、文化等。这些结构、模式、形态是如何产生的？如何演化的？有无支配它们的一般原理？回答此类问题自古以来就是对人类智力的巨大挑战。对此，自组织理论能够提供科学的答案。
第一批自组织理论出现于19世纪中叶。达尔文的进化论是生物学的自组织理论，自然选择（或物竞天择）原理就是一种自组织原理。马克思的五种社会形态演进理论是关于社会历史的自组织理论，生产力决定生产关系、经济基础决定上层建筑的原理是对社会历史系统自组织机制的一种理论阐述。相变理论是物理学的自组织理论，系统地解释了物质三态转变的机理。
普里戈金把自然界自组织产生的结构分为两类。通过平衡过程中的相变而形成的有序结构，称为平衡结构，如晶体、超导体等。平衡结构的基本特点是无须与外界环境进行交换即可保持其结构，甚至只有隔断与外界的联系才能长久保持自己。系统在远离平衡态的条件下通过相变而形成的有序结构，称为耗散结构，其基本特点是只有与外部环境不断交换物质、能量、信息，才能保持有序结构。这种分类是以现代热力学为根据给出的，但耗散结构十分广泛，不仅存在于物理界，一切生命系统和社会系统都是耗散结构，精神领域的各种系统，如语言、科学理论、文化形态等，也是耗散结构。经过进一步提炼，耗散结构有可能成为系统学的重要概念。
自组织理论的基本信念是：尽管现实世界的自组织过程产生的结构、模式、形态千差万别，必定存在普遍起作用的原理和规律支配着这种过程。现代科学还不能系统地揭示自组织的一般规律，但已获得许多深入的认识，提出一系列自组织原理，主要有突现原理、开放性原理、非线性原理、不稳定性原理、支配原理、涨落原理。
（1）突现原理。一种自行组织起来的结构、模式、形态，或者它们所呈现的特性、行为、功能，不是系统的构成成分所固有的，而是组织的产物、组织的效应，是通过众多组分相互作用而在整体上突现（涌现）出来的，是由组分自下而上自发产生的。自下而上式、自发性、突现性是自组织必备的和重要的特征。
（2）开放性原理。一个与环境没有任何交换的封闭系统不可能出现自组织行为，对环境开放即与外界进行物质、能量、信息交换的系统才可能产生自组织运动。对外开放是系统自组织的必要条件，正确的开放才能从外界得到负熵，但若开放程度不够，通过熵交换从外部得到的负熵不足以克服自身的熵增加，仍然不能出现自组织。只有正确而又充分地对外开放，才能保证系统出现自组织。系统从无到有的自组织运动会逐步区分内部与外部，把自己与外部环境区分开来。因此，系统不仅要有开放性，同时要有封闭性或隔离机制，以保证已积累的信息和能量不至流失，防止外部有害因素的侵袭。自组织过程是系统开放性与封闭性的统一。
（3）非线性原理。满足叠加原理的线性系统无法产生整体突现性，整体突现性是系统组成部分之间、系统与环境之间非线性相互作用的产物，是典型的非线性效应。
（4）不稳定性原理。新结构的出现要以原有结构失去稳定性为前提，或者以破坏系统与环境的稳定平衡为前提。但新结构只有能够稳定下来才算确立了自己，并在环境中存续运行下去。一个不具备稳定机制的系统不可能真正产生出来，更不可能保持自己。
（5）支配原理。系统内部的不同组分、要素、趋势、力量、变量、模式之间如果不分伯仲，一样起作用，系统就不会形成有序结构；只有形成少数趋势（或力量、模式、中心部分等）去引导、规范、支配大量其他组分、要素、趋势、模式等的行为，使它们协同动作，才能形成有序结构。
（6）涨落原理。状态量对其平均值的偏离，称为涨落。涨落的特点是随机生灭，或大或小。按其来源，有内涨落和外涨落之分；按其规模，有小涨落、大涨落、巨涨落之分。一切真实系统都存在涨落。
自组织过程是系统组分之间的互动互应过程，一个组分的行为变化，必然引起其他组分的回应，发生相应的行为变化，其他组分又反过来影响到该组分，形成复杂的互动互应网络关系。
对于物理化学系统中的简单自组织现象，一般可以建立数学模型，可以进行真实的实验研究。对于生命、社会、思维领域的复杂自组织现象，一般没有有效的数学模型，也很难进行真实的实验研究。最适用的方法是在电子计算机上做数值实验，模拟实际系统的自组织现象。
关于自组织现象的另一种属于系统科学的分类，是按照自组织过程实现的不同系统功能或方式来划分的，包括：自创生、自生长（发育）、自校正、自镇定、自适应、自维生、自学习、自复制、自修复、自更新，等等。在实际系统中，同一自组织过程常常同时包含几种方式。例如，自适应常常包含自学习，通过自学习而达到适应环境。复杂系统的自创生，如地球上第一个活细胞的创生，必定同时包含自镇定、自维持、自学习、自适应、自复制等。
系统的自创生，英文为autopoietic，本意指在没有特定外力干预下系统从无到有地自我创造、自我产生、自我形成。一些作者把系统的自我更新、自我修复也算作自创生，容易引起误解。
复杂系统的自创生不是单纯的自整合过程，还包含自稳定、自维持、自适应、自学习、自复制等多种自组织形式。一个典型的例子是第一个活细胞的自创生，探索它的机理是自组织理论的重大课题。著名的理论方案之一是艾根的超循环论，假定早期地球已经分别进化出具有自催化、自复制、自适应能力的前体，即原始蛋白体和原始核酸。要把这种前体整合成细胞，还须有更精致的系统机制和更有效的组织模式。
以经济系统自创生为例。大量经济实体（个人、家庭、公司等）在现实社会环境中相互依存、竞争、合作，互动互应，不断学习，不断自我调整，最终形成稳定运行的整体，就是现实的经济系统。这种系统自创生可以在计算机的虚拟世界中进行模拟。以一定的微程序作为这些实体的代理作用体（Agents），让大量的作用体群集于一定的环境中，彼此相互作用（或合作，或竞争，或既合作又竞争），开始形成某种连接较弱的网络。网络中的作用体可以通过交换部分“基因”（计算机密码）而发生突变，成为表现出不同行为的新代理作用体。网络中的作用体还与网络外的其他作用体相互作用，接受环境的评价与选择。这种内部的或外部的相互作用不断进行，最终形成某种能稳定运行的有机整体，就是新的经济系统。
自创生首先要解决从无到有的问题，然后才能解决从差到好的问题，即自我发育、自我完善、自我成熟。活系统尤其如此。最简单的自我完善是系统规模的增大，即系统组分的不断增加，叫作自生长。研究自生长是自组织理论的重要课题之一。20世纪80年代，普鲁森科维奇（P.Prusinkiewicz）等人把L-系统与计算机图形学、分形学结合起来，完善了植物生长的分支模型。
自适应有多种表现形式。最简单的自适应是自镇定。处于稳定状态标志着系统与环境相适应，干扰作用造成的瞬态表示系统与环境不适应，克服干扰使系统回到稳定态代表系统从不适应到适应的演化。但自镇定是一种平庸的自适应行为，线性系统也可以呈现这种自适应行为，且只能有这种自适应行为。
系统在没有特定外作用下产生与自身结构相同的子代，叫作自复制或自繁殖，是生命现象最为奥妙的特性之一。揭示自复制的机制是自组织理论的另一基本课题。稍微复杂的自生长和自适应均包含某种自复制。研究自复制更有效的手段是细胞自动机（CA）。