系统论、控制论和信息论.ppt

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1、问题问题1、古代就有整体思维的思想，系统论、古代就有整体思维的思想，系统论的提出有何意义？的提出有何意义？2、有序、层次、等级有什么区别？、有序、层次、等级有什么区别？3、为什么负反馈是控制的核心？、为什么负反馈是控制的核心？4、信息与物质、能量有什么区别？、信息与物质、能量有什么区别？5、整体思维方法有哪些？、整体思维方法有哪些？一、系统论一、系统论亚亚里里斯斯多多德德说说过过“整整体体大大于于部部分分之之和和”。但但作作为为现现代代系系统统论论的的基基本本思思想想最最初初产产生生于于本本世世纪纪20年年代代初初由由奥奥地地利利生生物物学学家家贝贝朗朗塔塔菲菲（L.Von.Bertalanf

2、fyL.Von.Bertalanffy）提提出出的的，强强调调生生命命现现象象不不能能用用机机械械论论观观点点，而而只只能能把把它它看看作作一一个个整整体体或或系系统统来来加加以以考考察察。1948年年，贝贝朗朗塔塔菲菲发发表表了了生生命命问问题题该该书书标标志志着着系系统统论论的的正正式式诞诞生生。1968年年，他他又又发发表表了了一一般般系系统统理理论论基基础发展与应用。成为系统论的代表著作。础发展与应用。成为系统论的代表著作。机械论的错误机械论的错误贝塔朗菲认为机械论的观点主贝塔朗菲认为机械论的观点主要错误是：要错误是：1、简单相加的观点简单相加的观点，即把有机体，即把有机体分解为各分解

3、为各要素，并采用简单地相加来说明有机体要素，并采用简单地相加来说明有机体的属的属性；性；2、机械观点机械观点，即把生命现象简单地比，即把生命现象简单地比作机作机器；器；3、被动反映的观点被动反映的观点，即把有机体看作，即把有机体看作只有只有受到刺激时才能反映。受到刺激时才能反映。生物机体论生物机体论生物机体论主要观点：生物机体论主要观点：生物机体论主要观点：生物机体论主要观点：1 1、系统系统系统系统 观点观点观点观点，即有机体都是一个系统，并把系统，即有机体都是一个系统，并把系统，即有机体都是一个系统，并把系统，即有机体都是一个系统，并把系统定义为相互作用的诸要素的复合体；定义为相互作用的诸

4、要素的复合体；定义为相互作用的诸要素的复合体；定义为相互作用的诸要素的复合体；2 2、动态观点动态观点动态观点动态观点，即生命机体是一个能保持动态稳定，即生命机体是一个能保持动态稳定，即生命机体是一个能保持动态稳定，即生命机体是一个能保持动态稳定的系统；生命过程是生物体和环境的相互作用。活的系统；生命过程是生物体和环境的相互作用。活的系统；生命过程是生物体和环境的相互作用。活的系统；生命过程是生物体和环境的相互作用。活的东西的基本特征是组织。处于积极的活动状态，的东西的基本特征是组织。处于积极的活动状态，的东西的基本特征是组织。处于积极的活动状态，的东西的基本特征是组织。处于积极的活动状态，3

5、 3、等级观念等级观念等级观念等级观念，即有机体是按等级组织起来的，生，即有机体是按等级组织起来的，生，即有机体是按等级组织起来的，生，即有机体是按等级组织起来的，生物系统是分等级的，从活的分子到多细胞个体，再物系统是分等级的，从活的分子到多细胞个体，再物系统是分等级的，从活的分子到多细胞个体，再物系统是分等级的，从活的分子到多细胞个体，再到超个体的聚合体，可谓层次分明，等级到超个体的聚合体，可谓层次分明，等级到超个体的聚合体，可谓层次分明，等级到超个体的聚合体，可谓层次分明，等级 森严。森严。森严。森严。1、系统的基本概念、系统的基本概念 系统系统有相互作用的元素的综合体。有相互作用的元素的

6、综合体。要素要素系统中原子系统即基本组成部分。系统中原子系统即基本组成部分。结结构构是是系系统统内内部部各各要要素素之之间间相相互互联联系系和和相相互互作作用用的的方方式式。它它表表现现为为各各要要素素在在时时间间和和空间上的组合形式。空间上的组合形式。功功能能是是系系统统在在与与外外部部环环境境相相互互联联系系和和相相互互作作用用过过程程中中所所具具有有的的行行为为、能能力力和和功功效效。是系统对外的表现。是系统对外的表现。2、系统基本特征、系统基本特征系统论认为，系统论认为，整体性整体性、关联性关联性，等级等级结构性结构性、动态平衡性动态平衡性、时序性时序性等是所有系等是所有系统的共同的基

7、本特征。统的共同的基本特征。系统论显然把那些不具备这些属性的系统论显然把那些不具备这些属性的集合体不看成系统。常常把一团散沙和系集合体不看成系统。常常把一团散沙和系统相对立。统相对立。整体性和相关性整体性和相关性系系统统是是由由若若干干部部分分组组成成，各各部部分分之之间间有有机机的的联联系系的的复复杂杂程程度度是是系系统统的的主主要要特特征征。构构成成系系统统的的各各个个部部分分可可以以具具有有不不同同的的功功能能，但但系系统统的的整整体体功功能能往往往往不不是是各各部部分分功功能能的的简简单单组组合合。子子系系统统相相互互关关联联越越强强，系系统统的的整整体体功功能功能就越显示出与部分功能

8、的组合不同。能功能就越显示出与部分功能的组合不同。1+1=2;1+12系统与要素关系系统与要素关系整体的性质不一定是要素具备的整体的性质不一定是要素具备的。如。如H2O的性质与的性质与H或或O都不同。都不同。要素的性质影响整体要素的性质影响整体。如一台机器中，。如一台机器中，一个部件出错，机器就会不正常。一个部件出错，机器就会不正常。要素性质之间相互影响要素性质之间相互影响。改变要素间的。改变要素间的相互作用是改变系统性质的方法之一。相互作用是改变系统性质的方法之一。例例拿破仑说数量小时较多数法国人不敌少数马克拿破仑说数量小时较多数法国人不敌少数马克拿破仑说数量小时较多数法国人不敌少数马克拿破

9、仑说数量小时较多数法国人不敌少数马克留木人，数量大时较少法国人可以战胜较多数马留木人，数量大时较少法国人可以战胜较多数马留木人，数量大时较少法国人可以战胜较多数马留木人，数量大时较少法国人可以战胜较多数马克留木人。克留木人。克留木人。克留木人。人们常说人们常说人们常说人们常说 三个臭皮匠等于一个诸葛亮三个臭皮匠等于一个诸葛亮三个臭皮匠等于一个诸葛亮三个臭皮匠等于一个诸葛亮。上网游戏、吸毒、赌博等往往是哥儿们相互影上网游戏、吸毒、赌博等往往是哥儿们相互影上网游戏、吸毒、赌博等往往是哥儿们相互影上网游戏、吸毒、赌博等往往是哥儿们相互影响上隐的。响上隐的。响上隐的。响上隐的。三个和尚没水吃三个和尚没

10、水吃三个和尚没水吃三个和尚没水吃，其原因是他们的能量消耗，其原因是他们的能量消耗，其原因是他们的能量消耗，其原因是他们的能量消耗在内耗上。在内耗上。在内耗上。在内耗上。钢筋混凝土结构的强度就大于钢筋、水钢筋混凝土结构的强度就大于钢筋、水钢筋混凝土结构的强度就大于钢筋、水钢筋混凝土结构的强度就大于钢筋、水泥、沙石的强度之和。泥、沙石的强度之和。泥、沙石的强度之和。泥、沙石的强度之和。功能和目的性功能和目的性大多数系统的活动或行为可以完成一定大多数系统的活动或行为可以完成一定的功能，但不一定所有系统都有目的，例如的功能，但不一定所有系统都有目的，例如太阳系或某些生物系统。一个水桶具有储水太阳系或某

11、些生物系统。一个水桶具有储水的功能，但它没有思维，本身没有目的。动的功能，但它没有思维，本身没有目的。动物的行为有一定的目的性，但主要就是为了物的行为有一定的目的性，但主要就是为了笕食存活。人类具有思想，行为的目的性明笕食存活。人类具有思想，行为的目的性明显增强。可见较为高级的系统才有目的性。显增强。可见较为高级的系统才有目的性。人造系统或复合系统都是根据系统的目的来人造系统或复合系统都是根据系统的目的来设定其功能的。设定其功能的。结构与功能结构与功能要素不变时，结构决定功能要素不变时，结构决定功能。如种类无数的。如种类无数的有机物几乎都主要是碳、氢、氧、氮组成。常有机物几乎都主要是碳、氢、氧

12、、氮组成。常常是组成结构不同。又如电子元件不同的组合常是组成结构不同。又如电子元件不同的组合可以形成各种家电。（反过来，结构相同，要可以形成各种家电。（反过来，结构相同，要素不同，功能不同）素不同，功能不同）结构、要素都不同则可以有相同的功能。结构、要素都不同则可以有相同的功能。如如人脑系统和计算机系统在部分功能上相似。利人脑系统和计算机系统在部分功能上相似。利用这一原则，可以设计各种仿真系统。用这一原则，可以设计各种仿真系统。同一结构可能有多种功能。同一结构可能有多种功能。如一付中药可能如一付中药可能有多种疗效。有多种疗效。环境适应性环境适应性一一个个系系统统和和包包围围该该系系统统的的环环

13、境境之之间间通通常常都都有有物物质质、能能量量和和信信息息的的交交换换，外外界界环环境境的的变变化化会会引引起起系系统统特特性性的的改改变变，相相应应地地引引起起系系统统内内各各部部分分相相互互关关系系和和功功能能的的变变化化。为为了了保保特特和和恢恢复复系系统统原原有有特特性性，系系统统必必须须具具有有对对环环境境的的适适应应能能力力，例例如如反反馈馈系系统统、自自适适应应系系统统和和自自学学习习系系统统等等。不不同同的的系系统统适适应应环环境境的的能能力力是是不不同同的的，但但也也不不是是非非常常高级的系统才有适应能力。高级的系统才有适应能力。有序性、层次性和等级有序性、层次性和等级高级的

14、复杂的系统不仅是有序的，而且往往具高级的复杂的系统不仅是有序的，而且往往具高级的复杂的系统不仅是有序的，而且往往具高级的复杂的系统不仅是有序的，而且往往具有复杂的层次结构和很高的目的性。一般系统论的有复杂的层次结构和很高的目的性。一般系统论的有复杂的层次结构和很高的目的性。一般系统论的有复杂的层次结构和很高的目的性。一般系统论的一个重要成果是把生物和生命现象的有序性和目的一个重要成果是把生物和生命现象的有序性和目的一个重要成果是把生物和生命现象的有序性和目的一个重要成果是把生物和生命现象的有序性和目的性同系统的结构稳定性联系起来。行政系统分为科、性同系统的结构稳定性联系起来。行政系统分为科、性

15、同系统的结构稳定性联系起来。行政系统分为科、性同系统的结构稳定性联系起来。行政系统分为科、处、局、部、委处、局、部、委处、局、部、委处、局、部、委；军事系统分为排、连、营、团、；军事系统分为排、连、营、团、；军事系统分为排、连、营、团、；军事系统分为排、连、营、团、师、军师、军师、军师、军，表现出系统的层次性。根据系统层次的，表现出系统的层次性。根据系统层次的，表现出系统的层次性。根据系统层次的，表现出系统的层次性。根据系统层次的有序程度和目的性程度可以划分不同的等级。一般有序程度和目的性程度可以划分不同的等级。一般有序程度和目的性程度可以划分不同的等级。一般有序程度和目的性程度可以划分不同的

16、等级。一般来说，结构层次复杂有序，目的性很强，则系统等来说，结构层次复杂有序，目的性很强，则系统等来说，结构层次复杂有序，目的性很强，则系统等来说，结构层次复杂有序，目的性很强，则系统等级就高。比如说人比动物等级高级，就在于人因获级就高。比如说人比动物等级高级，就在于人因获级就高。比如说人比动物等级高级，就在于人因获级就高。比如说人比动物等级高级，就在于人因获取信息处理信息的能力比动物强了多，则人的目的取信息处理信息的能力比动物强了多，则人的目的取信息处理信息的能力比动物强了多，则人的目的取信息处理信息的能力比动物强了多，则人的目的性远远比动物强。性远远比动物强。性远远比动物强。性远远比动物强

17、。系统划分系统划分按组成要素的性质（按人类干预的情况）分：按组成要素的性质（按人类干预的情况）分：按组成要素的性质（按人类干预的情况）分：按组成要素的性质（按人类干预的情况）分：自自自自然然然然系系系系统统统统原原原原始始始始的的的的系系系系统统统统都都都都是是是是自自自自然然然然系系系系统统统统，如如如如天天天天体体体体、海海海海洋洋洋洋、生生生生态态态态系系系系统统统统等等等等。又又又又如如如如呼呼呼呼唤唤唤唤系系系系统统统统、消消消消化化化化系系系系统统统统、循环系统、免疫系统等。循环系统、免疫系统等。循环系统、免疫系统等。循环系统、免疫系统等。人人人人造造造造系系系系统统统统如如如如人

18、人人人造造造造卫卫卫卫星星星星、海海海海运运运运船船船船只只只只、机机机机械械械械设设设设备备备备等等等等。又又又又如如如如：交交交交通通通通系系系系统统统统、商商商商业业业业系系系系统统统统、金金金金融融融融系系系系统统统统、工工工工业业业业系系系系统统统统、农农农农业业业业系系系系统统统统、教教教教育育育育系系系系统统统统、经经经经济济济济系系系系统统统统、文文文文艺艺艺艺系统、军事系统、社会系统等等。系统、军事系统、社会系统等等。系统、军事系统、社会系统等等。系统、军事系统、社会系统等等。复复复复合合合合系系系系统统统统既既既既包包包包含含含含人人人人造造造造系系系系统统统统又又又又包包

19、包包含含含含自自自自然然然然系系系系统统统统。系统工程所研究的对象大多复合系统。系统工程所研究的对象大多复合系统。系统工程所研究的对象大多复合系统。系统工程所研究的对象大多复合系统。按系统与环境的关系分：按系统与环境的关系分：按系统与环境的关系分：按系统与环境的关系分：开放系统开放系统开放系统开放系统：物质、能量和信息都有交换。：物质、能量和信息都有交换。：物质、能量和信息都有交换。：物质、能量和信息都有交换。有活力有有活力有有活力有有活力有生命的系统生命的系统生命的系统生命的系统如：商业系统、生产系统或生态系统，如：商业系统、生产系统或生态系统，如：商业系统、生产系统或生态系统，如：商业系统

20、、生产系统或生态系统，都是开放系统。只有开放系统才有可能在环境发生都是开放系统。只有开放系统才有可能在环境发生都是开放系统。只有开放系统才有可能在环境发生都是开放系统。只有开放系统才有可能在环境发生变化时，开放系统通过系统中要素与环境的交互作变化时，开放系统通过系统中要素与环境的交互作变化时，开放系统通过系统中要素与环境的交互作变化时，开放系统通过系统中要素与环境的交互作用以及系统本身的调节作用，使系统达到某一稳定用以及系统本身的调节作用，使系统达到某一稳定用以及系统本身的调节作用，使系统达到某一稳定用以及系统本身的调节作用，使系统达到某一稳定状态。但并不是说开放系统都是状态。但并不是说开放系

21、统都是状态。但并不是说开放系统都是状态。但并不是说开放系统都是进化进化进化进化的。的。的。的。封闭系统封闭系统封闭系统封闭系统：没有物质的交换，但有能量和信息的交：没有物质的交换，但有能量和信息的交：没有物质的交换，但有能量和信息的交：没有物质的交换，但有能量和信息的交换。如密闭罐中的物体。换。如密闭罐中的物体。换。如密闭罐中的物体。换。如密闭罐中的物体。孤立系统孤立系统孤立系统孤立系统：则没有任何交换。理论和实践证明它是：则没有任何交换。理论和实践证明它是：则没有任何交换。理论和实践证明它是：则没有任何交换。理论和实践证明它是退化系统退化系统退化系统退化系统。按系统的规模分按系统的规模分：小

22、型系统、中型系统、：小型系统、中型系统、大型系统和巨型系统。大型系统和巨型系统。按学科领域分按学科领域分：自然系统、社会系统和思：自然系统、社会系统和思维系统。维系统。按状态划分按状态划分：有静态系统和动态系统。还：有静态系统和动态系统。还有平衡系统、非平衡系统、近平衡系统、有平衡系统、非平衡系统、近平衡系统、远平衡系统等等。远平衡系统等等。还有：实体系统和抽象还有：实体系统和抽象(概念概念)系统；宏观系系统；宏观系统、微观系统。统、微观系统。3、系统方法、系统方法系统论思想观点，也是系统方法的系统论思想观点，也是系统方法的基本原则，具有科学方法论的含义，这基本原则，具有科学方法论的含义，这正

23、是系统论这门科学的特点。贝塔朗菲正是系统论这门科学的特点。贝塔朗菲对此曾作过说明，英语对此曾作过说明，英语SystemApproach直译为系统方法，也可译成系统论，因直译为系统方法，也可译成系统论，因为它既可代表概念、观点、模型，又可为它既可代表概念、观点、模型，又可表示数学方法。系统方法应用于工程产表示数学方法。系统方法应用于工程产生了生了系统工程系统工程。系统工程系统工程系统工程系统工程是从整体出发合理开发、设是从整体出发合理开发、设计、实施和运用系统科学的工程技术。计、实施和运用系统科学的工程技术。根据总体协调的需要，综合应用自然科学根据总体协调的需要，综合应用自然科学和社会科学中有关

24、的思想、理论和方法，利用和社会科学中有关的思想、理论和方法，利用电子计算机作为工具，对系统的结构、要素、电子计算机作为工具，对系统的结构、要素、信息和反馈等进行分析，以达到最优规划、最信息和反馈等进行分析，以达到最优规划、最优设计、最优管理和最优控制的目的。优设计、最优管理和最优控制的目的。1957年年古德古德和和迈克尔迈克尔出版了系统工程学出版了系统工程学标志了它的诞生。标志了它的诞生。霍尔霍尔三维结构三维结构逻辑维步骤逻辑维步骤逻辑维步骤逻辑维步骤 问问题题形形成成时时时时间间间间维维维维 知识维知识维知识维知识维 目目标标选选择择系系统统综综合合系系统统分分析析最最优优化化决决策策实实施

25、施计计划划规划计划研制生产安装更新运行社会科学法律工程管理医学环境教育都江堰2200年前，中国古代的都江堰是运用系年前，中国古代的都江堰是运用系统工程的成功的范例。它主要由三项主体工统工程的成功的范例。它主要由三项主体工程：程：“鱼嘴鱼嘴”岷江分水工程、岷江分水工程、“飞沙堰飞沙堰”分洪排分洪排沙工程、沙工程、“宝瓶口宝瓶口”工程以及工程以及120个附属工程个附属工程巧妙合成。其中每一部分都是不可缺的。巧妙合成。其中每一部分都是不可缺的。都江堰水利工程在四川都江堰市城西都江堰水利工程在四川都江堰市城西地图照片弧灌溉灌溉排排洪洪“鱼嘴鱼嘴”分水提分水提把岷江水一分把岷江水一分为二为二“飞沙堰飞沙

26、堰”溢洪道溢洪道“宝瓶口宝瓶口”引水口引水口最优化问题最优化问题运用系统论讨论问题往往是为最好的运用系统论讨论问题往往是为最好的实现目标。方法是通过改变要素和结构使实现目标。方法是通过改变要素和结构使系统功能最佳。如系统功能最佳。如田忌田忌赛马的故事；战争赛马的故事；战争时的布阵；材料的人工设计等。时的布阵；材料的人工设计等。运筹学、运筹学、决策论决策论主要就是讨论优化问题。主要就是讨论优化问题。1950年美国的年美国的莫尔斯莫尔斯和和基博尔基博尔出版出版运筹学方法，标志着运筹学的诞生。运筹学方法，标志着运筹学的诞生。二、控制论二、控制论控控制制论论是是自自动动控控制制、通通讯讯技技术术、计计

27、算算机机科科学学、数数理理逻逻辑辑、神神经经生生理理学学、统统计计力力学学、行行为为科科学学等等多多种种科科学学技技术术相相互互渗渗透透形形成成的的一一门横断性学科。门横断性学科。19481948年年年年美美美美国国国国数数数数学学学学家家家家维维维维纳纳纳纳出出出出版版版版了了了了控控控控制制制制论论论论一一一一书书书书，标标标标志志志志着着着着控控控控制制制制论论论论的的的的正正正正式式式式诞诞诞诞生生生生。控控控控制制制制论论论论一一一一词词词词CyberneticsCybernetics，来来来来自自自自希希希希腊腊腊腊语语语语，愿愿愿愿意意意意为为为为掌掌掌掌舵舵舵舵术术术术，包包包

28、包含含含含了了了了调调调调节节节节、操操操操纵纵纵纵、管管管管理理理理、指指指指挥挥挥挥、监督等多方面的涵义。监督等多方面的涵义。监督等多方面的涵义。监督等多方面的涵义。控制的概念控制的概念控控制制为为了了改改善善某某个个或或某某些些对对象象的的功功能能，需需要要获获得得并并使使用用信信息息，以以这这种种信信息息为基础而选出的加于该对象的作用。为基础而选出的加于该对象的作用。控控制制对对象象存存在在着着多多种种发发展展的的可可能能性性，因因而而控控制制实实质质上上意意味味着着在在事事物物发发展展的的可可能能性性空空间间中中进进行行有有方方向向性性的的选选择择，所所以以控控制制作作用是带目的性的

29、能动作用。用是带目的性的能动作用。系统的系统的行为行为和和目的目的行行为为系系统统在在外外界界环环境境作作用用（输输入入）下所作的反应（输出）。下所作的反应（输出）。生生物物系系统统的的目目的的性性行行为为是是指指外外界界环环境境的的改改变变对对生生物物体体的的刺刺激激对对生生物物系系统统来来说说就就是是一一种种信信息息输输入入，生生物物体体对对这这种种刺刺激激的的反反应应对对生生物物系系统统来来说说就就是是信信息息的的输输出出。推推而而广广之之，控控制制论论认认为为任任何何系系统统要要保保持持或或达达到到一一定目标，就必须具有一定的反馈行为。定目标，就必须具有一定的反馈行为。反馈反馈反反馈馈

30、系系统统输输出出信信息息返返回回输输入入端端，经经处处理，再对系统输出施加影响的过程。理，再对系统输出施加影响的过程。正正反反馈馈反反馈馈信信息息与与原原信信息息起起相相同同的的作作用用，使使总总输输入入增增大大。系系统统目目标标偏偏离离。加加剧剧系统不稳定。系统不稳定。负负反反馈馈反反馈馈信信息息与与原原信信息息起起相相反反的的作作用用，使使总总输输入入减减小小。系系统统目目标标偏偏离离减减小小。系统稳定。系统稳定。负反馈是控制论的核心问题。负反馈是控制论的核心问题。闭环控制系统闭环控制系统一般控制系统为闭环控制系统，如图：一般控制系统为闭环控制系统，如图：系统的稳定性系统的稳定性 系系系系

31、统统统统稳稳稳稳定定定定性性性性定定定定义义义义：当当当当一一一一个个个个实实实实际际际际的的的的系系系系统统统统处处处处于于于于一一一一个个个个平平平平衡衡衡衡的的的的状状状状态态态态时时时时，如如如如果果果果受受受受到到到到外外外外来来来来作作作作用用用用的的的的影影影影响响响响时时时时，系系系系统统统统经经经经过过过过一一一一个个个个过过过过渡渡渡渡过过过过程程程程仍仍仍仍然然然然能能能能够够够够回回回回到到到到原原原原来来来来的的的的平平平平衡衡衡衡状状状状态态态态，我我我我们称这个系统就是稳定的，否则称系统不稳定。们称这个系统就是稳定的，否则称系统不稳定。们称这个系统就是稳定的，否则

32、称系统不稳定。们称这个系统就是稳定的，否则称系统不稳定。稳稳稳稳定定定定性性性性是是是是对对对对系系系系统统统统的的的的一一一一个个个个基基基基本本本本要要要要求求求求，反反反反馈馈馈馈对对对对系系系系统统统统的的的的控控控控制制制制和和和和稳稳稳稳定定定定起起起起着着着着决决决决定定定定性性性性的的的的作作作作用用用用，无无无无论论论论是是是是生生生生物物物物体体体体保保保保持持持持自自自自身身身身的的的的动动动动态态态态平平平平稳稳稳稳（如如如如温温温温度度度度、血血血血压压压压的的的的稳稳稳稳定定定定），或或或或是是是是机机机机器器器器自自自自动动动动保保保保持持持持自自自自身身身身功功

33、功功能能能能的的的的稳稳稳稳定定定定，都都都都是是是是通通通通过过过过反反反反馈馈馈馈机机机机制制制制实实实实现的。现的。现的。现的。控制系统的一般结构控制系统的一般结构第第一一，传传感感器器。检检测测比比较较装装置置。作作用用主主要要是获得反馈。是获得反馈。第第二二，控控制制器器。作作用用是是用用来来决决定定应应该该怎怎样样做。做。第第三三，执执行行器器。作作用用是是完完成成控控制制器器下下达达的的决定。决定。第第四四，控控制制量量。这这是是我我们们自自动动化化机机器器所所要要达到的最终目的。达到的最终目的。例人工控制系统人工控制系统人工控制系统人工控制系统结构图结构图结构图结构图自动控制系

34、统自动控制系统自动控制系统自动控制系统结构图结构图结构图结构图人手控制机器控制控制量控制量受控对象受控对象所所谓谓受受控控对对象象是是指指在在一一个个控控制制系系统统中中被被控控制制的的事事物物或或生生产产过过程程,比比如如发发电电机机的的端端电电压，火炮的角度和方向压，火炮的角度和方向,锅炉气包温度等等。锅炉气包温度等等。在在设设计计和和分分析析一一个个控控制制系系统统时时，了了解解控控制制对对象象的的特特性性是是非非常常重重要要的的。因因为为，如如果果对对象象的的特特性性不不一一样样，其其所所需需要要的的控控制制策策略略也也会会大相径庭的大相径庭的,最终控制效果也大不相同。最终控制效果也大

35、不相同。控制论应用|导弹技术三、信息论三、信息论1948年年申申农农发发表表的的通通讯讯的的数数学学理理论论一一文文，成成为为信信息息论论诞诞生生的的标标志志。申申农农为为解解决决通通讯讯技技术术中中的的信信息息编编码码问问题题，把把发发射射信信息息和和接接收收信信息息作作为为一一个个整整体体的的通通讯讯过过程程来来研研究究，提提出出发发通通讯讯系系统统的的一一般般模模型型；同同时时建建立立了了信信息息量量的的统统计计公公式式，奠奠定了信息论的理论基础。定了信息论的理论基础。信息论的创始信息论的创始信息论的创始信息论的创始人是美贝尔电人是美贝尔电人是美贝尔电人是美贝尔电话研究所的数话研究所的数

36、话研究所的数话研究所的数学家学家学家学家申农申农申农申农（C.E.ShannoC.E.Shannon1916n1916），），），），一般通信系统模型一般通信系统模型信源信源编码编码译码译码信宿信宿噪声噪声消息消息消息消息+噪声噪声消息消息信息的定义信息的定义就就本体论本体论意义而言，信息是标志事物意义而言，信息是标志事物存在及其关系的属性。这样的描述难以将存在及其关系的属性。这样的描述难以将信息定量化。信息定量化。就就认识论认识论意义而言，信息是认识主体意义而言，信息是认识主体接收到的、可以消除对事物认识不确定性接收到的、可以消除对事物认识不确定性的新内容和新知识。因此的新内容和新知识。因此

37、申农申农是从根据这是从根据这一点给出了信息量的数学形式。一点给出了信息量的数学形式。信息量数学公式信息量数学公式申农的公式：申农的公式：H(x)=P(xi)h(xi)=P(xi)log2P(xi)其中：其中：其中：其中：HH（x x）表示信息量，）表示信息量，）表示信息量，）表示信息量，P(xP(xi i)表示某状态表示某状态表示某状态表示某状态x xi i不不不不确定的概率，确定的概率，确定的概率，确定的概率，h(xh(xi i)=log)=log2 2P(xP(xi i)，表示某状态，表示某状态，表示某状态，表示某状态x xi i的的的的不定性数量或所含的信息量。若不定性数量或所含的信息量

38、。若不定性数量或所含的信息量。若不定性数量或所含的信息量。若P(xP(xi i)=1)=1，则，则，则，则h(xh(xi i)=0=0；若；若；若；若P(xP(xi i)=0)=0，则，则，则，则h(xh(xi i)=)=；当；当；当；当=2=2，且，且，且，且P1=P2=1/2P1=P2=1/2时，时，时，时，H(x)=1H(x)=1比特。因此可见一个等几率比特。因此可见一个等几率比特。因此可见一个等几率比特。因此可见一个等几率的二中择一的事件具有的二中择一的事件具有的二中择一的事件具有的二中择一的事件具有1 1比特的不定性或信息量。比特的不定性或信息量。比特的不定性或信息量。比特的不定性或

39、信息量。信息与熵关系信息与熵关系 信信信信息息息息量量量量所所所所表表表表示示示示的的的的是是是是体体体体系系系系的的的的有有有有序序序序度度度度、组组组组织织织织结结结结构构构构程程程程度度度度、复复复复杂杂杂杂性性性性、特特特特异异异异性性性性或或或或进进进进化化化化发发发发展展展展程程程程度度度度。这这这这是是是是熵熵熵熵（无无无无序序序序度度度度、不不不不定定定定度度度度、混混混混乱乱乱乱度度度度）的的的的矛矛矛矛盾盾盾盾对对对对立立立立面面面面，即即即即负负负负熵熵熵熵。关关关关于于于于信信信信息息息息论论论论的的的的熵熵熵熵与与与与的的的的关关关关系系系系，布布布布里里里里渊渊渊渊

40、、林林林林启启启启茨茨茨茨和和和和奥奥奥奥根根根根斯坦斯坦斯坦斯坦等曾进行过初步讨论。比较：等曾进行过初步讨论。比较：等曾进行过初步讨论。比较：等曾进行过初步讨论。比较：信息熵：信息熵：log2P（xi）热力学熵：热力学熵：S=KlnP有：有：log2eS即信息是负熵。即信息是负熵。信息特征信息特征 信信信信息息息息特特特特征征征征有有有有：1 1、可可可可识识识识别别别别；2 2、可可可可转转转转换换换换；3 3、可可可可传传传传递递递递；4 4、可可可可加加加加工工工工处处处处理理理理；5 5、可可可可多多多多次次次次利利利利用用用用（无无无无损损损损耗耗耗耗性性性性）；6 6、在在在在流

41、流流流通通通通中中中中扩扩扩扩充充充充；7 7、主主主主客客客客体体体体二二二二重重重重性性性性。8 8、信信信信息息息息的能动性。的能动性。的能动性。的能动性。9 9、可共享性。、可共享性。、可共享性。、可共享性。信信信信息息息息是是是是物物物物质质质质相相相相互互互互作作作作用用用用的的的的一一一一种种种种属属属属性性性性，涉涉涉涉及及及及主主主主客客客客体体体体双双双双方方方方；信信信信息息息息表表表表征征征征信信信信源源源源客客客客体体体体存存存存在在在在方方方方式式式式和和和和运运运运动动动动状状状状态态态态的的的的特特特特性性性性，所所所所以以以以它它它它具具具具有有有有客客客客体

42、体体体性性性性，绝绝绝绝对对对对性性性性；但但但但接接接接收收收收者者者者所所所所获获获获得得得得的的的的信信信信息息息息量量量量和和和和价价价价值值值值的的的的大大大大小小小小，与与与与信信信信宿宿宿宿主主主主体体体体的的的的背背背背景景景景有有有有关关关关，表表表表现现现现了了了了信信信信息息息息的的的的主主主主体体体体性性性性和和和和相相相相对对对对性性性性。可可可可共共共共享享享享性性性性是信息与物质和能量的主要区别。是信息与物质和能量的主要区别。是信息与物质和能量的主要区别。是信息与物质和能量的主要区别。信息论信息论信息论信息论是研究信息的产生、获取、变换、是研究信息的产生、获取、变换、传输、存贮、处理识别及利用的学科。传输、存贮、处理识别及利用的学科。狭义信息论狭义信息论它以编码理论为中心，主要它以编码理论为中心，主要研究信息系统模型、信息的度量、信息容量、研究信息系统模型、信息的度量、信息容量、编码理论及噪声理论等。编码理论及噪声理论等。广义信息论广义信息论又称信息科学，主要研究以又称信息科学，主要研究以计算机处理为中心的信息处理的基本理论，计算机处理为中心的信息处理的基本理论，包括评议、文字的处理、图像识别、学习理包括评议、文字的处理、图像识别、学习理论及其各种应用。论及其各种应用。回目录回目录回目录回目录本章练习本章练习