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系統理論/秩序與混沌

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秩序與混沌

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系統表現出行為。這些行為是系統元素引數的應用結果 - 規則。隨後的行為根據對當前系統的瞭解以及對各種輸入和過程預期結果的解釋來解釋。當系統按預期方式執行時,它們通常被認為是穩定的,因此是有序的。“秩序”一詞並非絕對的。通常,諸如“穩定”、“平衡”和“有序”之類的術語描述了系統的所有已知(考慮的)輸入和輸出,並且僅根據這些因素,該系統似乎表現出期望的行為。

秩序描述了系統或系統部分的歷史。秩序表明系統對一個或多個規則做出了響應,使系統以預期的方式執行。許多系統中存在特定形式的秩序:穩態、自主和混沌。這些形式的秩序描述了系統的固有行為以及系統中如何發生波動。

穩態

當系統透過最終返回到其起點來響應外部力量時,它們被認為是穩態的。這種形式的秩序的一個例子是生物系統。隨著時間的推移,由島嶼支撐的動物種群將保持一定數量。外部疾病、捕食者或其他力量可能會減少數量,但最終種群將增加(所有其他力量相同)。如果種群激增,食物短缺最終會導致更少的動物。這些自然規律共同創造了穩態秩序。然而,系統不需要外部力量來創造波動。通常,隨著時間的推移保持相同輸入和過程的系統會因熵而經歷期望輸出的減少(參見wikipedia:熵)。

自主

產生持續波動或變化但遵循平均輸出的系統產生自主性。自主性最好描述為系統在一段時間內的振盪。儘管這種振盪不一定是簡諧運動,但它往往圍繞一個一般平均值。穩態秩序輸入引數的微小變化可以產生自主秩序。

混沌

如果系統進一步波動,它可能會變得不可預測。雖然這並不意味著系統故障,但這種行為表明“確定性不可預測性” - 同樣的輸入產生不同的結果的概念。這種不可預測性通常被認為是混亂的。“混沌”一詞並不意味著系統正在或將要失敗;而是一種描述無法完全確定地預測的系統的方法。通常,當底層規則未知時,系統被認為是混亂的,因此結果是不可知的。然而,這並不意味著不可預測或結構複雜的輸出系統是混亂的。當沒有底層規則支配不可預測系統時,它被認為是非確定性的。

非確定性系統的一個例子是拋硬幣。雖然硬幣只有兩面,但預測哪一面會正面朝上是相當困難的。沒有底層規則支配拋硬幣;而是幾個輸入的互動:翻轉的力量、原始位置、指甲的摩擦力、風速和方向、翻轉的高度、旋轉速度、人站立的物體上的當前重力等。無法考慮所有這些因素會導致不可預測性。雖然我們可能會假設經過多次翻轉後,每一面正面朝上的次數將相等,但這不是一個明確的預測。該系統不被認為是自主的,因為它不會自行內部校正,輸出的低數量也不會立即使其成為穩態環境。

因此,混沌系統可以被認為具有高度複雜的秩序,有時過於複雜,無法在沒有分析工具或複雜數學的幫助下理解。研究複雜和混沌系統的大多數方法都涉及瞭解分形性質的圖形圖和分岔圖。這些模型說明了直接與輸入相關的輸出的非常複雜的遞迴。因此,複雜秩序源於混沌系統。

參考文獻

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  • Serendip。超越牛頓:從簡單規則到穩定性、波動和混沌

http://serendip.brynmawr.edu/complexity/newton

  • 控制論:系統和控制論原理:一種演化視角

http://intelegen.com/genius/systems_and_cybernetics.htm#Cybernetics%20The%20Principle%20of%20Autocatalytic%20Growth

  • 斯特曼,約翰。商業動力學:複雜世界的系統思維和建模。2000 年。
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