植树问题


　　某班长带领 60 位同学上山去值树，主要的工作有 3 项：挖坑、运树苗、 挑水浇树。根据情况得知：用 20 或 20 以上的人挖坑，需要 20 分钟；用 20
或 20 以上的人运树苗，需要 15 分钟；用 20 或 20 以上的人挑水浇树，需 30 分钟。这样，便会有 5 种安排：
　　第 1 种，可以在一项工作完成以后，再进行第二项工作，最后进行第三 项，这样总计要花 65 分钟时间；
　　第 2 种是在挖坑的同时派人去运树苗，在完成挖坑工作以后再组织人力 挑水，这样需要 50 分钟；
　　第 3 种是在挖坑的同时就派人去挑水，在挑完水后再去运树苗，这样需 要 45 分钟；
　　第 4 种是在挖坑的同时就派人去挑水，在挖完坑后又派人去运树苗，这 样只需花 35 分钟；
　　第 5 种安排是 3 项工作同时开始，那么，总共只需要 30 分钟就可以完成 任务了。
很显然，在人力、工具等条件都允许的情况下，第 5 种安排最省时间，
其他安排费时间多，会出现“窝工”现象。 同样，对于一个生产汽车的工厂，厂长一定会安排不同的车间（分厂），
分别生产汽车的发动机、轮胎、底盘、外壳、仪表、座椅、车灯、电器等零
部件，最后进行总体装配，一辆辆崭新、漂亮、别致的汽车就会从流水作业 线上徐徐开出来。任何一位厂长都不会安排先生产一种零部件，完成后再生 产第二种，一直到最后一种零部件制造出来后，再去一一组装。这样，无疑 要浪费许多时间，没有生产效率。
建筑队要盖一幢楼房，一定要打地基，运砖瓦石、水泥、钢材等建筑材
料，砌砖，安门窗，装水管和下水道，粉刷墙面等，如果安排不当，就会出 现窝工现象。
生活中也有许多例子，需要人们开动脑筋巧妙安排。你可能听过这样一
个故事，讲的是一个人挑着一担菜，牵着一只羊，带着一条狗过河，河边只 有一小小的船，因船太小，当人不在场时，不能把狗和羊留在一起，因为狗 要咬羊，也不能把羊和菜留在一起，因为羊会把菜吃掉怎知办？这个人运用 他的聪明才智，巧妙安排，把三者安全顺利地带过了河。你知道他是怎样干 的吗？
　　如果在家里做饭烧菜，你一定会先煮米饭（或蒸馒头），并利用煮饭的 时间去洗菜、切菜，等饭（或馒头）做好了，你的准备工作也做得差不多了， 然后再烧菜，这样可节约不少时间。
　　当你仔细观察一下周围发生的事情，或者回想一下你的经历，你就会了 解到，生活当中有着许多精明的“管家”——他们能管理好班级，管理好企 业，管理好农业生产。这里介绍的内容，就是用图和网络的方法，解决前面 提到的各种问题，帮助人们统筹安排时间，精打细算，提高工作效率。
　　
著名的哥尼斯堡七桥问题


　　欧洲有一座城市，叫哥尼斯堡。有一条河流经城区，河中有两个小岛， 共有七座桥将河的两岸和两个小岛联接起来。图中 A、B 表示两岸，C、D 表 示两个小岛，数字 1 至 7 表示七座桥。
　　有人提出一个问题，能不能从某一地点出发（例如 D 点），通过七座桥 各一次（即不能重复过桥），然后回到出发地（也就是 D 点）？这就是有名 的哥尼斯堡七桥问题。
　　1736 年，数学家欧拉发表了一篇论文，将上面的问题用下图表示出来。 同样地，图上 A、B 表示两岸，C、D 表示两个小岛，数字 1 至 7 表示七座桥。





　　图中的点叫顶点，用来表示具体的事物。图中的线叫做边，用来表示事 物之间的某种关系。这种图不是按比例画出的，边长不代表真正距离或其他 数量关系，顶点和边的位置也不与实际位置一一对应。这样，就可以将复杂 的工程系统、运输系统、管理系统等等简化成图，来解决工程任务花费时间 最少、运输距离最短、管理费用最省等最优化问题。
欧拉将哥尼斯堡七桥问题抽象成一个图，将上述过桥问题抽象成一笔画
问题后，他证明，上图中的顶点都只与奇数条边相连接，因此不能将图一笔 画成而不重复任一条边。假设第 4 条桥不是连接 C、D 小岛，而是连接 A、B 两岸，则可用下图表示。可以明显地看出各点均与偶数条边相连接，此图就 可以不重复地一笔画成。





　　我们再看一下架设电话线的例子。在下图中，要在各单位之间架设电话 线。电话线必须将它们连接，但为了节省线路，两单位之间也可以通过其他 单位接通电话，例如乙村可以通过甲村、汽车站同学校接通电话，因此不必 在乙村与学校间再架设一条电话线。这种简单形式的图就是“树”。
　　
　　由于每两单位之间架线的长度不同，因此，实际上要求找到所架电线最 短的“树”，按这“树”的样子架线，所花时间最少、也最省钱。

架设电话线的“树”

供应问题


　　请看供水系统管路图，某村供水站要向新开垦的土地送水浇地，供水管 路要经过东南西北 4 片地区，每段管线最大供水能力分别表示在线中边上， 如供水站向南片土地每分钟最多能供应 5 立方米水，再由南片向东片最多每 分钟供应 2 立方米水等等。而这种有发点（如供水站）和收点（如新开垦地） 的有方向的图（从发点开始到收点为止）就组成了一个网络。研究供水站通 过这个网络每分钟最多能供给新开地多少立方米的水，这就是网络最大流问
题。
　　古代战争中就非常重视供应问题，“兵马未到，粮草先行”，说的就是 这个问题。现代化的战争供应问题更加复杂。因为现代战争，是对多兵种、 高技术、快速反应的全面考验，在一次战役之前，准备工作显得十分重要、 紧迫。因此，战前往往要研究从后方向前线调运各种武器弹药，集结各地作 战兵员和医疗、后勤保障、军事技术等各类人员，储备燃料、食品、饮用水、 药品等等问题。
　　还有许多系统都需要研究最大质量问题。如春节期间，铁路部门要研究 铁路网络最大客运能力，以便安排列车将旅客送回家过年。发电厂（还有水 电站）要研究电网最大送电能力，以满足工厂、农村和人民生活用电的需要。 油田和炼油厂要研究输油管网络的最大输油能力。电话局要研究电话网的最 大通话容量，等等。
　　
邮路捷径


　　当你收到邮递员送来的报纸、信件的时候，你一定很高兴能从报纸上了 解到国内外大事，从信中知晓亲戚朋友的消息。但不知道你是否注意到，邮 递员每次送信都是沿着相同的街道、相同的方向送信。你会说，这些绿衣天 使熟悉这些街道，甚至熟悉许多家庭，他们习惯于沿同样的路线送信，不管 酷暑寒冬、刮风下雨，日复一日，年复一年。如何为他们选一条路程最短的 “邮路”，使他们能相对轻松地完成他们的工作呢？这个问题是 1962 年由我 国数学家管梅谷教授提出的，国际上因此而称为中国邮递员问题。
我们看一看下图所表示的一个简单的街区路线图，数字表示街道的长度
（米）。那么，假设邮递员从邮局出发，沿什么路线送完信件返回邮局，所 走的路最少呢？
　　首先，要送完信、报等邮件，邮递员必须要经过每条街道至少一次。如 果他能够每条街道只走一次而不重复，这样的路线当然就是最短路线。但在 街道示意图上可以看出有 4 个交叉路口均与三条道路相连接（奇数条边）， 因此，这个图所表示的街道必然会有重复经过的路线。我们通过添加重复路 线，使那些与奇数条边相连的点均变成与偶数条边相连。
然后，检查每一个回路，使重复路线的总长度不大于该回路总长度的一
半。例如下图中，添加了 BC、CD、FG、GH 四条重复路线（在图中以弧线来表 示）。检查回路 BCDE，回路总长度是 850 米，而重复边总长是 400 米，符合 要求。再看 EFGH 回路，回路总长度是 750 米，重复边总长度是 350 米，也符 合要求。这样，图上所有的点均与偶数条边相连接，每条原街道或者没添重 复边，或者只添一条重复边。因此，上图就是邮递员所走的最小距离的“邮 路”。你不妨试试看，如果不是这样的路线，其他路线均要走更长的路程。

泡茶与导弹


　　50 年代末期，在美国海军研制“北极星”潜艇导弹过程中，接受任务的 公司、研究单位和大学共有 11000 多个。为了完成这项复杂的任务，主管人 员决定采用被称做计划评审技术的新的计划管理方法，这种方法将北极星计 划用 23 个网络、大约 3000 项工作来表示，网络图长 63.8 米，面积为 3000 多平方米。由于这种新方法的应用，使北极星计划提前 2 年多完成，从而也 使这一方法迅速推广到各部门。
　　我国数学家华罗庚用烧水泡茶作例子，清楚地介绍了这一方法。他讲， 要泡壶茶喝，要洗好水壶，灌上凉水，放在火上；在等待水开的时间里，洗 茶壶、洗茶杯、拿茶叶；等水开了，用开水冲茶。这种安排是最省时间的， 如果先洗茶壶、洗茶杯、找茶叶，再去洗水壶、灌凉水，放在火上烧开水， 肯定时间就要长一些。一般在用图来表示时，用带箭头的线段表示某一道工 序，将工序的开头和结尾用带数字的结点表示，称为事项。现将泡茶的各工 序、相关事项及工序时间列于表 3—1 中。在复杂的工程计划中，各工序还要 给一个特殊的编号。

表 3—1 泡茶的工序和时间

工 序 相关事项 工序时间（分钟） 洗水壶
烧开水
洗茶壶、洗茶杯、拿茶叶
用开水冲茶④→⑤ ①→②
②→④
③→④
1 1
15
4




然后，用工序、事项及标有完成各道工序的时间数字组成网络图，各工
序之间的关系就一目了然了。 画出网络图以后，还要对网络图进行分析、评价、审查抓各工序中的主
要矛盾，以便节约时间提高效率。

系统分析过程


　　我们大家都看过激动人心的足球赛，那绿茵场上激烈的竞技、运动员娴 熟的球艺、精彩而扣人心弦的临门一脚，给人以美的享受。你如果亲临赛场， 一定会为运动员们呐喊助威；如果你是球迷，你一定会为你崇拜的球星所折 服，为你喜爱的球队而欢呼雀跃。一场精彩而激烈的足球赛，会使不少人久 久难以忘怀。
　　是的，足球是一门艺术，能给人以美的熏陶，也是一场意志、力量、技 艺的较量，常使人激动不已。然而，你可曾知道踢足球还有系统科学的大学 问蕴含其中吗？
　　固然，一场足球赛的胜败与球队队员的技艺、水平、整体配合以及意志 密切相关，但当两支水平相当的球队狭路相逢、不得不在绿茵场上一决雌雄 时，双方领队、教练的指挥调度，就成了这场竞技最关键的因素了。现在， 让我们来看看双方教练、领队在赛前是如何“运筹帷幄”而决胜球场的。
　　首先，双方领队、教练要正确估计对手的实力、竞技状况以及可能采用 的战略战术，然后，要正确估计、评价自己球队的实力与竞技状况，分析这 场球赛的胜败对双方得失的影响，如有时必须战胜对手才能出线，有时只需 踢成平局就可稳拿冠军。最后，依据上述情况的综合分析，决定自己球队的 战略战术，是“攻”还是“守”？是以“三三四四”的阵容迎“敌”，还是 以“四二四”的攻势掠阵？是以中路突破为主，还是边锋“暗渡”？只有综 合分析各种方案的利弊之后，才能决定最为满意的实战方案。
当然，最佳方案制订后，还必须研究替代方案，以预防比赛中出现的各
种意外，如不巧己方主力队员负伤或罚出场外，或对方拿出了“秘密武器”
——名不见经传的骁将异军突起等等，只有事先估计到了各种可能出现的意 外情况并制定出相应的对策，这样才能临危不乱、稳操胜券。
从以上分析可以知道，球场的激烈竞争，包含有教练、领队在赛前的大
量预测、分析、对策研究与决策。这在系统科学看来，是一种较为典型的系 统分析过程，即通过情况的调查与了解，以及预测分析与研究，制订出可供 选择的方案、对策，然后再选择被认为是最为满意的方案去执行。
下面，我们就分别介绍一下预测分析、系统分析以及对策研究、决策分
析的基本原理与方法。

预测分析


　　古人说得好，“凡事预则立，不预则废”，“人无远虑，必有近忧。” 古代著名军事家孙子则说：“兵者，国之大事，生死之地，存亡之道，不可 不察也。”这里的“预”、“虑”、“察”无不包含有预测的意思。也就是 说，作为探索未来的预测活动，古已有之。
　　现在，预测作为一门技术已被广泛运用于军事、政治、外交、经济、文 化教育、科技领域，为正确的决策和规划提供可靠的依据。60 年代以来，世 界各国建立了大量的预测咨询机构，到 70 年代初世界各国已有 2500 多家专 门的预测咨询机构，如美国的兰德（RAND，英文“研究与开发”的缩写）公 司，斯坦福国际咨询研究所，西德工业设备企业公司，人类 2000 年国际协会， 世界未来学会以及国际应用系统分析研究所，英国伦敦国际战略研究所，日 本野村综合研究所等均是国际上负有盛名的预测机构。在中国，预测工作近 十多年得到了迅速的发展，目前已在国民经济发展、人口规划、科技发展战 略、技术、产品、市场预测等方面取得了显著的成效（据预算，通过开展技 术预测创造的新产品的盈利，相当于技术预测投资的 50 倍）。
　　预测作为一门技术学科，已得到了广泛的应用与迅速发展。80 年代初 期，我国科学家开展了“2000 年中国”的研究，就我国 2000 年人口、工业、 农业以及交通、能源等各方面的发展进行了预测。像这种从经济发展的角度 出发，对经济未来发展趋势所进行的预测，叫做“经济预测”。此外，如果 预测对象为战争的发展趋势、战争的结局以及随之可能带来的影响，这种预 测被称作“军事预测”，照此类推，从预测对象出发，还有政治预测、社会 预测等。
在实际预测中，根据不同的预测要求与预测对象，预测结果的表述往往
又是不同的。例如在对国际形势进行预测时，主要是研究和探讨未来时期国 际形势可能发生的重大变化及其发展趋势，以及随之可能产生的各种影响。 又如军事预测，主要研究某一地区在短期内爆发战争的可能性以及战争的性 质与规模等。对于这种着重探讨预测对象在未来时期所表现的性质的预测， 被称为“定性预测”。另一类着重研究预测对象未来数量的预测，如明年工 农业总产值是多少？ 2000 年我国人口可能达到的数值规模，是 12 亿，还是
13 亿？月底汽车的销售量是多少？这类强调数与量的概念的预测，被称为
“定量预测”。此外，还有一类是对预测对象未来的表现时间的确定，如某 项新技术（像超导研究、人工智能计算机）能够应用于生产领域的时间，产 品更新换代的时机，某项决策达到预期效果的时间等类预测，被称为“定时 预测”。

丰田汽车成功的秘密——系统分析


　　1962 年，英国与法国开始联合研究、制造超音速民用航空客机——“协 和”式客机。当时他们制定的目标和标准是快速、豪华和舒适。经过十几年 的潜心研究，耗资数亿元的“协和”式大型客机终于在 1975 年研制成功并投 入生产。然而时过境迁，十几年时间流逝，乘客和航空公司因价值观念的变 化以及世界形势的变化，要求飞机节能、噪音小、票价低、多载客，而对豪 华和高速并没有太多的要求。致命的是，“协和”式飞机噪音高得惊人，严 重超过了各国规定的噪音限制标准。这样一来，耗费巨大心血研制出来的“协 和”式飞机，尽管性能先进，但由于噪音大、耗能多、价格高而无人问津， 致使英法航空工业蒙受了巨大的经济损失！
　　反之，日本的丰田汽车公司却在竞争中获得了成功。该公司设有一个调 查部，该部门早在中东石油危机之前就预料到可能发生的能源危机。他们预 计能源危机将不可避免地影响到汽车市场及每个人的消费水平，只有设计出 省油、价廉、废气污染少的小型汽车，才能在市场竞争中取得领先的地位。 为此，包括丰田在内的日本汽车业，夜以继日地为设计和制造新型小汽车而 工作。后来，果然爆发能源危机，日本汽车从此畅销世界，不仅一举打入美 国市场，而且成为全世界汽车市场的霸主。今天，日本汽车已奔驰在地球的 每一个角落。
从上述成功和失败的两个例子说明，正确的目标，科学的预见，严格准
确的推理分析是多么重要。 自第二次世界大战以来，人们为了加强对未来系统的认识深度和驾驭能
力，适应自然环境的变化，逐步摸索总结了一套分析技术——系统分析技术：
就是对系统的目的、功能、环境、费用、效益等问题，运用科学的分析工具 和方法，进行充分调查研究，在收集、分析、处理所获得的信息资料的基础 上，确定系统目标，制订出为达到此目标的各种方案，通过模型进行仿真实 验和优化分析，对各种方案进行综合评价，从而为系统设计、系统决策、系 统实施提供可靠的依据。
系统分析作为一门分析技术，主要起源于美国的一些军事研究机构。早
在 1945 年，美国的道格拉斯公司，组织了各方面的科学家，其目的是向空军 方面提出有关技术和设备的建议，当时称为“兰德计划”，最初只有 4 个人 参加，后来正式成立了兰德公司。他们没有实验室，不制造硬件，在长期的 研究与开发中，发展了今天被称之为“系统分析”的科学方法，其主要目的 是如何使系统的整体效应达到最优化。如今，兰德公司的研究范围已从最初 的军事、外交事务扩大到经济、交通、通讯等公共事务的各个方面。系统分 析方法也从改善武器装备系统，走向了经济管理、社会发展等各个域。

田忌赛马——对策论


　　在我国古代春秋战国时期，齐国国王有一天提出要与大将军田忌赛马， 看谁的马跑得快。田忌答应后，双方约定各自出上、中、下 3 个不同等级的 马各 1 匹，每次比赛各出 1 匹马，一共比 3 次，输者要付给胜者千金。
　　当时的情况是，齐王的 3 匹马在同一等级中都比田忌的马要好一些，即 齐王的上马比田忌的上马跑得快，中马、下马也分别比田忌的中马、下马跑 得快。看来，齐王赢定了。后来，田忌的谋士孙膑给田忌出了一个主意。当 齐王第一轮比赛牵出上马时，田忌出下马，有意输掉第一局。第二轮比赛用 上马对付齐王的中马，第三轮则用中马对付齐王的下马，连续赢了两场。田 忌虽然马比齐王的差，结果却以 2∶1 的比分赢得了赛马的最终胜利，得金 1 千。
　　田忌赛马，用今天系统科学的观点看来，是一种典型的“对策现象”。 那么，什么是对策呢？对策是指决策者在某种竞争场合（军事、政治、经济 及体育竞赛等）下作出的决策，或者说是参加竞争的各方为了自己获胜而采 取的对付对方的策略。
　　对策论——运筹学分支之一，就是研究对策现象的数学理论与方法。由 于它的研究与政治、经济、军事等有密切的联系，而且处理问题的方法又有 明显特色，所以越来越引起人们的广泛重视。
在日常生活中，可以找到许许多多的“对策”现象，比如下棋、打扑克、
体育竞赛等，都是相互之间的竞争。在竞争过程中，尽管各有优劣，但参赛 各方都设法发挥自己的长处，尽最大可能争取较好的竞赛结果。在政治方面， 国际上政府间的外交谈判，各方都想在谈判中处于有利地位，争取对自己有 利的结果。在各国之间或一国内各利益集团之间爆发的战争，更是一场你死 我活的生死搏斗，双方都千方百计采用各种有利于自己的策略而置对方于死 地而后快。在经济领域内，各国之间的贸易谈判，各企业之间的产品竞争， 就业人员为某一职位的竞争等等，都具有竞争性质。这些现象称之为对策现 象或叫做对策模型。

希特勒的失败——决策论


　　1945 年 4 月 26 日，一队美军 B—26“掠夺者”轰炸机，由 10 多架“野 马”式战斗机护航，飞临多瑙河，执行对德国工业区的轰炸任务。当时，德 国法西斯在各大战场已节节败退，眼看即将灭亡，因此这一队在两万英尺高 空疾飞的轰炸机群，料定第三帝国的空中抵抗力量奈何不了他们，不会再遇 到多大的麻烦。然而，正当他们大摇大摆前进的时候，云层深处突然闪电般 地钻出了德军战斗机，盟军飞行员还没看清楚这些不速之客是什么型号的飞 机，转眼间 5 架庞大的“掠夺者”轰炸机便冒着浓烟坠落了下去。这疾如狂 飚、火力猛烈的战斗机就是当时世界上速度最快、火力最为强大的 ME262 喷 气战斗机——希特勒出手太晚的一张王牌。
　　事实上，1941 年德国空军就研制出了当时举世无双、威力无比的 ME262 喷气战斗机，如果当时就用这种“秘密武器”装备德国空军的话，第二次世 界大战史也许该重新书写。正是那个步兵伍长出身，对航空技术完全外行的 独裁者希特勒，不肯听从技术专家的意见，执意认为德国空军不需要这种“喷 气战斗机”，只需要精锐的喷气轰炸机，因此，他强行下令将 ME262 飞机的 生产计划全盘更改，执意让原设计为战斗拦截机的 ME262 装上炸弹架，挂上 炸弹，去扮演轰炸机的角色。由于 ME262 根本就不是轰炸机，其结果可想而 知。直到 1945 年元月，希特勒这才意识到他的“决策”错了，立即下令成立 ME262 喷气战斗机作战部队，但当时距德国投降已不到 5 个月，实在太迟了！ 尽管如此，为数不多的 ME262 在极端劣势之下，还是取得了相当大的战果。 如在 1945 年 3 月 19 日，美军出动轰炸机、护航战斗机 1150 架空袭柏林，德 军出动 37 架 ME262 迎战，结果共击落美军 24 架轰炸机和 5 架护航战斗机，
而 ME262 仅损失了两架。
　　尽管法西斯的最终灭亡是不可逆转的，但从这个历史事例可以发现，由 于希特勒的错误“决策”，独断专行，使得一项新的技术、好的发明得不到 好的应用，进而加速了自己的灭亡。试想，如果这杀人魔王听从了专家的建 议，作出了正确的决策——将 ME262 迅速装备德国空军的话，德国空军的空 中优势一时是无法被摧毁的，那么，法西斯的灭亡至少是要延长一段时日的。 可见，决策失误的影响是历史性的，无可挽回的。
事实上，决策是人们日常生活和工作中普遍存在的一种活动。古往今来，
人类社会发展的每段历史进程，无不烙有决策的痕迹。在我国古代，就有“运 筹于帷幄之中，决胜于千里之外”之说。《战国策》、《孙子兵法》、《史 记》、《资治通鉴》、《三国志》等一大批古典文献就记载了我国古代经济、 政治、军事等方面的大量决策事例和决策思想。但总的来说，古代人类社会 的实践活动，在其广度、深度上是有限的，是与社会的小生产方式相适应的， 决策活动主要凭借于决策者个人的才智与经验，如楚汉相争时的张良、三国 时的诸葛亮、元末明初的刘伯温，几乎完全是凭借个人的才学、胆识与聪明 才智在历史的长河中谱写了一曲曲令后人传颂的决策佳话。20 世纪以来，随 着生产社会化的发展，社会生产、科学研究以及其他社会活动规模越来越大， 社会系统结构愈来愈复杂，涉及因素也更多，从而使得人类决策活动的不确 定因素与风险都相应地增加了许多，“差之毫厘，失之千里”，稍有不慎就 可能酿成重大的决策失误。因此，世界各国越来越重视决策与决策方法的研 究，历史上的个人决策也渐渐地被“群体决策”所取代。当今世界，决策在

朝着科学化、民主化的方向不断迈进。 决策作为一种现象是随处可见的。我们常常为达到某一特定的目标寻找
行动的准则或措施，为了回答涌现在我们周围一个又一个的“怎么办”也常 作出决择，这种貌似简单的活动，实质上就是决策。一个人自出生后不久， 就会遇到人生道路的抉择。有位诗人说过，人生的道路虽然漫长，但紧要处 却只有几步！上学、就业、恋爱、结婚这些必然经历的人生十字路口，无一 不需要你做出重大决策，只不过习惯上我们很少使用“决策”这个大字眼罢 了。又如当你进了百货商场，面对琳琅满目的商品，你一定想用最少的钱购 买更多的商品，这就有赖于你正确的决策，合理安排使用手中有限的资金。 节假日到了，该干些什么，如何使假期过得丰富而有意义，也需要作出你的 抉择。为什么有的人能在一年半载中干好些事而有些人在一生中一事无成？ 这除了个人的主观努力与自身素质的差异之外，还与他在人生十字路口一次 次决策的正确与否不无关系。许多人就是因为“一念之差”，鬼使神差步入 歧途，毁了自己的一生。这“一念之差”，就是决策之差。

决策支持系统


　　古语说：“知人者智，自知者明。”一个好的决策者应该是一个明智的 人，他应该具有丰富的知识，严密的逻辑思维，丰富的实践经验，敏锐的观 察能力，准确的判断能力，敢于承担风险的魄力等等。一个高明的决策者除 了学会用常规的科学思维方法外，还必须灵活运用“逆向的”、“非常规的” 科学思维方法，这往往可以达到出其不意、出奇制胜的效果。例如我国古代 楚汉相争时期，名将韩信的“背水一战”就是典型的非常规的思维方法。古 代背水作战乃兵家大忌，韩信身为大将军熟读《孙子兵法》而为何一反常理 呢？因为他深知“陷之死地而后生，置之亡地而后存”的道理，他的决策正 是违反了常理的创造性思维，采用了人们不敢用的作战方法而达到了出奇制 胜的效果。
　　随着社会的发展、人类的进步，现代社会系统结构日益复杂，决策分析 中不可控因素越来越多，增添了决策的难度。与之相适应的决策也由个人决 策向智囊化、集团化、群体化决策发展，一大批决策咨询机构应运而生。例 如总部设在奥地利的国际应用系统分析研究所就是一个跨国界的决策咨询机 构，主要针对现代人类社会所面临的全球性问题进行各方面的分析研究，涉 及的内容有能源、环境、资源、医疗、国土开发、人口、气象、城市、管理 等各个方面。他们的研究成果已成为全世界各国政府决策的重要参考依据。 另一方面，随着计算机学科的逢勃发展，计算机已越来越多地进入了决策领 域，一门新的称之为“决策支持系统”（DSS）的学科也随之应运而生，自
70 年代提出决策支持系统的概念以来，决策支持系统在理论研究和应用研究
方面都取得了长足的进展。 一般地说，决策支持系统是以计算机为基础的完成信息收集、信息整理、
信息处理、信息提供的人机交互系统，它利用计算机运算速度快、存储容量
大等特点，应用决策理论方法、心理学、人工智能、计算机网络、数据库等 技术，根据决策者的决策思维方式，从系统分析角度为决策者或决策分析人 员创建一种良好的决策分析环境。在此环境下，决策者和决策分析人员可以 充分利用自己的经验、知识，同时在系统的有限引导下获取有效的信息，详 细了解和分析决策过程中的各主要因素及其影响，激发思维创造力，从而在 决策支持系统的帮助下逐步深入地透视问题，最终有效地做出决策，即通过 决策者与计算机的相互对话完成最终决策。简言之，决策支持系统不仅在内 容上能对决策者提供帮助，而且也能在整体决策过程中对决策者进行问题识 别、分析提供支持，帮助决策者提高决策的科学化程度。
　　近几年来，国内的决策支持系统开发与应用研究得到了迅速的发展，不 少大中型企业为推进企业的管理现代化水平，逐步建立了自己的管理信息系 统（MIS）及决策支持系统，部分省、市、县的政府部门为了迎接信息时代的 挑战，加快信息的收集、加工及综合利用的步伐，建立了包括数据库、模型 库、方法库、知识库等在内的决策支持系统，有力地促进了我国决策支持系 统研究的深入进行。随着人们对第 5 代计算机——人工智能计算机研究的不 断进展，以及决策科学研究的日趋深入，决策支持系统必将进一步发展与完 善。
　　
系统科学的发展


　　系统科学的蓬勃兴起是本世纪科学发展的重大事件之一。自 20 世纪 40 年代以来，系统科学以它独特的思想、理论和方法深深地影响了现代科学技 术的发展。由于系统的普遍存在性和系统思想的广泛适应性，系统科学的原 理与方法已渗透到政治、军事、经济以及社会、文化、教育等各个方面。今 天，它为人们认识世界、改造世界提供了富有成效的、现代化的“新工具”。 我国的系统工程研究虽然可以追溯到 50 至 60 年代，当时主要是在导弹 研制部门成立了总体设计部，负责导弹的研制、生产及其组织管理工作，并 使用了网络技术等系统工程方法，但大规模有组织的研究和应用系统工程是
从 70 年代中后期开始的。当时，在钱学森等著名科学家的倡导下，召开了一 系列有关系统工程的学术会议，并于 1980 年底成立了中国系统工程学会。从 此以后，系统工程在我国得到了迅猛的发展。
　　首先，系统工程研究队伍从小到大，迅速扩展。在中国系统工程学会成 立后不久，北京、西安、大连、上海、湖南等省市率先成立了地方系统工程 学会（研究会），到 1991 年底，全国各省及主要大中城市基本上均成立了相 应的地方学会（研究会），不少厂矿企业也根据自己发展的需要成立了相应 的系统工程研究机构，如上海石化总厂就是较早成立厂级系统工程研究机构 的企业之一。自 1979 年中国人民解放军国防科学技术大学在国内第一个设立 系统工程专业以来，不少重点理科工科大专院校均先后建立了系统工程系、 研究所或教研室，陆续培养了一大批科班出身的系统工程专业的学士、硕士、 博士与博士后。系统工程研究队伍正朝着专业化、学科化的方向迅速发展。 其次，通过广大系统工程工作者的开拓进取，系统工程在各行各业得到 了广泛应用，像军事系统工程、城市系统工程、农业系统工程、社会经济系 统工程、企业管理系统工程、环境系统工程、教育系统工程、信息系统工程、 法治系统工程、人口系统工程、水利系统工程、矿业系统工程、能源系统工 程、交通系统工程等纷纷在中华大地破土而出。与此同时，一大批具有中国 特色的系统工程研究成果相继问世，不少研究成果已被各级政府所采纳，促
进了我国决策工作的科学化与民主化。
　　最后，从学术活动来看，中国系统工程学会成立以来，已组织召开了 7 次全国性的大规模高水平的学术年会和数十次专业学术会议与若干次国际学 术会议。北京的《系统工程理论与实践》、天津的《系统工程学报》、湖南 的《系统工程》等专业性学术刊物已成为国内系统科学界学术交流的重要园 地，不少成果由此走向世界。
　　为了使大家对系统工程的研究与应用有一个更完整的认识与了解，我们 在系统科学的百花园里采撷了军事系统工程、城市系统工程、农业系统工程 呈献给大家，从中可以窥探出系统科学百花园的浓浓春意。作为全书的结尾， 我们特别集录了当代系统科学的三个前沿领域——耗散结构论、突变论与协 同学，以期大家对该学科的研究与发展能有一个更高层次的了解与认识。
　　
军事系统工程


　　英国雷达研究机构于1940年8月成立了世界上第一个由各类专家组成的 跨学科小组，即世界上第一个运筹学小组。他们按系统观点，用系统工程的 方法分析和研究作战问题。
　　该小组不仅研究把雷达用于防空系统，也把它作为高射炮的瞄准器，推 广到陆军中去，而且还研究如何利用雷达探测船只、潜艇，从而把雷达迅速 推广到了海军。后来，还在海、陆、空三军分别建立了运筹学组织，不但使 英国的防空预警雷达系统充分发挥了作用，为保卫英伦三岛立下了汗马功 劳，而且还为打击法西斯作出了贡献。
　　成功给人们很大启发，许多国家的军队都纷纷成立各类跨学科的小组， 研究各种军事活动中的问题。于是，一门新的学科就这样在第二次世界大战 中诞生、发展了。这就是“军事系统工程”（亦称军事运筹学）。
　　简单地说，“军事”就是有关打仗的事情。军事系统，是指由与打仗的 互相联系的基本因素、环节、部门构成的一个有机整体，如作战指挥、武器 装备研制、后勤保障、人员训练等组成的一个复杂系统。军事系统工程就是 研究与打仗有关的各方面如何进行系统分析、统筹安排、综合平衡，以便最 充分地发挥各个因素、环节、部门的人力、物力、财力的作用，以实现军事 系统预期的目标。
换句话说，军事系统工程是系统工程的一个专业门类，即系统工程在军
事上的具体应用。它主要采用运筹学、数学以及电子计算机等方法、手段从 整体上研究解决军队的组织指挥、作战行动、人员训练、武器装备、后勤保 障等问题，从而为部队首脑机关决策提供定量定性的科学依据。
军事系统工程的思想渊源可以追溯到远古时代，我国古代春秋末期伟大
的军事家孙武所著的世界上最早的兵书《孙子兵法》就蕴含着许多杰出的军 事系统思想。1914 年英国工程师兰彻斯特首先应用数学方法描述两军作战的 过程，从数量上论证了集中优势兵力的作战效果，并预见了战斗中可能出现 的问题。他所建立的兵员耗损方程，被世人称为“兰彻斯特方程”。
第二次世界大战中，参战各国都竭力把一些先进的科学技术直接应用在
军事上，美英两国军队最初把数学分析方法用在雷达搜索飞机上，后来发展 到防空、潜水艇、布放水雷以及使用其他武器作战等方面，取得了一定成效。 时至今日，科学技术得到迅速发展，大量的新武器不断出现。例如现在洲际 导弹在半个小时之内就能袭击万里之外的任何目标，精度达几百米甚至几十 米，威力与几千万吨 TNT（三硝基甲苯）当量；先进的侦察卫星和光电遥感 技术不受夜幕、森林的影响，能在几百公里外发现部队、车辆的活动；大型 运输机群已能把整个师的兵力连同武器装备在一天之内投送到千里之外战火 纷飞的战场；隐形飞机能神不知鬼不觉地飞临敌军上空；20 多年前尚不曾有 过的导弹部队，今天已成为各军事强国的一支重要军事力量??总之，现代 化技术已经改变了传统的战争规模和作战方式，现代战争对指挥员提出了快 速、果断、高质量地有效指挥的要求；同时，现代战争的突发性、复杂性又 给作战训练、后勤保障、组织管理方面带来了大量分析计算的繁重任务，因 此，现代战争要求采用科学方法和先进的计算工具，以适应时代变化，对部 队进行有效的组织管理与指挥。这些，极大地促进了军事系统工程的广泛应 用与迅速发展。

　　军事系统工程现已在世界各国得到了广泛的应用。军事上的较量，实质 上是一场经济与科技实力的较量。为了祖国的安宁，我们必须建立一支强大 的军队，而要建立一支强大的军队，则必须有繁荣的经济与先进的科技及理 论。这中间，自然离不了“足智多谋”、“运筹于帷幄之中，决胜于千里之 外”的军事系统工程专家来出谋划策了。
城市系统工程
　　城市系统的结构，一般包括经济结构、人口结构、土地利用结构、布局 结构以及能源交通结构等等。
　　城市布局是城市系统工程研究的重要内容之一，它是指城市在空间上的 分布状况和相互关系。就全国而言，如何合理地配置城市？在一个地区范围 内，相邻城市间的分布关系如何处理？哪一个以工业为主？哪一个以商业、 金融业为主？就一个具体的城市来说，如何使该城市的组成部分在空间上形 成合理的优化体系，更有益于城市居民的生产与生活？上述问题分属三个不 同的研究层次，第一层次是全国范围内的城市布局研究，第二层次是区域性 的布局研究，第三层次则是具体某个城市内的布局研究。
　　城市系统工程的分支之一——城市公共交通系统工程就是以道路交通系 统为着眼点，着重研究解决城市内的公共交通问题。例如 1983 年着手的“长 沙市城市公共交通系统工程研究”就是国内城市系统工程应用研究最早的课 题之一。它从解决长沙市“乘车难”这一问题入手，面向乘客，开展全市的 “出行”抽样调查，然后通过建立交通网络优化模型以及系统分析，优化城 市的线路布局；并根据研究结果，提出了许多种切实可行的方案和建议，供 政府部门决策参考。该课题首次把系统工程原理与方法运用于城市公共交通 系统的研究工作，具有十分重大的意义，有力地推动了我国城市系统工程的 发展。
运用系统工程的原理与方法制定一个城市的长远发展综合规划与城市建
设规划，首先必须认真搜集、调查该城市以及与该城市发展相关的所有基础 资料与历史数据，然后在此基础上仔细分析该城市的特点、优势、潜力与存 在的问题，掌握了解国民经济长远发展规划及本地区区域发展规划在未来时 间内对该城市发展所提出的具体要求与诸多限制，这样，依据该要求与约束 就可以通过系统预测、系统分析、系统优化来确定该城市的发展方向和发展 规模，最终制定切实可行的发展规划。
运用系统工程制定城市规划，有一个最显著的特点就是注重协调各系统
之间的相互关系，即从整体性原则出发，强调系统的整体最优和全过程的最 优。例如，制定城市规划一定要有各方面的专家参加，诸如经济学家、建筑 工程师、系统分析师以及生态环境学家等等。各方面的专家对同一问题的看 法往往是不一致的，甚至分歧还会很大。经济规划师研究的主要是经济发展 问题，他们重点考虑工业、农业、商业以及各行各业之间经济结构的变化及 其发展速度与规模，注重社会生产力的发展和经济效益的提高；建筑规划则 往往从特定的空间影响出发，重视城市建设艺术布局的原则和设计方案，强 调生产力的合理布局与城市的外在形象；社会发展规划师往往注重人口社会 结构的变化，职业与生活方式的变化及相互影响，家庭收入及变动导致个人 和社会心理变化及原因，比较重视社会道德、社会风尚与精神文明建设等； 环境规划师则关注城市生态环境变化及环境与生产、生活之间的相互影响等 等。显然，不同的侧重面，就有不同的价值准则，不同的价值准则，又导致

认识上的差异。系统分析师的主要任务之一，就是要充分注意吸收各种规划 师的不同观点，协调其矛盾，最终提出一个各方面均能接受的较为满意的规 划方案。
　　城市系统工程是一门新兴的综合性学科，它的主要任务是从时间和空间 上研究城市的发展及其分布规律。要完成这一任务，必将涉及许多学科，需 要有一个相应的学科体系。
　　改革开放以来，虽说城市化进程有所加快，但伴随而来的住房拥挤、交 通不便、文化设施缺乏、犯罪率上升等现代城市病又在围绕着我们。在加速 城市化进程的同时，如何提高现代化城市的管理水平以充分发挥其城市功 能，实现各系统之间的协调运转，是当前摆在我们面前的一大难题。这一问 题的最终解决，有待于城市系统工程研究更进一步的深入与突破！
　　
农业系统工程


　　生态农业是运用生态经济学原理和系统科学方法，把现代科技成果与传 统农业技术紧密结合建立起来的农业，它是具有合理生态、良性循环功能的 一种农业现代化体系。家庭生态农业以家庭为独立单位，以家庭具体条件为 出发点，运用生态经济学原理与系统科学方法，从种植业、养殖业到加工业， 按照食物链、加工循环模式进行综合经营，形成物质能量多形式多层次利用 的生态良性循环系统，从而实现农、林、牧、副、渔的协调发展，达到最佳 综合效益。
　　农业系统工程，就是要兼顾农业生产与环境保护两大目标。既充分利用 自然资源，发展农业生产，在较少的资源条件下获得质量好数量多的人类所 需要的农副产品，又要保护好生态环境，使有限的资源不断增殖更新，使生 态系统的物质循环和能量转化功能不断增强。
　　太阳能是我们这个星球赖以生存和发展的最主要能源。转化太阳能，分 为植物生产、动物生产和微生物分解三个过程。首先通过绿色植物的光合作 用，把从空气中吸收的二氧化碳（CO2），从土壤中摄取的水分和氮（N）、 磷（P）、钾（K）等无机物转化为有机植物质，这一过程称为植物生产；然 后通过草食动物将植物能和植物质转化为动物能和动物质，即动物生产；最 后由微生物将动植物分解转化为沼气——甲烷和二氧化碳，同时生产出绿色 植物能够吸收、利用的有机肥料，从而在生态系统中完成一次能量流和物质 流的循环过程。在这一循环过程中，生产的沼气，可以把储藏的生物能（含 动物能与植物能）转化为热能，其能量相当于植物所吸收的太阳能的 60％以 上，这样做可使太阳能的损失率降到 40％以下；而如果把植物秸杆等直接燃 烧，利用率不到 10％，太阳能的损失率高达 90％以上。上述循环过程不仅可 以最大限度地利用太阳能，而且在腐熟的有机质中保存原有的氮、磷、钾等 元素，提高了生态系统中能流与物流的质量，有效地保证了生态系统的良性 循环。这就是农业资源综合利用，生态农业多层增值的理论依据。
80 年代以来，由于系统科学和电子计算机的普及与发展，我国农业系统
工程研究进入了一个崭新的阶段。农业系统工程专家、学者从农业系统整体 出发，运用系统分析的观点，在研究区域农业发展战略、研究农业生态系统 与结构功能、调整农村产业结构等几个不同层次问题上进行了深入探讨。如 国家级大型研究项目“三江平原区域综合治理”、“黄淮海平原中低产区综 合治理”、“黄土高原综合治理”等，均是以获得大面积高产稳产、降低生 产成本、综合发展为目标，并取得了显著效果的研究项目。像由中国科学院 主持研究的黑龙江海伦县农业现代化试点研究，就是运用系统工程的理论与 方法，首先开展“海伦县自然资源的综合考察”，先后完成农业气候、地质、 地貌、土地利用、土壤、生物资源、水文以及农业区域规划、农业经济等方 面的系统调查，然后开展“海伦县社会经济生态技术系统总体设计及其模型 系列”的研究，制订了以种植业为主，以农、林、牧、副、渔全面发展和农 工商综合经济为两翼的所谓“飞鸟型”经济发展模式，以及到 2000 年的长远 发展规划。
　　总之，农业系统工程的任务是顺应自然，设计一个最佳的农村产业结构， 人为地创造一个高产、优质、低消耗的农业生产系统和一个稳定、合理、高 效的良性循环的农业生态系统。其显著特点是从整体出发，重视信息、数据
　　
的收集加工与处理，建立数学模型实现系统的量化与优化，运用计算机进行 系统仿真（尤其是模拟田间试验，可以有效的延长农业科学的研究寿命）与 政策分析，然后运用决策分析的理论，制订、选择优化方案。

耗散结构论


　　耗散结构的概念，是对应于平衡结构而得出的。在此之前，人们一般总 认为倘若系统原先是处在一种混乱无序的非平衡状态中，是不可能在非平衡 状态下呈现出一种新的稳定有序结构的。但普利高津等人对此进行了 20 多年 的研究后指出：一个远离平衡态的开放系统（不管是力学的、物理的、化学 的、生物的，还是社会性的、经济性的系统），通过不断地与外界交换物质 与能量，在外界条件的变化达到一定的阈（临界）值时，量变可能引起质变， 系统能从原来的无序状态转变为在时间上、空间上或功能上的有序状态，当 外部条件继续改变时，还会出现一系列新的结构状态。这种在远离平衡态情 况下所形成的新的有序结构，普利高津把它称为“耗散结构”。
　　研究耗散结构的性质以及它的形成、稳定和演变规律的科学，称为“耗 散结构论”。
　　耗散结构论的建立使我们对自然和人类自身有了一个更加完整、深刻的 认识：在平衡态附近，系统发展过程主要表现为趋向平衡，并伴随着无序的 增加和结构的破坏；而在远离平衡的条件下，发展过程可以经过突变，导致 新的结构的形成和有序度的增加。普利高津由于对“非平衡态热力学”，特 别是对耗散结构论的研究而获得了 1977 年度的诺贝尔化学奖。
耗散结构论是一门正在发展中的新学科，其理论体系与有关概念也在不
断完善之中。现在，耗散结构论已广泛应用于力学、物理学、化学、地质科 学、生物科学、医学以及社会科学等领域，并取得了不少令人瞩目的成就。 正如普利高津所说：“我们正是站在一个新的综合、新的自然观念的起点上。”

突变论


　　在自然界有两种不同的变化方式。一种是光滑的、连续不断的变化，如 生命有机体的连续生长、地球绕太阳连续不断地旋转、流体（如水、油、气） 的连续流动、气温的连续变化等等。对这种光滑的、连续不断的渐变现象， 人们已较成功地建立了各种模型描述其发展规律。与此同时，自然界存在着 另一种大量的不连续的飞跃式的变化，如水沸冰融、岩石金属的突然断裂、 桥梁突然塌陷，以及火山、地震、山洪的突然爆发均属于这类变化。此外， 细胞的分裂、物种的绝灭、飞机的坠毁、战争的爆发、经济危机的产生、工 厂的倒闭、政权的变更等等都是事物的形态、性质、状态从一种形式突然地 跳跃到根本不同的另一种形式的不连续变化，我们将这种突然之间发生的变 化称之为“突变”，也有人称之为“灾变”，意指巨大的、灾难性的突然变
化。
　　对于由于这种突变现象而造成的具有不连续过程的系统，适用于连续系 统的传统分析数学已显得无能为力。那么，有没有用来描述和解决自然界和 社会现象中大量存在的各种飞跃和不连续过程的数学工具呢？“山重水复疑 无路，柳暗花明又一村”，以法国巴黎高级科学院著名的数学教授——1958 年国际菲尔兹数学奖（世界上数学最高奖）获得者雷内·托姆博士为酋首一 批科学家创建的“突变论”，为我们提供了一种新颖的思考方法。
突变论运用更为高深的数学理论为工具，来研究自然界和社会现象中的
各种形态、结构的非连续性突变，从而引起了数学家、哲学家、生物学家、 社会科学家以及系统科学家的广泛注意和极大兴趣，有人高度评价突变论是 “自牛顿、莱布尼兹以来，数学界的又一次最伟大的智力革命”。因为牛顿、 莱布尼兹用他们的理论——微积分解释了所有连续的、渐变的现象，而托姆 的突变理论则解释了所有不连续的、突变的现象。
在突变论中，把那些作为突变原因的连续变化因素称之为“控制变量”，
把那些可能出现突变的量称为“状态变量”。以水为例，给水连续不断地加 温、加压，其温度和压强都是连续变化的，但当这些连续变化的量一旦达到 某一临界点——沸点，即水在一个大气压下，温度达 100℃时便会引起不连 续的突变——水突然沸腾，转化为水蒸气。在这个水的相变（指水从液态转 变为汽态）模型中，“控制变量”就是由人们控制、掌握的两个量——温度 和压强，它们始终是连续变化的；而“状态变量”则是能表示水的不同形态 特征的密度（密度高的状态对应着液态，密度低的状态代表气态）。显然， 是控制变量温度和压强连续不断的变化，导致了状态变量密度的“突变”。 突变理论最初是由托姆在 60 年代中期发展起来的，他的意图是把数学这 个“硬”工具应用于生物学这门“软”科学。托姆论证说，生物学家不能根 据他们丰富的实验事实来构造一个综合理论，主要因为他们缺乏为完成这个
任务所需要的数学知识。 突变论发展至今，仍旧着力于数学基础的建立以及突变现象的解释，而
控制乃至预测突变难度还很大，其应用还处于初创阶段，这是因为突变论还 只是一门诞生刚 20 年的新兴学科，在理论上尚不够成熟完备，是一块有待开 垦的处女地。
　　目前，突变论已在物理、化学、地质学、医学、生态学、工程技术以及 社会科学、经济决策等方面得到了广泛的应用，并取得了一批卓有成效的成
　　
果。显然，一种新理论的诞生与发展、一项新的发现从问世到成熟，不是一 蹴而就的事情，需要几代人的不断努力。“突变化”的最终“突破”，有待
于 21 世纪科学家们的共同努力。

协同学


　　协同学一词来自希腊文，其含义是“一门关于协作的科学”，或者说“一 个系统的各个部分（子系统）协同工作”。协同学是以研究完全不同的学科 间存在着的共同特征为目的的一门横断学科，它以信息论、控制论、突变论 等现代学科理论为基础，通过运用类比的方法，针对各学科广泛存在的无序 到有序的现象建立了一整套数学模型和处理方案，从而可把在一门学科中所 取得的研究成果，很快地推广到其他学科的类似现象上去。
　　协同学与耗散结构论一样，也是研究远离平衡态的开放系统在保证与外 界之间有物质流或能量交换的条件下，能够自发地产生一定的有序结构或功 能行为的一种理论。它以无序到有序的转变为主要内容，不仅包括非平衡态， 也包括平衡态中的相变。协同学力图揭示出各不同学科之间所存在的共同特 征和共同规律，并认为自然界中各种貌似不同的现象之间具有内在的“神似” 的联系。因而协同学解决问题的思想与方法同目前其他解决问题的思想与方 法相比较，具有更加深远的意义。
协同学的创始人是德国著名理论物理学家赫尔曼·哈肯教授。他在本世
纪 60 年代初从事激光理论研究，曾成功地建立了一整套的激光理论。他在研 究中发现，激光在远离平衡时所发生的从无序到有序的变化与热平衡系统中 所发生的相变存在着深刻的相似，从而促使他进一步研究了很多不同学科中 存在的非平衡有序结构形成的现象，如在化学反应中出现的颜色由红变蓝， 再由蓝变红的所谓“别洛索夫——扎玻廷斯基反应”，在生物学中竞争选择 而造成的野兔数及其天敌山猫数变化的“时间振荡”等等。结果他发现，这 些结构从无序到有序的形成过程，遵循着与激光的形成过程相同或相似的方 程和规律。这充分说明，尽管它们的演化机制有所不同，然而它们形成的有 序结构或功能的机理是相同的。这些发现，奠定了哈肯等人创立协同学的基 础。
协同学主要研究一类由许多子系统构成的系统——这些子系统的性质可
能截然不同，如激光系统中的原子、光子，生物系统中的动物、植物，社会 系统中的党派、集团，经济系统中的厂矿、乡镇等等。子系统是系统的微观 世界，而系统则表现子系统的整体行为。协同学研究这些子系统如何协作而 形成系统空间结构、时间结构。协同学特别研究这种有序结构是如何通过自 组织的方式形成的。
协同学力图解决的一个主要问题是，是否存在着一个一般原理，它支配
着所有这些彼此协同作用的系统？协同学的主要任务是寻找某种能够支配存 在于各类系统中的自组织现象的一般原理，并且该一般原理与系统组成部分
（要素）的性质无关。如果有这样的原理的话，我们就可以把已知系统的规 律，推广到我们尚不熟悉、尚未了解的未知系统。特别是我们可以把无生命 世界中简单得多的系统的组织过程作为研究起点，而后将发现的基本原理用 来阐明和解释极端复杂的生物现象，并最终研究解决生命物质的起源问题。