第3篇-第5章系統(tǒng)科學方法-第6章科學假設和科學理論

1、第五章 系統(tǒng)科學方法 第六章 科學假說和科學理論,第五章 系統(tǒng)科學方法 系統(tǒng)論、信息論、控制論是20世紀40年代來產(chǎn)生的橫斷學科。70年代又形成了以耗散結構理論、協(xié)同學說、突變理論、超循環(huán)理論為主的非平衡自組織理論。它們都是以系統(tǒng)類型作為研究對象的，其理論基礎是一般系統(tǒng)論，所以，統(tǒng)稱為系統(tǒng)科學。它們撇開研究對象的具體物質形態(tài)和內容（天體、生物、機器、社會），從不同的

2、側面研究事物和過程所共有的本質和規(guī)律，具有普通的認識論和方法論意義。本章主要介紹系統(tǒng)論、信息論和控制論方法的一般特征和意義，自組織理論則給予省略。,第一節(jié) 系統(tǒng)論方法 《一般系統(tǒng)論》是由奧地利生物學家貝塔朗菲20世紀40年代創(chuàng)立的。其思想基礎淵源于解釋生命現(xiàn)象的有機論觀點，即來源于20世紀20年代英國數(shù)學家、哲學家懷德海關于把生命看成一個有機的整體的觀點。機械論和活力論。,一、系統(tǒng)和系統(tǒng)方法 1.

3、關于系統(tǒng)的概念 （1）貝塔朗菲認為：系統(tǒng)是“處在一定相互聯(lián)系中的并與環(huán)境發(fā)生關系的各組成部分的總體?！保?）錢學森則認為：系統(tǒng)是“由相互作用和相互依賴的若干組成部分結合成的具有特定功能的有機整體，而且這個系統(tǒng)又是它們從屬的更大系統(tǒng)的組成部分?！庇纱丝芍跋到y(tǒng)”概念主要包含以下涵義：,① 系統(tǒng)是一個整體。 是由相互作用、相互依賴的若干要素（組成部分）有機結合起來的； ② 系統(tǒng)各要素的這種有機結合又賦予系統(tǒng)

4、整體以特定功能。這種特定功能不僅是由組成系統(tǒng)的所有要素所造成的，而更主要的是由組成這些要素的相互關系所造成的； ③ 系統(tǒng)具有層次性。對于下一個層次來說是系統(tǒng)，而對于上一個層次來說，則是要素；④ 系統(tǒng)是一個開放的系統(tǒng)。它與環(huán)境進行著物質、能量和信息的交換，在多變的環(huán)境中以求得自身的穩(wěn)定性。因而，系統(tǒng)的特征和功能又表現(xiàn)為系統(tǒng)與環(huán)境的聯(lián)系之中。,2. 系統(tǒng)方法 所謂系統(tǒng)方法是指將研究對象作為一個系統(tǒng)整體來看

5、待，著重從系統(tǒng)與要素、要素與要素、系統(tǒng)與環(huán)境之間的相互聯(lián)系、相互作用的關系中，綜合地、定量地考慮研究對象，以達到全面而精確地了解和把握研究對象，并對問題作出最佳處理的方法。,二、系統(tǒng)方法的原則 1. 整體性原則。這是系統(tǒng)方法最基本的原則。它要求我們，無論是認識、研究、控制自然對象，還是設計、控制、制造人工系統(tǒng)，都必須從系統(tǒng)整體出發(fā)，探索系統(tǒng)內部各要素之間，系統(tǒng)與要素之間，以及系統(tǒng)與環(huán)境之間的辯證關系，以達到對系統(tǒng)整體的深刻

6、理解和全面認識。整體性原則是基于要素對系統(tǒng)的非加和性關系而提出的。它認為：①系統(tǒng)整體的結構并不是各個要素的簡單相加或機械拼奏，而是各個要素（或各個部分）按照一定的方式組成的有機統(tǒng)一體；②系統(tǒng)整體的功能也不是各個要素（或各個部分）功能的簡單相加或重疊，而是各個要素（或各個部分）在相干、協(xié)調、耦合的條件下表現(xiàn)出來的新質（整體效應和特定功能）。,2. 動態(tài)原則。這是系統(tǒng)方法的歷時性原則。它要求我們不能把系統(tǒng)看成是靜態(tài)的 “死系統(tǒng)”，而應把系統(tǒng)

7、看成是動態(tài)的“活系統(tǒng)”。雖然在科學研究中，人們經(jīng)常采用理想的“孤立系統(tǒng)”或“封閉系統(tǒng)”，這只是為了研究的需要而人為地設定的理想系統(tǒng)，而實際存在的系統(tǒng)從原則上講一般都是開放的、動態(tài)的系統(tǒng)。因此，這就要求我們在研究和認識系統(tǒng)整體時，不僅要了解它的過去，掌握它的現(xiàn)在，還要預測它的未來，從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律性的運動過程。,3. 優(yōu)化原則。這是系統(tǒng)方法的基本目的。也是任何一個系統(tǒng)所追求的目標。①整體效應的最優(yōu)。這是系統(tǒng)優(yōu)化原則的核心。②多級優(yōu)化。對系統(tǒng)整

8、體做出逐級優(yōu)化的處理。即從最低的層次到最高的層次進行逐級優(yōu)化，使系統(tǒng)達到整體效應的目的。反之，亦然。③最優(yōu)與滿意。最優(yōu)化是系統(tǒng)方法所追求的目標。,4. 模型化原則 模型化原則是實現(xiàn)系統(tǒng)整體原型的簡單化、定量化和最優(yōu)化的必要途徑和手段。它是指在運用系統(tǒng)方法時，由于系統(tǒng)規(guī)模龐大或很小，或者由于系統(tǒng)的因素眾多，或者由于系統(tǒng)的結構復雜，或者由于難于直接作用于系統(tǒng)（如人體系統(tǒng)）或者由于研究對象時過鏡遷，難以追蹤等原因，從而設計出與原

9、型系統(tǒng)相同或相似的系統(tǒng)模型，來代替真實系統(tǒng)，通過對系統(tǒng)模型的研究，來認識和掌握原型系統(tǒng)的本 質和規(guī)律。系統(tǒng)方法建立的模型通常是用數(shù)學方法、,系統(tǒng)方法建立的模型通常是用數(shù)學方法、原理實物模型等手段來表達。利用這種模擬方法比文字敘述更為精練、簡潔和準確，并可借助于計算機進行仿真試驗。下圖就是一個醫(yī)學模型的建立過程：,動物疾病模型、建立專家系統(tǒng)、人造器官,運用已知生理、病理知識,,,,,,No,Yes,達到預期目標,總之，整體性原則是基礎，動

10、態(tài)原則是過程，最優(yōu)化原則是目的，模型化原則是手段。,,模,第二節(jié) 信息方法 信息論是由美國科學家申農于20世紀40年代創(chuàng)立的，其代表作是1948年寫的《通訊中的數(shù)學理論》。 （一）信息及其本質和特征 1. 信息的含義。 ①通俗地講，信息就是能帶來新知識、新內容的消息；②維納從控制論的角度出發(fā)，把信息看作是控制系統(tǒng)進行調節(jié)活動時相互作用、相互交換的內容。③申農則從通訊角度，把信息看作是通訊

11、者“消除不確定性”的東西，是系統(tǒng)的“不確定性”的消除。,由此我們可知：①從認識論的角度來說：信息就是主體接收到的，可消除對事物認識的不確定性的新消息、新內容、新知識，是對系統(tǒng)的確定程度的量度；②從傳遞即信源、信道和信宿的關系來看，信息又是控制系統(tǒng)能夠實現(xiàn)其有目的性運動的信號；③從本體論角度看，信息又是被認識客體發(fā)出的聲音、顏色、結構關系、運動變化規(guī)律等表現(xiàn)出來的普遍存在方式。 2. 信息的本質 目前國內外對于信息的

12、本質問題有以下幾種看法： ① 認為信息是獨立的物質實體，它以“信息場”的形式存在；（載體）,② 認為信息是非物質的精神的東西，是純粹的精神活動；（語言、文字、數(shù)字、符號等） ③ 認為信息不僅是物質的，而且也是觀念的; ④ 認為信息既非物質，也不是精神，而是“某種第三者”； ⑤ 認為信息是物質的普通屬性或存在方式。3. 信息的重要特征： ① 信息存在于尚未確定的事物之中。只

13、有尚未確定或尚未認識的事物中才會有信息，未確定的程度越高信息就越多。對于已經(jīng)認識或確定的事物不含有信息。 ② 信息具有知識性。借助于信息可獲得知識，消除認識上的不確定性，變不知為可知，由少知轉化為多知。因此，知識量與信息量總是成正比的。我們說某人知識豐富、知識面廣，是指某人獲得的信息量大 。,③ 信息是可以識別的。它既可通過感官直接識別，也可借助于儀器間接識別。例如，當你看見病人無欲外貌，軀體皮膚玫瑰疹，并有相對緩脈時，你可

14、通過感官獲得信息：病人患有傷寒。當你看到病人心電圖上出現(xiàn)寬而深的Q波形，ST段抬高，T波倒置時，你會獲得信息：病人患有心肌梗塞疾病。④信息是可以轉換的。例如，各種語言文字的信息可以轉化為計算機語言；各種不同顏色的物體可轉化為各種不同的數(shù)字化圖像。⑤信息在時間上是滯后的。任何信息的獲得必然是在事件發(fā)生以后才可有之，所謂的超前信息僅僅是一種預測，而所有的預測信息盡管是建立在一定的科學依據(jù)之上，但仍然具有一定的或然性。,二、信息方

15、法及其基本特點 1. 信息方法是運用信息的觀點，把系統(tǒng)看作是借助于信息的獲取、貯存、轉換、傳遞、加工、處理而實現(xiàn)其有目的性運動的一種研究方法。（生物、機器、社會） 2. 信息方法的基本特點：以信息的運動作為分析和處理問題的基礎。它完全撇開對象的具體運動形態(tài)，把系統(tǒng)的有目的性運動抽象為信息的變換過程，僅從信息可能出現(xiàn)的概率變化來研究事物運動、發(fā)展、變化的內在規(guī)律。 （生物、機器、社會）,這樣，就可以從信息的發(fā)射、接

16、收、傳遞、加工等過程來研究對象的特征，研究系統(tǒng)的內部狀態(tài)以及系統(tǒng)與外界環(huán)境之間的信息輸入和輸出的關系。（疾病的診斷和治療） 三、信息方法的作用 1. 信息方法（信息技術）為實現(xiàn)科學技術研究、生產(chǎn)實踐和各種社會管理活動現(xiàn)代化提供了重要的工具和手段。 2. 信息方法可把研究對象看作是接收、傳遞、加工、處理和輸出信息的調節(jié)控制系統(tǒng)。 3. 信息方法在醫(yī)學研究中起著極為重要的作用。從認識人體內部各種信

17、息的傳遞到各種疾病的診斷和治療。,4. 應用模糊信息方法能使診斷的準確性有所提高。利用模糊數(shù)學方法使許多臨界信息得到確定 。 5. 信息方法揭示了機器、有機體和社會不同物質運動形態(tài)之間的信息聯(lián)系。這種聯(lián)系主要體現(xiàn)在雖然它們不屬于同一系統(tǒng)，但其具有共同的特征：即它們的信息流動過程是相同的。如下圖所示： 信息→輸入→貯存→加工、處理→輸出

18、 反饋 這一系統(tǒng)始終是在信息的作用下，控制著系統(tǒng)朝著自身的目標值而運動。,,,,,,四、獲取信息的基本原則及要求： 1. 等概率性原則 這是保證獲取最大信息量的一條基本原則。所謂概率，通俗講就是事件可能發(fā)生的程度。①某一事件絕對不會發(fā)生、稱為不可能事件，其概率為零；②某一事件絕對會發(fā)生，稱為必然事件，

19、其概率為一；③兩個事件不能同時發(fā)生，稱為獨立事件。④一個事件的出現(xiàn)會引起另一事件的發(fā)生，稱為相關事件；,⑤在一條件下，可能出現(xiàn)也可能不出現(xiàn)的事件，稱為隨機事件，其概率在零和一之間。在日常工作和生活中人們總想獲取最大的信息量，這一問題與事件發(fā)生的概率密切相關。①當一事件發(fā)生的概率等于一時，即屬于必然事件，它的發(fā)生不會給人們提供任何信息，因為這已是人們預知的；②當某一事件發(fā)生的概率等于零時，即屬于不可能事件，它的發(fā)生將給人們提供無限多的信息

20、量，因為它的發(fā)生是人們根本沒有預料到的； ③一般說來，每一事件發(fā)生的概率總是介于零和一之間即屬于隨機事件，發(fā)生概率是零和一的事件是比較少見的。,那么在發(fā)生概率介于零到一之間的事件中，到底選擇多大概率事件才能獲取較大的信息量呢？要選擇哪些等概率事件呢？信息論告訴我們：當一個信息源包含有若干個可能消息時，只有在每個消息出現(xiàn)的概率彼此相等時，信息源的平均信息量才最大。這是信息論揭示的概率與信息源平均信息量的關系的一條規(guī)律。 什么是信

21、息源的平均信息量？信息論認為，信息源一般是以符號的形式發(fā)出信息的，這種符號不只是一個而是一系列的符號。信息源可能發(fā)出的全部符號所包含的信息量之和，就是信息源所具有的總信息量?？傂畔⒘砍苑柨倲?shù)則是信息源的平均信息量。,信息源的平均信息量反映了信息源的不確定程度。只有在等概率情況下，信息源的平均信息量才最大。這樣，我們在獲取信息時就有一個可遵循的基本原則：選擇那些具有獨立等概率可能符號的信息源，選擇那些出現(xiàn)概率彼此相等的可能消息。

22、 2. 簡單性原則 它要求我們應盡量減少信息傳輸過程中的中間環(huán)節(jié)，以確保信息的保真度。,第三節(jié) 控制論方法 《控制論》是20世紀40年代產(chǎn)生的最重要的科學成就之一，其創(chuàng)始人是美國數(shù)學家、科學家維納。 一、控制論及其基本概念 1. 什么是控制論？,按照維納的觀點，控制論就是關于動物和機器的控制和通訊的科學。維納等人在研究和類比了生物系統(tǒng)和技術系統(tǒng)（機器系統(tǒng)）的某些可以調

23、控的機制后，從中找到了它們之間的相似性和統(tǒng)一性，即，都含有控制和通訊的過程。從而打破了不同學科之間的界限，撇開了各種物質系統(tǒng)的具體形態(tài)和內容，發(fā)現(xiàn)了把各門學科和不同領域的物質系統(tǒng)（機器、生物、社會等）統(tǒng)一起來的新途徑，為人們研究任何物質系統(tǒng)的控制和調節(jié)的一般規(guī)律提供了重要的理論和方法。,2. 控制論的思想淵源和技術條件 在古代，古希臘語對于控制來說就是指駕船的舵手。到了近代，尤其是19世紀后半期到20紀世初隨著生物學、神經(jīng)生

24、理學的發(fā)展，從而提出了許多與控制相關的生物學和神經(jīng)生理學概念。①如著名生物學家謝靈頓在19世紀末提出的“反射概念”，他在對生物體的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的低部位——脊髓的神經(jīng)活動機制：興奮和抑制的關系進行研究后，從而提出了生物體的反射概念及其反射活動過程，并認為在這一過程中，是受興奮性突觸和抑制性突觸而控制的。,②1862年俄國的生理學家謝切諾夫和1913生物學家巴甫洛夫分別對生物體的腦神經(jīng)控制系統(tǒng)（高部位的神經(jīng)系統(tǒng)）進行研究后，提出了：無條件反

25、射是生物的先天本能，條件反射是生物后天造就的思想。并提出了“反射弧”是由感受器、輸入神經(jīng)元、中間神經(jīng)元、輸出神經(jīng)元和效應器五個環(huán)節(jié)構成。,③1879年，法國生理學家伯爾納和美國生理學家坎農，分別提出了與控制論有關的另一個經(jīng)典神經(jīng)生理學的基本概念——穩(wěn)態(tài)。他們認為，如果動物受環(huán)境條件的影響，動物機體內部必然存在著一種能夠調節(jié)自身狀態(tài)的機制，以便使自己恢復正常，以維持其與環(huán)境的平衡。這種機制就是穩(wěn)態(tài)，從而建立了“穩(wěn)態(tài)學”。④同時，數(shù)理

26、邏輯也為控制論奠定了一定的理論基礎。,控制論產(chǎn)生的技術條件是：20世紀初以來的無線電通訊技術、電子計算機技術、微電子技術和火炮技術。 因此，控制論實質上是自動控制、電子技術、無線電通訊技術、計算機技術和神經(jīng)生理學、數(shù)理邏輯、統(tǒng)計學等多種科學和技術相互濟透、相互綜合的產(chǎn)物，是研究各種不同系統(tǒng)所共同具有的控制規(guī)律的科學。,結合以上理論和技術研究成果，1943年維納等人發(fā)表了《行為、目的和目的論》的文章，第一次把只屬于生物的有目的

27、性的行為賦予了機器，闡明了控制論的基本思想。1948年維納又發(fā)表了《控制論》或稱為《關于在動物和機器中控制和通訊的科學》，為這門科學奠定了理論基礎。 總之，控制論的產(chǎn)生和發(fā)展大致可分為三個階段：1942年以前為控制論的醞釀階段；1943~1948年為其形成階段；1948年以后為其發(fā)展階段。,3. 控制及其控制系統(tǒng)的概念和控制系統(tǒng)的結構和機制 （1）控制是控制論中的一個基本概念。主要指施控裝置對受控裝置的一種能

28、動作用。 （2）控制系統(tǒng)是指：具有不確定因素和控制作用的矛盾的系統(tǒng)。控制論并不研究任何系統(tǒng)，它主要研究具有不確定因素和控制作用的矛盾的系統(tǒng)。 （3）控制系統(tǒng)的結構 控制系統(tǒng)的簡單模型如下：,施控裝置,受控裝置,,,控制系統(tǒng)又可根據(jù)有無反饋回路，區(qū)別為：開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)兩個類型。如下圖所示：,施控裝置,受控裝置,,輸入控制信號,,輸出,開環(huán)控制系統(tǒng),,,施控裝置,輸入控制信號,,受控裝置

29、,輸出,,反饋裝置,閉環(huán)控制系統(tǒng),,,,,,,（4）控制系統(tǒng)的機制——信息 一切控制系統(tǒng)都離不開信息，所以，我們可以說實施控制的過程和信息傳遞的過程則是統(tǒng)一的過程。正如前蘇聯(lián)學者索波列夫所講：“控制論原理的實質在于，巨大質量的運動和行動，巨大能量的傳遞和轉變，可通過帶有信息的不大的質量和不大能量來指揮和控制，這個控制論的原理是任何控制系統(tǒng)的組織和工作的基礎”。因此，用信息的觀點來研究自動化機器和設備、研究人體的機理和社會管理

30、的調節(jié)過程則是控制論方法的一個重要特點。同時，我們應該知道，信息的大小并不與其質量和能量的大小有一定的比例關系。,4. 對控制對象進行控制時，還須注意以下幾個問題： （1）必須了解系統(tǒng)運動發(fā)展的趨勢； （2）必須明確預期控制的目標； （3）必須善于選擇控制條件； 二、控制論方法主要包括：功能模擬法、黑箱方法、反饋控制方法等具體的方法。 （一）功能模擬方法 1.

31、 定義：所謂功能模擬方法是以模型和原型之間的功能相似為基礎，用模型來再現(xiàn)原型功能的一種方法。,2. 功能模擬方法與傳統(tǒng)的簡單模擬方法的區(qū)別: （1）傳統(tǒng)的模擬方法一般僅限于純粹的外表形態(tài)或結構的模擬，或者通過對其內部結構認識后，才能認識其功能，然后再進行功能的模擬。而功能模擬法則完全撇開其外部形態(tài)和內部結構是否具有相似性，只要模型與原型在功能和行為上是相似或等效的就可以相互模擬，從而撇開了對復雜困難的原型結構的認識這一麻煩的環(huán)節(jié)

32、。,（2）在傳統(tǒng)模擬方法中，模型只是認識原型的手段，其目的是對原型的認識，而在功能模擬方法中，模型已經(jīng)成為研究原型的目的，它（模型）是依據(jù)原型的功能而模仿出來具有生物目的性行為的機器。如仿生學等。 3. 功能模擬方法在科研中的作用 （1）運用功能模擬方法，可以通過功能模擬來揭示原型本身的秘密，作為認識原型的手段。 （2）運用功能模擬方法，可以通過模型來代替或增進原型的功能和行為，使模型本身成為研究的目的。,a.

33、從模型代替原型功能和行為方面來看。例如：人工眼、人工腎、假肢、心肺機、心臟起搏器等功能模擬裝置，可以代替某些功能暫停、功能失常、功能喪失或衰竭的病變器官來執(zhí)行其功能。b. 從模型要以增進原型的行為和功能方面來看。例如，電眼、機械手、機器人等自動機，能代替人到危險和惡劣的環(huán)境中去從事裝配、打撈、消防、探險等繁多的工作。尤其是電子計算機的出現(xiàn)則代替人在計算方面的遠不及它的計算速度和準確度。,4. 醫(yī)學和生物學中運用功能模擬方法的步驟生物

34、機體→ → → 第一，先通過對生物機體功能或行為的研究，提煉出一個生物原型；第二，將生物原型轉譯成數(shù)學模型；第三，運用電子線路 、機械結構、化學結構等手段，把生物原型或數(shù)學模型發(fā)展為技術裝置。,生物原型,數(shù)學模型,技術模型,（二）黑箱方法 1. 什么是黑箱 象這種不透明的箱子或者系統(tǒng)，我們稱之為黑箱。黑箱也是相對而言的。①當人們對它一無所知

35、時，它是黑箱；②如略知一二就轉為灰箱；③若了解的一清二楚，我們稱它為白箱。 2. 黑箱方法 黑箱方法是指在不打開黑箱的前提下，利用外部觀測、試驗，通過輸入、輸出信息，來研究對象的功能和特性，探索其內部結構和機理的科學方法。,黑箱方法對于研究具有高度組織性和活動性的生命系統(tǒng)；對于研究規(guī)模巨大，結構復雜，因素眾多，功能多的大系統(tǒng)，如生物生態(tài)、社會經(jīng)濟、大型工程，則具有重要的作用。 3. 運用黑箱方法的步聚

36、 ① 確認黑箱。即根據(jù)研究對象的性質和研究任務的要求，把作為黑箱進行研究的對象，從環(huán)境中分離出來，確定它的邊界，找出它與環(huán)境相互作用的主要矛盾，并有目的地造成某種輸入，來觀察其輸出結果。也就是說由于研究的角度不同，同樣是一個研究對象，會產(chǎn)生不同的黑箱類型。在確定黑箱時，不應先對箱子的性質和內容作任何假定，但必須明確研究的范圍和目標，以便確定黑箱的類型。,② 觀察黑箱。黑箱確定之后，就應對研究對象進行特定的輸入，并觀察其輸出及

37、其動態(tài)過程。在觀察過程中，除輸入因素外，一般不對系統(tǒng)施加別的干預，只觀察或測量輸入、輸出及其變化的數(shù)據(jù)。 ③ 闡明黑箱。在獲取到輸入、輸出端的數(shù)據(jù)后，就應進行比較和分析，并運用已有科學理論和技術知識，甚至可借鑒以往的經(jīng)驗來推導系統(tǒng)的內部狀態(tài)、內部結構或內部過程，這就是闡明黑箱。在這里人們常利用數(shù)學模型來描述黑箱的功能和特征。如 Y（S）=KW（S）·X（S），就是常用的一個數(shù)學模型。其中X（S）表示輸入；y（S）

38、表示輸出；KW（S）表示傳遞函數(shù)；它定量地描述黑箱輸入與輸出之間的關系，反映了黑箱的信息傳遞、變換、處理的功能。,④ 對黑箱認識結果的檢驗。在對黑箱認識的基礎上，根據(jù)認識的結果，給于系統(tǒng)造成新的輸入，再觀察其輸出結果，把新輸入和新輸出的結果與原來“觀察黑箱”時相應的輸入與輸出結果相比較。a. 如果正確，則證明原來的分析認識是正確的；b.反之，則是不正確的。 4. 黑箱方法的局限性： 不能認識系統(tǒng)內部的結構和機

39、理過程，僅可從輸入輸出作出某種假定，要達到準確認識，可結合打開黑箱的方法并結合其它認識方法，以便準確認識研究對象。,（四）反饋控制方法 1. 反饋和反饋控制方法 ①反饋是控制論中的一個重要概念，亦稱回授或回輸。用維納的話說，意即：“為了使任何機器能對變動不居的外界環(huán)境做出有效動作，那就必須把自己動作后果的信息、作為使它繼續(xù)動作下去所需的信息的組成部分再提供給它?！?所謂反饋：即將施控系統(tǒng)的信息（又稱

40、給定信息）作用于受控系統(tǒng)后所產(chǎn)生的后果信息（真實信息），再反饋回施控系統(tǒng)，從而對輸出和再輸出施加影響的過程。如下圖所示：,施控系統(tǒng),被控對象,輸出信息,反饋信息,,,,,②所謂反饋控制方法：就是運用反饋的原理、用系統(tǒng)活動的結果來控制系統(tǒng)活動的方法。這種根據(jù)過去的操作情況去調整未來行為的活動，則是反饋控制方法的顯著特點。,,,,a. 從層次上看，在人體系統(tǒng)中，就存在著神經(jīng)系統(tǒng)調節(jié)、液體調節(jié)、器官、組織、細胞的自身調節(jié)等等。b.從類型上看

41、，目前比較清楚的有二種類型，即正反饋、負反饋。 2. 反饋控制的類型 反饋控制方法主要研究閉環(huán)控制系統(tǒng)，在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，由于u=j-y位的變化特性，將反饋分為正反饋和負反饋，在這里j是目標位，y是輸出位，u是二者的差位。,①正反饋:U當u位越來越大，從輸出端反饋到輸入端的反饋信號是增強系統(tǒng)輸入效應的，也就是說，反饋信息不是制約控制部分的活動，而是促進與加強控制部分的活動，即反饋信息是促進系統(tǒng)偏離目標進行運動的

42、，這就是正反饋。這種反饋控制在生物體內可表現(xiàn)為控制者與被控對象的相互促進，也可表現(xiàn)為二者的相互阻抑：前者可表示為A B，如排尿、分娩、應激等就是屬于這種反饋的情形；后者可表示為A B，如睡眠抑制和感官、交感神經(jīng)活動的關系就是如此。中樞神經(jīng)系統(tǒng)疲勞引起睡眠抑制，使感官、交感神經(jīng)活動減少，而感官、交感神經(jīng)活動減少，又會加深睡眠抑制。,,總之，不論是相互促進或相互阻抑，正反饋都起著打破機體相對穩(wěn)定狀態(tài)的作用。 ②負反饋

43、：U如果反饋是傾向于反抗系統(tǒng)偏離目標的運動，u位是下降的，從輸出端反饋到輸入端的反饋信號是減弱輸入系統(tǒng)效應的，或者是保持系統(tǒng)處于某一穩(wěn)定狀態(tài)的，則是負反饋。 負反饋是控制的基本機制，這對人體來說則是大量的而且是主要存在的，它能使機體維持某種穩(wěn)定的狀態(tài)。例如人體體溫的恒定，血壓、心率的穩(wěn)定，血糖、血中的酸堿度和電解質的平衡，都要靠人體內各種負反饋機制調節(jié)系統(tǒng)來實現(xiàn)。一般來說，負反饋機制都有一個決定調節(jié)水平、調節(jié)點（即系統(tǒng)穩(wěn)

44、定的閾值范圍）機構，反饋信息必須和這個機構發(fā)出的參考信息比較后，才能準確地調節(jié)控制系統(tǒng)的運動。,,第六章 科學假說和科學理論,第一節(jié) 科學假說 一、假說及其特點和作用 １. 什么叫假說 所謂假說就是根據(jù)已知的科學原理和科學事實，借助于一定的思維方法對未知的自然現(xiàn)象及其規(guī)律所作的一種假定性說明和理論解釋。,2. 科學假說的特點 （1）科學性。這是指假說是以一定的科學原理和科

45、學事實為依據(jù)的，是按照一定的思維方法，經(jīng)過大腦加工、整理或聯(lián)想、想象、靈感思維而提出來的。 （2）推測性。這是指假說雖然是以一定的科學事實和科學知識為背景，但它所占有材料不完全、不充分，僅根據(jù)有限的事實而提出某種思想、觀點或假說，因而，必然帶有一定的想象和推測的成分，其結論的真實性尚待驗證。,（3）預見性。這是指科學假說往往是以理性的形式出現(xiàn)，如果以此作為前提或依據(jù)，則可推出一些邏輯結論，對某類事物的個別對象作出科學的預見。

46、 （4）變動性。這是指假說作為向科學理論過渡的一種形式或橋梁，需要不斷地在實踐中和科學實驗中得到檢驗，隨著實踐的發(fā)展，它隨時都有被證實或證偽或修正的可能。,a. 假說因逐漸純化、被越來越多的事實所證實而發(fā)展成理論；b. 假說因部分修正、補充、完善而發(fā)展為理論；c. 假說被越來越多的事實證偽即否定，從而又被新的假說所代替；d. 有些假說永遠是一種理論性假說，而不能被科學實踐直接檢驗。 3. 作用 （1）

47、假說在科學觀察和科學實驗中具有先導作用。 （2）假說在科學理論的形成中起著橋梁作用。,二、建立科學假說的方法論原則。 1. 解釋性原則。這是指假說和已知事實的關系。 2. 對應性原則。這是指假說與已有的科學規(guī)律和理論的關系。 3. 簡單性原則。這是指所提出的假說應具有邏輯上的簡單性。 4. 可檢驗性原則。即所提出的假說要能夠被觀察實驗或生產(chǎn)實踐中所檢驗，從而驗證其是否具有真理性

48、。 5. 創(chuàng)造性原則。即假說的思想或觀點必然具有新穎性。,三、檢驗假說的方法 1. 直接檢驗。即用觀察實驗的結果直接驗證假說的結論。 2. 間接檢驗。即理論推導與實踐檢驗相結合的方法。如對四大起源的假說和光的粒子說的檢驗。（如果光具有質量，那么它照到物體上必然產(chǎn)生壓力）。,第二節(jié) 科學理論 一、科學理論的基本特征 1. 內容上的客觀真理性。 （1）它基本反映了客觀

49、對象（研究對象）的本質和規(guī)律； （2）它所依據(jù)的事實材料是真實可靠的，經(jīng)過實踐反復檢驗過的； （3）它能解釋同一研究對象或同一研究領域在某一方面的全部事實材料。 （4）它的結論得到了實踐的證明。,2. 結構上的邏輯嚴密性 （1）科學理論是一個概念體系，是系統(tǒng)化了的知識體系，它將科學知識采用概念、判斷、推理等形式準確地表達出來。 （2）邏輯上的嚴密性主要表現(xiàn)在 ①概念

50、是明確和準確的。明確是指概念反映了某一特定事物的內涵和外延；準確是指它所提示的內涵和規(guī)定的外延是恰如其分的。 ②推理是遵循一定的推理規(guī)則的，整個理論首尾連貫一致，不能前后矛盾，要自圓其說。即要遵循不矛盾律。 ③判斷是真實可靠的，不具有虛偽性。 （3）科學理論在邏輯結構上具有簡單性，以避免龐大復雜的邏輯推理過程。,3. 理論上的全面性。 科學理論應能全面反映客觀事實，雖然它只是對自然界的一定

51、領域、一定層次、某一過程或某一方面的正確反映，但它又是從某一領域、某個層次、某一過程或某些方面的所有現(xiàn)象中抽象，概括出來的，反映了事物的本質，具有一定的普遍性，能全面地說明各領域、層次、方面或過程的所有現(xiàn)象。解釋所研究對象某一方面的所有事實。,4. 功能上的科學預見性。 科學理論不僅能解釋現(xiàn)有的科學事實，而且能夠以此為前提，科學地邏輯演繹出一系列的結論，從而獲取對個別事物的認識，獲取新知識。達到指導人們對未知領域的認識之

52、目的。 二、建立科學理論的方法 1. 公理化方法。,公理化方法就是從少數(shù)的幾個基本概念、公理（不證自明，不能證明的規(guī)定）、公設出發(fā)，由它們邏輯地演繹出一系列的推論。這些推論又表現(xiàn)為概念、定理、定律、公式或其它判斷形式，這種邏輯方法稱為公理化方法。由這種方法推導出來的邏輯演繹體系稱為公理化體系。希爾伯特提出了運用公理化方法必須遵循的原則。 （1）無矛盾性。即在整個公理化體系中不能演繹出相互矛盾的命題，要

53、求整個邏輯系統(tǒng)遵循不矛盾律，首尾一貫，不相矛盾。,（2）完備性：這是指所有的前提、公理、公說、定義等應當足夠的多，從它能推出有關本學科的全部定理定律。若減少其中任何一條公理、公設或定義，有些定理、定律就推導不出來。這是保證體系完整性的要求。 （3）獨立性：這是指推理的前提、公理、公設或定義彼此要獨立，其中任何一個不能從其他公理中推導出來。這是保證邏輯系統(tǒng)簡單性的要求。 2. 邏輯與歷史相統(tǒng)一的方法。

54、所謂邏輯與歷史相統(tǒng)一的方法，就是運用邏輯的東西與歷史的東西相一致的原則的方法。,歷史的東西是指，客觀事物的歷史發(fā)展過程或人類對它的認識發(fā)展過程。邏輯的東西是指思維對上述歷史發(fā)展過程的概括反映，常表現(xiàn)為由概念、判斷、推理等構成的體系。 利用邏輯與歷史相統(tǒng)一的方法建立起的科學理論體系，大體有如下類型： （1）自然型：這是按照邏輯發(fā)展的順序與客觀事物歷史發(fā)展的過程相一致的原則建立的理論體系。即科學理論體系的邏輯展開順序

55、與所研究對象的歷史發(fā)展過程相一致的原則而建立的。如，生物學的理論體系是由單細胞→多細胞→簡單生物→復雜生物→低等動植→高等動植物這樣的順序展開的，這與生物進化的歷史過程是一致的。,（2）認識型。這是按邏輯發(fā)展的順序與人類對某一學科的認識、發(fā)展過程相一致的原則建立的理論體系。即科學理論體系的邏輯展開順序與人類認識自然的歷史過程相統(tǒng)一的原則而建立起來的。 如幾何學（點、線、面、平面幾何、立體幾何、解析幾何）。物理學（從力學開始，