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系统科学学科简介
一、学科概况
         系统是指由一些相互关联和相互作用的组成部分所构成的、具有某些功能的整体,普遍存在于自然界和人类社会中。系统科学是研究系统的结构与功能关系、演化和调控规律的科学,是一门新兴的综合性、交叉性学科。系统思想和方法是在人类千百年来的生产实践过程中逐步形成的,随着科学技术的不断发展,系统已经成为一个科学概念,而系统科学作为一门独立的学科已成为现代科学的重要组成部分。
 
     经过几百年来近代科学和技术的发展,特别是20世纪以来,人类对自然界的认识,包括物质结构、基本相互作用和宇宙演化等方面均获得了巨大进步。在这些科学进展的背景下,科学探索的重点逐步集中于不同层次系统的多样性、复杂性问题,目标是寻求不同层次系统的产生、发展和演化的共性规律。同时,由于生产力的巨大发展,出现了许多大型、复杂的社会经济和工程等问题,它们都需要从整体上以优化方式解决。科学进步和社会需求的巨大推动,成为系统科学产生和发展的重要源泉。
 
     20世纪40年代,贝塔朗菲提出了“一般系统论”概念,直接明确地把系统作为科学探索的对象。而一般系统论也与运筹学、控制论、信息论一起,成为早期的系统科学的理论。同时期出现的系统工程、系统分析、管理科学则是系统科学的应用。20世纪60年代,系统科学的基础理论取得了重要进展,耗散结构论、协同学、突变论、超循环理论等从不同角度对于复杂系统中具有普适意义的自组织现象进行研究,从宏观、微观以及两者的联系上探讨了系统通过自组织走向时空和功能有序的基本问题。20世纪80年代以后,非线性科学和复杂性研究的兴起对系统科学的发展起了很大的积极推动作用。进入21世纪后,系统科学作为新兴的交叉性学科,由于关注对于复杂系统和复杂性的研究,已经成为国际上科学研究的前沿和热点。欧美各国纷纷建立相关研究机构,制定研究路线图,努力推动相关研究的发展。复杂系统的概念涵盖了物理、生物、社会经济与工程等许多具体领域,系统科学着眼于对它们性质和演化行为具有共性的基本规律的探索,成为21世纪科学发展的一个重要方向。
 
     在中国,系统科学的研究是在20世纪50年代以推广应用运筹学开始的。70年代末,钱学森等专家学者提出了利用系统思想把运筹学和管理科学统一起来的见解,推动了系统工程的研究和应用。之后系统科学体系结构的提出,进一步推动了系统科学在社会、经济、科学技术各个方面的广泛应用,以及系统理论方面基础研究的长足发展,形成了我国发展系统科学的广泛基础和力量。1990年,在钱学森等专家学者的推动下,国务院学位委员会增列系统科学为理学一级学科,从学科体系上为系统科学的发展提供了保障。在此后的学科发展进程中,我国系统科学的研究和应用都取得了重要的成就,为进一步的发展打下了坚实宽厚的基础。迄今该学科已经具备从本科到博士后流动站的完备的学科培养体系。 
二、学科内涵
    系统科学是研究系统的结构与功能关系、演化和调控规律的科学,是一门新兴的综合性、交叉性学科。它以不同领域的复杂系统为研究对象,从系统和整体的角度,探讨复杂系统的性质和演化规律,目的是揭示各种系统的共性以及演化过程中所遵循的共同规律,发展优化和调控系统的方法,并进而为系统科学在科学技术、社会、经济、军事、生物等领域的应用提供理论依据。作为一个学科内涵正在不断丰富和发展的新兴学科,系统科学加深了人们对现实世界的认识。
 
     系统科学是在数学、物理、生物、化学等学科基础上,结合运筹、控制、信息科学等技术科学发展起来的,并在工程、社会、经济、军事、生命、生态、管理等领域得到发展与应用。系统科学是从系统角度研究不同类型的系统以及系统不同层次的共同规律。
 
     系统科学研究主要采用系统论的原理和方法,并紧密结合近现代数学物理方法与信息科学技术等现代研究工具(科学计算、模拟、仿真等)。鉴于系统科学研究的内容、特点及目前发展的水平,又由于各种学科领域如物理、化学、生物学、经济学和工程技术领域等的研究对象包括各种类型的复杂系统,所以系统科学的发展离不开对具体系统的探讨,并通过对具体系统的结构、功能及其演化性质的研究,寻求复杂系统的一般机理与演化规律;同时系统科学的新的思想和方法又深刻地影响着许多实际系统的研究,涉及自然科学和社会科学的许多领域,成为众多工程技术科学发展的理论基础,并为控制科学与工程、管理科学与工程以及生态、环境的控制等对国民经济与人类生存有关的重要应用领域做出直接的贡献。
三、学科范围
      系统科学下分三个二级学科“系统理论”、“系统分析与集成”和“复杂系统建模与调控”,涵盖了系统科学基础理论和应用两个基本层次。系统理论着重于从理论层面研究复杂系统的基本性质和演化机理,系统分析与集成可以看作是系统科学的应用层面,通过研究提供改造系统的手段和方法,而复杂系统建模与调控则强调发展针对复杂系统的调控方法,是沟通理论与应用的桥梁。 
 
1 系统理论
 
     系统理论着重于研究系统的基本性质与演化机理,例如系统的分类,它的整体性、复杂性以及演化规律,是系统科学的基础理论部分。系统理论在于揭示各种系统的共性和演化过程中所遵循的共同规律,进而为系统科学的应用提供理论依据。系统理论的发展一方面依赖于对各领域具体系统的深入探讨,同时它所提供的对于复杂系统一般规律的认识又深刻地影响着许多实际系统的研究。以上研究内容及其特点使得系统理论成为一个具有很强交叉性的基础学科。由于这种交叉性,使系统理论的发展不仅在社会、经济、军事、生物、生态等领域有广阔的应用前景,而且在工程技术领域,如信息、材料、生物技术、系统工程等方面,也有着重要的作用。
 
2 系统分析与集成
 
     系统分析与集成研究系统科学理论和方法在各种实际系统中的应用。由于现实世界存在的系统的多样性与复杂性程度各异,系统科学需要对系统进行分门别类地研究,如线性系统、非线性系统、平稳系统、非平稳系统、随机系统、分布参数系统、离散事件系统、混合系统等。以人类思维规律为借鉴而发展起来的智能系统、专家系统等也是系统分析与集成的重要研究课题。
 
     对各类系统的研究都涉及到系统的分析与系统的集成两个方面。系统分析与集成的具体研究内容涉及建立系统的数学模型,对系统运动机理、动力学特性等作定性、定量的研究。以改造系统为目的的系统科学需要研究如何有效地获取系统的信息,并实现不同层次的信息集成,以达到系统的局部或整体的最优。系统分析与集成的研究目的是加深人类对系统运动、演化一般规律的认识,并且为系统实现最优控制和高效管理等提供理论依据与各种行之有效的集成方法。
 
3 复杂系统建模与调控
 
     复杂系统建模与调控是系统科学、复杂性科学及控制理论等的交叉学科。它强调用整体论和还原论相结合的方法去分析、模拟系统,重视数学物理理论与计算机科学的结合。本方向的主要研究目的是认识、干预和控制系统的宏观涌现性行为。复杂系统建模与调控既是系统科学理论与应用发展的重要方向,也是控制理论与系统科学的有机结合。目前复杂系统建模与调控研究的一些典型问题包括:社会系统和网络系统的调控、量子控制理论、生命系统包括心脏等组织的动力学模型和反馈调控、基因调控的理论与技术等。
四、培养目标
1 学士学位:具备必要的数学、物理学、计算机应用基础,具有系统科学基本思想,初步了解系统科学的基本理论和基础知识,掌握基本的系统分析方法、以及数学和计算机模拟等技术手段。受到初步的基础科学研究训练,并能把系统科学思想和方法运用到具体领域中。
 
2 硕士学位:具备扎实的数理基础,掌握系统科学的基本理论、基本方法和工具,了解系统科学的进展与动向。初步具有独立从事系统科学的基本理论研究,以及某一具体领域的应用研究能力。培养的目标是复合型人才。熟练掌握一门外语,能够阅读本学科的外文资料。具备专业实践能力,以及一定程度的创新意识和创新能力。有严谨求实的态度和科学作风。硕士学位获得者可从事本专业和相关专业的科研、教学工作,亦可在相关单位从事技术或管理工作。
 
3 博士学位:应具有宽广而扎实的数理基础,深入掌握系统科学领域的理论和方法,并对某一领域特定系统的性质、特点和理论方法有深入的了解。研究社会、经济系统需要具备相关的人文、社科知识。全面了解本学科的发展方向及国际学术研究前沿。能够基于特定系统的相应知识,熟练运用数学、计算机等手段对复杂系统的结构、性质和演化进行深入研究。熟练掌握一门外语,能熟练应用本专业的外文资料,具有较好的写作能力和进行国际学术交流的能力。具有独立从事科学研究的能力。具备较强的专业实践能力,以及创新精神和创新能力。有严谨求实的态度和科学作风。博士学位获得者应具有学术敏感性,能够独立承担并完成科研课题,成为能够胜任教学、科研工作以及实际部门的技术与管理工作高级复合型人才。    
 
五、相关学科
 
控制科学与工程、管理科学与工程、计算机科学与技术、数学、物理学
 


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