系统优化的哲学思考，本文主要内容关键词为：系统优化论文,哲学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
内容提要 本文用系统论的观点对系统优化的含义、系统为什么要优化以及系统实现优化的条件与途径进行了初步探讨。
在自然界中，无论非生物界、生物界和人类社会，都普遍存在优化现象。“优化是系统乃至整个客观世界发展的趋势和方向。”[1] 因此，掌握系统优化规律，无疑具有重要的理论意义与实践意义。
一 系统优化的含义
以系统自身为标准，凡是有利于系统的生存与发展的一切系统特征，都是优化的特征。如系统的结构、功能（性质）状态是有利于系统的生存与发展的，则是优化的结构、优化的功能（性质）和优化的状态，是系统优化的表现；反之，若它们不利于系统的生存与发展，则是系统劣化的表现。优与不优只有相对于系统的生存与发展而言才有意义。对系统优化这样界定之所以合理，是因为它与客观上普遍反映的优化事实相符合。
例如，在生物界，它的一切优化特征都是以有利于自身的生存与发展需要而建立的。龟的坚硬大甲壳有保护身体的作用，鱼的流线型体形有利于在水中的运动和生存，故都是结构优化的表现。植物的根、干、枝、茎何以都似圆柱形？因为这种形体可以最大限度地输送养分和发挥支持功能，而所耗用的物质、能量为最少。蜜峰能一昼夜用蜂腊建筑几千间蜂房，每间蜂房的体积几乎都是0.25立方厘米，既结实、适用，又能收藏最大可能容量的蜜，而所耗费的腊质为最小量。系统用最少的物质、能量消耗（或最高的物质、能量利用率）以最大限度地达到目的，显然是系统优化的重要表现之一。这是因为实际存在的系统都是开放系统，要与环境交换物质与能量才能生存。而物质与能量对于系统来说，不是任何情况下都是取之不尽，用之不竭的。因此，在同样达到目的情况下，具有最高的物质、能量利用率的系统无疑有更多的成功机会和更强的生命力。
考察人类社会，它的一切优化方面，也都是为了满足人类的生存与发展需要而创立的。人类最突出的优化特征，莫过于能思维，有智慧，能创造工具进行劳动。正是这些，不仅把人类与动物界区分开来，而且是人类赖以生存与发展的优势与关键。人类除了保留生物界的某些优化特性外，又有其明显的不同。生物主要对自身机体优化，因而其优化功能受到机体的限制，所以，生物只能适应环境而生存。人类除了对机体优化（如使衰老推迟、寿命延长、大脑更聪明等，随着科技进步会有更大的突破）外，主要在体外优化。如优化劳动工具，优化经济结构，使科学技术更先进，使社会制度与文明向更高级发展等。于是人类的优化功能冲破了机体的限制而无限地增长。人类可使工具不断地进化、优化，从而使体力与智力不断地得到解放。当人的体力显得不够时，就用各种工具代劳，这是人的手脚在体外的延长和优化；当人的视力不够时，就用望远镜、显微镜和雷达等代劳，这是人的感觉器官在体外的延长和优化；当人的脑力不及时，就用电脑代劳，这是人脑在体外的延长和优化。人类凭借智力与工具，通过劳动，改造自己的生存环境以更好地满足自己的生存与发展的需要，这是人类优化功能的最集中表现。人类的优化是已知宇宙中的最高级的优化形态。
在非生物界，它的一切优化特征也都是以有利于自身的生存与发展需要而出现的。例如，分子、原子都处于势能最小的稳定状态。若它们的势能不是最小，就会在环境干扰下放出能量，使结构不稳定。因此，最小势能状态，提高了对环境的抗干扰能力，有利于系统的稳定存在，无疑是一种优化状态。再如，非生物界存在着从无序到有序的运动，使结构愈精致，功能愈优越，自组织能力愈强，终于进化到生物界。显然这种进化的过程就是一种优化的过程。
由此可见，系统优化是系统固有的一种规律性，为系统的生存与发展需要所驱使。正是如此，优化现象和特征才成为自然界的普遍现实。
二 系统为什么要优化
系统要优化是系统自身生存与发展的需要，是由优胜劣汰机制所决定的。优胜劣汰是自然界（含社会）的普遍发展规律之一。
在生物界，“一切现有生物的形态习性都是和环境条件相适应的最优状态；一切被淘汰的生物物种都是失去最优状态的结果。”[2] 亿万年前，在地球上称王称霸的是恐龙。后来恐龙突然消失，至今还是一个迷。但可以肯定，它是由于自身的结构、功能失去优化状态，跟不上当时地球环境的变化而灭亡的。而类人猿能进化成人类，正是其结构、功能随着环境的变化而不断优化的结果。优胜劣汰反映在社会系统中，就是先进的生产力、生产关系和社会制度总要代替落后的生产力、生产关系和社会制度；先进的科学技术总要代替落后的科学技术；先进的产品总要淘汰落后的产品，等等。
优胜劣汰机制也适应于非生物界。在太阳系形成之初，环绕太阳运动的行星较多。那些在轨道上不能保持引力与斥力平衡的行星，不是脱离了太阳系，就是落到太阳上。而现在的九大行星，能适应太阳系的环境，保持引力与斥力平衡，因而地久天长地、和谐地围绕太阳运转。从力学的角度看，更重要的是从系统自身存在的需要看，太阳系的结构是一种优化的结构，是系统汰劣留良的结果。
在优胜劣汰机制的作用下，各种系统为了在环境中求得生存、发展，必须增强对环境的适应能力、抗干扰能力、竞争能力、协调能力以及自组织能力。总之，要增强系统的生命力。这些能力的强化，就表现为系统功能的优化，而系统功能的优化又要由系统结构的优化来保证，这就是系统要优化的真正原因所在。
三 系统实现优化的条件与途径
由系统论可知，系统的整体性质与功能（F）， 是由系统的组成要素（C）结构（S）和环境（E）共同决定的，可用下式表示为：
F＝f（C，S，E）
张华夏教授称此式为系统状态方程[3]， 它抽象地反映了系统的整体规律。由此可见，系统要实现整体功能（性质）的优化，一是要选择要素、结构、环境；二是要使要素、结构（内部根据）与环境（外界条件）相互协调和统一，即发挥协同作用；三是要展开系统与系统以及系统内部各要素之间的竞争。于是我们把系统实现优化的条件与途径归结为：合适的要素——系统优化的基础；合理的结构——系统优化的关键；合适的环境——系统优化的重要条件；竞争——系统优化的动力；协同作用——系统优化的根本原因与途径。
（一）合适的要素——系统优化的基础
要素是构成系统的基础，要素的变化会引起系统的变化。
首先，要素的性质发生变化会引起系统的性质变化，系统的性质虽然不同于要素的性质，但也依赖于要素的性质。铁桥与木桥即使采用同样的结构形式，其性质（如强度、承载能力）是不同的，原因在于所用材料的性质或种类不同。普通机床与程控机床的性质不同，在于前者是由动力部分、传动部分、工作部分组成的，后者还增加了一个程序控制部分。要素性质的优劣也严重影响到系统的优劣。一支军队，提高它的成员的政治素质、军事、技术素质和体质，无疑是提高军队战斗力的首要条件。
其次，要素的数量变化，也会引起系统的性质变化。这是由质量互变律所决定的。便如，在铁碳合金中，含碳2%以上者称为生铁，含碳2%至0.04%之间称为钢。钢和生铁的性能有很大差别，其主要原因就在于含碳量的不同所致。又如硒，每人每天摄取量以0.07～0.14毫克为宜，长期低于0.05毫克会引起贫血、心肌损害和癌症，多于0.2 毫克会出现腹泻、神经官能症。
因此，合适地选择要素的性质和数量是系统优化的基础和先决条件。系统需要的要素不可缺少，其质与量要符合要求；不需要的要素（如人体内的癌细胞）则应剔除。
（二）合理的结构——系统优化的关键
要素即使符合要求，若不把它们组织起来形成结构，系统就未建立，那么系统的性质、功能还是一句空话。系统论认为，结构是系统保持整体性以及具有功能的内部根据，结构决定性质、功能，结构的变化会影响系统的性质、功能的变化。因此，选择合理的结构是系统优化的关键所在。
1.选择稳定的结构。因为稳定的结构是系统存在的一个基本条件。任何系统无论存在多么短暂（有些基本粒子仅存在10[-17]～10[-23]秒），都有相对稳定的结构和相对确定的系统属性。
2.选择层次结构。由要素经由自组织而形成系统的过程中，它们的基本结合方式是分层次形成，即由要素组合成子系统，再组合成系统，然后再组成更高一级的系统。如基本粒子—→原子核—→原子—→分子（箭头表示进化方向）都是一层一层地产生的。H·A·西蒙和R ·罗森用数学证明，分层形成系统比由要素直接形成系统成功的概率要大、速度要快，而且能够发展到相当稳定的程度，足以经受住环境的干扰和破坏。[4]而无层次结构的系统（实际上不存在）不够稳定， 容易受到环境的干扰和破坏。这就是系统要选择层次结构的内在原因。任何系统从简单到复杂、从低级到高级的发展过程都是分阶段、分层次的。系统愈复杂、愈高级，发展的阶段和层次愈多。由于事物具有层次结构，所以，人们在实际工作中，常用层次分析、层次综合和层次管理的方法来解决问题。
3.选择开放性结构。因为系统不能孤立地存在于系统中，必须与环境交换物质、能量与信息才能生存，这就趋使系统的结构是开放性结构。如果进一步问：系统为什么不能孤立地存在？那么，四种基本相互作用（引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用）可以从根本上给予回答。我们知道，一切物质系统都是由四种基本相互作用产生的。四种基本相互作用尽管性质不同，但都表现为场量子物质的交换。从微观上看，一切物质系统都在输入与输出场量子。如具有质量的系统在输入与输出引力子（引力波）；带电的系统在输入与输出光子（电磁波）。既然一切物质系统都有输入与输出，这就说明它们的结构是开放的。开放性结构既可从环境输入有用的物质与能量，也可将自身已经异化了的、或无用的物质与能量向环境输出。所以，开放性结构是有生命力的结构，是系统优化的重要保证。
4.选择协同性结构。即这种结构不仅内部协调，而且与环境也协调，能发挥协同作用（后面讨论）。
由此可见，一个合理的结构应具备稳定性、层次性、开放性以及协同性等特征。
（三）合适的环境——系统优化的重要条件
要素与结构是系统具有功能的内在根据。但是系统表现出哪些功能，却是系统本身与它的环境共同决定的。因为现实中的系统都是开放系统，它与环境有物质、能量与信息的交换。在交换中，环境通过改变系统物质、能量、信息的流通构成，从而改变系统的要素状态及要素之间的关系来实现对系统的影响。例如，工厂有输出产品的功能，它是由外界环境向工厂输入原材料经过加工得到的。没有输入就没有输出。当输入的原材料减少，产品也会减少。因此，选择合适的环境是系统优化的重要条件。
环境是系统的输入来源和输出场所。凡能满足系统的输入与输出要求的环境即为合适的环境。地球能满足生物的输入与输出的需要，所以，地球是生物的合适环境。月球不能满足生物的输入与输出要求，所以，月球上没有生命。
同样，非生物系统也要与环境保持合适的输入与输出的关系（即交换关系）才能存在。如地球要与它的环境（太阳及太阳系的其它成员）交换引力子，即引力相互作用，才能存在于太阳系中。太阳上没有化合物，是因为温度太高，使化合物分解。特定的环境造就特定的系统是由于它们之间存在特定的输入与输出的关系。
可见，系统是从输入与输出两个方面寻求合适的环境的。
（四）竞争——系统优化的动力
系统之间（或系统内各要素之间）若存在共同的输入来源或共同的输出场所，则可能构成争输入来源或争输出场所的竞争关系。在市场经济中，企业之间的竞争就是如此。
竞争能推动系统优化在于它的以下功能[5]：
1.激活的功能。即竞争能刺激系统向高水平运行。当一个系统处于高水平运行时，必然刺激其他系统去追赶，也使自己处于高水平运行，从而将各个系统激励起来，实现结构与功能的优化。如发达国家实现工业化富裕了，发展中国家不甘落后，不愿被历史所淘汰，也要改革产业结构实现工业化。
2.辨别优劣的功能。竞争是实践活动，它能客观地区分系统的优劣。
3.汰劣留良的功能。在竞争中，劣的系统被兼并，或被淘汰，从而为优良的系统提供更大的发展空间和生存机遇。
4.为系统的综合进化创造条件。通过竞争所幸存的都是优良系统，在相持不下的长期竞争中，会通过合作即协同作用，形成更高级的新系统。可见，竞争也为系统的协同提供好的基础。
竞争虽能推动系统的优化，但要在协同的背景下进行。无论系统之间的竞争还是系统内部各要素之间的竞争都是如此。在系统内部，如果竞争不以协同为指导，那么竞争的内耗就会削弱系统的功能甚至瓦解系统。“在协同学中虽不否认竞争，但更强调协同，要素间的竞争或斗争是为了趋向协同。没有协同的主导作用，系统的质及其演化是难以想象的”。[6]系统之间的竞争也是发生在广泛的合作背景之下的。 这是因为任何系统的存在都要依赖于其他系统的存在。尽管系统之间有竞争，但仍要在竞争的基础上求得协同，才能共存。
（五）协同作用——系统优化的根本原因与途径
系统只有从整体出发，把要素、结构、环境、竞争等因素耦合起来，使之发生协同作用，才能实现优化。
所谓协同作用，是指系统在开放的条件下，系统内各子系统间以及系统与环境间产生的协调、同步、默契的非线性作用，协同作用是系统本身固有的自组织能力。协同学认为，无论原子、分子、植物、动物以至人类社会等各种系统，都具有协同作用。
协同作用对于系统优化的贡献在于：
1.创造结构与功能。协同作用使系统内部要素丧失独立性，使它们相互制约、协调同步又使系统与环境协调同步，从而显示出一种整体效应。这就必然导致系统结构与功能的产生。如激光是各个光子协同作用的结果，贝纳德花纹是各个液体分子协同作用的产物。没有协同作用，就没有系统的结构，也就没有系统的功能。而改变协同作用的形式，就可改变系统的结构和功能，即获得新的结构和新的功能。当今人类可以在分子水平上设计新材料，实质上是改变分子之间的协同作用方式，从而使新材料层出不穷。
2.高级的协同作用，导致高级的结构与高级的功能。如手工业作坊的简单协作与大生产的自动化协作，由于协同的水平悬殊，故其劳动生产率有天渊之别。自然界最高级、最复杂的协同作用创造了最高级、最复杂的结构——人的大脑。大脑在1500毫升的小体积内，容纳上千亿神经元（细胞），每个神经元与其他神经元又有成千种联系（协同），而消耗能量不过20瓦。正是这种高密度、低能耗、难以想象的复杂有序的协同作用，产生了奇特的思维功能，使得现代任何精密的电子计算机相形见绌。
3.使系统的功能放大。由于系统内外的协同，协调了各方的矛盾，求得了整体的同一性，不仅减少或避免了内耗与外耗，调动了各方的积极因素，而且使各方面产生互补效应，从而把系统整体功能放大，使整体功能大于各组成部分功能之和。因此可以说，协同导致优化。例如：
在经济系统中，由于协同作用，可以用小的“投入”获得大的“产出”，使劳动生产率大大提高。亚当·斯密在《国富论》中指出，分工协作使手工工场的制针效率比分工前的单干提高了几千倍。这是协同产生放大效应的典型事例。
在工程系统中（社会系统亦然），即使它的各个部件是先进的，但由于协调不好，整体性能仍然低下；相反，人们使那些一般化的部件通过协同作用，实现了工程系统的最优化。曾经被誉为世界上最先进的战斗机——米格25飞机，就其单个零件和部件来看，并不是先进的。但由于设计时考虑到使系统的各个部分很好地协调起来，因此，飞机的整体性能，如爬高能力和飞行速度等都是当时世界上第一流的水平。
4.使系统稳定与发展。这需要用反馈来说明。从系统论的角度看，控制论中的反馈或反馈调节，也是一种协同作用。“反馈是将系统与外界环境的相互作用同系统内部的相互作用协同统一的一种作用。系统由于开放，使自己处于内外矛盾之中。为了生存、发展，必须将内外矛盾同步协调统一，达到系统的结构、功能与外界条件相适应。这就是反馈产生的内在原因。”[7]反馈是非常普遍的现象，G·克劳斯指出：“严格地说，只存在着具有反馈作用、相互作用的过程。宇宙中的一切系统都是反馈系统。只有在十分特殊的场合和十分特殊的方面，才有近似的直线式因果序列。”[8]总之， 只有协同着的矛盾才是系统稳定与发展的动力与源泉。
由上可见，协同作用是系统实现优化的根本原因与途径。
协同导致优化，是通过对要素、结构与环境的选择起作用的。系统内部的协同，是选择合适的要素与合理的结构；系统与环境的协同，是选择合适的外部条件。只有内外同步协同，使合适的要素、合理的结构同合适的环境条件相统一，系统才能优化。
竞争与协同是对立统一的，对于系统的优化来说，两者都不可缺少。如果只有竞争没有协同，则竞争引起的内耗与外耗，必然削弱系统的功能，甚至使系统瓦解；反之，如果只有协同没有竞争，则系统缺乏激励机制，容易诱发堕性。所以，协同是竞争基础上的协同，竞争是协同基础上的竞争。把协同与竞争有机地结合起来，使其成为互补的关系，各取其有利的积极因素，使消极方面的作用尽可能减弱到最低程度，整个系统便呈现出整体优化的发展趋势。
Philosophical Thinking about System Optimization
Zeng Guangrong
(The Party School of PPC,Hu'nan Province)
Abstract
The connotation and the reason of system optimization aretentatively studied in this paper with the view of systemstheory.Also studied the conditions and the ways of how torealize system optimization.