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◆20世纪出现的综合科学（第1页）

◆20世纪出现的综合科学

★信息论

1948年，美国的应用数学家申农与韦弗合作所写的《通信的数学理论》一书出版，标志着信息论的产生。在书中，申农给出了测量每个消息平均信息量的数学公式（概率和对数形式）。申农避开了具体的通讯系统，认为一般的通讯系统包括信息源、发送机、信道（传输信号的渠道）、接收机、消息接受者等5个部分，从而避开了复杂的语义问题，而仅仅从技术和数学关系的方面来研究消息的传递，使问题显得简单化了。

申农指出，可以通过改变信源编码来降低多余度，使信源与信道匹配，使信源上的平均信息量等于信道容量。这便是申农的所谓信源编码原理。这个结论具有重要的理论意义。在这个原理的指导下，50年代出现了信息率较高的编码和纠错码。信源编码原理对提高信息的传递效率有理论指导意义。

60年代以来，为适应图像识别和视觉研究的需要，在模糊数学的基础上产生了与申农的概率信息论完全不同的模糊信息论。70年代以来，又有人提出了有效信息、语义信息、无慨率信息（主观信息）、广义信息等新的信息概念。显然，信息已不再仅仅是通信领域中的概念，而和人类社会生活的各个方面联系起来了。70～80年代的未来科学家认为人类正在走向信息社会，信息和材料、能源一起被视为人类文明的三大支柱。信息论的方法正在被应用到生物学（含神经生理学）、物理学、化学、心理学、经济管理、电子学、人工智能、控制论、系统论等一系列学科。一个内容广泛的信息论正在成长。

★控制论

控制论是用数学工具研究控制机构或控制系统运行一般规律的科学。汉代的记里鼓车，北宋苏颂等人发明的水运仪像台和钟等，以及瓦特发明的蒸汽机中，都有控制机构。

一般来说，控制论产生时所涉及的系统主要是单输入单输出的线性系统。50年代的控制论主要处理单输入单输出的自动调节系统，采用建立在传递函数和频率特性基础上的动态分析和综合方法，称之为经典控制理论。

60年代以来，大量的工程实践，特别是空间技术的发展，提出了全新的控制问题。以火箭运载的卫星、飞船、导弹等的飞行为例：火箭的质量特性要用变质量力学来描述；控制是在远距离上实现的；火箭的距离、速度、加速度、飞行姿态、多级工作程序等参数都需要控制，因而是一种多输入多输出的多路控制；控制要求高度精确；地面系统复杂而庞大，控制问题复杂。在这种情况下，产生了现代控制理论。

一般认为，现代控制理论的奠基者是匈牙利出生的美国人卡尔曼。

70年代以来，控制论的发展日益同电子计算机的发展联系在一起，同时又包括战略防御系统、经济管理系统、生态系统、社会系统等大系统理论问题联系在一起，受到了人们的日益重视。

★系统论

现代系统论的发展有两个主要线索，一个是从研究生物有机体角度产生的一般系统论，另一个是从研究技术工程及劳动管理角度产生的系统工程学。

一般系统论的知识基础是近代生物学。1924～1947年间，奥地利出生的美国生物学家贝塔朗菲（1901～1971）在他先后发表的一系列论文和著作中提出了有机体系统和一般系统论的思想。1948年，贝塔朗菲又出版了《生命问题》一书，书中描述了系统思想在哲学史上的发展，认为不论系统的种类、组成部分的性质及其关系有何区别，存在着适用于一般化系统及其子系统的模式，可以用逻辑和数学方法来确定适用于一般系统的原则。贝塔朗菲的工作标志着一般系统论的诞生。

系统工程本质上是一种以运筹学为工具和方法的工程管理学。古代埃及人修建金字塔、大禹治水、李冰对都江堰工程的设计和实施等，都体现了将工程视为一个整体来统筹安排和实施的系统思想。

40年代初，系统工程一词开始被使用。第二次世界大战期间，英美两国先后组织了由各学科专家组成的运筹学小组，为某些作战和后勤问题的决策提供依据。战后，美国于1948年成立了研究和发展公司——兰德公司，这个公司的鲍里斯小组创造了大系统分析的数学方法。几十年来，公司的专家们运用系统分析的方法，考察决策者面临的全部问题，提出可能的解决方案，比较它们的结果，为美国政府和军事部门提供咨询和出谋划策，产生了很大的影响。1957年，美国密执安大学的古德（H．Goode）和麦考尔（R．E．Mach01）合著的《系统工程学》一书出版。为系统工程初步奠定了理论基础。

1961~1969年间美国阿波罗登月计划的成功可以看成系统工程方法应用的杰出范例。

★耗散结构论

达尔文提出的生物进化论所揭示的生物进化过程以及细胞学说所阐明的生物个体产生和发育的过程，已经揭示出了自然界同时存在着能量和物质由低级到高级、由简单到复杂、由无序到有序的演化方向。显然，自然界演化的过程也绝对不只是具有单一的方向。

正是科学发展过程中所表现出来的这种矛盾所显示的自然规律的互补性，推动了20世纪的科学家在物理学、化学和生物学的层次上寻找与热力学第二定律相对应的新的自然规律。比利时人普利高津（IlyaPrigogine）及其研究集体于1969年在“理论物理与生物学”国际会议上提出的耗散结构理论，是这一探索的一项杰出成果。

耗散结构理论自提出以来，逐步发展成为一个理论体系，有了一定的数学工具，为研究非线性系统远离平衡态时所表现出的有序现象提供了方法，使人们有可能统一考察物理、化学和生物学等学科中的系统演化问题。

该理论的基本概念是通过对若干典型实验的研究建立起来的。其中主要的有贝那德（Benard）流体实验、激光和B—z反应。

这几种现象被视为力学、物理学和化学中的进化，它是一种系统从无序到有序、从简单结构演变为复杂结构的过程。由于这种有序结构的出现和维持需要从外部不断供应物质和能量，所以是一种耗费或耗散能量的结构，因此称之为耗散结构（dissipativestructure）。实际上，所有生物体都是一种高级的耗散结构。