當代系統思想與耗散結構理論 陳慶瀚 機器智慧與自動化技術(MIAT)實驗室 義守大學電機系 pierre@isu.edu.tw 產業研發碩士專班課程 陳慶瀚 機器智慧與自動化技術(MIAT)實驗室 義守大學電機系 pierre@isu.edu.tw 2005年9月27日
本週主題 當代系統思想的起源 耗散結構理論
康德系統思想 系統的三個特性： 內在目的性，系統的結構和功能適應於特定的內在目的。 自我建造性，系統的成長、擴充。 整體在先性，系統的整體性先天地決定了系統的內容、以及系統內各元素所處的位置和關係。
笛卡兒科學方法論 理性主義四大格言： 不要接納任何事物，除非已經透徹了解以致排除了所有可懷疑的地方； 把一個困難的問題分解成一些可以解決的較小問題。 先解決那些最簡單、最清楚的問題，一一理解後，再逐步升高層次，探討複合的事物。 最後，縝密的審視和檢驗有無遺漏的事項。
笛卡兒科學方法論 理性主義四大格言： 不要接納任何事物，除非已經透徹了解以致排除了所有可懷疑的地方； 把一個困難的問題分解成一些可以解決的較小問題。 先解決那些最簡單、最清楚的問題，一一理解後，再逐步升高層次，探討複合的事物。 最後，縝密的審視和檢驗有無遺漏的事項。
Shanoon的信息理論(1948) Information Theory - Communication Theory: 技術面向：如何精確的傳送信息符號； 語意面向：如何使傳送的信息符號表達信息的含義； 效用面：信息接收端如何受到信息的影響。
Weiner的系統控制論(1948) Cybernetic: 一門關於機器和生物的控制和通訊的科學。 提供信息、回饋、通訊、控制、穩定性、解析式系統模型的重要概念。 工程的、社會的、生物的、經濟的、人工生命的系統控制論。
Bertalanffy的一般系統理論(1968) 一般系統理論(General System Theory): 系統科學，針對不同領域的具體系統進行科學的理論研究，以作為一切種類的系統的根本學說； 系統技術，探討各種方法、工具和技術，以便應用在系統工程。 系統哲學，包含系統的本體論，系統認識論，以及真實世界的表達和模型操作。
Prigogine的耗散結構理論(1977) 耗散結構(Dissipative Structure)理論： 開放系統的Entropy變化： dS = diS + deS diS : 系統內部entropy的變化(恆為正) deS : 系統與外界能量交換的entropy變化(可為正或負) 「Entropy增加原理」只適用在孤立系統
Prigogine的耗散結構理論(1977) 真實系統均為開放性系統 到處都是耗散系統 耗散系統呈現遠離平衡狀態
系統的分類 孤立系統- 與外界沒有物質和能量的交換 有序->無序->無序平衡 封閉系統- 與外界有能量的交換但沒有物質交換 開放系統- 與外界自由地進行能量和物質的交換
開放系統的三種生存狀態 熱力學平衡狀態- diS>0,而且deS>0總entropy dS增加系統趨向無序 線性非平衡狀態- 遠離平衡狀態- deS<<0,系統不斷由外界獲得負entropy,總entropy減少,使系統達到一種新的穩定有序的結構,此為耗散結構
熱力學第二定律與耗散結構理論 熱力學第二定律：結構(秩序)潰散原理 耗散結構理論：結構(秩序)產生原理
產生有序結構的機制 外部條件：開放性、非平衡狀態 內部機制：Fluctuation(漲落)
漲落對系統演化的影響 1. 在系統的平衡狀態 漲落是破壞結構穩定和有序的消極因素。 2. 在系統的線性非平衡狀態 漲落是破壞結構穩定的干擾，系統本身會藉由回授消除干擾。但無法使 系統從一個穩態轉移至另一個穩態。 3. 在系統的遠離平衡狀態 漲落將形成非平衡相變的觸發器，系統處於不穩定狀態，任何隨機的小漲落可能被迅速放大，使系統跳躍至一個新的有序平衡狀態。
耗散結構的非線性作用 非線性：真實世界的普遍特質 普利高津：只有在系統內部元素之間存在非線性作用，耗散系統才可能出現。非線性方程組有多個定態解和多個分支現象。
耗散結構的特徵 平衡結構的有序 耗散結構的有序 尺度 微觀的 巨觀的 動態 靜止的有序結構 活動的有序結構 條件 其狀態可在孤立的環境中維持，不需由外界補充物質和能量。 (例如食鹽晶體) 需不斷的與外界環境交換物質和能量來維持其有序結構狀態。 (例如生命體)
耗散結構與系統思想 發展了嚴謹的系統科學理論 使用dS = diS + deS作為開放系統的系統表述。 2.提出非平衡系統的自組織原理 提出有序結構的形成和維持機制。 3.豐富了系統思想 由平衡到非平衡態； 隨機過程和宏觀的決定論； 可逆性與不可逆性； 確定性與不確定性； 有序與無序的辨證思維 4.科學認識論的典範轉移 在探索世界的複雜性中，建造從靜止自然觀通向動態自然 觀、從存有通向演化的橋樑。
結語 人是自然的一部份，在統一的宇宙中，人既是觀眾，也是演員。所以我們必須以新的形式和自然界開始新的對話。