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在研究生前沿课《系统科学理论与方法》开讲课上的讲话

发布时间 : 2021-05-07 15:41 出处 : 点击数 :

——2021年5月7日在研究生前沿课《系统科学理论与方法》开讲课上的讲话

乔建永 校长

各位同学,各位老师:

大家下午好!

今天是北邮在全校范围首次开设的《系统科学理论与方法》前沿课的第一讲,也是学校研究生大会后推出的第一门前沿课程。

下面,我简要介绍一下为什么要开设这门课程。

现代科技的发展将人类的生产和认识领域扩大到前所未有的范围,各个学科加速发展,不断交叉融合,涉及的研究对象也变得日益复杂。这种趋势迫切需要有统一的思想方法贯穿各个学科门类,将他们有机地结合,发挥各自的优势而又能相互协调配合,探求各种复杂客体的共同演化特征、组织模式和控制方法。系统科学研究系统的结构与功能关系、演化和调控规律,作为一门新兴综合交叉学科,正是顺应这一潮流而生,国际上各类相关研究机构也纷纷成立。

我国系统科学的主要开创者和推动者钱学森先生(中国航天奠基人),晚年最主要的工作之一就是系统科学研究,在1980年成立了中国系统工程学会,钱老亲自担任名誉理事长,对我国系统工程的发展产生了重要影响。正如他提到的,约100亿个原子的复杂交互作用,涌现了有生命的细胞;约100亿个细胞的复杂的交互作用,涌现了智慧的头脑和意识;约100亿人口(目前约70亿)通过交通系统、计算机、互联网等的复杂交互作用,涌现出相互关联依存、命运与共的“共同体”,甚至是“类生命体”。钱学森先生曾说:系统学的建立,实际上是一次科学革命,它的重要性绝不亚于相对论或者量子力学。系统科学的重要性可见一斑。

北邮作为我国信息人才的重要培养基地,承担着引领信息领域科技发展的重要责任。当前的信息网络,正经历以人为中心的通信网络向面向机器的工业互联网快速演进,我们未来将面临一个智能化、大带宽、超低时延,高可靠性的万物互联信息网络。在后摩尔时代的复杂开放巨系统中,主要由于机器工业互联网业务占主导,传统的冯·诺伊曼线性网络结构体系将受到很大挑战。

可以说,当今世界,谁在系统和网络科学的发展中拔得头筹,谁就可以在新一轮的信息智能时代占据先机。这正是这门课开设的初衷,作为新时代的北邮人,要想在信息及其相关领域获得发展,需深入研究并掌握系统科学理论与方法。

接下来,谈谈什么是系统科学。

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。这里的系统指的是由相互关联和相互作用的多个元素(或子系统)所组成的具有特定功能的有机整体,这个系统又可作为子系统成为更大系统的组成部分。可见,系统是自然界和人类社会中一切事物存在的基本方式,各式各样的系统组成了我们所在的世界。例如复杂通信系统、计算机网络系统、物流网系统等。系统科学以不同领域的复杂系统为研究对象,从系统和整体的角度,探索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、资源、环境、军事、生物等领域的应用提供理论依据。

一般来讲,系统科学领域的专家学者认为,系统学应该包括五部分内容:系统方法论、系统演化论、系统认知论、系统调控论和系统实践论。系统科学理论已在气候、生命、经济、神经信息、信息通讯等系统中得到广泛应用。例如,著名的蝴蝶效应。蝴蝶效应最初是美国气象学家爱德华·洛伦兹(Edward N.Lorenz)在研究气候系统时所提出的一个理论。该理论最初的描述是:“一只南美亚马逊河流域热带雨林中的蝴蝶,偶尔扇动几下翅膀,可以在两周以后引起美国得克萨斯州的一场龙卷风。”其原因就是蝴蝶扇动翅膀的运动,导致其身边的空气系统发生变化,并产生微弱的气流,而微弱的气流的产生又会引起四周空气或其他系统产生相应的变化,由此引起一个迭代式连锁反应,最终导致其他系统的极大变化。他称之为混沌学。该理论后面被描述为“系统对初始值的极端不稳定性”。混沌理论是系统科学理论分支——动力学理论的重要理论之一。后来,混沌又称蝴蝶效应,又被应用于认知心理学、经济学、语言研究等领域中。例如,1998年亚洲发生的金融危机和美国曾经发生的股市风暴实际上就是经济运作中的“蝴蝶效应”;1998年太平洋上出现的厄尔尼诺”现象就是大气运动引的“蝴蝶效应”。

由上可见,我国作为新兴的信息和经济大国,迫切期望建立面向泛在、可扩、异构、可控可管的新型复杂信息网络环境来改变现今网络相对混沌、无序的局面。利用系统科学与非线性科学的研究基础与成果,通过开展复杂信息环境中的网络体系设计学、网络动力学和网络行为学理论与实践研究,将从根本上解决当前和未来我国网络中面临的问题。系统科学理论和方法在复杂通信网络中的应用有利于挖掘该领域的内在演化规律。

本课程旨在介绍系统科学学科领域的基本理论与方法,课程内容包含系统科学绪论,讲授系统科学思想,体系结构和发展沿革,以及层次性、涌现性、适应性、平衡性等基本概念,以及系统科学基本方法、新进展、复杂网络理论与方法,大数据分析及其应用案例。课程主要采用专题报告和研讨的形式实现。可以让学生更好地掌握系统科学的基本概念、技术与方法,并提升结合不同领域进行分析问题和解决问题的实践能力。

谢谢大家!

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