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自组织理论的应用(自然是如何实现自组织发展的)

网友 被浏览: 50次 专题: 2022-01-10
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罗斌
推荐于:2022-01-10
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自组织理论的应用(自然是如何实现自组织发展的)

自然是如何实现自组织发展的?

答:自组织是自然界物质系统自行有序化、组织化和系统化的过程。一个远离平衡态的开放系统通过其与环境进行物质能量和信息的交换,能够形成有序的结构,或从低序向高序的方向演化。开放性、远离平衡态、非线性相互作用和涨落,是自然界物质系统演化的自组织机制。

通过对自组织理论的认识,我们可以分析现在的各个国家甚至社会的发展。我们在对自组织理论有更深入了解的同时,还可以将得到的实际经验应用到社会中去,从而促进社会的发展。

简述“混沌理论”的基本思想及世界观、方法论的意义

混沌理论(Chaos theory)是一种兼具质性思考与量化分析的方法,用以探讨动态系统中(如:人口移动、化学反应、气象变化、社会行为等)无法用单一的数据关系,而必须用整体、连续的数据关系才能加以解释及预测之行为。 美国2007年上映的一部喜剧电影,也叫《混沌理论》。

一种兼具质性思考与量化分析的方法

简介

“相对论消除了关于绝对空间和时间的幻想;量子力学则消除了关于可控测量过程的牛顿式的梦;而混沌则消除了拉普拉斯 混沌理论

关于决定论式可预测的幻想。”   首先一点就是未来无法确定。如果你某一天确定了,那是你撞上了。   第二事物的发展是通过自我相似的秩序来实现的。看见云彩,知道他是云彩,看见一座山,就知道是一座山,凭什么?就是自我相似。这是混沌理论两个基本的概念。   混沌理论还有一个是发展人格,他有三个原则,1、能量永远会遵循阻力最小的途径   2、始终存在着通常不可见的根本结构,这个结构决定阻力最小的途径。   3、这种始终存在而通常不可见的根本结构,不仅可以被发现,而且可以被改变。

起因

混沌一词原指宇宙未形成之前的混乱状态,中国及古希腊哲学家对于宇宙之源起即持混沌论,主张宇宙是由混沌之初逐渐形成现今有条不紊的世界。在井然有序的宇宙中,西方自然科学家经过长期的探讨,逐一发现众多自然界中的规律,如大家耳熟能详的地心引力、杠杆原理、相对论等。这些自然规律都能用单一的数学公式加以描述,并可以依据此公式准确预测物体的行径。   混沌现象起因于物体不断以某种规则复制前一阶段的运动状态,而产生无法预测的随机效果。所谓“差之毫厘,失之千里”正是此一现象的最佳批注。具体而言,混沌现象发生于易变动的物体或系统,该物体在行动之初极为单纯,但经过一定规则的连续变动之后,却产生始料所未及的后果,也就是混沌状态。但是此种混沌状态不同于一般杂乱无章的的混乱状况,此一混沌现象经过长期及完整分析之后,可以从中理出某种规则出来。混沌现象虽然最先用于解释自然界,但是在人文及社会领域中因为事物之间相互牵引,混沌现象尤为多见。如股票市场的起伏、人生的平坦曲折、教育的复杂过程。

蝴蝶效应与混沌学

1963年美国气象学家爱德华·诺顿·劳仑次]]提出混沌理论(Chaos),非线性系统具有的多样性和多尺度性。混沌理论解释了决定系统可能产生[[随机]]结果。理论的最大的贡献是用简单的模型获得明确的非周期结果。在气象、航空及航天等领域的研究里有重大的作用。   混沌理论认为在混沌系统中,初始条件十分微小的变化,经过不断放大,对其未来状态会造成极其巨大的差别。我们可以用在西方世界流传的一首民谣对此作形象的说明。这首民谣说:   丢失一个钉子,   坏了一只蹄铁;   坏了一只蹄铁,   折了一匹战马;   折了一匹战马,   伤了一位骑士;   伤了一位骑士,   输了一场战斗;   输了一场战争,   亡了一个帝国。   马蹄铁上一个钉子是否会丢失,本是初始条件的十分微小的变化,但其“长期”效应却是一个帝国存与亡的根本差别。这就是军事和政治领域中的所谓“蝴蝶效应”。混沌系统对外界的刺激反应,比非混沌系统快。   布莱德福所发明之定律为书目计量学三大定律,布莱德福以应用地球物理学为例:   每区的期刊数之比9:59:258   视为10:50:250   等于1:5:25   所以,推论出其公式为“y=x1+x2+x3...+xn+E”。E 即 error 混沌不明的变因,如同杂讯是无法解释的。

运用

混沌理论在教育行政、课程与教学、教育研究、教育测验等方面已经有些许应用的例子。由于教育的对象是人,人是随时变动起伏的个体,而教育的过程基本上依循一定的准则,并历经长期的互动,因此,相当符合混沌理论的架构。也因此,依据混沌理论,教育系统容易产生无法预期的结果。此一结果可能是正面的,也有可能是负面的。不论是正面或是负面的,重要的是,教育的成效或教育的研究除了短期的观察之外,更应该累积长期数据,从中分析出可能的脉络出来,以增加教育效果的可预测性,并运用其扩大教育效果。   混沌理论,是系统从有序突然变为无序状态的一种演化理论,是对确定性系统中出现的内在“随机过程”形成的途径、机制的研讨。   过去决策基础的三个主要假定和三个新的现实。根据混沌理论,格拉斯提出,过去作为决策基础的三个主要假定已经不再成立。这些假定是:    最早建立混沌反控制理论,国际权威L.O. Chua评价“陈关荣是国际上混沌控制的早期开拓者之一和混沌反控制理论的创始人”;发现Lorenz系统的对偶系统和它们之间的临界系统,国际权威J.C. Sprott等称为“Chen系统”、“Lu系统”;提出单参数统一系统,国际权威D.J. Hill称为“基准系统”;提出广义Lorenz系统族并建立其理论框架。研究成果在工程技术等领域具有良好的应用前景。

假定1

企业是一个“说到做到”的封闭系统。外界对企业决定采取的行动没有多大干扰。

假定2

经营环境是稳定的。管理者能够充分把握经营环境,从而制定出详尽具体的战略。

假定3

管理者对事件的因果关系有着足够的认识。他们能够顺藤摸瓜,找出每一事件将会导致的变化。   在格拉斯看来,这些旧的假定已经被三个新的现实所代替:

现实1

企业是复杂的“开放”系统,既影响着其所处的环境,又在很大程度上受环境的影响。这意味着,企业的行动可能无法达到它所预期的结果。

现实2

环境是瞬息万变的(不断创造着机会和威胁)。高层管理者不能指望制定出在付诸实施时仍完全有效的详尽战略。

现实3

作为传统决策理论基础的简单线性因果关系模型已经失灵。因此,各种事件的后果是无法预料的   美国数学家约克与他的研究生李天岩在1975年的论文“周期3则乱七八糟(Chaos)”中首先引入了“混沌”这个名称。美国气象学家洛伦茨在20世纪60年代初研究天气预报中大气流动问题时,揭示出混沌现象具有不可预言性和对初始条件的极端敏感依赖性这两个基本特点,同时他还发现表面上看起来杂乱无章的混沌,仍然有某种条理性。1971年法国科学家罗尔和托根斯从数学观点提出纳维-斯托克司方程出现湍流解的机制,揭示了准周期进入湍流的道路,首次揭示了相空间中存在奇异吸引子,这是现代科学最有力的发现之一。1976年美国生物学家梅在对季节性繁殖的昆虫的年虫口的模拟研究中首次揭示了通过倍周期分岔达到混沌这一途径。1978年,美国物理学家费根鲍姆重新对梅的虫口模型进行计算机数值实验时,发现了称之为费根鲍姆常数的两个常数。这就引起了数学物理界的广泛关注。与此同时,曼德尔布罗特用分形几何来描述一大类复杂无规则的几何对象,使奇 异吸引子具有分数维,推进了混沌理论的研究。20世纪70年代后期 科学家们在许多确定性系统中发现混沌现象。作为一门学科的混沌学目前正处在研讨之中,未形成一个完整的成熟理论。   但有的科学家对混沌理论评价很高,认为“混沌学是物理学发生的第二次革命”。但有的人认为这似乎有些夸张。对于它的应用前景有待进一步揭示。但混沌理论研究同协同学、耗散结构理论紧密相关。它们在从无序向有序和由有序向无序转化这一研究主题有共同任务,因而混沌理论也是自组织系统理论的一个组成部分。近几年来,科学家们在研究混沌控制方面已取得重要进展,实现了第一类混沌,即时间序列混沌的控制实验。英、日科学家还在试验用混沌信号隐藏机密信息的信号传输方法。    混沌理论,是近三十年才兴起的科学革命,它与相对论与量子力学同被列为二十世纪的最伟大发现和科学传世之作。量子力学质疑微观世界的物理因果律,而混沌理论则紧接着否定了包括宏观世界拉普拉斯(Laplace)式的决定型因果律。

现实意义

混沌的发现揭示了我们对规律与由此产生的行为之间--即原因与结果之间--关系的一个基本性的错误认识。我们过去认 为,确定性的原因必定产生规则的结果,但现在我们知道了,它们 可以产生易被误解为随机性的极不规则的结果。我们过去认为,简单的原因必定产生简单的结果(这意昧着复杂的结果必然有复杂的原因),但现在我们知道了,简单的原因可以产生复杂的结果。我们认识到,知道这些规律不等于能够预言未来的行为。   这一思想已被一群数学家和物理学家,其中包括威廉·迪托 (William Ditto)、艾伦·加芬科(Alan Garfinkel)和吉姆·约克 (Jim Yorke),变成了一项非常有用的实用技术,他们称之为混沌控制。实质上,这一思想就是使蝴蝶效应为你所用。初始条件的小变化产生随后行为的大变化,这可以是一个优点;你必须做的一切,是确保得到你想要的大变化。对混沌动力学如何运作的认识,使我们有可能设计出能完全实现这一要求的控制方案。这个方法已取得若干成功。混沌控制的最早成就之一,是仅用卫星上遗留的 极少量肼使一颗“死”卫星改变轨道,而与一颗小行星相碰撞。美国 国家航空与航天管理局操纵这颗卫星围绕月球旋转5圈,每一圈 用射出的少许肼将卫星轻推一下,最后实现碰撞。   混沌理论的特征在证券市场中也存在。周K线图看上去与日K线图、小时K线图、5分钟K线图的形状十分相似,这就是证券市场价格的分形特征,我们可以应用5分钟K线图或者小时K线图来推断日K线图或周K线图的形状,为投资决策服务。

蝴蝶效应

近半世纪以来,科学家发现许多自然现象即使可化为单纯的数学公式,但是其行径却无法加以预测。如气象学家Edward Lorenz发现,简单的热对流现象居然能引起令人无法想象的气象变化,产生所谓的“蝴蝶效应”,亦即某地下大雪,经追根究底却发现是受到几个月前远在异地的蝴蝶拍打翅膀产生气流所造成的。一九六○年代,美国数学家Stephen Smale 发现,某些物体的行径经过某种规则性的变化之后,随后的发展并无一定的轨迹可寻,呈现失序的混沌状态。

自组织神经网络与模糊控制有什么优点

(2)由工业过程的定性认识出发,比较容易建立语言控制规则,因而模糊控制对那些数学模型难以获取,动态特性不易掌握或变化非常显著的对象非常适用。(3)基于模型的控制算法及系统设计方法,由于出发点和性能指标的不同,容易导致较大差异;但一个系统语言控制规则却具有相对的独立性,利用这些控制规律间的模糊连接,容易找到折中的选择,使控制效果优于常规控制器

。(4)模糊控制是基于启发性的知识及语言决策规则设计的,这有利于模拟人工控制的过程和方法,增强控制系统的适应能力,使之具有一定的智能水平。(5)模糊控制系统的鲁棒性强,干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱,尤其适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制。|||什么是模糊控制?与传统控制理论相比有什么优点?模糊控制是近代控制理论中建立在模糊集合轮上基础上的一种基于语言规则与模糊推理的控制理论,它是智能控制的一个重要分支。与传统控制理论相比,模糊控制有两大不可比拟的优点:第一,模糊控制在许多应用中可以有效且便捷的实现人的控制策略和经验,这一优点自从模糊控制诞生以来就一直受到人们密切的关注;第二,模糊控制不需要被控对象的数学模型即可实现较好的控制,这是因为被控对象的动态特性已隐含在模糊控制器输入、输出模糊集及模糊规则中。所以模糊控制被越来越多的应用于各个领域,尤其是被广泛应用于家电系列中,基于模糊控制的洗衣机就是其中的一个典型实例。|||模糊控制实质上是一种非线性控制,从属于智能控制的范畴。模糊控制的一大特点是既具有系统化的理论,又有着大量实际应用背景。|||优点:对于难于建立模型的控制对象不失为一种良好的控制方法。

耗散结构理论的主要内容及其应用?

比利时布鲁塞尔学派领导人普里高京于1967年在第一届理论物理与生物学国际会议上发表了名为《结构、耗散和生命》的论文,正式提出了耗散结构理论。普里高京因此获得了诺贝尔奖。

耗散结构理论指出:一个开放系统(无论是力学的、物理的、化学的还是生物的乃至社会的经济的系统)处在远离平衡态的非线性区域,当系统的某个参数变化到达一定的的临界值(阈值)时,通过涨落,系统发生突变,即非平衡相变,其状态可能从原来的混乱无序的状态转变到一种在时间上、空间上或功能上有序的新状态,这种新的有序结构(耗散结构)需要系统不断的与外界交换物质和能量才能得以维持并保持一定的稳定性,且不会因外界的微小扰动而消失。

耗散结构有四个条件:(1)系统必须是开放的,(2)系统必须处于远离平衡态,(3)系统内部存在非线性的相互作用,(4)涨落导致有序。

自然界的生物种类极其繁多,形态各异,功能复杂,构成了绚丽多彩的生物世界。同时生物界也是自然界中最富有生气和最具神秘感的领域。孤立系统不能产生有序结构,因为根据热力学第二定律,孤立系统的熵是永不减少的。因此耗散结构一定产生于开放系统,必须存在由环境流向系统的负熵流,而且能够抵消掉系统自身的熵增,才能使系统的熵减小,有序度增加。玻尔兹曼原理虽对解释平衡结构是成功的,却无法用来说明非平衡的有序结构,对于平衡态系统各个微观组态是等概率出现的,对于生物体,它是由分子、细胞、组织、器官、个体、群体按各种要求与层次组成的,在各层次上都表现出有序性,因此自组织现象(尤其是生命现象)只能在远离平衡态的条件下生存。因此普里高京认为,非平衡是有序之源。从系统内部组织的相互作用和动力学行为来看,能形成耗散结构的系统以及其演化过程所服从的动力学方程都是非线性的。在一些自组织现象如贝纳德流、激光、化学振荡的出现都是伴随着对称性破缺的突变现象,这些系统经历对称性破缺形成时空有序结构是自发进行的。涨落是指系统中某个变量和行为对平均值所发生的偏离,它使系统离开了原来的状态或轨道。对稳定系统来说,涨落是一种干扰,它引起系统的无序,这时系统有抗干扰能力,迫使涨落衰减,如果系统处在不稳定的临界状态,小的涨落不仅不会衰减,反而会被放大,驱动系统从不稳定状态跃迁到一个新的有序状态。这就是耗散结构强调的“涨落导致有序”。

普里高京学派认为,自组织是这样形成的:首先是系统内部的功能(即系统内部所包含的非线性、自催化、反馈机制等),由于这种功能,当系统离开平衡时,其无序状态会失去稳定性,另一方面是时空或功能结构,当无序状态失稳时,系统的功能所容许的有序结构是稳定的,最后一方面是涨落,当无序状态失稳后,涨落扮演了扰动的角色,促使系统从无序状态跃迁到有序状态。

总之,所谓自组织过程是指系统内部具有一定功能的开放系统在远离平衡态时,因其无序状态的失稳,在系统内部涨落的驱动下转变为宏观尺度上稳定的时间、空间或功能结构的过程。形成的结构称作耗散结构,它必须在系统不断与外界交流物质、能量的条件下才能维持。自组织必定是由系统内部的功能而自发形成的,外界之提供一定的条件而不进行直接的干预与安排。

自然界的美、自然界的结构与和谐性不是上帝创造的,而是自组织的结果。在研究结构起源时有两种趋势,一是着眼个体,将万物分解为基本的单元,如将晶体分解为分子、原子、原子核、电子、中子、质子、夸克等,或将生物体分解为器官、组织、细胞、细胞膜、细胞核、分子、原子等,这种方法取得了巨大的成功。另一种趋势是强调事物的整体性,即亚里士多德强调的整体大于部分的总和,即研究系统各部分的联系与相互作用对整体的影响,这种方法正在迅速发展。

谈到这里,也许许多人会对世界的复杂性有了一定程度的认识,也似乎在告诉我们,任何宏观物质都是极为复杂的,那种在数学上的理想化方程与物理上的理想化模型一定会或多或少的与事实存在偏差。然而,实验再一次证明,理想化模型在现实世界里的确是存在的,而且一度成为科学前沿,经久不衰,并有几位研究者获得了诺贝尔奖……

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