从定性到定量综合集成方法.ppt

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1、从定性到定量综合集成方法的实现和应用 20世纪80年代末至90年代初，钱学森先后提出“从定性到定量综合集成方法”和“从定性到定量综合集成研讨厅体系”（以下简称综合集成方法）以来，对综合集成方法及其应用的研究，已经取得了可喜的进展，特别是国家自然科学基金管理科学部和信息科学部联合资助的“支持宏观经济决策的人、机结合综合集成体系研究”的重大项目，对综合集成方法的实现与应用以及相关的理论方法和支撑技术，都进行了系统研究，取得了许多成果。本文的目的是结合重大项目的研究进展，从科学方法论角度对综合集成方法的实现和应用，进行一些讨论，以利于这个方法的实际运用和应用。一、方法论和方法 我们首先区分一下方法论

2、（M e t h o d o l o g y）和方法（Methods）。这是两个不同层次的问题。科学方法论属于思维科学，它是关于研究客观事物所应遵循的途径和路线，按照这个途径研究下去，能使我们达到对所研究问题的科学认识。在方法论指导下是具体方法问题，而且方法也不止一种，可能有多种方法，以至形成方法体系。如果方法论不对，具体方法再好，也解决不了根本问题。当然，再好的方法论没有具体方法的支撑，这个方法论也解决不了什么问题。两者是相辅相成的。从近代科学到现代科学，培根式的还原论方法发挥了重要作用，在自然科学中取得了巨大成功。它所遵循的途径是把事物分解成局部或低层次事物来研究，以为低层次或局部问题弄清

3、楚了，高层次或整体问题也就清楚了。如果低层次或局部问题仍弄不清楚，还可以继续分解下去，直到把整个问题弄清楚为止。物理学按照这个途径的发展已经到了夸克层次，生物学的研究也到了基因层次。这些成就的取得，也表明了还原论方法在科学技术发展中的重要作用以及它的有效性。但随着科学技术的发展，“还原论的不足之处正日益明显”2。正如李政道先生指出的那样“总结20世纪物理学的发展，可以简单地说，它着重简化、归纳。另外，我们相信找到了最基本的粒子，就会了解大物质的构造，这个方向使我们获得很大成功。可是，到20世纪中叶，我们发现不是光知道基本粒子就能完全了解整个宇宙的大问题。我猜想21世纪的方向要整体统一，微观的基

4、本粒子要和宏观的真空构造，大型的量子态都结合起来，这些很可能是21世纪的研究目标”。美国圣菲研究所关于复杂性研究，也是基于对还原论方法的反思而提出来的。其实对还原论方法的局限性，认识得比较早的科学家是彼塔朗菲，他是位理论生物学家。20世纪30年代，当生物学研究已经到了分子层次，出现了分子生物学时，用他的话来说，他对生物整体的认识反而模糊了。这使他转向整体论并提出了一般系统论方法，即整体论方法。但限于当时的科学技术水平，他没能解决整体论方法的具体问题，还是定性描述和概念阐发居多，就整体论整体，深入不下去，解决不了问题。但整体论方法作为科学方法论是很重要的，而且对系统科学的发展起到了重要的推动作用

5、。20世纪70年代末，钱学森提出把还原论方法和整体论方法结合起来，即系统论方法。经过10多年的研究和发展，特别是“系统学讨论班”的反复讨论，钱学森把系统论方法的一般原则终于具体化了，形成了我们上边谈到的综合集成方法。在运用这个方法时，也需要将系统分解，在分解后研究的基础上再综合集成到系统整体，实现1+12的飞跃，达到从整体上研究和解决问题的目的。综合集成方法吸收了还原论方法和整体论方法的长处，同时也弥补了各自的局限性，既超越了还原论方法，又发展了整体论方法，这正是系统论方法的优势所在，是科学方法论上的重大进展，具有重要的科学意义和深远的学术影响。还原论方法、整体论方法、系统论方法即综合集成方法

6、，都属于方法论层次，但又各具特色，各有不同。还原论方法采取了从上而下，由整体到部分的研究途径，整体论方法是不分解的，从整体到整体。而综合集成方法既从整体到部分由上而下，又自下而上由部分到整体。正是研究路线上的不同，使它们研究和认识客观事物的结果也各不相同。形象地说，可表示如下：整体论方法：1+0=1 还原论方法：1+12 系统论方法：1+12 综合集成方法的提出，也得益于以计算为主的现代信息技术的发展。综合集成方法的实质是把专家体系、数据与信息体系以及计算机体系有机结合起来，构成一个高度智能化的人、机结合系统。这个方法的成功应用，就在于发挥这个系统的综合优势、整体优势和智能优势。它比单纯靠人（

7、专家体系）有优势，比机器体系更有优势。它能把人的思维、思维的成果、人的经验、知识、智慧以及各种情报、资料和信息统统集成起来，从多方面的定性认识上升到定量认识。综合集成方法的理论基础是思维科学，方法基础是系统科学与数学科学，技术基础是以计算机为主的现代信息技术，哲学基础是马克思主义实践论和认识论。综合集成方法是研究复杂系统和复杂巨系统（包括社会系统）的方法论。在应用中，将这套方法结合到具体的复杂系统或复杂巨系统，便可以开发出一套方法体系，不同的复杂系统或复杂巨系统，方法体系可能是不同的，但方法论却是同一的。如同物理学有物理学方法，生物学有生物学方法，但方法论是同一的，即还原论方法。正在进行的自然

8、科学基金重大项目，就是把综合集成方法和经济系统结合起来，探索这类复杂系统的方法体系。从方法论层次来看，综合集成方法对复杂系统或复杂巨系统研究的指导作用主要体现在以下几个方面：n1 研究路线。n 综合集成方法采取了从上而下和由下而上的研究路线，从整体到部分再由部分到整体，把宏观和微观研究统一起来，最终是从整体上研究和解决问题。例如，在研究大型复杂课题时，从总体出发可将课题分解成几个子课题，在对每个子课题仔细研究的基础上，再综合集成到整体，这是很重要的一步，并不是简单地将每个子课题的研究结论拼凑起来，这样的“拼盘”至多是1+1=2的效果，不会涌现出新思想、新结果的，也回答不了整体问题。这里需要的是

9、综合集成，实现1+12的飞跃。否则，我们就会自觉不自觉的陷入了还原论方法。n2 技术路线。n 综合集成方法采取的是人、机结合，人、网结合以人为主的技术路线。这个技术路线是以思维科学为基础的。从思维科学角度来看，人脑和计算机都能有效处理信息，但两者有极大的差别。从信息处理来看，人脑思维一种是逻辑思维（抽象思维），它是定量、微观的信息处理方法；另一种是形象思维，它是定性、宏观的处理信息方式，而人的创造性主要来自创造思维，创造思维是逻辑思维和形象思维的结合，也就是定性、定量相结合，宏观与微观相结合，它是人脑创造性的源泉。今天的计算机在逻辑思维方面，确实能做很多事情，甚至比人脑做得还好、还快，善于信息

10、的精确处理。已有许多科学成就证明了这一点，如著名数学家吴文俊先生的定理机器证明。但在形象思维方面，现在的计算机还不能给我们以任何帮助，至于创造思维只能依靠人脑了。从这个角度来看，期望完全依靠机器来解决复杂系统或复杂巨系统问题，至少目前是行不通的。但计算机毕竟在逻辑思维方面有其优势，如果把人脑和机器结合起来以人为主，就更有优势，人将变得更加聪明。人和计算机各有所长、相辅相成、和谐地工作在一起形成“人帮机、机帮人”的合作方式。这种人、机结合的思维方式和研究方式就具有更强的创造性和认识客观事物的能力。n3 实现信息、知识和智慧的综合集成 人、机结合，人、网结合以人为主，实现信息、知识和智慧的综合集成

11、。信息、知识和智慧这是三个不同层次的问题。有了信息未必有知识，有了信息和知识也未必就有智慧。信息的综合集成可以获得知识，信息、知识的综合集成可以获得智慧。人类有史以来，是通过人脑获得知识和智慧的。现在由于计算机科学与技术的发展，我们可以通过人、机结合，人、网结合的方式来获得知识和智慧，在人类发展史上，这是具有重大意义的进步。综合集成方法就是这种人、机结合，人、网结合获得知识和智慧的方法。如同一切研究工作一样，无论是复杂系统、复杂巨系统的理论研究还是应用研究，通常是已有的科学理论、经验知识和专家判断力（专家的知识、智慧和创造力）相结合，对所研究的问题提出和形成经验性假设，如猜想、判断、思路、对策

12、、方案等等，这种经验性假设一般是定性的。它所以是经验性假设，是因为其正确与否、能否成立还没有用严谨的科学方式加以证明。在自然科学和数学中，这类经验性假设是用严密的逻辑推理和各种实验手段来证明其正确与否，这一过程体现了从定性到定量的特点，所以这些学问被称为“精密科学”。但对复杂系统或复杂巨系统来说，由于其跨学科、跨领域的特点，对所研究的复杂性问题能提出经验性假设，通常不是一个专家，甚至也不是一个领域的专家们所能提出来的，而是由不同领域、不同学科专家构成的专家体系，依靠群体的知识和智慧，对所研究的复杂系统和复杂巨系统问题 提出经验性假设与判断。但要证明其正确与否，仅靠自然科学中所用到的各种方法，就

13、显得力所不及了。如社会系统、地理系统中的问题，既不是简单地逻辑推理，也不能进行实验。但我们对经验性假设又不能只停留在思辨和定性描述上，这是社会科学、人文科学中常用的方法，这些学问被称为“描述科学”。系统科学是要走“精密科学”之路的，那么出路在哪里？这就是人、机结合以人为主的研究方式。机器能做的尽量由机器去完成，极大扩展人脑逻辑思维处理信息的能力。自然也包括了各种能用的数学方法和工具。通过人、机结合以人为主，实现信息、知识和智慧的综合集成。这里包括了不同领域的科学理论和经验知识、定性知识和定量知识、理性知识和感性知识，通过人机交互、反复比较、逐次逼近，实现从定性到定量的认识，从而对经验性假设的正

14、确与否作出明确结论，无论是肯定还是否定了经验性假设，都是认识上的进步，然后还可提出新的经验性假设，继续进行定量研究。二、研讨厅和研讨厅体系 钱学森提出，“从定性到定量综合集成研讨厅”和“从定性到定量综合集成研讨厅体系”（以下简称研讨厅和研讨厅体系）是实现综合集成方法的实践形式，并把运用这套方法的集体，称为总体设计部。它是将有关的理论、方法与技术集成起来，构成一个供专家群体研讨问题时的工作平台。不同的复杂系统或复杂巨系统，研讨厅的内容可能是不同的，即使同一个复杂系统或复杂巨系统，由于研讨问题的类型不一样而有不同的研讨厅，如研究社会系统中的各类问题。当把这套方法用于国家各个层次的决策支持时，中央、

15、地方和各部门都可有自己的研讨厅和总体设计部，由于信息网络的出现和发展，可以用信息网络把这些分布式的研讨厅联系起来，这就形成了研讨厅体系，不仅信息交流快捷而方便，而且网上资源丰富并得以共享。这样的研讨厅体系，实际上是个人、机结合，人、网结合的信息处理系统、知识生产系统、智慧集成系统，是知识生产力和精神生产力的实践形式。钱老还指出过构建这样的研讨厅、研讨厅体系所用到的有关理论、方法、技术和研讨方式：1.几十年来世界学术讨论的Seminar经验；2.C3I及作战模拟；3.从定性到定量综合集成方法；4.情报信息技术；5.人工智能；6.“灵境”（人工虚拟现实，VR）；7.人、机结合智能系统；8.系统学；

16、9.第五次产业革命中（即信息革命）涌现出来的新技术。n研讨厅和研讨厅体系从结构上看，由以下几个部分构成：n1 专家体系。n 复杂系统或复杂巨系统的研究通常是跨学科、跨领域的交叉性和综合性研究。需要由不同学科、不同领域的专家组成专家体系，这个专家体系具有研究复杂系统或复杂巨系统所需要的合理知识结构。在实际应用中，专家体系还要考虑到部门结构、年龄结构等问题。人、机结合以人为主，这个人就是指专家体系。因此，专家体系的整体水平和素质对研讨问题是非常重要的。由于研究的复杂系统或复杂巨系统不同，专家体系的结构也不一样，因此专家体系的结构是动态变化的。n2 机器体系。n 以计算机软、硬件和网络等现代信息技术的集成与融合所构成的机器体系，是研讨厅的重要组成部分。从总体上来说，机器体系结构与功能的设计应结合所要研究的复杂系统或复杂巨系统的实际，以综合集成的思想和方法为指导来进行系统设计。在网络环境下，研讨厅是个开放系统，机器体系以及与其联网的网上资源是支持复杂系统或复杂巨系统研讨所需要的各种资源基础。如数据和信息资源、知识资源、模型体系、方法与算法体系等。特别是，在人、机交互过程中，机器体系应具有更强的