系統科學的基本定義及發展簡史_風聞
Science_北京-不惧过往，不畏将来！2020-11-09 09:43
按照錢學森對現代科學技術體系的構想，任何一門學科都可以分成基礎理論、技術基礎、實際應用三個層次，每個層次都有自己確定的內容，並且三者之間有着緊密的聯繫。系統科學也不例外，在基礎理論層次的內容是系統學，我們這裏所給出的簡單巨系統演化理論也屬於系統學的內容之一；在技術基礎層次的內容包括運籌學、控制論、信息論、線性代數、概率論、隨機過程等概念、理論、方法，現在這些內容已構成對大量實際問題討論的基礎；在實際應用層次的內容是各種各樣的系統工程。系統工程的內容具有既要進行一般方法討論，又要密切結合實際系統的特點。
一、系統科學的基本定義
1.什麼是科學
卡爾波普爾給出過正規的科學的定義，他説科學就是一個可以證偽，但是迄今為止一直沒有被證偽的可計算的心智模型。科學是對現實的抽象，抽象在你的腦子裏，它們是可以計算的，可以推導的。然後推出來的結論原則上是可以錯的，但迄今為止沒有被證明是錯的。
這和通常大家概念中科學的定義有點不一樣，很多人覺得科學是一個被檢驗了的，是對的東西。卡爾波普爾是一個數學家、物理學家和哲學家，他認為從哲學上説科學所謂的可驗證是假的。他説假設觀察到天下的烏鴉999只都是黑的，據此推斷天下所有烏鴉都是黑的。接下來，按照科學的方式就是去檢驗，假設檢驗完了，99999只烏鴉都是黑的，檢驗了這麼多，一百倍了還是對的，於是我們有信心宣稱天下烏鴉都是黑的是科學。但他説其實不一定，因為你沒看過所有的烏鴉，你不知道是不是有一隻烏鴉它會是白的。當然你可以只管黑的叫烏鴉，這就叫不可證偽。如果這件事情永遠不可能是錯的，不好意思，就不是科學。所以凡是認為白的烏鴉不叫烏鴉的，就不是科學。
所以可以隨着實驗檢驗來修正集合內涵的不是科學，但是科學通常也滿足不了可驗證的要求。所以他退而求其次説科學其實是一個原則上可以證明是錯的，但是迄今為止一直沒有被證明是錯的東西。
2.什麼是系統科學
瞭解什麼是科學之後，我們再來看什麼是系統科學。首先它是一門科學，我們是要把做出來的結果、分析方法得到的結論或者提出來的模型和世界去比較的，這個是我們堅守的底線。就像物理學，它是研究物理對象的，具有物理性質的對象的科學。那麼系統科學是具有系統特點的科學。或解釋為是系統的test（品味或味道）的科學。
我們下面就來解釋什麼是系統的特點或者系統的味道。總的來説就是：從具體系統中來到具體中系統中去，從孤立到有聯繫，從直接到間接，從個體到整體。或者叫做聯繫的一次方、聯繫的二次方和聯繫的三次方。
具體來説：第一，就是需要有相互聯繫的單元，而且通常來説這個單元是很多個的；第二，一般來講這些單元之間的組織不是在同一個層次的，也就是説如果這個系統是個中心，而旁邊連着的所有東西都是圍繞着他的同一個層次的下屬，那麼這個東西儘管也是個系統，但是一般來説它不是一個我們所感興趣所想研究的具有系統科學味道的系統，因為對我們來説可能太簡單了，能夠在上面做的計算太少，能夠做的分析也實在太少。比如一個企業，在規模小的時候可以這麼幹，領導坐在中間直接管理，其他人全聽他的。小的項目可以這麼組織，但如果要面對的問題足夠複雜的時候則不然。比如一個司令官不可能掛一個電話就能管到最基層的士兵。雖然美軍現在可以實現司令直接看到士兵的行為，但他也不管，指揮權是一層一層下放的。所以一旦有這種複雜問題的時候，通常組織形式是多層次的，而且多層次之上還有跨越層次的。在日本就特別明顯，日本人是非常具有服從精神的，但是日本人同時又是特別反叛的，就是説越級做事是經常發生的。這是一種奇怪的文化，他們服從上下級結構的同時又特別反叛，他們認為不合理的時候就去越級去做一些事情。但這個其實是一個系統非常自然的結構。因為如果永遠遵循層級結構，那麼組織本身就沒有活力。如果永遠是破壞，一點都不遵從層級結構，組織就會完全不穩定。所以上面例子中的系統既有層次性的關係，同時又具有跨層次的聯繫。
當然並不是所有的系統都會需要這種跨層次的鏈接，但是一般來説我們想研究的問題都是比較複雜的、兩個功能同時有的系統。否則，這個問題原則上只不過是前面所説的層級結構的累積，只要把不同的層級結構都加起來就可以。
上面説的是系統內部結構的特點，除此之外，另一個特點是：系統科學是一個沒有特定的研究對象的學科。比如化學，至少得跟那些元素和反應物打交道。生物學是和活的東西，新陳代謝的東西打交道的。然而系統科學它是一個特別的科學，它沒有自己的研究對象。也就是説在任何一個學科裏，只要遇到前面所説的這種問題，都可以把它當成系統科學的研究對象。
科學是要關心實踐的。很多時候把系統科學放在數學下面，這具有一定道理。因為我們沒有具體對象，所以從這個角度來説像數學。但是又跟數學不一樣，因為我們要跟實踐去結合，去檢驗。因此我們把它定位成一個方法性的學科，是跨越具體學科的研究對象的學科。
這個世界當中有一些問題是獨特的適合我們學科研究的。因為它不是某個具體部分產生的效果，它很有可能是好多東西合起來以後才產生的效果。這個時候我們只要找到這種問題，我們的方法和思想就能發揮威力。
所謂的個體和整體真的是要把個體和整體的兩個思想一起用，不能用在任何一個側面，有沒有一些適合我們研究的這種反應個體的聯繫導致整體行為的問題，這個東西得我們去發現，並且我們去尋找，我們去探索一般的方法。有了一般的方法以後，將來我們還要把它還給具體的學科，也就是説這是像數學的地方。學科在沒成長起來的時候，它長在我們之上，如果有一天我們把它培養大了，它脱離開系統科學脱離開應用數學，它會成為它自己的學科。
二、系統科學的發展簡史
系統科學（System Science）作為一門科學有它產生、發展、形成的過程；而且由於系統科學是一門橫斷科學，它涉及自然科學中包括數學、物理學、化學等多個學科領域，還涉及到工程技術的多個部門，甚至與社會科學的不少學科也有聯繫，因此係統科學發展歷史與整個人類發展歷史緊密相連，它的產生可以追朔到原始社會。古代人認識自然界首先就是從對自然的整體認識開始的，也可以説，系統科學思想是指導人們認識的第一個理論；而系統科學體系的完整建立又要説到當代科學技術的最新成就，現代科學的每一個新理論幾乎都被系統科學吸收，並改造成為其自身理論體系中的一個部分。從總體上來看，系統科學的發展大體上經歷了三個階段，即定性的系統思想產生、定量的系統科學方法建立、綜合的系統科學體系構建三個階段。
1.系統科學的初級階段
古代人類的生產水平低下，對自然災害的抵禦能力很差，對自然界的認識往往停留在“系統思想”的水平上，他們從整體上來認識世界，把人的生老病死與自然界的現象聯繫在一起，形成了“天人合一”的世界觀。這種世界觀中包含有系統的思想，中國老莊哲學就反映了這種思想。“老子”中論述事物的統一、轉化等，指出：“天下萬物生於有，有生於無”，“無名，天地之始，有名，萬物之母”，“道生一、一生二、二生三、三生萬物”。後來王安石將世界演化的順序又解釋為“天一生水”、“地二生火”、“天三生木”、“地四生金”、“天五生土”。“五行，天所以命萬物者也”，認為世界上的事物先由天地生出五行——水、火、木、金、土，然後再形成萬物。這樣，他們用陰陽、五行、八卦的觀點來統一自然界的各種現象，統一人類與自然。我們可以把它們看成是整體觀點、運動變化（演化）觀點、綜合（層次、組織、相互聯繫與相互作用）觀點等系統思想的具體體現。
古希臘哲學家德漠克利特把宇宙看成一個統一的整體，從整體上進行研究；並把宇宙看成是由原子組成的，原子的運動和相互作用構成了整個宇宙的運動變化；他發表的“宇宙大系統”的專著，可以認為是最早採用“系統”這個詞的著作。
無論是中國古代的思想家，還是外國古代的思想家都是從整體上研究世界，他們往往在幾個領域上都有較高的造詣，是多個學科的專家，例如古希臘的亞里士多德（Aristotle）、阿基米德（Archimedese），中國的老子、墨子等。這一時期科學發展的特點是：不同學科的研究緊密聯繫在一起、科學與哲學的研究聯繫在一起。科學的綜合發展是生產水平較低時期的產物，對科學本身則體現為系統思想大發展的時期，系統思想中的整體觀點、運動變化觀點、綜合觀點是指導當時科學研究的主要觀點。特別需要指出的是這時的系統思想是人們“被迫”樹立起來的，人們無法瞭解到自然界複雜現象的原因，因此只能從總體上、從宏觀上採用思辨的方法來研究事物。系統思想的建立和發展，與生產水平較低下、與科學技術還不十分進步是緊密聯繫在一起的。
雖然整體上運用系統科學觀點研究自然界是在科學技術發展初級階段人類“被迫”選擇的觀點和方法，但是系統科學方法已經使人類在科學技術和生產發展方面取得了輝煌的成就。
在工程上，中國古代李冰領導修建的四川都江堰水利樞紐工程不僅是當時世界水利建設史上的傑出成果，也是系統科學觀點的一次偉大的實踐。整個工程由三大主體工程構成：“魚咀”—岷江分水工程；“飛沙堰”—分洪排沙工程；“寶瓶口”—引水工程，將防洪、排沙、引水等多項功能集中在一個大工程項目中，與之配套的還有120多個附屬工程，形成一個統一的整體，發揮了排沙、泄洪、灌溉多方面的作用。可以認為沒有“魚咀”分水工程，大量的沙石就不可能排入外江；沒有“寶瓶口”引水工程，水形不成迴旋流，泥沙無法越過“飛沙堰”排泄出去；而沒有“飛沙堰”工程將泥沙排走，“寶瓶口”將被泥沙堆積無法發揮引水作用，水也不能進入成都平原。都江堰水利工程總體上的設計和建造，使它在各個方面都起到較好的作用，並且由於是在總體上進行設計，因此能在較多方面長期發揮作用，一直到現在都江堰還在對四川平原的農業生產產生着效益。
在醫學方面，我國中醫理論也充分體現了系統科學的思想。古代中醫理論“黃帝內經”強調了人體各器官聯繫、生理現象與心理現象聯繫、身體狀況與自然環境聯繫。把人的身體結構看作是自然界整體的一個部分，認為人體的各個器官也組成一個有機的整體，用陰陽五行學説來説明五臟之間的相互依存、相互制約的關係；將自然現象、生理現象、精神活動三者結合起來分析疾病根源；在治療上將人的養生規律與自然界的變化聯繫在一起，提出了“天人相應”的治療原則。這些實際上是強調了系統內各子系統之間的關係、系統與環境之間的關係。中醫在診斷病症時採用切脈方式，將人看成一個整體，利用人體局部發生病變時，影響到血液循環情況，從手腕處脈搏跳動的速度快慢、力量大小等特點來判斷出現病變的部位及程度。中醫在治療疾病時所用針灸方法，也是將人看成一個各器官相互之間緊密聯繫的整體，如對很多不同器官的疾病都通過在耳部相應部位針灸達到治癒的目的。從上述論述中，我們可以看到無論是診斷還是治療，中醫都是把人作為一個整體，認為身體各部分之間存在着緊密的聯繫，而且這種聯繫的物質依託不僅有在人體解剖學上觀察到的神經、血管等各器官的聯繫通道，還有被稱之經絡的通道。按中醫理論經絡將人體聯成一個統一的整體，它是人體各部分之間聯繫的重要通道；而只有在人成為一個整體(進行新陳代謝的活人)時經絡才存在，否則經絡不能存在。我們知道，一直到現在對人進行解剖，觀察身體的各部分組織時，也沒有找到經絡的物質。以系統科學整體觀點、系統觀點為基礎的中醫理論，現在仍然在我國乃至世界醫學上佔有重要的地位。
隨着生產的不斷發展，人類對自然界的認識越來越深刻，此時卻產生了忽略系統整體特性研究的傾向。以對人體的認識為例，通過解剖學，人們不僅對人體各部分的構造有了深刻的瞭解，分清了人體各個器官，而且對它們之間的聯繫也找到血液循環、神經網絡、淋巴組織等三種聯繫渠道。對每一部分了解的深入、對每一種具體聯繫渠道的討論都是科學的發展、是人類的進步，但這也使人們忽略了對整體的分析，忽視了各個局部在系統整體中的作用。解剖學對肌肉組織瞭解的非常仔細，對肌肉進行了各種物理、化學的實驗，以使人們可以瞭解到肌肉細胞的各種特點，但卻忽視了作為人體一部分的肌肉在整個機體存在情況下反映出來的特性，甚至不相信在局部肌肉實驗中不能看到的、人整體所表現出來的某些超常功能。一些專業研究工作者，在看到一些氣功師表演赤膊躺在尖釘板上，往身上壓重物，表演者並不會被尖釘扎破時，由於他們在研究中無論理論計算還是實驗觀測，小塊的肌肉都不可能承受過大的壓強，他們就不相信氣功師的表演，想方設法去否定看到的現象。實際上從系統科學的角度來分析，局部肌肉的實驗，不可能反映系統整體的特點，人整體表現出來與局部肌肉反映出來的特性不同是完全正常的。忽略系統整體與局部在性質上的區別是具體科學研究深入對系統科學發展帶來的負面影響。
正如恩格斯所指出的那樣：“在希臘人那裏，正因為他們還沒有進步到對自然界的解剖、分析，自然界還被當作一個整體而從總的方面來考察。自然現象的總聯繫還沒有在細節方面得到證明，這種聯繫對希臘人來説是直觀的結果。這裏就存在着希臘哲學的缺陷，由於這些缺陷，它在以後必須屈服於另一種觀點。”實際上系統科學經過一段早期的輝煌發展時期以後，雖然在一些局部的、工程上的、具體的方面有一些成就以外，從整體上講處於停滯階段，作為一種思維方式它逐漸被形而上學所代替。
究其原因，我們認為，從經濟發展上來看不論是長期的奴隸制、封建制社會、還是資本主義發展初期，一般生產規模都較小，生產設備比較簡單，容易形成生產的協調發展，只要加大勞動強度就可以提高生產；自然資源充足，有取之不盡、用之不竭的感覺；由於生產造成的環境污染，可以通過自然淨化作用得到恢復。因此在這個時期人們只重視個別機器的改進，忽視整體的效益，只重視加大生產強度，不考慮綜合利用，不考慮資源配置。這就從客觀需求上放鬆了以研究系統整體為對象的系統科學的研究。
由於對自然界認識的深入，學科分類越來越細，各學科的研究人員也不再能對所有學科都有所瞭解，只能成為某學科的專業人才。在中世紀，意大利的科學家達·芬奇（Leonardo da Vinci）既是力學家、物理學家，又是建築學家、畫家。而在這以後，像達·芬奇那樣可以精通天文學、力學、物理學等多個領域的專家已不可能存在。就是在醫學科學領域內，心血管專家也不再懂得腦科學，理論專家不善於作實驗，搞實驗的專家其理論分析的功底也不強。一方面這是由於知識越來越深入，內容越來越多，一個人即使一輩子都進行學習，也不可能掌握很多門的學問。另一方面學科門類分得過細，使科學研究工作者沒有必要再去學習過於寬泛的知識，只需掌握比較窄的專門知識就夠了。知識面過窄的研究人員也是系統科學發展緩慢的原因之一
2.定量的系統科學在應用學科層次上的建立與發展
像任何科學的發展都是由生產的發展來促進、都是從對實際應用的研究開始的一樣，系統科學的發展也是由於生產的發展，由於客觀的需要而使之發展，並且首先進行實際應用的研究。第二次世界大戰前後是系統科學應用層次迅速發展時期，並在二次大戰以後逐漸形成了系統科學在應用學科層次上的理論——控制論（Cybernetics）、運籌學（OperationalResearch）、信息論（Information Theory）。
二次世界大戰以前人們對系統科學應用的研究已經開始，並取得了一定的成就，最突出的例子有兩個，一個是埃爾朗（A. K. Erlang）提出的電話平衡模型理論。在20世紀30年代電話事業已有很大發展，人們在架設電話線路時需要考慮電話的使用效率：線路太少，出現多部電話集中在一條線路上擁擠，無法通話；線路太多，又會出現線路長時間閒置，造成浪費。埃爾朗利用對比方法建立模型，巧妙地解決了這一問題。他將一個電話通訊系統與一個水的汽液平衡系統相對照：一部電話被拿起使用對應於一個水分子從汽態跑到液態，一部電話停止通話對應於一個水分子從液態又回到汽態。已知單位時間一部正在通話的電話用畢的概率為λ(即通話時間為
其中
由於概率分佈滿足歸一化條件，故
所以
令
利用統計方法計算出的Erlang公式表明，在電話機平均使用率和平均通話時間1/已知的前提下，給定拿起i部話機線路佔有的概率為
另一個例子是美國科學家列昂捷夫（W. Leontief）提出的投入產出模型。國民經濟中各個部門的關係非常複雜，它們相互作為原材料、能源等，一種產品的多少影響着多種產品的生產，同時又受着多種產品的制約；但是對於大部分產品來講，在短時期內單位產出的投入量，即生產單位產品對各種生產要素的消耗量具有相對的穩定性，這是由於各種原料、輔助材料、動力等的消耗量是由生產技術水平、管理水平、自然條件等因素決定的，這些因素短期內不會發生根本性的變化；即使有部分產品的消耗係數變化較大，但其變動具有一定規律性，也容易確定。列昂捷夫的投入產出模型是用數學方法和電子計算機手段來研究各種經濟活動的投入產出之間的數量關係。它對於科學的安排、預測和分析經濟活動有很大作用。這種方法以列昂捷夫1936年發表的《美國經濟關係中的投入與產出的數量關係》論文為代表，以後他又出版了《美國經濟結構1919-1929》（1940年出版）和《美國經濟結構研究》（1953年出版）兩部專著，這些論文和著作不僅系統地提出了投入產出方法，並且根據美國公佈的經濟統計資料編制了美國經濟的1919、1929、1939年的投入產出表。投入產出方法在經濟分析中起了重要的作用，列昂捷夫因此獲得了1973年的諾貝爾經濟學獎，他所提出的方法也在世界各國普遍得到採用。
但那時的研究是孤立、分散、局部的。原因在於經濟發展水平低下，沒有對系統整體優化的要求，也在於科學發展水平不高，沒有研究的基礎。
二次世界大戰中，交戰各方要求合理使用局部，以達到全局效果最佳，這就大大促進了對解決實際問題計算方法的研究，各種運籌方法、控制方法、博弈方法都得到了很大發展。由於戰爭的需要，提出了很多實際問題：如何佈置炮火防禦系統以便更好消滅敵方飛機的空襲，如何搜索目標以便發現潛艇，如何計算火炮發射提前量以便對付高速飛行的飛機等等，這些問題既是實踐性非常強的具體問題，又具有很強的理論價值。這些問題的解決需要系統科學的方法。另一方面大批科學家轉到了為國防、軍事服務的方向上來，使得這些軍事上的科學研究問題得以很快地解決，並從中提出一些新的概念、方法。
二次大戰結束以後，科學工作者回到和平環境，他們將戰時研究的實際問題進行理論上的提高和昇華，建立起了運籌學（Operational Research）、管理科學（Management Science）、控制論（Cybernetics）及信息論（Information Theory）等系統科學在應用基礎層次上的學科羣體。具體地，第二次世界大戰期間從事雷達和防空火力控制系統研究的維納（N. Wiener）在1948年出版了名著《控制論，或關於在動物和機器中控制與通訊的科學》，建立了控制論；美國數學家申農（C. E. Shannon）1948年發表了論文《通訊的數學理論》，1949年發表了論文《噪聲中的通訊》，此兩篇著名論文奠定了信息論的基礎；50年代出版了各種運籌學方法的著作和論文，其中美國的古德（A. H. Goode）和麥考爾(R. E. Machal)出版了第一本以《系統工程》命名的專著。以後迅速發展，建立了適應性非常強、有完整數學理論的一些技術性學科，這些技術學科的建立使系統科學從思辨的系統思想層次已經發展成為定量的以數理科學為基礎的技術科學層次。
這一階段系統科學發展的特點在於數學工具大量應用，系統科學已經從方法論的科學變成了一門實際應用的科學、一門精確的科學；技術基礎的研究、應用技術的研究發展很快，針對各式各樣的問題，人們提出了各式各樣的方法，這些方法在解決實際問題時具有很大的優越性。系統科學在主導思想上，也已從原來整體考慮、總體分析和認識事物，發展到控制系統使之達到總體的優化，從認識方法到應用技術，從整體大於部分之和到部分較劣可達到整體優化。但是綜合的方法，普遍適用的理論還未形成，還未建立起一個理論體系。
一門學科的發展必須要有經濟技術的需求作為動力。二次大戰以後，生產和科學的進一步發展從兩個角度把系統科學重新擺到人們面前。一方面生產規模的擴大，單純依靠增加勞動強度已不太可能再提高生產力，生產的自動化要求組織的現代化，任何一項生產任務的完成都要求多個部門配合，要求聯合攻關，要求組織、協調。美國阿波羅號宇宙飛船的設計製作動用了上百萬人、100多所大學、200多家公司共同研製，耗資240億美元。在這個項目中，依靠科學家個人創造性勞動的成果逐漸變少，大多是有目標、多學科、大批專家的聯合攻關研究，其中關鍵在於組織、協調，在於各個生產工序的銜接，在於如何使整體達到最優，也就是要利用系統科學的思想，利用系統科學的方法進行研究、生產。
另一方面，由於自然資源有限、市場有限，經濟發展和生產提高不僅要研究經濟、生產本身的問題，還要研究整體優化、資源配置、社會持續發展等問題。要從生產和消費、資金和勞動力、資源利用和環境污染等多個方面來分析問題，要從自然科學、社會科學多個角度來研究分析問題。就是在經濟發展本身，資本主義初期的自由競爭已逐漸發展成現代國家宏觀調控手段加強，對生產財富進行二次分配，特別是國際貿易使世界各國的經濟發展已成為一個整體。所有這些情況表明系統科學所提倡的整體與局部的關係、整體優化等理論已經成為生產、科學發展的強大理論支柱，系統科學在應用科學層次上的研究成果，又大大促進了經濟的飛速發展、技術的巨大進步。
3.現代系統科學體系構建與完善
物理學中耗散結構理論、協同學提出瞭解決複雜自然系統的理論、方法，為統一自然系統和社會系統建立系統科學準備了材料。
以前物理學討論的系統是可逆的、退化的，牛頓第二定律、熱力學第二定律確定了系統的演化方向和特點。這類自然系統的退化演化方向與生物界、社會科學中普遍存在的發展、進化等演化現象相矛盾，人們無法用統一的方法來研究自然界系統與社會系統。高耶爾（A. Koyre）在《牛頓學説的綜合觀念和影響》一文中寫道：“我曾經説過，現代科學早已把分割天體和地球之間的壁壘推倒，並且由兩者結合起來，統一成為一個整體宇宙。這是千真萬確的。但是我還曾經説過，現代科學對宇宙進行的研究表明，它研究另外一個世界，即量的世界，一個奇妙的幾何世界，在這個世界中一切事物都有其位置，但是卻沒有人的位置，它用這個世界取代我們賴以生存、愛慕、傳宗接代、充滿感性認識的質的世界。”“兩個世界，也可以説兩個真理，或者説沒有任何真理。”另一位科學家魏格納（E. P. Wigner）也表示了類似的看法：“近代科學中最重要的間隙是什麼？顯然是物理科學同精神科學的分離。實際上物理學家和心理學家之間毫無共同之處，或許，物理學家為心理學方面較膚淺的研究提供的某些工具可以除外，而心理學家警告物理學家要小心以免所隱藏的慾望影響他的思考和發現。”
普利高津(Prigogine)提出耗散結構理論，認為開放系統在遠離平衡態時，由於同外界進行物質、能量、信息的交流，可以形成某種有序結構。在自然界的物理、化學系統中可以發現存在着與生物學一樣的進化現象，並且可以利用耗散結構來統一進行討論。
哈肯(Haken)提出協同學，認為複雜系統的相變是子系統之間的關聯、協調作用的結果，協同學中的序參量概念和役使原則理論是解決系統向有序方向演化的有效方法。
同時，在討論自然系統向有序方向演化時，人們還運用數學上的突變論、微分方程穩定性理論、生物學上的超循環理論等；在研究非線性系統演化時，人們又提出混沌、分岔、分形等新概念並發展了相應的理論。
所有這些自然科學的新概念、新方法、新理論有一個共同特點，就是當一個複雜的自然系統，當其內部各個子系統之間相互作用為非線性互作用時，其演化可呈現出新的現象。通過分析可以看到，這些新概念、新方法、新理論既適用於討論自然現象（它們本身是從對自然現象的研究中發現並總結的），又適合討論某些社會現象，它們可以作為自然與社會兩類完全不同的客觀現象的統一理論。雖然這些內容並不是系統科學本身的理論，但是它們可以作為構建系統科學基本理論的主要內容之一。我們認為只有在自然科學研究比較深入，提出上面所列舉的一些理論之後，系統科學的理論才能建立；在這樣一些新的理論提出以後，人們也希望將它們進一步深化，使之成為解決普遍的一般複雜系統的系統理論。
另外，複雜的生產任務的提出，對大系統、巨系統、分佈參數系統等的研究也提出了新的問題，這些加快了系統科學在技術基礎、實際應用層次上的發展。傳統的以傳遞函數方法研究單機自動化的古典控制論，發展成用狀態空間概念、動態規劃、卡爾曼（Kalman）濾波、極大值原理等組成的現代控制理論，用以解決多機自動化、整個工廠自動化的問題。非線性規劃、整數規劃以及博弈論、隨機過程分析等大量新的非線性的運籌學方法，特別是計算機網絡技術、現代信息理論和信息技術都使控制論、運籌學、信息論，這些系統科學在技術基礎層次上的學科發展得更成熟、更完善，這也為系統科學體系的建立準備了大量豐富的材料。
在具體應用方面人們更多地注重研究社會系統、經濟系統，針對這類有人蔘與的系統的分析，專家們提出將理論分析與計算機結合，採用定性定量相結合的綜合集成研究方法，最近又提出人機結合、從定性到定量的科學研討廳體系，這些新方法、新技術的提出使我們有可能解決社會大系統的演化問題。
綜上所述，我們看到在系統科學的基礎理論、技術基礎、應用技術三個層次上，近年來都有了巨大的發展。我國著名科學家錢學森院士在20世紀80年代提出了系統科學體系的框架，分析了在不同層次上的學科內容，指出了它們之間的聯繫，使系統科學走上了全面發展的新階段。
系統科學理論體系現正處在一個飛速發展的階段，這個階段的特點表現為1）各種與系統科學有聯繫的理論在相應的學科中有了很大發展。混沌、分形等非線性科學已經成為當前科學發展的前沿之一，隨機控制、多層次、多目標複雜系統的遞階控制也已是自動化領域中的研究熱點。2）綜合不同學科中的先進理論，構建系統科學理論框架的工作已經展開。人們分析不同學科領域中理論之間的差異，尋找其共同特點，並按照複雜系統演化的觀點，將不同領域中的理論、方法歸納總結成統一的理論，在這中間也必然會提出一些新的概念、新的方法。3）由於生產發展的需要，對各類實際複雜系統的研究工作在系統科學觀點的指導下進一步深入。人工智能系統、經濟運行系統、人腦系統等各類複雜系統有其自身的特點，現在需要按照新的觀點來進行分析，我們從系統科學的角度來討論問題，這就可以站得更高，對問題分析得更深入；對這些複雜系統的分析不僅是對系統理論的應用，同時在研究實際問題中所採用的新的方法、所得到的新的結論也會豐富系統理論本身的內容，使系統理論真正成為解決複雜系統演化的理論。
※ ※ ※
創新體系工程基礎理論和方法
推動系統工程理論再發展