薛禹胜:整体还原思维——保熵的整体论与减熵的还原论之间的矛盾统一

发布时间:2023-06-09浏览次数:70

5月10日上午,上海理工大学管理学院院士大讲坛活动如期举办,中国工程院院士、国网电力科学院名誉院长薛禹胜作了主题为“复杂系统整体还原认识论中的多层映射”的学术演讲。薛禹胜院士就其整体保熵还原理论中方法论构建的思维模式向上理师生进行了深入讲解,该理论为薛院士在科学研究方法论上的创新,给出了在降维过程中确保信息不丢失的科学方法,对于系统整体性分析具有重要的使用价值。


在整体论和还原论之间架起桥梁


几千年来,特别是近200年来,人类对于世界的认知,习惯于上从整体的角度来看问题与分析问题。但当研究的对象越来越复杂,且随着时间发生变化时,应当如何认识这个不断变化的世界呢? 


研究这个问题,首先需要对世界客观地还原。整体思考的整体论在战略上比较全面,但对于具体问题缺乏量化手段,难以直接指导我们进行决策。如果仅仅只能使用描述性的语言来解释复杂的系统问题,据此进行决策时难以给出确定的方案。将解释过程量化,才能将管理科学的社会科学问题向自然科学转化。


薛院士认为,科学问题需要量化。自然科学是量化的科学,社会科学的量化比较困难。近50—100年来,对社会科学的研究进行定量化表达,用严密的数字来表达定性的内容,同时要避免信息的丢失,以达到可以优化的目的。


例如,信息物理系统(Cyber Physical System),是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统。对它的研究应当融入社会科学的内涵,针对这样的人机系统,考虑如何把整体论与还原论相结合。


要在整体论和还原论之间架起桥梁,需要构建整体保熵还原的思想,使用保熵映射,将轨迹分段定常线性化。


还原论中,问题的解决过程,随着不确定的减少,方案得以逐步明确,是一个减熵的过程。当解完题,熵就减到最小,不确定性消失。例如,立体几何添加辅助线的过程就是减熵的过程,每添加一条辅助线,都会使我们的理解更靠近答案,未知在减少,确定性在增加。整体论对于问题的解决过程,要求过程中不能丢失信息,即要保熵。这就是整体论和还原论之间的碰撞,用哲学语言表述就是存在悖论。这样需要能够解决这个悖论的方法。


在建立整体模型的基础上,定义整体系统的行为模式,建立相应的转换矩阵,进行空间降维,将高维的轨迹保熵映射为一系列平面轨迹(例如,将n维系统降维到n个正交模式的2维系统中,每个2维系统仅保留2个边练,其它n-2个变量按照原n维空间中的对应关系,以数值代入模型。各映像平面分别反映高维系统的一种行为模式,而每个投影面的两个新的状态变量已经间接地反映了原整体系统全部信息 对该动态模式的影响。因此可以从中分析该动态模式的机理),进行时间切片,将映像模型及轨迹分段定常线性化分析,最终进行时空剖析,各空间模式的相变时序聚合揭示整体机理。这就是整体保熵还原方法,解决了保熵与熵建之间的矛盾,构建了整体论与还原论之间的桥梁。


整体保熵还原思维的方法论意义


整体保熵还原思维,是在模型建立基础上的模型分析方法。该方法并不用于建模,而是用于在模型建立之后,将高维非线性系统映射到多个二维相平面中,将整体论中维数高、时间跨度大、领域繁多的问题映射到还原论能够处理的线性化二位平面中,且映射过程不丢失信息,每个映射面能够间接反映整体的全部信息,研究者就能够在二维平面上展开对问题的整体分析,寻找事物间的因果关系。