计算机科学导论-思想与方法 第3版 第6章ppt课件.ppt

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1、“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材——思想与方法（第3版）计算机科学导论第六章学科中的系统科学方法第6章学科中的系统科学方法系统科学起源于人们对传统数学、物理学和天文学的研究，诞生于20世纪40年代。是现代科学在20世纪的2次重大的突破性成果。第1次是量子论和相对论的产生（微观），第2次是系统科学的崛起（例，随着细菌的发现，眼科，免疫疾病科等的分类，使得医学领域越来越专，忽视了整体之间的把握和各部分之间关系的把握，宏观的系统科学，改变了人类这种分门别类研究事物的传统）。系统科学方法是指用系统的观点来认识和处理问题的各种方法的总称。系统科学方法开辟了探索科学技术的

2、新思路，它是认识、调控、改造和创造复杂系统的有效手段。第6章学科中的系统科学方法现代计算机普遍采用的组织结构（即冯·诺依曼型计算机组织结构）就是系统科学在计算技术领域所取得的应用成果之一。随着计算技术的迅猛发展，计算机软硬件系统变得越来越复杂。因此，系统科学方法在计算学科中的作用也越来越大。在计算学科中，采用的系统科学方法主要是模型方法，包括建模、验证和实现。建模属于学科抽象方面的内容；模型的验证属于学科理论方面的内容；模型的实现属于学科设计形态方面的内容。主要内容系统科学与系统科学方法系统科学的基本概念系统科学遵循的一般原则常用的几种系统科学方法软件开发中使用系统科

3、学方法的原因人固有能力的局限性以及使用工具后产生的力量复杂性软件系统的复杂性软件开发的系统化方法需要遵循的基本原则结构化方法面向对象方法系统科学的基本概念系统是指由相互联系、相互作用的若干元素构成的，具有特定功能的统一整体。可以形式化地定义为：S=，其中：A表示系统S中所有元素的集合；R表示系统S中所有元素之间关系的集合。子系统一个大的系统通常可以划分为一系列较小的系统，这些系统称为子系统。子系统可以形式化地定义为：Si=，其中：AiA；RiR。系统科学的基本概念结构系统内各组成部分（元素和子系统）之间相互联系、相互作用的框架。结构分析划分

4、子系统，并研究各子系统的结构以及各子系统之间的相互关系。系统科学的基本概念层次划分系统结构的一个重要工具。系统的结构可以表示为各级子系统和系统要素的层次结构形式。一般来说，在系统中，高层次包含和支配低层次，低层次隶属和支撑高层次。层次分析系统是否划分层次；划分了哪些层次；各层次的内容；层次之间的关系；层次划分的原则等。系统科学的基本概念环境是指由一个系统之外的一切与它有联系的事物组成的集合。系统自身一定要适应环境的要求，才能发挥出应有的作用，达到应有的目标。行为是指系统相对于它的环境所表现出来的一切变化。行为属于系统自身的变化，同时又反映环境对系统的影响和作用。功能是

5、指有系统行为所引起的、有利于环境中某些事物乃至整个环境的存在与发展的相关作用。系统科学的基本概念状态是指系统的那些可以观察和识别的形态特征。状态一般可以用系统的定量特征（如温度T、体积V等）来表示。演化是指系统的结构、状态、特征、行为和功能等随着时间的推移而发生的变化。系统的演化性是系统的基本特性。过程是指系统的演化所经过的发展阶段；由若干子过程组成。过程的最基本元素是动作，动作不能再分。系统科学的基本概念系统同构系统同构是数学同构概念的拓展。根据系统同构的性质，就可以用一种性质和结构相同的系统来研究另一种系统。甚至，针对不同学科领域和不同现实系统之间存在系统同构的事

6、实，还可以对各学科进行横向综合的研究。根据同构的特征可知，布尔代数与数字逻辑电路同构。因此，可以用数字逻辑电路来表示布尔代数，也可以用布尔代数来研究数字逻辑电路。系统同态不同系统间的数学同态关系具有自反性和传递性，但不具有对称性。因此，数学同态一般用于模型的简化，不能用来划分等价类。系统科学遵循的一般原则(1)整体性原则非还原性：系统的整体具有但还原为部分便不存在的特性。非加和性：整体不能完全等于各部分之和。涌现性：整体具有而部分不具有的东西（即新质的涌现）。用“整体大于部分之和”来表述整体涌现性是不够的。“整体不等于部分之和”原理：当部分构成整体时，出现了部分所不具

7、有的某些性质，同时又可能丧失了组成部分单独存在时所具有的某些性质。系统科学遵循的一般原则(2)动态原则系统总是动态的，永远处于运动变化之中。在研究系统时应从动态的角度去研究系统发展的各个阶段，以准确把握其发展过程及未来趋势。(3)最优化原则亦称整体优化原则。运用各种有效方法，从系统多种目标或多种可能的途径中选择最优系统、最优方案、最优功能、最优运动状态，达到整体优化的目的。系统科学遵循的一般原则(4)模型化原则以模型代替真实系统进行模拟实验，达到认识真实系统特性和规律性。系统科学研究主要采用的是符号模型而非实物模型。符号模型包括概念模型、逻辑模型、数