論計(jì)算學(xué)科的系統(tǒng)觀

摘要：本文對(duì)有關(guān)計(jì)算學(xué)科中滲透的系統(tǒng)科學(xué)思想進(jìn)行了縱向梳理和橫向概括。目的在于對(duì)計(jì)算學(xué)科中的系統(tǒng)科學(xué)思想有一個(gè)多角度、多層次的認(rèn)識(shí)。明確系統(tǒng)思想在學(xué)習(xí)和應(yīng)用上的重要性，以提高運(yùn)用系統(tǒng)思想觀察和思考計(jì)算學(xué)科問(wèn)題的自覺(jué)性。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)原則 系統(tǒng)的工程 系統(tǒng)性認(rèn)知

系統(tǒng)作為一個(gè)標(biāo)志事物整體的哲學(xué)范疇，它揭示任何事物都是由其內(nèi)部相互聯(lián)系、相互作用的要素按一定的方式所組成，并同其周?chē)h(huán)境相互聯(lián)系、相互作用所構(gòu)成的整體。它把人們認(rèn)識(shí)客觀世界的知識(shí)體系用“系統(tǒng)”這一模型加以概括。

自從二十世紀(jì)中期電子計(jì)算機(jī)產(chǎn)生以來(lái)，計(jì)算技術(shù)作為現(xiàn)代技術(shù)的標(biāo)志已成為世界各國(guó)許多經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿?，?jì)算領(lǐng)域也已成為一個(gè)極其活躍的領(lǐng)域。計(jì)算學(xué)科正以令人驚異的速度發(fā)展，并大大延伸到傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)科學(xué)的邊界之外，成為一門(mén)范圍極為寬廣的學(xué)科。如何認(rèn)知這個(gè)學(xué)科引發(fā)了長(zhǎng)期以來(lái)激烈的爭(zhēng)論，并極大地影響著計(jì)算學(xué)科的發(fā)展和人才的培養(yǎng)。本文試圖用系統(tǒng)的觀念來(lái)認(rèn)知計(jì)算學(xué)科。

一、計(jì)算學(xué)科體系中的系統(tǒng)原則

運(yùn)用一般系統(tǒng)論的基本原則分析計(jì)算學(xué)科，可以從根本上把握計(jì)算學(xué)科體系中的系統(tǒng)思想。

1、整體性原則

整體性原則是基于系統(tǒng)要素對(duì)系統(tǒng)的非還原性或非加和性關(guān)系，是系統(tǒng)方法的根據(jù)和出發(fā)點(diǎn)。這一原則要求人們?cè)谘芯肯到y(tǒng)時(shí)，應(yīng)從整體出發(fā)，立足于整體來(lái)分析其部分及部分之間的關(guān)系，進(jìn)而達(dá)到對(duì)系統(tǒng)整體的更深刻的理解。

在講到系統(tǒng)的整體性時(shí)。就要談到“涌現(xiàn)性”一詞。系統(tǒng)科學(xué)把整體具有而部分不具有的東西(即新質(zhì)的涌現(xiàn))，稱(chēng)為“涌現(xiàn)性”。從層次結(jié)構(gòu)的角度看，涌現(xiàn)性是指那些高層次具有而還原到低層次就不復(fù)存在的屬性、特征、行為和功能。

2、層次性原則

這一原則指的是，構(gòu)成系統(tǒng)的要素本身也是由其組成部分按照特定聯(lián)系和作用方式結(jié)合而成，因此作為綜合整體的系統(tǒng)便表現(xiàn)出特有的層次性。

層次是劃分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要工具，也是對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析的延伸。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以表示為各級(jí)子系統(tǒng)和系統(tǒng)要素的層次結(jié)構(gòu)形式。這可以通過(guò)環(huán)境、功能與結(jié)構(gòu)三者的相對(duì)關(guān)系說(shuō)明。

系統(tǒng)的環(huán)境是指一個(gè)系統(tǒng)之外的一切與它有聯(lián)系的事物組成的集合。系統(tǒng)要發(fā)揮它應(yīng)有的作用，達(dá)到應(yīng)有的目標(biāo)，系統(tǒng)自身一定要適應(yīng)環(huán)境的要求。

系統(tǒng)的功能是指系統(tǒng)相對(duì)于它的環(huán)境所表現(xiàn)出來(lái)的一切變化。功能反映系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的影響和作用。

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是指構(gòu)成系統(tǒng)的各個(gè)要素在空間、時(shí)間上相互影響、相互作用的態(tài)勢(shì)。由系統(tǒng)的整體性原則可知，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)影響系統(tǒng)的功能，系統(tǒng)整體功能的“涌現(xiàn)”由系統(tǒng)要素結(jié)構(gòu)決定。

而且。環(huán)境、功能與結(jié)構(gòu)三者關(guān)系是相對(duì)的。系統(tǒng)在其存在的環(huán)境中，與環(huán)境中的其它系統(tǒng)相互作用，構(gòu)成更大的系統(tǒng)。而構(gòu)成系統(tǒng)的要素可以是由低層次的系統(tǒng)構(gòu)成，這也是常常將系統(tǒng)要素稱(chēng)作子系統(tǒng)的原因。一般來(lái)說(shuō)，在系統(tǒng)中，高層次包含和支配低層次。低層次隸屬和支撐高層次。

3、有序性原則

系統(tǒng)的有序性包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次的有序性、時(shí)間排列的有序性和系統(tǒng)發(fā)展的有序性。系統(tǒng)的性質(zhì)在很大程度上取決于系統(tǒng)內(nèi)部要素的作用方式，而這種方式本身就體現(xiàn)了系統(tǒng)的有序性。系統(tǒng)的有序聯(lián)系保障著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)有序性的降低意味著系統(tǒng)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的削弱或瓦解，研究系統(tǒng)的有序性是研究系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的重要途徑。

二、軟件工程中的系統(tǒng)工程思想

系統(tǒng)工程是為了更好地達(dá)到系統(tǒng)目的，對(duì)系統(tǒng)的構(gòu)成要素、組織結(jié)構(gòu)、信息流動(dòng)和控制機(jī)構(gòu)等進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)的工程技術(shù)。系統(tǒng)工程的基本方法是：系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)(性能、費(fèi)用和時(shí)間等)。而指導(dǎo)制作軟件的軟件工程，則運(yùn)用系統(tǒng)工程的方法和技術(shù)?？梢哉f(shuō)，開(kāi)發(fā)軟件的過(guò)程是一個(gè)系統(tǒng)的工程。

軟件生存周期可劃分為若干個(gè)階段，各階段都包括計(jì)劃、開(kāi)發(fā)、運(yùn)行與維護(hù)三個(gè)時(shí)期，而每個(gè)時(shí)期又劃分為若干個(gè)階段。軟件工程強(qiáng)調(diào)使用生存周期方法學(xué)和各種結(jié)構(gòu)分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)。每個(gè)階段都運(yùn)用了大量的系統(tǒng)T程方法。

1、系統(tǒng)分析

在系統(tǒng)分析階段，對(duì)系統(tǒng)的目的、功能、環(huán)境、費(fèi)用、效益等問(wèn)題進(jìn)行充分的調(diào)查研究，在收集、分析、處理所獲得的信息資料的基礎(chǔ)上，確定系統(tǒng)目標(biāo)，制定出達(dá)到此目標(biāo)的各種方案，通過(guò)模型進(jìn)行仿真和優(yōu)化分析，并對(duì)各種方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，從而為系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)決策、系統(tǒng)實(shí)施提供可靠的依據(jù)。

在軟件工程的可行性研究和需求分析階段。運(yùn)用系統(tǒng)分析方法。從系統(tǒng)需求入手，從用戶觀點(diǎn)出發(fā)建立系統(tǒng)用戶模型。用戶模型從概念上全方位表達(dá)系統(tǒng)需求及系統(tǒng)與用戶的相互關(guān)系。系統(tǒng)分析在用戶模型的基礎(chǔ)上，建立適應(yīng)性強(qiáng)的獨(dú)立于系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)環(huán)境的邏輯結(jié)構(gòu)。

2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上。設(shè)計(jì)出能滿足預(yù)定目標(biāo)的系統(tǒng)的過(guò)程。系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括：確定設(shè)計(jì)方針和方法，將系統(tǒng)分解為若干子系統(tǒng)，確定各子系統(tǒng)的目標(biāo)、功能及其相互關(guān)系，決定對(duì)子系統(tǒng)的管理體制和控制方式，對(duì)各子系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)，對(duì)全系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)等。

在軟件工程的系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，根據(jù)系統(tǒng)分析階段所確定的新系統(tǒng)的邏輯模型、功能要求，在用戶提供的環(huán)境條件下，設(shè)計(jì)出一個(gè)能在計(jì)算機(jī)環(huán)境上實(shí)施的方案。即建立新系統(tǒng)的物理模型。

3、系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)

對(duì)新開(kāi)發(fā)的或改建的系統(tǒng)，根據(jù)預(yù)定的系統(tǒng)目標(biāo)用系統(tǒng)分析的方法，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)等方面對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各種方案進(jìn)行評(píng)審和選擇，以確定最優(yōu)或次優(yōu)或滿意的系統(tǒng)方案。另外，系統(tǒng)工程的功能模擬方法、計(jì)劃評(píng)審方法(關(guān)鍵路徑法)等技術(shù)，在軟件工程領(lǐng)域的原型模型和極限編程方法中找到其具體應(yīng)用。

三、計(jì)算教育領(lǐng)域的系統(tǒng)性認(rèn)知

現(xiàn)代認(rèn)知結(jié)構(gòu)理論都認(rèn)為學(xué)習(xí)過(guò)程就是認(rèn)知結(jié)構(gòu)不斷變化和重新組織的過(guò)程，存在于人頭腦中的認(rèn)知結(jié)構(gòu)始終處于變動(dòng)與建構(gòu)之中，其中，環(huán)境和學(xué)習(xí)者的個(gè)體特征是兩個(gè)決定性因素。因此，最先建立學(xué)科基本結(jié)構(gòu)即學(xué)科的知識(shí)體系所能抽象概括的具有普遍和強(qiáng)有力適應(yīng)性的、能廣泛遷移的系統(tǒng)構(gòu)架，作為教學(xué)的主要任務(wù)。也正因?yàn)槿绱耍芏鄬W(xué)科教育體系的第一門(mén)課程，都是關(guān)于該學(xué)科的知識(shí)體系抽象概括的導(dǎo)論、引論、概論之類(lèi)的課程。目前，計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課程的開(kāi)設(shè)已成為國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)教育領(lǐng)域內(nèi)的共識(shí)。

綜合以上幾個(gè)方面的分析可知，系統(tǒng)思想滲透在計(jì)算學(xué)科的方方面面，在計(jì)算學(xué)科中系統(tǒng)地學(xué)習(xí)和掌握系統(tǒng)思想，有助于我們更加清晰地認(rèn)識(shí)計(jì)算學(xué)科。