循环经济系统科学研究论文Word下载.docx

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它们包括：

⑴整体性原理。

系统是由若干要素组成的具有一定新功能的有机整体，各要素一旦组成系统整体，就具有独立要素所不具有的性质和功能，形成了新的系统的质的规定性，其诸构成要素的特定状态的最佳组合秩序构成系统的整体最优化，即系统的整体功能大于系统各要素功能的迭加。

⑵层次性原理。

由于组成系统的诸要素的种种差异，从而使系统组织在地位与作用，结构与功能上表现出等级秩序性，形成了具有质的差异的系统等级，即层次。

⑶开放性原理。

系统具有不断地与外界环境进行物质、能量、信息交换的性质和功能，系统向环境开放是系统得以向上发展的前提，也是系统得以稳定存在的条件。

⑷目的性原理。

系统在与环境的相互作用中，在一定的范围内，其发展变化不受或少受条件变化或途径经历的影响，坚持表现出某种趋向预先确定的状态的特性。

⑸有序性原理。

系统内部按一定的规律运行，各要素在系统中的位置以及它们之间的联系有一定的秩序，能够使系统产生一定的功能。

⑹动态性原理。

一切系统都处于不断变化、发展之中，绝对静态的系统是不存在的；

任何系统的正常运转，不但受到系统本身的条件限制和制约，还受到相关系统的影响和制约，所以，随着系统内外条件的变化，加快了系统内外条件的组合和重新组合，从而激化了系统运动的动态性。

此外，系统论还包括:

相似性、相关性、稳定性、惯性和负反馈原理等。

（二）信息论的基本内容与方法

1.信息的概念与特征

信息是宇宙中除物质和能量外的第三种“要素”。

三者都极为重要，如果没有物质，宇宙就会变得虚无飘渺；

如果没有能量，宇宙就会失去演化的动力；

而如果没有信息，宇宙就会变得杂乱无章。

可见，信息的重要性绝不亚于物质和能量。

[3]所谓信息，就是人们能够识别的、具有新内容的消息。

1948年，美国数学家申农（C.E.Shannon）创立了信息论，他提出：

信息是系统不确定性的减少，或者说是对事物运动状态或存在方式的不确定性的描述。

在物理学中，信息就是有序化的程度，因此信息就是负熵（物理熵表示的是系统无序化的程度，即系统的无序量；

而负熵表示的是系统有序的程度）。

[4]（P27-28）在任何一个信息流通系统中,都有发出信息的发送端（信源）、接收信息的接收端（信宿）、以及信息流通的通道（信道）。

[5]（P4-6）信息具有可识别性、可转换性、可存贮性、可传递性、可扩充性、可压缩性和可共享性等特征。

这些特征，使信息论和信息方法在循环经济中的运用成为可能。

2.信息论的含义

信息论是关于信息的基本理论，是研究信息的本质，并用数学方法研究其计量、交换、传递和储存的学科。

信息论可分为狭义信息论与广义信息论。

狭义信息论又称申农信息论，它是以数学方法研究通讯技术中关于信息的传输和变换规律的一门科学。

它给出了各种条件概率下的信源信息量、信道容量、信息传递和交换、噪声与滤波、调制等的计算方法和公式，对信息的规律进行定量处理。

广义信息论也称信息科学,它超出了通讯技术的范围来研究信息问题，它以各种系统、各门科学中的信息为对象，广泛地研究信息的本质和特点，以及信息的取得、计量、传输、储存、处理、控制和利用的一般规律。

3.信息方法

广义信息论的发展为人们提供了一种研究系统功能的方法——信息方法。

所谓信息方法，就是运用信息的观点，把对象作为系统，完全脱开其具体运动形态，将其运动过程抽象成为一个借助信息的传输和变化，实现其目标的运动过程的研究方法。

通常用反馈信息作为实现系统目标的控制手段。

信息方法不同于传统的经验方法。

它具有综合性的特点。

它从系统对信息的接收和使用过程来研究对象的特征，研究对象系统与外界环境之间的信息输入与输出关系，从而可以把不同的对象加以类比研究。

同时它又是用联系、转化的观点，综合研究系统运动的信息过程。

通过这样的方法对复杂事物进行研究，就不需要像通常那样去解剖分析整体结构，而是直接从整体上综合考察信息的流程，由此获得有关的知识。

这对于认识和揭示事物的复杂性、系统性和整体性，是大有裨益的。

[6]（P45-46）信息方法具有较高的普遍意义和较大的适用范围，不但适用于广泛的自然科学领域，而且也可以应用于部分的社会科学领域，如现代经济学、生态科学、环境科学中。

（三）控制论与控制论方法

1.控制论的基本概念

1948年，美国著名数学家维纳（N.Wiener，1894～1964），创立了系统的控制论。

控制是按照给定的条件和预定的目标，对一个过程或一系列事件施加影响的一种行动。

也有人认为，控制是为了改善某个对象的功能或发展，需要获得并使用信息，以这种信息为基础而选出的加于该对象之上的作用。

控制论是研究各类系统之间共同的调节和控制规律的科学，也可以说，控制论是研究系统的控制规律以实现优化目标的科学。

它利用系统各部分之间的相互关系和信息传递，将整个系统组织成为能自动地合乎要求的运动机制。

2.控制论的信息方法

控制论的基本概念是信息和反馈。

维纳指出，我们用来控制环境的命令，都是我们给予环境的信息。

任何组织能够保持自身的稳定性，是由于它具有取得、使用、保持和传递信息的方法。

所以，信息和控制是不可分离的，信息论是控制论的基础。

信息的变换过程“信息—输入—存贮—处理—输出—信息”中便存在着“反馈”信息。

所谓“反馈”，就是把施控系统的信息（又称给定信息）作用于被控系统（对象）后产生的结果（真实信息）再输送回来，并对信息的再输出发生影响的过程。

维纳称反馈是控制系统活动的一种方法，是信息传递和返回的过程，其特点就是根据过去的操作情况去调整未来的行为。

因此，控制论里所说的反馈，主要指的是信息反馈。

反馈可分为两类，即正反馈和负反馈。

如果反馈信号是增强系统输入效应的，即控制系统的给定信息与真实信息的差异倾向于加剧系统正在进行的偏离目标的活动，那么它就使系统趋向于不稳定状态，乃至破坏稳定状态，这就称为正反馈。

相反，如果反馈信号是减弱系统输入效应的，即控制系统的给定信息与真实信息之差倾向于反抗系统正在偏离目标的运动，那么它就使系统趋向于稳定状态，这就是负反馈。

正反馈使系统的输出量变得越来越大，往往可用来提高系统的灵敏度；

而负反馈则可以补偿系统内部的某些因素变化而产生的影响，使系统的稳定性增加。

在控制系统中，一般是用负反馈来调节和控制系统的机制。

3.控制论的黑箱方法

黑箱方法是控制论的一个常用方法。

它是将一个未知的事物看作一个黑箱——封闭的箱子，其内部构造和机能尚不很清楚，在输入刺激和干扰的作用下，其行为反映在有指示的输出端，通过外部观测所获得的信息数据，便能辨识其系统结构和功能。

黑箱可以是任何系统，所有的事物实质上都是或曾经是黑箱。

黑箱是一个相对的概念，是相对于人的认识主体而言的。

人的认识总是从不知到知、从知之不多到知之甚多。

对于不同的人，同一对象既可能是黑箱，也可能是“白箱”，即有的人尚未认识而有的人已经认识。

人的认识又是逐渐积累、不断深化的过程。

有的事物目前完全不了解，是个黑箱；

有的则会有部分了解，它便是个不完全的黑箱，是有“部分黑”又有“部分白”的“灰箱”。

当我们认识和掌握了系统的内部结构，它便成为“全知的黑箱”或“白箱”。

维纳认为，把白箱即某些具有已知结构的物体的结构关系，按一定的关系式表达出来，就是“白箱网络”。

通过这种“白箱网络”，就可以对系统进行再认识，或者控制系统以后的过程和预测系统的未来行为。

白箱方法要求同时观测和辨识系统的运动状态和内部结构，具有更大的预测性，因而在现代控制论中受到更多的重视。

4.控制论的功能模拟法

所谓功能模拟法，就是根据模型和原型之间的相似关系来模拟对象，通过模型来间接地研究原型的规律性的实验方法。

控制论的模型大致有两类：

一类是实体模型或实物模型；

另一类是理想模型，即形象或符号模型。

功能模拟法不同于传统的模拟法，它不着眼于对象内部的具体物质组成和结构形态，也不着眼于对象的运动形态和能量特征，而是以功能或行为的相似性、代表性和外推性为条件，在系统与系统之间进行对比和模拟。

由于这种功能或行为的相似性，在生物和机器以至社会生活中普遍存在，因而功能模拟法适用的范围更为广泛。

功能模拟法可以运用黑箱理论从功能上描述复杂系统对环境影响的反应方式，而无需分析系统内部的物质基础和个别元素，不追求模型的结构是否与原型相同，从而揭示原型的复杂机制和基本功能。

比如，电脑撇开人脑的复杂的结构和组成，从功能方面模拟人脑。

功能模拟法注重信息在控制和自组织系统中所发挥的功能，并不意味着它完全撇开结构谈功能。

不同的结构可以有相似或相同的功能，从这些相似或相同的功能中去揭示和确定它们各自的结构特点，就必须研究功能与结构之间更为复杂和细致的关系。

功能模拟法建立在功能和结构是辩证的统一这种认识的基础之上。

正是在对模型的行为和结构的内在联系进行研究的条件下，它可以发现和揭示新的尚未被认识的系统原型的特点和属性。

[6]（P98-112）

（四）系统的自组织理论

自组织是现代非线性科学和非平衡态热力学的最令人惊异的发现之一。

从系统论观点看，自组织是指一个系统在内在机制的驱动下，自动从简单向复杂、从粗糙向细致方向发展，不断提高自身的复杂性和精细度的过程。

从热力学观点看，自组织是指一个系统通过与外界交换物质、能量和信息，不断降低自身的熵含量（熵产），提高其有序度的过程。

从统计力学观点看，自组织是指一个系统自发地从最可几状态向几率较低的方向变化或移动的过程。

从进化论观点看，自组织是指一个系统在“遗传”、“变异”和“优胜劣汰”等机制的作用下，其组织结构和运行模式不断地自我完善，从而不断提高其适应环境能力的过程。

[1]（P58-61）自组织的过程就是系统的各子系统的状态变量相互作用，形成一种统一的力量，使系统发生质变的过程。

从这一特点出发，哈肯提出了序参量的概念。

序参量是描述系统有序程度的量，它是指在系统处于无序状态时，其值为零，随着系统由无序向有序转化，其值从零向正有限值变化或由小向大变化的一个或几个变量。

它可以用来描述系统的有序程度或自组织状态。

一系列系统理论，对于深入认识系统的自组织有着特别重要的意义。

这其中包括前面谈到的主要以既成系统为研究对象的一般系统论、信息论和控制论。

也包括20世纪60～70年代兴起的，以系统的发生、发展为重点，探讨系统自组织演化问题的耗散结构理论、协同理论、超循环理论、突变理论、混沌理论和分形学。

1.耗散结构理论

比利时科学家伊里亚．普里高津（I．Prigogine）在研究某些远离平衡态并且包含多基元多层次的开放化学系统时，发现这些系统通过耗散运动（与外界进行的物质、能量、信息的交换运动），在系统内部涨落（局部的起伏偏差）的触发下，可以自组织地形成某种动态稳定的时空上有序的结构，称之为耗散结构。

生命系统、社会经济系统都是耗散结构，具有丰富的层次和结构。

这些系统内部不断产生正熵，使系统趋向于混乱。

为维持自身在空间上、时间上或功能上的有序状态，系统就要不断地从外界引入负熵流，进行新陈代谢过程。

2.协同理论

德国理论物理学家赫尔曼．哈肯于1977年发表的《协同理论导论》，建立了协同理论的理论框架，标志着这门学科的诞生。

协同理论研究各种完全不同的系统在远离平衡时通过子系统之间的协同合作，从无序态转变为有序态的共同规律。

任何一个系统都是由大量的子系统组成的，系统的整体行为取决于系统内子系统间的相互作用，当子系统间的相互作用较大，而其独立性较小时，系统的整体在宏观上显示出结构特征，这样的系统是有序的。

反之，当子系统之间的相互作用较小，使子系统的独立性占主导地位时，它们便处于杂乱无章的“热运动”状态，使系统在宏观上没有一个稳定的结构，这样的系统就是无序的。

由此可见，子系统之间的相互作用是有序的起因，热运动是无序的根源。

协同导致有序。

协同理论用序参量来描述一个系统宏观有序的程度。

一个系统内部的子系统之间的协同合作产生了序参量，序参量之间的合作与竞争形成自组织结构。

因此，协同是自组织结构的内在依据。

这种序参量之间的协同合作与竞争决定着系统从无序到有序的演化进程，是协同理论的精髓所在，也是协同理论中协同的真正意义。

3.超循环理论

超循环理论是关于非平衡态系统的自组织现象的理论。

由德国科学家M.艾肯在20世纪70年代直接从生物领域的研究中提出。

他认为：

在生命现象中包含许多由酶的催化作用所推动的各种循环，而基层的循环又组成了更高层次的循环，即超循环，还可组成再高层次的超循环。

超循环系统即经循环联系把自催化或自复制单元连接起来的系统。

在此系统中，每个复制单元既能指导自己的复制，又能对下一个中间物的产生提供催化帮助。

艾肯在分子生物学水平上，把生物进化的达尔文学说通过巨系统高阶循环理论，进行数学化，建立了一个通过自我复制、自然选择而进化到高度有序水平的自组织系统模型，以解释多分子体系向原始生命的进化。

超循环理论对于生物大分子的形成和进化提供了一种模型。

对于具有大量信息并能遗传复制和变异进化的生物分子，其结构必然是十分复杂的。

超循环结构便是携带信息并进行处理的一种基本形式。

这种从生物分子中概括出来的超循环模型对于一般复杂系统的分析具有重要的启示。

如在复杂系统中信息量的积累和提取不可能在一个单一的不可逆过程中完成，多个不可逆过程或循环过程将是高度自组织系统的结构方式之一。

超循环理论已成为系统学的一个组成部分，对研究系统演化规律、系统自组织方式以及对复杂系统的处理都有深刻的影响。

4.突变理论

突变论的创始人是法国数学家雷内托姆。

他于1972年发表的《结构稳定性与形态发生学》阐述了突变理论。

突变理论的主要特点是用形象而精确的数学模型来描述和预测事物的连续性中断的质变过程。

突变论是一门应用科学，当它作为一门数学分支时，它是关于奇点的理论，可以根据势函数对临界点分类，并且研究各种临界点附近的非连续现象的特征。

突变论认为，系统所处的状态，可以用一组参数描述。

当系统处于稳定态时，标志该系统状态的某个函数应取唯一的值。

当参数在某个范围内变化，该函数值有不止一个极值时，系统必然处于不稳定状态。

雷内托姆指出：

系统从一种稳定状态进入不稳定状态，随参数的再变化，又使不稳定状态进入另一种稳定状态，那么，系统状态就在这一刹那间发生了突变。

突变论给出了系统状态的参数变化区域。

5.混沌理论

气象学家洛沦兹（EdwardLorenz）1963年率先提出了混沌的概念。

这里的所谓混沌并不意味着无序，也不是有序的对立面，而是有序的“前兆和伙伴”；

是包含于无序中的有序模式，它随机出现但却包含着有序的隐蔽结构和模式，即在混沌中隐含着局部随机整体稳定。

混沌理论具有以下三个关键（核心）概念。

对初始条件的敏感性：

即著名的“蝴蝶效应”。

理解它的一个很好的比喻是：

“一只蝴蝶在巴西扇动翅膀可能会在美国得克萨斯引起一场龙卷风。

”混沌系统对初始条件是非常敏感的，初始条件的轻微变化都可能导致不成比例的巨大后果。

分形（fractals）：

分形是著名数学家曼德勃罗特（Mandelbrot）创立的分形几何理论中的概念，意为系统在不同标度下具有自相似性质。

自相似性是跨尺度的对称性，它意味着递归，即在一个模式内部还有一个模式。

由于系统特征具有跨标度的重复性，故可产生出具有结构和规则的隐蔽的有序模式。

分形具有两个普遍特征：

第一，它们自始至终都是不规则的；

第二，在不同的尺度上，不规则的程度却是一个常量。

奇异吸引子：

这是系统被吸引并最终固定于某一状态的性态。

有三种不同的吸引子控制和限制物体的运动程度：

点吸引子、极限环吸引子和奇异吸引子（即混沌吸引子）。

点吸引子与极限环吸引子都起着限制的作用，以便系统的性态呈现出静态的、平衡的特征，故它们也叫做收敛性吸引子。

而奇异吸引子则与前二者不同，它使系统偏离收敛性吸引子的区域而导向不同的性质。

它通过诱发系统的活力，使其变为非预设模式，从而创造出了不可预测性。

从总体上看，耗散结构理论对于理解系统演化的前提条件有基本的重要性。

协同理论阐述了子系统之间的竞争和协同，推动系统从无序到有序的演化，总体上推动了我们对系统自组织演化内部机制和动力的认识。

超循环理论指出相互作用构成循环，提出了循环等级学说，从低级循环到高级循环，不同的循环层次与一定的发展水平相联系，揭示了系统自组织演化发展采取了循环发展形式。

突变理论与系统自组织演化的相变理论①密切联系在一起，揭示原因连续的作用有可能导致结果的突然变化，揭示出相变的方式和途径、相变的多样性。

对混沌和分形的研究，使得我们对于系统自组织的复杂性、系统自组织的发展的整个过程有了更深刻的理解。

于是这些系统自组织理论使我们认识到，充分开放是系统自组织演化的前提条件，非线性相互作用是自组织系统演化的内在动力，涨落成为系统自组织演化的原初诱因，循环是系统自组织演化的组织形式，相变和分叉体现了系统自组织演化方式的多样性，混沌和分形揭示了从简单到复杂的系统自组织演化的图景。

[7]（P69-82）

二、基于系统科学的循环经济系统分析

作为20世纪人类认识理念上的革命，系统科学理论为我们科学地分析循环经济的系统构成及其演化规律，提供了科学基础。

在这里本人仅以自身对系统科学的有限理解为基础，尝试着对循环经济系统进行初步的系统分析。

（一）循环经济系统的复杂性

系统论思想要求人们从一种分散地、孤立地、简单地看待世界和事物的机械论理念转变为一种联系地、有机地、整体地看待世界和事物的理念。

这种理念启发人们把循环经济看作是一个复杂的巨系统。

所谓复杂巨系统是由大量相互作用或相互分离的子系统结合在一起，是不同优先级的、各种可变化的子任务要同时满足或依次满足性能指标的系统，所有表示系统环境的外部作用对系统的影响是本质的，这种系统具有非线性的、混沌或事先不确定的动态行为。

[8]（P1-3）复杂系统的本质特征在于它的复杂性：

从定量上讲数学模型是高维的，具有多输入多输出；

从定性上讲系统具有整体性、非线性、层次性、动态性，有复杂的和多重的控制目标。

具体来说，循环经济系统的复杂性主要体现在以下几个方面。

1.循环经济系统是复合的有机整体

循环经济系统不同于以经济、社会、自然三维分裂为特征的传统经济系统，它是一个“经济—社会—自然”三维一体的复合系统和有机整体，经济系统只是其中的一个子系统。

循环经济系统的整体目标是要实现社会、经济系统与自然系统之间的动态均衡。

作为有机整体，这个巨系统有复杂的多重目标。

经济子系统不能只追求自己的分目标，实现自身的有序发展（经济效益的最大化），而加剧其它子系统（自然系统）的无序化程度（资源枯竭、环境污染、生态恶化等），从而影响系统整体的有序发展和整体目标的实现。

发展循环经济就是要从系统整体的角度着眼，综合调节和控制循环经济系统整体和部分的关系，统筹整体功能和局部利益，在追求经济发展、社会进步、资源节约和环境保护的动态平衡中达到经济效益、社会效益、生态效益的最大化，实现“经济—社会—自然”大系统的整体优化。

2.循环经济系统是非线性系统

循环经济是指物质和能量梯次、闭环流动型经济，本质上是一种与环境友好的生态经济。

它是运用生态学规律指导人类社会经济活动，回归人类社会经济系统与自然生态系统之间物质循环运动的本质属性，按照物质循环运动的规律利用自然资源和环境容量，实现人类社会经济活动的生态化和绿色化转向，实现人类社会经济系统与自然生态系统之间的良性循环。

循环经济与传统经济最根本的区别在于：

传统经济将经济系统看作完全孤立、封闭的系统，把经济增长看作是物质财富的线性增加过程，追求的理想目标是经济效益的最大化。

从物质流向看，这种模式的特点是“资源—产品—废弃物”的物质单向流动，从自然生态系统提取物质和能源，还给自然生态系统污染和废物，通过把资源持续不断地变成垃圾来实现经济的数量型增长。

而循环经济模式则克服了经济系统与自然生态系统相互割裂的弊端，要求恢复经济、社会与自然生态系统作为一个大系统的完整性，回归人类社会-经济系统与自然生态系统之间物质循环运动的本质属性，将经济系统组织成“资源—产品—再生资源”的反馈式流程，强调构筑“经济食物链”和修复循环链，在社会生产、流通、消费和产生废物的各个环节循环利用资源，对废弃物进行回收利用、无害化及再生，以提高资源的利用率，使所有的物质和能源在不断的循环中得到合理和持久的利用，把人类的经济活动和社会活动等对自然环境的影响降低到尽可能小的程度。

循环经济系统内部的经济、社会、自然子系统之间相互进行着物质、能量和信息交换，目的是要改变工业革命以来，人类社会中的生产者和消费者越来越强，分解者越来越弱，引发越来越严重的资源、环境危机的现状，遵循“人类向自然的索取必须由人类对自然的回馈相平衡”的核心原则，实现“生产者、“消费者”和“分解者”之间的有机匹配与合理衔接，从根本上恢复和重建“自然—经济—社会”的合理规则和运行路线，形成良性的循环互动。

3.循环经济系统是多层次系统

循环经济系统是一个多层面、多角度的耦合体。

从物质流动的角度看，它涵盖了自然、社会、经济三大系统，在更广泛的空间寻求物质流、能源流配置效用的最大化。

它要求以“经济—社会—自然”三维系统作为支撑，针对资源存量、环境容量、生态阈值的综合约束，以缓解资源环境压力、满足经济社会发展需要为目标，研究物质流、能源流、价值流的运行机理、方式、技术、效率、机制等，追求三维整合或者说是三维协调发展的理想目标。

倡导人类的发展活动所创造的经济价值必须与其所造成的社会价值和环境价值相统一的新的发展观，要求在提高经济效益的同时,必须兼顾资源环境效益和社会效益。

从系统构成的角度看，它应包括：

①循环型生产系统。

它由若干生态工业园、特色工业园和多条生态工业链组成，企业、产业和园区之间，按照自然生态系统的模式，构筑生态工业链，建立物质交换关系，使系统中的物质和能源都得到充分的利用，形成共生组合，实现整个生产系统的循环化和生态化转向。

②循环型流通服务系统。

就是将循环经济的减量化、再使用、再循环的原则落实到流通服务业的各行业各部门，大力发展废旧物资回收产业。

③循环型消费系统。

就是在消费领域倡导适度消费、绿色消费，逐步形成循环型生活方式和消费方式。

④循环型基础设施系统。

就是按照循环经济理念建设和改造公共基础设施系统，如通过实行城市污水集中分类处理，构建水资源循环利用体系等。

⑤生态循环系统。

它是指在人工系统中建立起像自然生态系统那样的自我平衡机制，扭转人类社会发展中缺少对生态因素关注的现象。

⑥循环型社会系统是将循环经济理念注入社会生活中的方方面面，如政府机关、事业单位实行绿色采购；

医院实行医疗废弃物无害化处理；

学校、社区创建绿色学校、绿色社区等。

[从实施的层级和规