第一章　引论

理论是一门学科赖以成立并发展的基础。管理控制同样离不开相关的基础学科，如控制论、系统论、管理学、经济学等。作为管理控制最重要和主要的理论基础，学习控制论的基本知识是非常有必要的。对于到底什么是控制论？控制论是如何产生的？控制论的学科分类有哪些？控制论有哪些主要的相关学科？这些最基本的问题首先需要给予回答。

第一节　什么是控制论

控制论作为一个知识部门，还比较年轻。1948年美国著名数学家N．维纳（Norbert Wiener）发表了他的第一本控制论专著Cybernetics or Control and Communication in the Animal and the Machine，为从一个统一观点考查和解释各种系统的控制和通信问题奠定了基础，标志着控制论的诞生。后来，英国学者W．R．艾什比（W．Ross Ashby）也发表了一本较有影响的著作，名为An Introduction to Cybernetics。该书中对于控制论研究对象和特点的观点与维纳的观点基本类似。

控制论是否具有科学的地位，这个问题首先需要认真地讨论。我们知道，任何科学在知识体系中的地位，首先是由它的对象决定的。人们通常把科学所研究的规律理解为它的对象。但迄今为止，谁也没有发现或提出过控制论的任何一条规律，所以不能认为控制论也是研究规律的科学。那么控制论究竟是一门什么样的学科？

控制论是以下列观念为基础的：有可能发展一种一般方法来研究各式各样系统中的控制过程。

它的一个基本特征就是在动态（运动和变化）过程中考查系统。这样就从根本上改变了研究系统的方法。

控制论以“功能方法”研究组织界的各种系统——生物机体、机器装置和人类集体。换句话说，控制论是组织界系统（有组织的或被组织化的整体）的理论，研究它们的功能（行为、活动）的理论。简单说来，控制论研究的是有组织的功能系统。

需要强调的是，控制论研究上述系统，其着眼点是这些系统中所展开的信息（通信）管理（控制）的过程。所以，研究控制论应当是在生物科学、技术科学和社会科学中考虑控制论的方法，重点是分析利用信息进行控制的过程和系统的功能（行为、活动）的性质。

值得注意的是，生物系统、人类社会系统和一些复杂的机器系统常常表现出种种目的性行为。而这种目的是通过控制达到的。进一步看，如果一个系统要完成一个目的性行为，则一定有一个可供它追求的目标，而且这个目标是已知的、既定的。系统如果没有达到这个目标，它是不会停止的。

概括而言，控制论能动地运用有关的信息并施加控制作用以影响系统运行行为，使之达到人类预定的目标。

控制论不是一门普通的专门学科，而是一个跨学科的知识部门。它从寻找学科之间的共同联系出发，将动物和机器的某些机制加以类比，从而抓住一切通信和控制系统中所共有的特征，然后站在一个更概括的理论高度加以综合，形成了一门具有更普遍意义的新理论。目前，控制论表示一种能应用于任何系统中的一般控制理论（注：列尔涅尔的定义）。

更有意思的是，控制论的奠基人维纳起初认为控制论是关于动物和机器中控制和通信的科学，过了几年，在其第二本书«控制论与社会»中指出了动物、机器和人的集体中各种信息和控制过程的相似性。

特别值得一提的是，控制论在科学上有两点重要的价值：第一是控制论给予我们一套统一的概念和一种共同的语言，使我们足以用来描述形形色色的系统，建立各门学科之间的联系。控制论第二个独特的价值是，对于那些以复杂著称而其复杂性不容忽视的系统，控制论给出了一种新的科学研究方法。

例如，控制论把生物机体的“目的”“行为”等概念赋予自动机器，把技术系统的“信息”“反馈”等概念引入生物系统，还有“系统”“控制”“功能”等一系列概念，都是控制论提出或给予了新意义。维纳在控制论研究中运用了信息方法、反馈方法、黑箱方法和功能模拟方法等一系列新的科学研究方法，这些方法后来被广泛应用于生物学、工程技术、经济管理和社会管理等许多领域，并取得了显著成效。

总之，控制论作为一门科学，不仅具有自己的概念体系，而且具有自己的专门方法。多年来，控制论的原理和方法在各个需要或可能进行调节和控制的领域中都得到了广泛的应用，取得了辉煌的成果。控制论是一门理论性与实践性都很强的学科，它以强大的生命力活跃于自然科学和社会科学之中，它对促进现代科学技术的发展和人类思维方式的变革，有着重大的影响，并发挥着巨大的作用。可以看到，在人们理论活动和实践活动的各个领域里使用着控制论的两个方面——控制论理论（原理）和控制论技术（方法）。

在讨论控制论的研究对象时，还有必要说明两点：

（1）控制论（Cybernetics）与控制理论（Control Theory）是两个不同的概念。

虽然中文的名称只差一个汉字，但却有不少差异，不能把两者混为一谈，应加以区分。

控制论的研究对象是“控制论系统”，是广义的控制系统。控制论是一门综合性的技术学科。在一定意义上它更注重信息的作用，认为通信过程是认识客体的前提，控制过程是改造客体的途径。

而控制理论的研究对象是“控制系统”，主要指机器的控制系统。控制理论是一门专业性的、工程性的技术学科。控制理论的前期发展主要立足于工程技术领域，虽然后期发展已扩展到生物、生态、社会、经济领域，但控制理论通常指的是自动控制理论，是为自动控制系统的分析与设计服务的。

控制理论可以被看作控制论的一个组成部分。这样就既对两者做了区分，又使两者有机地统一起来。但由于种种原因，长期以来控制论远没有得到它应有的名义和地位。钱学森先生曾设想，能不能更集中研究“控制”的共性问题，从而把控制论提高到真正的一门基础科学呢？后来，钱老同意称“学”，不称“论”，即把一般控制理论不叫“控制论”而叫“控制学”，认为当时是把Cybernetics翻译错了。（注：控制论一词Cybernetics来源于古希腊文，意思是“掌舵术”。）

（2）控制论与系统论的研究对象和研究目的之间的差异。

在20世纪中期产生的学科间的两个一体化科学——控制论和一般系统论（有人译为普通系统论），在作为一般科学的哲学和数学与一切专门科学之间，占有中间的地位。它们都是由于理论需要和实践需要而产生的。

以“结构方法”为核心的一般系统论同以“功能方法”为核心的控制论相似，但是必须把它们区别开来。以一般系统为研究对象的系统论要求回答“为什么”的问题，而以控制系统为研究对象的控制论还必须指出“为了什么”的问题。

也就是说，控制论中并不深究“这是什么东西”，而要研究“它能做什么”。

现代科学的特点之一是，其中功能的（广义说是控制论的）方法与结构的（广义说是系统的）方法相结合，从而统一起来形成结构-功能的（广义说是系统-控制论的）方法。

第二节　控制论的产生

控制论的产生是有它的社会背景、理论根源和技术前提的。

一、社会背景

控制论是由20世纪中期的科学进步、技术进步和社会进步引起的。

维纳被人们称为控制论之父。假如把控制论的产生只看作个别学者的成果，那就未免太简单化了。应该说，实践的需要起着决定性的作用。

用自动控制装备起来的防空系统这一战争的需要，是导致控制论诞生的直接动力。1940年正值第二次世界大战期间，维纳写信给当时的麻省理工学院院长，要求进行与防空火力自动控制有关的理论研究，主要是设法解决防空高射炮瞄准飞机目标的预测控制问题。

除此之外，现代社会的生产和管理对于高度自动化水平的需要决定了控制论在世纪中叶必然要形成。不同生产过程的自动化（由局部自动化到综合自动化）、用机器来模拟人的活动与动物的行为（减轻人的体力劳动和脑力劳动），以及大量管理信息的合理使用和各种系统的有效管理，这些都是产生控制论和促使它迅速发展的重要因素。

二、理论根源

长期以来，人类知识具有不可分的形式，曾以统一的旧哲学表现出来。随着实际的需要和人类知识的积累，就发生了专门科学从旧哲学中分化出来的过程。但是不能认为它是单方面的，这个过程在某一阶段必然伴有对立的过程——科学一体化。控制论就是消除各专门科学的一定独立性的一体化趋势的结果。

我们知道，哲学是自然科学和社会科学的概括和总结。但无机界的因果决定性和有机界的有目的性的关系问题这一哲学难题一直没有得到解决。

控制论冲破了历来科学领域中无机界和有机界截然划分的界限，它的基本任务，正是要在理论上找到技术系统（机器）与生物系统（动物）之间在某些功能上的相似性、统一性。

维纳等人综合多门学科的知识，运用科学类比的方法，寻找二者的关系。1943年维纳和哈佛医学院的罗森勃吕特等合写了«行为、目的和目的论»一文，这是最早的一篇控制论论文。他们首先引入行为这一更一般的概念，接着把行为和目的联系起来，把系统的活动看成具有目的性的行为。进而又引入信息概念，认为信息是通信和控制的关键，从而使机器模拟动物的某些行为成为可能。

维纳等人之所以能够创立控制论这门学科，正是由于他们的战略思想抓住了当代科学技术发展的特点，认识到各门学科之间的相互渗透是一种潮流。维纳在谈到控制论产生时说道，在科学发展上可以得到最大收获的领域是各种已经建立起来的部门之间的被忽视的“无人区”。

当然，数学在控制论科学中也占一定的比重，它是控制论形成的重要理论前提。马克思曾指出，每门科学只有在能够运用数学的时候才算完善。为了实现对系统的有效控制，就要求人们不能满足于停留在系统的定性的、经验的描述上，而要定量地、精确地分析和研究整个系统。

总之，控制论是在科学知识的各种极其不同的部门——哲学、数学、技术科学、生物科学，甚至于社会科学——的基础上产生的。特别是在技术科学、生物科学和社会科学领域中的成就是这些科学在控制论范围内一体化的条件。它受惠于这些领域，同时又施惠于这些领域。它在所涉及的领域中汲取营养，但所开的花，结的果却不是这些领域中任何一门学科所特有的。

三、技术前提

控制论不仅仅是一门理论的学科。也就是说，社会条件和理论根源还不是控制论产生和形成独立科学的足够条件，必须有相应的能制造像电子计算机那样的复杂装置的技术前提。快到20世纪中期的时候建立了这种前提，这也就是从人工控制阶段过渡到自动控制阶段。

自动控制系统通常由控制器、执行机构和信息反馈装置组成。反馈装置的任务是监视和测量执行机构和工作对象的状态变化和执行结果，把这些信息反馈给控制器。控制器则根据任务的定义、目标的规定和当前执行情况决定以后应采取的措施，向执行机构发出指令，以便执行机构准确地加以实行。

控制论就是在自动控制理论的基础上发展起来的。自动控制理论在维纳的控制论产生之前就已经出现了，其经典理论是伺服机构（一种服务机构）理论。在控制论产生以后，控制论的原理和方法被应用于工程技术领域而形成的工程控制论，通常也称为自动控制理论。因此，自动控制理论既可以指控制论以前的伺服机构理论，也可以指控制论以后的工程控制论。

另外，电子计算机的设计、制造、运行，是控制论思想的一次实践。计算机技术的发展，特别是微型计算机的发展，对控制论的发展起了积极的推动作用。电子计算机和控制论是结伴而生的，维纳就是见证。他不仅创立了控制论，也是信息论的创立者之一，还是计算机科学和智能科学的奠基人之一。现在，计算机不仅是控制系统强有力的手段和工具，而且是控制系统不可缺少的组成部分。

值得骄傲的是，控制论与中国有不解之缘。维纳说过，1946年的中国之行（当时他来清华做客座教授）是他作为一个数学家和控制论专家的分界线。而且，控制论之所以得到应有的地位和承认，中国人钱学森及其创立的“工程控制论”有不可磨灭的贡献。读者应该知道这段历史。

第三节　控制论学科的分类

我们知道，哲学是普遍的科学，是科学知识的基础，像一般同个别的关系那样，跟一切其他的专门科学发生关系。然而，各种专门科学的一般性程度可以是不同的。控制论的一般性程度比起任何其他专门科学大得多（数学和一般系统论除外）。那么如何对控制论学科进行分类？恩格斯关于物质运动的基本形式及它们的从属关系的原理是科学分类的基础。

最初，控制论表现为工程控制论，当然也包括数学控制论。后来，由于控制论的进一步发展和它的概念渗透到人类知识的各个部门，人们就开始把它看作关于技术装置、生物界和人类社会中信息和控制过程的科学。技术的、生物的和社会的控制论学科分类总的来说符合物质运动的主要形式。严格来说，技术是物质运动的特殊形式，是人造的第二个自然界。

控制论横跨基础科学、技术科学、社会科学和思维科学。在各控制论学科的分类中，图1-1具有方法论的意义。

一、工程控制论

在该示意图中，工程控制论占有特殊的地位，它是控制论中最早形成的应用分支之一。它是把控制论的基本理论和方法推广应用于工程控制系统，并吸收了伺服机构理论的成果形成的。

我国著名科学家钱学森于1954年在美国发表的«工程控制论»被公认为工程控制论的奠基性专著。该书出版以后，所有搞理工科的马上产生了强烈的反响。1980年钱学森和宋健合著了«工程控制论»（修订版），增补了20年来这门科学发展的新成果，使工程控制论的内容更为丰富和完善。

由于维纳控制论比较抽象的内容和比较广阔的思想，它与控制工程有一定的距离。而工程控制论是面向工程应用的理论，具有技术科学的特点，即把工程实际中行之有效的原理和方法整理总结成为理论，又将此理论在解决工程问题中不断充实、提高和发展。

归纳起来，一般把工程控制论的发展过程，大致分为以下三个时期：

第一时期是经典控制理论时期。这一时期的主要研究对象是单因素控制系统，重点是反馈控制，核心装置是自动调节器，在实践方面主要用于单机自动化。

第二时期是现代控制理论时期。这一时期的主要研究对象是多因素控制系统，重点是最优控制，核心装置是电子计算机，在实践方面主要用于机组自动化。

第三时期是大系统控制理论时期。这一时期的主要研究对象是众多因素的大系统，重点是递阶控制，核心装置是智能化机器，在实践上主要用于综合自动化。

从现在来看，钱学森的«工程控制论»处于“古典”和“现代”控制理论的转折，起到承前启后的作用。而现在已从现代控制理论向研究大系统、复杂系统乃至复杂巨系统的控制问题迈进。

二、生物控制论

生物控制论是控制论的一个重要分支。它的产生不仅是控制论在生物科学中的应用，也是生物科学自身发展的必然结果。

早在控制论产生以前，生物科学家已对动物和人体的控制系统进行了研究，并取得了重大的成果。控制论的产生推动了这些研究工作的深入，控制论中的新颖思想和方法改变了生物科学研究的传统格局，开辟了一条新的途径。

人们除了要对生物体内部基本的化学和物理过程进行分析研究之外，还必须对生物体的整体从系统的角度出发进行研究，这是生物控制论诞生的必要性。

生物控制论作为控制论的一个分支正式分化出来被认为是在20世纪50年代。生物控制论虽然已经有了几十年的发展历史，但是至今尚无一个普遍公认的定义。维纳认为，生物控制论的主要目的是创造能正确反映人体和动物体中的功能模型和理论。这就是说，生物控制论是以生物体中的控制和信息过程作为研究对象。目前一般认为，生物控制论可定义为研究生物系统中信息传递、交换、处理过程和调节、控制的科学。

1964年，维纳与谢德合编了一套«生物控制论进展»丛书。与此同时，格罗丁斯的«控制理论和生物系统»等一批专著相继问世，生物控制论从此进入应用控制论的阶段。

生物控制论的研究一方面有助于弄清生物体的运动发展规律，揭示生命的奥秘，探索思维活动的机理；另一方面可以使人们模仿生物体精巧的控制机理，制造出许多新的更精密的控制装置，从而使仿生学别开生面。

生物控制论是一门理论性和应用性都很强的学科。其中神经控制论主要研究动物及人体神经系统中信息的传递、交换及处理等方面的问题。神经系统由大量的神经元组成，神经元是神经系统的基本结构和功能单元，每个神经元都是复杂的信息处理单元。神经元不是孤立存在的，每个神经元都与许多神经元相互联系。因此，要研究神经系统的信息处理问题，必须研究神经网络的特征。另外，不论是人体还是动物，神经系统的控制中枢都在脑中，脑的信息处理系统是神经控制论研究的中心问题。目前对脑及其信息处理系统的研究已取得了可喜的成果，但离揭露大脑的奥秘还相去甚远。脑的信息处理系统和神经控制系统的研究仍是生物控制论中最重要的研究领域之一。当然，对神经网络和脑功能的研究现在也是计算机工作者极为感兴趣的课题。

人是世界上最复杂的机器，为了揭示这种高级生命的控制和信息过程，控制论的科学家们正从事着人类历史上最伟大的事业，在今天，生物控制论在医学工程中已成为最有生气的科学领域之一。

三、社会控制论

控制论已被成功地应用于工程系统和生物系统，那么它是否也可用于社会系统？这是人们共同关心的问题。事实上，控制论从它产生时起，就已经提出了这个重大问题。在«控制论»一书中，维纳曾以保守的态度分析控制论应用于社会的可能性。后来，在其第二本书«控制论与社会»中，他把社会看作是一种信息、控制系统，认为控制论有必要也有可能运用于社会系统。当然，维纳这里所指的社会是泛指社会的一切领域，不仅仅是社会经济系统。

社会控制论是把控制论运用于社会大系统而产生的控制理论。系统之大可包括整个工厂、一个城市或国家，甚至几个国家或全球系统。大系统的基本特征是规模庞大，结构复杂，功能综合，因素众多。

在社会控制论中，经济控制论具有特别突出的地位，它是控制论用于社会系统中比较成功和成熟的一个分支。在这里，一方面，控制论学者将控制论的理论和方法自觉应用于社会经济系统的分析、调节和控制。另一方面，经济学家吸取和运用控制论的思想和方法，开拓经济学的研究领域。经济控制论是从控制论和经济学两个不同的源头出发的两条支流汇集而成的，是这两方面有机结合的硕果。

经济控制论系统是经济控制论概念体系的核心。它是由罗马尼亚前总理、经济控制论专家曼内斯库提出的。经济控制论系统的第一个特征是由于人的因素，使其具有特殊的复杂性。经济控制论系统的第二个特征是随机性、模糊性等不确定因素起着重要的作用。在经济领域，尤其是在宏观层次上，其系统结构的复杂性、因果联系的模糊性、决策信息的不完全性，都远非一般的物理和工程问题可比拟。特别是由于人在经济系统起着关键的作用，所以决策者的偏好、个体决策的有限理性等因素，又进一步加强了经济系统的复杂性。

与经济控制论系统密切相关的概念是经济时间和经济空间。由于经济时间和经济空间概念的建立，为经济控制论系统的数学描述建立了时空坐标系。曼内斯库就是在这样的数学框架下，展开对经济控制论的研究的。可以看出，控制论的一个显著特点，是广泛应用数学方法去研究各种系统。经济系统模型既有定性模型，又有定量模型（这里又有确定性、随机性和模糊性之分）。经济控制论的技术和方法，不仅要包括传统的定理分析技术和方法，还要注重发展定量与定性相结合的分析技术和方法。

经济控制论的核心问题，是对经济过程的最优控制问题。其思想是：以尽可能短的时间、尽可能少的人力、物力、财力消耗为代价，保证控制目的的实现；或者在同样的时间、资源条件下，使系统的输出达到最佳的目标状态。在经济系统的运行过程中，由于受到许多因素的制约，系统变化趋向的目标值往往有多种可能，而且达到同一目标值通常也采取多种途径，所以，是在对受控系统实施控制的过程中，在满足系统的各种限制的条件下，使系统的状态达到最优。

1965年波兰经济学家兰格出版了一本名为«经济控制论导论»的专著，这是一本经济控制论的代表著作，它比较系统地阐述了控制论的基本概念、理论及其在经济学中的应用。40年来，这一边缘学科无论是理论和应用方面都有很大发展，成为一门与社会经济建设和发展密切相关的重要学科。

四、智能控制论

智能控制论是控制论新的分支，它研究智能的模拟问题。如果说大系统理论是控制理论在广度上的开拓，智能控制就是控制理论在深度上的挖掘。创造出“智能机器”或“会思维的机器”这类激动人心的问题已成为人们最关心的科学问题之一。

智能控制是控制理论发展的高级阶段，它的建立和发展是以众多新兴学科为基础的。智能控制的基本出发点是仿人的智能实现对复杂不确定性系统进行有效的控制。因此必须研究人的思维形式和特点。人的智能主要体现在人脑的思维规律，思维科学是研究智能控制的重要认识论基础。

在智能控制论中，最主要的是人工智能。有人认为，智能控制就是人工智能技术与控制理论的交叉。虽然现在一般都把它列入计算机科学内，但从控制论的角度看，可以把它看作智能控制的核心部分。

目前人工智能的两个比较重要的应用领域是机器人和专家系统。近年来，神经网络的研究获得重要进展，神经网络在许多方面试图模拟人脑功能，并不依赖于精确的数学模型，因而显示出具有自适应和自学习的功能。另外，智能控制系统是以知识为基础的系统，因此以研究知识表示、利用和获取中心内容的知识工程是研究智能控制的重要基础。可见，人工智能科学正在兴起，将以更大成就为人类服务。

随着控制论的发展和人工智能机的研制，关于机器能否思维、电脑能否代替人脑的争论也日益广泛深入，这个争论还牵涉到“人机共生”的问题。有人认为，这一问题不仅在实用方面很重要，在哲学上也具有挑战意义。但可以肯定的是，智能机器毕竟不是人，而是人的工具，它虽然可以模拟人的某些思维功能，但它本身不能思维。

从维纳开创控制论，经历近半个世纪，发展到智能控制论，这是近代科学技术高度分化与高度综合的必然结果。

总之，控制论在工程、生物、社会中广泛应用，已形成了包括工程控制论、生物控制论、社会控制论以及智能控制论的庞大的科学体系，出现了现代科学的控制论化，对科学研究、工程技术和经济管理都产生了巨大影响，显示了强大的生命力。

今天看来，控制论基本上沿着三个方向发展：一是向人类知识的最高层次渗透，形成理论控制论并丰富了哲学和哲学方法；二是在科学方法论层次上的发展，大体经历了经典控制论、现代控制论、大系统控制论三个阶段；三是向各门具体学科渗透，与其结合形成具体科学方法。

第四节　控制论与相关学科

每一门学科都不是孤立的，控制论、信息论、系统论被人们称为“三论”。“三论”具有一般方法论的指导意义，被称为横断性科学。另外，控制论与哲学、数学的关系也非常密切。但需要指出的是，控制论不是一门数学学科并且与哲学有着本质的区别。

一、控制论与信息论、系统论

控制论、信息论和系统论是20世纪以来最伟大的理论成果之一，它们共同构成了新型的综合性技术基础学科。我国学者已经建立了系统信息控制科学方法论，实践证明，它是行之有效的科学理论。

“三论”不仅渗透到人类的物质生活中，而且还渗透到人类精神生活的各个领域，使人类的思维方式发生了重大变革。它们扩大了人们研究问题的广度和深度，提高了人们认识世界和改造世界的能力，尤其在解决复杂系统的组织管理方面，显示出传统方法不可比拟的优越性。

“三论”为管理现代化提供了有效的方法。它把管理活动作为动态系统，把信息作为分析系统内部和外部联系的基础，把控制作为实现系统优化的手段。这三方面的统一，就是整体优化、信息管理和过程控制的现代化管理。没有系统论的理论指导，不能实现科学有效的管理。一切管理活动的正常进行都必须以获取信息为前提，而管理过程也可以说是信息的交流过程。在管理活动中也离不开控制，控制论可提供对系统实施控制的具体方法。

1．信息论和信息方法

信息论产生于20世纪40年代末，它的主要创立者是美国的数学家申农和维纳。

最初，信息论仅局限于通信领域，后来，信息论作为控制论的基础。它是一门应用概率论与数理统计方法研究通信和控制系统中普遍存在的信息传递和信息处理的科学。随着现代科学技术的发展，信息概念及其方法远远超出通信领域，发展成一种广义信息论。在美国称为信息科学，西欧称为信息系统。

人类对信息的认识和利用，源远流长。从古到今，人类经历了语言的产生、文字的产生、造纸和印刷术的发明、电讯通信的应用这样四个信息革命阶段。目前，以计算机为标志的第五次信息革命，使人类历史进入信息时代。

人类对信息的认识和利用虽然历史悠久，但是上升到科学理论的高度并形成一门独立的科学，却是20世纪40年代的事情。一般认为，申农的«通信的数学理论»的发表，标志着信息论的诞生。它为人们广泛而有效地利用信息提供了基本的技术方法和必要的理论基础。

信息概念是信息论中最基本和最重要的概念。申农把信息定义为“两次不确定性之差”。比如，某人知道朋友要来做客，但不知其何时到达，则对这个人来说，关于朋友的到达日期存在不确定性。当他接到朋友打来的电话后，知道了朋友到达的具体日期，这时就消除了朋友到达日期的不确定性，就可以说此人从电话中获得了信息。

根据申农的信息定义，对信息概念可作如下两方面的理解：一是从通信角度看，信息是消息的内核，消息是信息的外壳。或者说，信息是消息的内容，消息是信息的形式。二是从实用角度看，信息是指能为人们所认识和利用的，但事先又不知道的消息、情况。信息能提供我们关于事物运动状态的知识。

信息量是指用来度量信息大小的量，它是信息论的中心概念。只有在申农提出度量信息的科学方法，使通信理论由定性进入定量阶段之后，对信息的研究才被公认为一门完善的科学。

信息量的大小，取决于消息的不肯定程度。消息的不肯定程度要依赖于它在整个消息集合中发生的概率。信息的定量描述是用概率的方法来实现的。

如果我们事先知道某一事件出现的概率是P，有一个消息使我们知道这一事件的确发生了，则可以说我们获得了一定量的信息。某事件发生概率越大，当有消息证实其确实发生了，则从中获得的信息量越小；若事件发生的概率越小，当有消息证实其确实发生了，则从中获得的信息越大。这与我们的常识也是相符合的。这种关系，正如申农在«通信的数学理论»中指出的：采用对数作为信息的度量，在数学上比较合适。

一般来说，若某事件出现概率为P，则这一事件所具有的信息量为：h＝－logP，其中以2为底，单位称比特（bit），这是信息量最常用的单位。

例如，向上抛出一个质地均匀的硬币，它只有两种可能性状态：正面朝上或反面朝上。每次试验只可能出现两种结果中的一种，即二者必居其一。它们的出现概率各为0．5，则每个状态所具有的信息量为：h＝－log1/2＝1（比特）。

由上可知，1比特就是含有两个独立等概率可能状态的事，择其中之一时所具有的信息量。因此，任何一个事件系列，如果能分解成n个等概率的二中择一事件，它的信息量就是n比特。

附带地说明一下，申农的数学信息论以及它的关于信息数量的主要概念，是为了满足在控制论普及以前通信技术中传递信息的实际需要而创立的。后来，当控制论的原理和方法开始广泛深入生物科学和各种社会科学时，控制论的基本概念（反馈、信息、控制）便被概括起来，把申农的主要公式运用于上述知识领域这种想法也产生了。借助于这种为确定机器中信息数量而推论出来的公式，从量上表征生物信息和社会信息的尝试实际上已没有意义，其结果是把“信息量”概念同“信息”概念混淆起来。某些科学工作者克服了对控制论的怀疑主义态度，但却大肆宣扬在非技术领域运用数学方法，特别是运用确定信息量的公式的可能性，这归根结底是导致了概念的混乱和变形。

信息之所以称为信息，在于它的可传递性。我们把发出信息的一方称为发信者（信源），接受信息的一方称为受信者（信宿）。通信就是通过信道（传递信息的通道）将信息由发信者传给受信者。信源、信道、信宿构成了一个最简单的系统，叫作通信信息系统。

任何信道都具有一定的传输信息的能力，标志信道传输信息能力的量称为信道容量。决定信道容量大小的因素有：信源发出信息的能力，信道的传递能力，信宿接收信息的能力，信道内外干扰的强弱。

通信的主要目的就是使收信端收到和发信端尽可能相同的信息。但在许多情况下，由于系统内、外原因（通信中叫“噪声”），使得收发信息之间往往有差别，这种情况通常叫“失真”。把信息在受信者那里所引起的效果与发信者的意图相符合的程度称为接受率。接受率越高，就认为信息的沟通程度越好。反之则认为沟通程度越差。若接受率为零，表明未能沟通信息。

信息方法这一术语，是控制论的创始人维纳在其1948年出版的«控制论»一书中提出的。如图1-2所示。尽管技术装置与生物有机体中的反馈回路可以很不相同，但作为信息通道来说，却是相同的。这样就便于控制论从统一的角度来一般地研究各类不同的控制论系统。

信息方法不同于传统的研究方法，传统的方法注重的是物质和能量在事物运动变化过程中的作用，而信息方法是以信息的运动作为分析和处理问题的基础，它完全撇开系统的具体运动形态，把系统的有目的的运动抽象为信息变换过程。它根据系统与外界环境之间的信息输入和输出关系，以及系统对信息的整理和使用的过程，来研究系统的特性，探讨系统的内在规律。

信息方法是实现科学管理的有效手段。我们知道，管理的成败首先取决于管理决策是否正确。决策正确与否又与能否及时准确地获取足够的信息有直接的关系。决策过程的实质就是信息反馈控制过程。从信息方法的角度看，我们可以把管理过程抽象为信息过程。整个管理活动就是信息从输入到输出，经过反馈再一次重新输入的过程。

任何一个管理系统，一般都是由三个因素构成的，它们是管理对象、管理机构和联系两者之间及其内部关系的信息系统。这三个要素之间的有机联系，可形象地比喻为管理系统的实体、大脑和神经中枢，其中的每一条信息流可看作神经脉络。可见，在任何管理条件下，信息系统都是管理系统的一个重要组成部分。现代化管理必须建立完备的管理信息系统。

2．系统论和系统方法

系统论是20世纪迅速发展起来的具有普遍适用范围的现代科学。系统论的主要创立者是贝特朗菲，他于1945年发表了«关于一般系统论»的论文，宣告了这门学科的诞生。1968年，贝特朗菲发表了«一般系统论——基础•发展•应用»一书，全面地总结了他自己40年来研究一般系统论的成果，为广泛而深入地发展系统科学，提供了指导意义的理论纲领，被公认为一般系统论的经典著作。

70年代以后，不同领域的科学家各自独立地从自己的角度研究系统理论，形成了许多关于系统论的分支理论，并取得了突破性的进展。如耗散结构理论、协同学理论和突变理论等。这些研究不仅是定性的，而且是定量的。

一般系统论经过几十年的发展，其内容已远远超过了原有的范围。我们现在说的一般系统论，是广义系统论。贝特朗菲曾把广义系统论研究的领域划分为以下三个方面。一是关于“系统”的科学和数学系统论；二是系统技术，包括“纯粹”的系统技术，也包括系统技术的应用；三是系统哲学，研究系统论的哲学方面的性质。直到晚年发表«一般系统论的历史和现状»一文，贝特朗菲一直坚持关于广义一般系统论研究领域的这种划分。这一关于系统科学体系的富有探索性和启发性的构想，在系统研究领域产生了广泛的影响。

关于系统科学的体系问题，我国著名科学家钱学森认为，系统科学是与自然科学和社会科学等并行的一个学科门类。它不是自然科学，也不是社会科学，不是数学，而是一个为这些学科体系所不能包括的新兴学科体系。它有三个层次：系统的工程技术层次；系统的技术科学层次；系统的基础科学层次——系统学。他认为在系统的基础科学与哲学之间还存在着一个桥梁，即系统论。钱学森关于系统科学体系结构的框架，是他长期从事系统科学研究所获诸多成果中的重要部分，对我国系统科学的发展产生了深远的影响。

至今，系统科学形成由五大方面组成的庞大体系，即系统概念、一般系统论、系统理论、系统方法和系统工程应用。

系统这一概念来源于人类长期的社会实践。贝特朗菲把系统定义为“相互作用的诸要素的综合体”。钱学森认为：“系统由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成具有特定功能的有机整体。”可见，一个形成系统的诸要素的集合永远具有一定的特性，而这些特性是它的任何一个部分都不具备的。系统的特定结构决定系统的特定功能，这正是区别一个系统和另一个系统的主要标志。换句话说，一个系统是一个由许多要素所构成的整体，但从系统功能来看，它又是一个不可分割的整体，如果硬把一个系统分割开来，那么它将失去其原来的性质。

系统论认为，世界上各种对象、事件、过程都是由一定部分组成的整体，而这一整体中的各个部分又是由更小的部分组成的，如此下去，以至无穷。构成整体的各个层次和部分不是偶然地堆积在一起，而是依一定规律相互联系、相互作用的。系统整体大于系统各部分之和。这包括两方面含义：其一是指系统整体的性质大于其各个部分性质的机械相加和；其二是指系统整体的功能大于其各个部分功能的机械相加和。贝特朗菲指出：整体大于它的各部分的总和，是基本的系统问题的一种描述。

系统论不仅在技术科学、生物科学和社会科学等领域结出了丰硕果实，而且给人类带来了新的思想观念，引起了思维方法的巨大变化。如果说系统论的基本概念和原理主要是从理论上研究系统，那么，系统方法则主要是从应用上研究系统。国外有人把系统方法称为“全科学的方法”。整体性是系统方法的基本出发点，最优化是运用系统方法所要达到的目的。任何系统都是一个动态系统，要在动态中把握系统整体，使系统最优化地前进。这里重点谈谈系统工程方法。

系统工程就是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法。它应用定量分析和定性分析相结合的方法和电子计算机等技术工具，强调最优化，充分地发挥人力、物力的潜力，通过各种组织管理技术，使局部和整体的关系协调。由于系统工程是一门新兴的交叉学科，尚处于发展阶段，还不够成熟，至今还没有统一的定义。钱学森等指出，系统工程是一门组织管理的技术。也就是说，系统工程是系统方法在组织管理中的具体应用。

学术界往往把系统分析作为系统工程的同义词来解释。有的人认为，系统分析是系统方法在科学决策中的具体应用。有的人甚至认为，系统分析就是运用数学方法研究系统的一种方法。完整地说，系统分析的方法既具有科学性，又具有某种艺术性。

系统分析是系统工程的重要组成部分，处在系统工程全过程的前期阶段，这个阶段对于系统工程起着非常关键的作用，是其他所有后续阶段的基础。系统分析是对系统工程的特定对象，即复杂的系统进行多方位的分析，通过对系统的目标、环境、结构和功能等内容的分析，为系统的下一步工作提供基础。但在有些场合或在学术界往往把它与系统工程混淆。

系统工程是一门技艺。探讨系统工程方法论是有意义和必要的。具有代表性的是霍尔的三维结构和李怀祖的系统工程方法论框架。

美国的A．D．霍尔提出的系统工程的三维结构，是把系统工程的活动分为相互联系的三个方面，即按时间进程把活动分为七个阶段，按处理问题的逻辑关系把活动分为七个步骤，为完成各阶段和步骤所需的各种专业知识设置科学技术体系，并将活动的三个方面用空间直角坐标系形象地表示出来（见图1-3），这就为解决大规模复杂系统提供了较科学的思想方法。

具体地讲，运用系统工程方法进行思考、分析和处理系统问题时应遵循的一般程序为：A．明确问题；B．选择目标；C．相成方案；D．建立模型；E．方案优化；F．作出决策；G．付诸实施。

西安交通大学教授李怀祖根据多年的研究和实践，提出了概括性程度高、可操作性强的系统工程方法论框架。他把系统工程分成三个阶段，五个环节。它们是：①阐明问题阶段。既是一个阶段，也是一个环节。②分析研究阶段。包括提出备选方案，预测未来环境，建立模型和预测后果三个环节。③评比备选方案阶段，也是一个环节。在大多数情况下，这五个环节不可能一次就完成，需要多次反复迭代。

可以看到，系统工程在自然科学与社会科学之间架起了一座沟通的桥梁。它为从事自然科学的技术人员和从事社会科学的研究人员的相互合作开辟了广阔的道路。20世纪60年代以来，系统工程在理论研究和实际应用方面都得到了巨大的发展，引起社会的广泛重视。

应该指出，系统科学虽然有了很大的发展，但它毕竟还是一门正在成长着的学科。它的思想原则和方法技术还有待于进一步探索、发掘。它的理论体系还有待于进一步整理完善。在这块新开垦的科学园地上，还需要更多的辛勤园丁去耕耘、灌溉、扶植、培育。可以相信，随着现代科学技术的不断发展，随着系统科学队伍的不断壮大，这门新的学科必将在理论上和实践上取得更大的成就。

把系统科学理论应用到管理中，可以发现，现代管理方式在方法论上与传统管理方式有许多不同之处：①现代管理方式把组织作为一个系统和整体进行研究，强调局部服从整体，组织适应环境；②现代管理方式要求在分工的基础上强调部门之间的沟通、协调、综合、平衡，以系统目标来调节部门目标，达到全面最优；③现代管理方式强调运用多学科的知识对系统进行科学的、合乎逻辑的分析、计算、预测，使定性分析与定量分析紧密结合，提高管理的科学性、预见性和准确性。

总之，现代管理方式这个新的理论概念，对组织观察、研究的角度和方法都是新的，它采用了系统的和动态的观点、环境和目标的观点、结构和功能的观点、信息和控制的观点等，并把这些观点综合成一个整体，构成特定情况下的管理活动方式。

二、控制论与哲学、数学

1．控制论与哲学

由于控制论研究范围广泛的系统，所以可以认为它是跨学科的理论，它在生物界与非生物界的科学之间，在各门生物科学之间，在各门技术科学之间，在各门社会科学之间，架设了特殊的桥梁。当然，这不是说，控制论产生之前在上述各知识部门之间都是完全脱节的。大家知道，哲学是关于现实界的一切领域的最一般规律的科学。

和哲学不同，控制论远不是研究世界上的一切客体，而只是研究有一定组织性的复杂系统。而且，控制论研究仅仅着眼于在所获得它们的情况信息的基础上所进行的控制过程。这就是说，控制论的对象，也像任何其他的专门科学的对象一样，其范围比起哲学要大为狭窄。无论就对象而言，还是就研究的客体数量而言，都极大地不同于哲学。所以，没有理由认为，控制论可以成为能解决科学一切问题的“科学的科学”。

2．控制论与数学

关于控制论与数学的相互关系问题具有特殊的意义。众所周知，控制论从其产生时起就和数学分不开，并且产生了新的数学学科——数学控制论，以至于一些科学家甚至倾向于把控制论看作一门数学学科。控制论被数学渗透，但它不是数学的一个分支，所以不应把控制论看作数学学科的一部分。为了更有说服力地论证这个问题，必须略谈一下用数学方法掌握现实界的特殊性。

数学就其本性而言，像哲学一样，是一个抽象的和内容很广泛的知识领域。有人认为，哲学只研究现实界种种现象的质的方面，而数学只研究现实界种种现象的量的方面。这样理解哲学和数学的对象未免是简单化了。哲学所研究的对象大体上同现实的客体相似，而数学则在某种意义上“创造”自己的研究客体。数学过去一向是并且今后也将是掌握现实界的辅助手段，是自然语言。任何一个有内容的理论都不能归结为其中所用的数学手段。实际上，数学控制论不过是控制论的一个组成部分，当然也是十分重要的一个组成部分。虽然广泛使用“数学控制论”这个述语，但我们再说一遍，控制论不能被数学吞没，它是既有形式又有内容的科学。

以上我们简要地介绍了控制论的概貌，作为阶段小结，如何再给这个知识部门下一个创新的定义呢？有一些控制论定义只强调控制论系统活动的某些方面。这些定义不仅互相一致，而且也是互相补充的。这些定义具有毫无疑问的价值，因为它们表现了控制论过程的某些特殊的侧面和方面。当然，在简短的定义中，不可能表达其所有特点，只要指出主要的和本质的东西就够了。但是，控制论的定义也不能太狭窄，对控制的理解也不能太工程化和数字化。根据科技的发展，笔者认为，符合要求的是这样一个定义，控制论是一门利用信息来进行调节和控制的科学。