系统论——系统的一般模式（二）
系统论是研究系统的一般模式，结构和规律的学问，它研究各种系统的共同特征，用数学方法定量地描述其功能，寻求并确立适用于一切系统的原理、原则和数学模型，是具有逻辑和数学性质的一门新兴的科学。系统论的基本思想方法，就是把所研究和处理的对象，当作一个系统，分析系统的结构和功能，研究系统、要素、环境三者的相互关系和变动的规律性，并以优化系统的观点看问题。世界上任何事物都可以看成是一个系统，系统是普遍存在的，大至渺茫的宇宙，小至微观的原子，一粒种子、一群蜜蜂、一台机器、一个工厂、一个学会团体、……都是系统，整个世界就是系统的集合。
一、系统的一般模式
一个运行良好的系统是具有适应性，自组织和层次性的特征，它能够在外界的有限冲击下自我调整和修正，精妙而和谐的运行，这就是系统之美。剖析系统首先要明确定义系统的功能目标，然后确定系统的构成要素和连接方式，构造反馈回路，让系统能在外界冲击下自我调整和修正。
系统的输入、转换处理、输出构成了系统的一般模式。这是系统分析的模式，系统的输入输出是系统与系统环境的交互，所以可观察可识别，为我们辩识系统打开了视角，特别是在对系统认知不够的情况下，这个范式提供了分析系统的方法论。如下图所示。
考量一个系统，主要看输入，输出还有转换处理功能。比如说学校这个系统，他的输入就是学生，经过学校这个功能之后，变成了拥有更多知识的学生。如果一个学校能够帮助学生更好的获得知识、提高能力，那么这个系统就是一个更好的系统。理解系统有一个非常重要的概念就是反馈回路，所以反馈回路就是系统的输出会反过来影响系统的输入。反馈回路分正反馈回路和负反馈回路，正反馈回路，可以简单理解为一个放大器，复利就是一种典型的正反馈回路；负反馈回路，可以简单理解为一个调节回路，让系统处在一个均衡的状态。比如说税收系统就有点负反馈回路的意思，对于越富有的人会征收更多的税收，以保持相对的平衡。一个系统中经常可能会有很多个正反馈回路和很多个负反馈回路。要解决这种复杂的问题，就需要找到其中最关键的回路。可以起到牵一发而动全身的效果。如下图的物流系统模式。
1.1 生产企业的系统模式
这些生产企业诸如汽车厂、餐厅生产中的输入是生产原材料，转化产品加工，输出是产品销售。生产是一个系统，系统利用运作资源将输入转化成理想的输出。生产系统根据不同的输出目标定位、进行不同的工艺选择和不同的生产方式选择、形成不同的系统排列和制造过程。生产物流系统是将与生产目标完成和生产顺利进行所必需的物料、设备、部件、动力、加工件等，整合为一个物流系统并能使生产物流总体趋于合理化的综合体。
生产企业的外部环境就是市场，它从市场中获取生产原料，并将产品送到市场中销售，市场价格是企业不能控制的，企业想抬高产品价格就会导致产品卖不出去，所以市场价格是企业的不可控因素；企业在生产时拥有的资源也是不可改变的，如生产线的设计产能是企业不能控制的，短时期内想提高其生产数量也是不可能的，因为生产线安装与调试都需要一定的时间，如下图所示。
| 生产企业 | 系统模式 |
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1.2 生物的系统模式
生物的输入输出模式是指生物体通过吸收能量和物质来维持生存，并将这些能量和物质转化为可用的形式。以蜜蜂系统为例，其输入是花粉，输出是蜂蜜，展现了一个典型的生物系统的输入输出过程。
首先，让我们看看蜜蜂是如何获取花粉作为输入的。蜜蜂是食物链中的重要环节，它们以花粉和花蜜为食，是植物授粉的关键传播者之一。蜜蜂通过采集花朵中的花粉，使用它们特殊的蜱腿和长长的触须将花粉粘附在自己的身上，然后将其带回蜂巢。
一旦蜜蜂将花粉带回蜂巢，它们开始进行蜜蜂群体内部的加工和转化。花粉经过蜜蜂的唾液和酵素的作用，被转化成蜜蜂需要的养分。在蜂巢中，蜜蜂将花粉与蜂蜜和唾液混合，然后将其存储在蜂蜜蜂房中。
最终，输出是蜜蜂所制造的蜂蜜。蜂蜜是蜜蜂为了存储能量而制作的复杂混合物，具有高糖含量和丰富的营养价值。它不仅是蜜蜂的食物来源，也是人类的重要食物之一。人类从蜂巢中收获蜂蜜，并将其用于食品制造、药物和其他用途。
这个输入输出模式体现了生物系统的动态平衡和循环利用。蜜蜂从花朵中获取花粉，利用其作为能量和养分的来源，并将其转化为蜂蜜，同时为植物传播花粉，促进了生态系统的稳定性和多样性。这种相互依存的关系不仅体现了生物之间的相互作用，也展现了自然界中生物系统的复杂性和精密性。
| 蜜蜂 | 系统输入 | 系统输出 |
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1.3 服务企业的系统模式
服务企业生产的是服务产品。学校就是典型的服务企业，尽管赋予了学校更多的“育人”功能。学校最重要的输入输出就是学生，学生潜移默化地接受学校的“处理转换”过程，提升自己能力和素质。学校系统可以用一般的系统输入-输出模型来分析。输入包括学生、教师、教学资源、资金、设备等要素。这些输入通过教学、管理、行政等过程进行处理。教学活动是主要过程，涉及课程设计、课堂教学、课外活动、评估考试等；管理和行政则保证资源的合理配置与系统运行的稳定。输出包括学生的学业成绩、素质发展、毕业生质量等，这些直接反映了学校系统的效能。此外，学校还输出社会认可的教育成果，如研究成果和社会服务。通过分析输入与输出，学校可以评估系统的效率，识别需要改进的环节，优化资源配置，从而提升教育质量和管理水平。
本质上学校也是一个学习系统。学习是一个不断输入和输出的过程，看书、听课是输入，思考、整合、运用知识是输出。只有通过循环往复的输入和输出，我们才能不断增长知识和能力。在学习过程中与外界的交互可以分为三个重要环节：输入input→处理process→输出output（简称IPO）
输入和输出之间的关系，用一句话可以概括为：“输入驱动输出，输出倒逼输入”。将从三个方面来介绍一些实用的方法，帮大家提高输入输出的效率和质量。
优质内容「输入」
我的切身体会——视频更有利于人接收新知识，但是从知识的涵盖率和深度角度来看，看一个小时的视频所学习到的东西，和看20分钟的书所学到的东西是对等的。而且，看视频的时候，思路很容易被别人带着走，而看书更让能引导人思考。
建立自己的信息资源系统（知识体系）
信息只有经过大脑的思考处理，才能变成知识。知识要存储起来并时常重复温习，才能形成牢固的知识体系。逐渐建立完整的知识体系，并将其不断地丰富发展。自然而然地，就能够轻松地完成下一个环节：输出。
养成固定「输出」习惯
在学习过程中，输出就是反复练习的过程。这里不得不提一个大家都知道的费曼技巧：以教为学。通过直白、浅显的语言，给别人讲清楚复杂深奥的道理。当别人听明白的时候，你就忘不掉了。要养成每天固定输出的习惯，就要确保有一个稳定的输出渠道。
1.4数学模型的系统模式
一般来说，模型的最基本构成要素由三部分组成，即结果变量、决策变量和不可控变量。结果变量反映了系统达成目标的有效性程度，它依赖于决策变量的取值；决策变量描述了决策问题中可以作出选择的要素；不可控变量是指系统环境中对决策有重要影响但不可控的因素，如下图所示。
模型的基本构成要素是由数学关系式联系在一起，就形成数学模型。管理中遇到的问题不同，模型的具体表现形式也不尽相同，可能要应用各种各样的数学理论和方法，必要时还要创造新的数学理论和方法。但要注意的是在保证精度的条件下尽量用简单的数学方法是建模时要遵循的一个原则，要求建模者对所有数学学科都精通是做不到的，但做到了解这些学科能解决哪一类问题和大体上怎样解决的方法对开阔思路是很有帮助的。此外，根据不同对象的一些相似性，借用某些学科中的数学模型，也是模型构成中常使用的方法。线性规划模型中的数学关系式有两种类型，即目标函数与约束条件，这里以一个企业的生产计划问题为例，该企业拥有一些资源 来生产两类产品，市场价格和企业拥有的资源，追求收入最大化是企业的目标。
1.5 结构化程序设计系统模式
在编程语言模式中，输入通常包括用户输入的数据、文件中的数据、传感器的读数、网络请求、以及其他外部数据源。这些输入通过程序的逻辑结构进行处理和运算。输出则是程序对输入进行处理后的结果，通常表现为在屏幕上显示信息、写入文件、发送数据到网络、触发硬件操作或更新数据库等形式。输出的目的是将程序的处理结果反馈给用户、其他程序或系统。通过分析编程语言中的输入与输出，可以理解程序的功能和行为，从而优化代码，提高程序的效率和可维护性。
66年被证明：任何单入口单出口的程序都可由“顺序”、“选择”和“循环”三种基本结构实现。即如果一个程序的代码块仅有顺序、选择和循环这3个基本控制结构进行连接，并且只有一个入口和出口，则称这个程序是结构化的，这些基本结构都是输入和输出的系统模式。
结构化程序设计的工具是程序流程图（不易表示数据结构），程序流程图又称程序框图，是用统一规定的标准符号描述程序运行具体步骤的图形表示。 程序框图的设计是在处理流程图的基础上，通过对输入输出数据和处理过程的详细分析，将计算机的主要运行步骤和内容标识出来。
结构化程序设计（structured programming）是进行以模块功能和处理过程设计为主的详细设计的基本原则。结构化程序设计是过程式程序设计的一个子集，它对写入的程序使用逻辑结构，使得理解和修改更有效更容易。结构化程序设计采用自顶向下、逐步求精的设计方法，各个模块通过“顺序、选择、循环”的控制结构进行连接，并且只有一个入口、一个出口。
结构化程序设计的原则可表示为：程序=(算法)+(数据结构)。算法是一个独立的整体，数据结构(包含数据类型与数据)也是一个独立的整体。两者分开设计，以算法(函数或过程)为主。随着计算机技术的发展，软件工程师越来越注重于系统整体关系的表述，于是出现了数据模型技术(把数据结构与算法看做一个独立功能模块)，这便是面向对象程序设计的雏形。
结构化程序的三种基本结构：顺序结构、选择结构和循环结构。
(1)顺序结构:顺序结构表示程序中的各操作是按照它们出现的先后顺序执行的。这种结构的特点是：程序从入口点a开始，按顺序执行所有操作，直到出口点b处，所以称为顺序结构。
(2)选择结构:选择结构表示程序的处理步骤出现了分支，它需要根据某一特定的条件选择其中的一个分支执行。选择结构有单选择、双选择和多选择三种形式。
(3)循环结构:循环结构表示程序反复执行某个或某些操作，直到某条件为假（或为真）时才可终止循环。在循环结构中最主要的是：什么情况下执行循环？哪些操作需要循环执行？循环结构的基本形式有两种：当型循环和直到型循环。
结构化程序中的任意基本结构都具有唯一入口和唯一出口，并且程序不会出现死循环。在程序的静态形式与动态执行流程之间具有良好的对应关系。
1.6 “经济人”的系统模式
“如果你不能用一个过程来描述你正在做的事情，你就不可能真正明白你在做什么。”
人，是一个非常复杂的系统，眼睛、耳朵的输入，经过大脑的处理，输出到手、脚、口；因为计算机技术本身就是在模仿人，不论是框架还是算法还是机制，都是先研究人是如何处理的，然后转化为计算机技术。人的输入过程就是信号识别的过程。人的感受器有视、听、触、味和嗅觉等多种。其中人类依靠视觉获得的信息占据所获得信息总量的80%以上,听觉信息占信息总量的约10%，视觉和听觉输入是外界信息输入人脑最主要的两种方式。现在大家接触的信息量非常大，对于海量的信息，我们应该首先对进入大脑的信息进行质疑，也就是判断其真伪、是否符合预期要求，若为假，直接就抛弃掉，以免浪费时间和精力。接着，按照一定的方式对信息进行消化和处理，其中会包含一系列逻辑，体现每个人对同样的信息的处理差异性就在这里。最后得出结论，结论可以融入到自己的知识体系中，也可以给别人，输出的方式是多样的。
- 输入
经济人的输入包括外部和内部的各种信息和资源。外部输入可能是市场价格、商品和服务的可得性、法律规定、社会规范等；内部输入则是经济人的偏好、预算、风险偏好、以及可用时间等个人资源。这些输入因素共同影响经济人的决策过程。 - 处理
在处理阶段，经济人根据所获取的输入信息，运用理性分析和计算，评估不同选择的成本和收益。这里，经济人会运用经济学原理，如边际分析、机会成本、以及效用最大化原则，来进行决策。这个过程涉及对多个变量的权衡，以找到能够最大化个人效用的最优选择。 - 输出
处理结果即为经济人的决策，表现为购买商品、投资、储蓄、或消费等具体行为。输出的形式是经济人在市场或其他环境中的实际行为，这些行为反过来影响市场和社会环境，形成系统的反馈机制。 - 反馈
经济人的决策（输出）会影响市场价格、供求关系等环境因素，这些变化又会成为新的输入，促使经济人不断调整自己的决策方式。通过这一反馈环节，经济人的行为会不断适应环境变化，体现出系统的动态性和适应性。
通过这种系统模式的分析，可以更好地理解经济人如何在复杂的经济环境中进行理性决策，并通过反馈机制不断优化自己的选择。如果一个人没有知识的输入，是很难有输出的，即使有输出，你现在输出的只是依赖于你之前残留的一点输入而已。人与人之间的差距，就在于每天的输入和输出。知道“输入”和“输出”的这两条阀门，对于自己来说是多么的重要，不管再累再忙，输入的源泉一点也不敢松懈，如饥似渴的挤压着生活分配给自己的时间，然后加倍的输出，运用到生活当中，刚刚开始的时候，他们也害怕“水库”里的水有用完的一天，可到最后，惊喜地发现，在输入的过程当中，这些担心都是多余的，你输入一倍的时候，成倍的输出，并没有使资源枯竭，相反在不断循环的过程中，自己天然库房当中的资源变得取之不尽、用之不竭啦！
总结
系统的一般模式具有普适的作用，企业组织、数学函数、数学模型、计算机语言都是同样的系统模式，所以可用来进行系统建模和仿真。常用的数据处理语言C和R都是将数据输入或加载到工作空间中，执行某种处理功能，完后将处理结果数据输出，是使用这些数据处理语言的统一模式。由于R语言支持读取众多格式的数据文件，excel文件，csv文件，txt文件和数据库（MYSQL数据库）等；其中，excel和csv是我们最常遇到的数据文件格式，兼容性很高，是数据处理软件的佼佼者。
