协同学方法

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协同学方法



摘要：

本文首先介绍了协同学本质概念及其起源，详细的解释了协同学所涉及的一些名词及概念。然后用图例解释说明协同学的构成机制及其基本原理，并列举现实生活当中的实例加以具体。最后给出经典的研究协同学的方法。

关键词：协同学；协同；竞争；绝热方法 Abstract：

This paper introduces the concept and its origin, essence of detailed explanation for collaborative learning involves some terms and concepts. Then use illustrations explained the mechanism of the form, and its basic principle of real life concrete examples. Finally the classic method of the research.

Key words：synergetics; synergy; Competition; Using the method of insulation;



引言

协同学创立的时间虽然不长，但获得了广泛的应用，从自然科学、工程技术到社会科学，

都有它的用武之地。在物理学领域中，诸如在激光、无线电、流体力学等方面都有它广泛的应用，并取得了可喜的成就。它在化学和生物学领域，诸如生物进化、化学振荡、化学耗散、化学非平衡相变等研究方面也都得到应用。在军事上，协同学的应用也很广泛，如排兵布阵，海、陆、空各军兵种的主体综合协同作战等. 协同学主要说明两个问题，一个是涨落问题，另一个是自组织问题。所谓涨落，就是由于系统内部子系统的独立运动和环境条件的随机干扰，宏观参量会偏离平均值而出现不断的波动。当接近临界点时，涨落现象更加强烈，一旦超过某种阈值，就会发生相变。所谓自组织，就是系统本身具有的，从不平衡状态恢复到平衡状态的能力。当控制参量超过临界值时，一种自组织破坏了，从而进入新的一轮自组织形式。总之，协同学将统计力学和动力学有机地结合起来，提供了处理相变问题的数学模式，这是一套很有实用价值的理论。

哈肯创立的协同学方法，是一门跨学科理论。研究由完全不同性质的大量子系统所构成的各种系统。研究这些子系统是通过怎样的合作才在宏观尺度上产生空间、时间或功能结构。

一、协同学的基本概念和原理。 1、哈肯创立的协同学的起源：（1）研究激光原理和机制时发现在一定的外界条件下普通的光能转化为激光，激光就是系统在远离平衡时出现的相变；（2）把激光理论和方法运用到其他系统过程分析，分析了电子线路、化学震荡、生态系统、气象过程、星体演化，内部大量子系统都变现出竞争协同特性。（3）称为协同学的原因：在内容上主要研究合作（联合作用），在形式上则采纳各个学科的细想和方法。

2、协同学的基本概念。（1）竞争，竞争是协同的基本前提和条件、是系统演化的最活






跃的动力，竞争的存在和结果则可能造成系统内部或是系统之间的更大差异—非均匀性和不平衡性。从开放系统的演化角度看，竞争一方面早就了系统远离平衡态的自动演化条件，另一方面推动了系统向有序结构的演化。竞争被称为万物之父，万物之王。（2）协同。协同学是一门研究各个学科领域中关于合作、协作或是协同的学说。所谓协同就是系统中诸多子系统的相互协调的，合作的或同步的联合作用，集体行为。协同是系统整体性、相关性的内在表现。自组织系统演化的动力来自系统内部的两种作用：竞争与协同。（3）序参量和伺服、役使。①序参量，不论什么，如果某个参量系统演化过程中从无到有地变化，并且能够指示出新结构的形成反映新机构的有序程序。首先是宏观状态或形成模式的有序程度的参量。其次，序参量一方面是系统内部大量系统集体运功（相互竞争和协同）的产物。另一方面，序参量一旦形成又起着支配或役使系统子系统的作用主宰着系统整体演化过程。序参量既是子系统合作效应的表征和度量，又是系统整体的运动状态的度量，许多系统形成不止一个序参量，往往有多个序参量，通过序参量的竞争和合作，使得一个或少数几个序参量的模式取得主导地位。②伺服、伺服过程。序参量和系统内部大量子系统运动状态的相互作用 大量子系统的相互作用产生序参量，而大量子系统有伺服于序参量的过程。哈肯运用场（序参量）和原子的关系说明伺服（被役使）过程（如图）



循环因果示意图

一方面，场作为序参量役使原子，另一方面，原子通过受激辐射产生了场



3、协同的基本原理。系统演化的动力是系统内部各个子系统之间的竞争和协同。系统内部各个子系统通过竞争而协同，从而使竞争中的一种或几种趋势优势化（自组织科学理论称之为形成“序参量”的过程）并因此支配整个系统从无序走向有序，即自组织起来（以跳舞为例说明）。通过大涨落和重新判定新规则来废除旧规则。协同学最根本的思想和方法是，一种自主的、自发的通过子系统相互作用的产生系统规则的思想和方法。复杂性的模式实际上是通过底层（或是底层）子系统的相互作用产生的，在低层次寻找这种模式是徒劳的，只有在相互联系点的方式和结构以及这种作用的运动演化过程中寻找到上一层次的模式的呈现和轮廓。

二、协同学方法论中的绝热方法。

绝热方法是协同学微观方法论中最成功的最核心的方法，是协同学简化问题的关键。绝热方法的选用从而得出重要原理即伺服原理，二者成为相互辉映，相互促进的思想方法。1、绝热消除法。按照热力学观点，一个过程如果进行得相当快，以至于几乎来不及与外界交换能量，就可以近似地看成一个绝热过程。用热力学方法简化处理，消去变化极快的变量，这就是绝热近似的消去法。协同学的绝热消除方法，不是线性的简单性方法，而是依据过程演化到快变量和慢变量可以明显区别的临界状态阶段的本性进行研究的方法。绝热消去方法在临界阶段，它又是非常有效的方法，是协同学降低基本方程为维数，减低方程自由度或消去大量变量的基本方法之一。2、支配（役使）原理。对绝热消去法和原理的进一步概括，就形成支配原理。阐述这一原理的主要概念是慢变量、快变量和支配。

（1） 系统的变量分为两类：一类慢变量，代表不稳定模：随时间变化很慢，到达新的

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