《系统架构：复杂系统的产品设计与开发》——第2章，第2.2节系统与涌现

本节书摘来自华章出版社《系统架构：复杂系统的产品设计与开发》一书中的第2章，第2.2节系统与涌现，作者[美]布鲁斯·卡梅隆，更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看

2.2系统与涌现
2.2.1系统
由于系统思维是一种把疑问、状况或难题明确视为系统的思维方式，因此，要讲解系统思维，首先就必须讨论系统。英语中很少有哪个词的使用范围像系统这样广泛，而且其定义也有很多种，本书采用文字框2.1中的定义。
系统是由一组实体和这些实体之间的关系所构成的集合，其功能要大于这些实体各自的功能之和。

这个定义体现了两个重点：
1.系统是由相互作用或相互联系的实体组成的。
2.实体之间发生相互作用时，会出现一种功能，这种功能大于或不同于这些实体各自所具备的那些功能。
无论如何定义系统这个词，其核心都是上面所列出的第一点，也就是必须要有实体及实体之间的关系。实体（也称为部件、模块、例程、配件等）就是用来构成全体的各个小块。关系可以是静态的（例如连接关系），也可以是动态并交互的（例如货物交换关系）。
根据定义中的这一部分，我们可以确定有哪些事物不能称为系统。如果某物是一个连贯的整体，那它就不是系统。比如，一块砖（在宏观层面上）不能构成一个系统，因为它里面并不包含实体。然而，一面砖墙却可以构成一个系统，因为它包含实体（许多的砖块与砂浆）及关系（负载交换与几何关系）。毫无关系的一组实体也不能构成系统（例如位于乌克兰的一个人和位于亚洲的一袋米）。
要想给出一个能够把非系统的事物排除在外的定义，是相当困难的。有人可以说，一块砖头在适当的层面上就是一个系统。因为它是黏土做成的，而黏土本身是多种材料的混合物，这些材料之间具备相互关系，例如可以共同分担负荷，可以构成平行六面体等几何形状。住在乌克兰的人可能会用欧元购买亚洲的米，于是这两个实体就可以构成一个交易系统。
宽泛地说，任何一组实体其实都可以解读为一个系统，这也就是系统一词使用面较广的原因。有一个与系统密切相关的概念，叫做complex。作为形容词来讲，它的本义和首要义项是“复合的”，用来形容实体与关系较多的事物。而在某些语言中，complex还可以作为名词，用来表示“系统”这一含义。这种用法在科技英语中也有所体现，例如“肯尼迪航天中心39A发射复合体”（Launch Complex 39A）中的“复合体”，指的就是“系统”。
系统和产品，是两个容易混淆的概念。产品是能够交换或具备交换潜力的事物。有一些事物是产品但不是系统（例如米），还有一些事物是系统但不是产品（例如太阳系），但由于很多事物既是产品（可供交换）又是系统（含有很多相互联系的实体），因此这两个词经常混用。
与系统有密切关系的另一个概念是架构，也就是本书的主题。用最简单的话来说，我们可以把架构定义为“对系统中的实体及实体之间的关系所进行的抽象描述”[1]。由于架构是对系统所做的描述，因此对于一个存在且能够运作的系统来说，这两个概念显然是紧密相关的。
2.2.2涌现
在系统这个词的定义中，第二项特征是系统思维所要强调的重点。系统是一组实体及其关系的集合，其功能大于这些实体各自的功能之和。
系统思维所要强调的这一部分，就是涌现（emergence）的意义所在，也是系统的力量与魅力所在。涌现是指系统在运作时所表现、呈现或浮现出的东西。我们之所以要构建系统，就是为了取得令人满意的涌现物。对涌现的理解，是系统思维的目标，同时也可以体现出系统思维的艺术。
当系统的各个部件聚集起来时，会涌现出什么东西呢？最明显和最关键的涌现物，就是功能。功能（function）是系统所做的事情，也就是它的动作、产出或输出。我们设计某个系统，是想使该系统涌现出可以预期且令人满意的主要功能（例如汽车可以载人）。这项主要功能，通常与系统所产生的好处有关（我们之所以买车，是因为它有个好处，这个好处就是可以载人）。系统也可能会涌现出我们可以预料到但不合人意的产出（例如汽车燃烧碳氢化合物）。有时，当系统成形时，还会涌现出意料之外的功能。比如，汽车可以给人一种自由感，这项意料之外的产出，是令人满意的。而有些意料之外的功能却是我们所不愿意见到的，例如汽车可以致人死亡。从表2.1中可以看出：系统所涌现出来的功能，有些是可以预料到的，有些则是在事前无法预料到的；有些功能令人满意，另一些则不合人意。此外我们还可以明确地看出：除了主要功能之外，系统还可能涌现出其他一些令人满意的功能，例如人在汽车里可以感到温暖或凉爽，汽车能够令人感到愉悦等。
表2.1　对涌现出的功能进行分类

预期的涌现意外的涌现，令人满意的汽车可以载人，汽车内可以使人感到温暖/凉爽，汽车令人感到愉悦，汽车可以创造一种个人自由的感觉
不合人意的，汽车燃烧碳氢化合物，汽车可以致人死亡。
系统的基本性质在于它会涌现出新的功能。比如图2.1中的这两个元素：沙和漏斗形玻璃管。沙是一种天然材料，并没有预期的功能。漏斗可以汇聚其他物品或使之沿渠道流出。当这两件元素组合起来时，一项新功能就诞生了，这就是计时功能。我们怎么会知道沙和漏斗拼接起来能变成一种计时器呢？沙和漏斗这两个机械元素怎么会产生一种可以记录抽象概念（也就是“时间”）的信息系统呢？
除了功能之外，系统还会涌现出性能（performance）。性能就是系统运作或执行其功能的好坏程度。它是系统功能的一项属性。某辆汽车的运输速度有多快？某个沙漏能否准确地计时？这些都是性能问题。图2.2中的足球队是个人类系统。所有足球队的功能都一样，就是队员协作比赛，取得比对手更多的进球。然而，有些足球队的成绩要比其他足球队更好，因为他们可以赢得更多的比赛。图2.2是参加2014年世界杯的德国足球队，他们赢得了冠军，可以说是这届比赛中成绩最好的球队。
图2.1　由沙和漏斗构成的系统所涌现出的功能：计时

图片来源：LOOK Die Bildagentur der Fotografen GmbH/Alamy
系统架构的第一条原则所谈的就是涌现（参见文字框2.2）。原则是一种长期有效的道理，它们总是能够（或者几乎总是能够）适用于各种问题。本书在介绍系统架构的原则时，一般都会先给出一些名人名言，用来展示伟大的思考者如何将这些原则精彩地表述出来。每条原则都会包含叙述和指引这两部分（指引部分可以用来指导我们的行动），有的原则还会给出深入的讨论。
文字框2.2　涌现原则（Principle of Emergence）

“系统并不是其组成物的简单加总，而是这些组成物之间互动的产物。”
—Russell Ackoff
“整体大于其各部分之和。”
—亚里士多德（Aristotle），《形而上学》
当各实体拼合成一个系统时，实体之间的交互会把功能、行为、性能和其他内在属性涌现出来。我们要思考并试着探寻系统所涌现出的预期属性和意外属性。
实体之间的交互会导致涌现物。涌现物指的是系统在运作时所表现、呈现或浮现出来的东西。系统的附加价值是由涌现物所赋予的。
涌现的结果，使得变化以无法预知的方式进行传播。
一个实体所发生的变化将会如何影响涌现出来的属性，是很难预测的。
能够涌现出预期属性的系统，是成功的系统。不能涌现出预期属性或意外涌现出不良属性的系统，是失败的系统。
除了性能之外，系统还会涌现出其他属性，例如可靠性（reliability）、可维护性（maintainability）、可操作性（operability）、安全性（safety）和健壮性（robustness，鲁棒性）。这些以“某某性”为格式的属性，其对应的英文单词大多以“ility”结尾。与功能和性能方面的涌现物不同，这些属性并不是立刻就能创造出价值的，而是要通过系统在整个生命期中的运作情况来体现。某辆汽车是否能安全地载人？某个沙漏是否能可靠地计时？德国足球队是否能稳定地赢得比赛？某个软件是否能健壮地或可靠地运行？某辆车在路边抛锚，究竟是机械性的故障，还是嵌入式软件性的故障？
在表2.1的四类涌现物中，最后一类涌现物特别重要，值得单独讨论，这就是意外且不良的涌现物。我们把这种涌现物称为紧急状况（emergency，这个词的词根和涌现物的英文单词emergence相同）。汽车可能因失控而导致旋转或翻滚。足球队可能会在重要的比赛日产生冲突或表现不佳。图2.3是袭击新奥尔良的卡特里娜飓风（Hurricane Katrina），这是一种引发紧急状况的自然现象。这个系统的破坏力非常大。

这些和功能及性能相关的涌现属性（也就是刚才提到的“某某性”），以及系统不引发紧急状况这一特点，与系统所创造的价值有着密切的联系。价值就是有着一定成本的利益。构建系统是为了获得利益（这个利益，在观察者的眼中，是以财富、名望或功用等主观标准来评判的）。
总之：
系统是由多个实体及实体间的关系所构成的集合，其功能大于这些实体各自的功能之和。
每件事物几乎都能视为系统，因为其中差不多都含有一些相互关联的实体。
当系统的功能大于其中每个实体各自的功能之和时，就会有涌现物出现。
对涌现物的理解，是系统思维的目标，同时也体现出系统思维的艺术。
系统运作时会涌现出一些功能、性能，以及一些以“某某性”为名的属性。与系统不引发紧急状况这一特点一样，这些功能、性能和属性，也都与系统的利益和价值密切相关。