本文是系统基础知识领域(KA)的一部分。它给出了当前对复杂的系统思考的背景和指示，以及它如何影响系统工程(SE)的实践。

复杂的系统是最重要也是最难定义的系统概念之一。一个复杂的系统是在观察者的眼中，还是在系统的组织方式中存在内在的复杂的系统?对于复杂的系统是否有一个明确的定义，如果有，如何评估和衡量它?本主题将讨论这些思想如何与《什么是系统?》中给出的系统的一般定义相联系，特别是在不同的工程系统环境下。本文与后面的涌现主题密切相关。

定义复杂的系统

许多作者从不同的角度考虑了复杂的系统； 本文最后一节描述了一些与系统相关的复杂的系统的讨论。 Sheard 和 Mostashari（Sheard 和 Mostashari 2011）综合了许多这些想法，将复杂的系统分类如下：

1. 结构复杂的系统 着眼于系统元素和关系。 特别是，结构复杂的系统着眼于系统元素可以组合多少种不同的方式。 因此，它与系统适应外部需求的潜力有关。
2. 动态复杂的系统 考虑了当系统用于在环境中执行特定任务时可以观察到的复杂的系统。 动态复杂的系统有一个时间因素。 系统在短期内交互的方式与系统行为直接相关； 在环境中使用系统的长期影响与系统演化有关。
3. 社会政治复杂的系统 考虑个人或人群对复杂的系统的影响。 与人相关的复杂的系统有两个方面。 一个与复杂或不复杂情况的感知有关，这是由于系统环境中的多个利益相关者 观点以及社会或文化偏见增加了对系统环境的更广泛影响。 另一个涉及个人的“非理性”行为或许多人以有意义的方式单独行事的群体行为； 然而，紧急 行为是无法预料的，​​并且可能适得其反。 后一种类型基于人们根据各种相互关系进行的交互，并且通常使用系统动力学形式来绘制图表。

因此，复杂的系统是衡量理解系统将如何运行或预测改变它的后果的难度。 当单个元素所做的事情与整个系统将要做的事情之间没有简单的关系，并且当系统包含一些适应或解决问题的元素以在不同情况下实现其目标时，就会发生这种情况。 它可能受到系统的客观属性的影响，例如系统元素和关系的数量、类型和多样性，或者系统观察者由于其经验、知识、培训或其他社会政治考虑而产生的主观感知。

这种复杂系统的观点提供了对系统思维和系统方法至关重要的系统类型的洞察。

复杂的系统和工程系统

在跨系统上下文中考虑时，复杂的系统的不同视角并不是独立的。当SoI在不同的问题场景中还作为更广泛的系统的一部分工作时，相关系统(SoI)的结构复杂的系统可能与动态复杂的系统有关。作为问题情况的一部分，作为系统元素和操作环境的一部分，人们参与到大多数系统环境中。我们创建的用来识别、设计、构建和支持工程系统的人类活动系统，以及它们所处的更广泛的社会和商业系统，也可能是复杂的，并影响它们所生产和使用的复杂的系统。

Sheard和Mostashari(2011)展示了产品系统、服务系统和企业系统环境以及相关的开发和维持系统和项目组织的复杂的系统地图的不同观点。有序系统以系统组件的形式出现，是传统工程的主题。在复杂系统中使用这些系统时，理解它们的行为是很重要的。人们可能还需要将真正随机或混乱的自然或社会系统作为工程系统的一部分。系统方法的主要焦点是有组织的复杂的系统(见下面)。这种复杂的系统不能通过传统的分析技术来处理，也不能通过我们设计或使用解决方案的方式来完全消除。系统方法必须能够在与之交互的系统的整个生命周期中识别并处理这种复杂的系统。

Sillitto(2014)考虑了复杂的系统类型和系统架构之间的联系。能够理解、管理和应对客观和主观复杂的系统问题的情况下,我们使用的系统开发或系统开发和维持是一个关键组成部分的系统方法应用于工程系统,因此系统工程的实践。

复杂的系统的起源和特征

本节描述了一些关于复杂的系统的流行观点。 不同的作者使用不同的语言来表达这些想法。 虽然可以看到许多共同的线索，但其中一些想法采取了不同的观点，并且可能在本质上是矛盾的。

最广泛使用的复杂的系统定义之一是如果系统各部分的属性给定（通常归因于 Weaver），则预测系统属性的难度程度。 反过来，这与 元素的数量和它们之间的连接有关。 Weaver (Weaver 1948) 将复杂的系统与元素类型及其交互方式联系起来。 他将简单性描述为具有有限数量的变量和相互作用的 问题 ，并确定了两种复杂的系统：

1. 杂乱无章的复杂的系统 存在于具有许多松散耦合、杂乱无章且相等的元素的系统中，这些元素具有某些平均属性，例如温度或压力。 这样的系统可以用“19世纪”的统计分析技术来描述。
2. 有组织的复杂的系统 可以在具有许多强耦合、有组织和不同元素的系统中找到，这些元素具有某些新兴 特性和现象，例如经济、政治或社会系统所表现出的特性和现象。 传统的分析技术无法很好地描述这样的系统。

韦弗关于这种新的复杂 问题的观点是 系统思维的一些基本观点。 （另见系统思维。）

后来的作者，如 Flood 和 Carson (1993) 和 Lawson (2010)，将有组织的复杂的系统扩展到系统，这些系统已经组织成一个 旨在被理解的结构，因此适合工程和 生命周期管理>(Braha et al. 2006)。 他们还认为，杂乱无章的复杂的系统可能是由于异构复杂系统在其生命周期内没有明确的架构控制而演化（复杂的系统蠕变）。 这是对 Weaver 使用的术语“有组织的”和“无组织的”的不同用法。 混合这些想法时应小心

复杂的系统不应与“复杂”相混淆。 许多作者对有序和无序的元素集合进行了区分。

有序系统在元素之间具有固定的关系，并且不具有适应性。 Page (2009) 引用了手表作为可以被视为有序系统的示例。 这样的系统很复杂，有许多元素一起工作。 它的组件基于类似的技术，在形式和功能之间具有清晰的映射。 如果操作环境的变化超出规定的限制，或者某个关键部件被拆除，手表将停止执行其功能。

在通常的用法中，混沌是一种无序或不可预测的状态，其特征是元素不相互关联，行为随机，没有适应或控制。 混沌理论（Kellert 1993）应用于某些动态系统（例如天气），尽管它们具有结构和关系，但表现出不可预测的行为。 这些系统可能包括随机性方面，但可以使用确定性模型进行描述，在给定一组初始条件的情况下，可以根据这些模型描述它们的行为。 然而，它们的结构使得输入或环境条件中的（不可测量的）小扰动可能导致行为的不可预测的变化。 这样的系统被称为确定性混沌系统，或者简称为混沌系统。 模拟可以创建混沌系统，并且随着计算能力的提高，至少在某些时候可以对行为进行合理的预测。

在从有序到完全无序的范围内，复杂的系统介于中间，比完全有序具有更大的灵活性和变化，比完全无序更稳定（Sheard 和 Mostashari 2009）。

复杂的系统可能会进化到“混沌的边缘”，导致系统看起来具有确定性，但与更有序的系统相比表现出反直觉的行为。 复杂系统中偶然事件的统计通常以幂律分布为特征，即“复杂的系统的特征”（Sheard 2005）。 幂律分布存在于各种各样的自然和人为现象中，这意味着低概率——大撞击事件的概率比高斯分布所暗示的要高得多。 这样的系统可以以非线性方式反应以表现出突然的相位变化。 这些相变可以是可逆的或不可逆的。就风险的发生、影响和公众接受程度而言，这对工程系统产生重大影响 和失败。

客观 复杂的系统是复杂系统的一个属性，是衡量一个系统在这个范围内的位置。 它被定义为 无论我们对当前状态和历史的了解如何，都无法以确定性和精确性预测系统的未来 状态的程度。 主观复杂的系统衡量观察者理解系统或预测系统下一步将做什么的难易程度。 因此，它是每个人的观点和理解的功能。准备好通过一致、清晰的沟通和强有力的利益相关者 参与来减轻主观复杂的系统是很重要的 （Sillitto 2009）。

文献已经发展到对客观复杂的系统的系统元素和关系的特征的相当一致的定义。 Page (2009) 给出了以下总结：

1. 独立性 ：能够做出自己决定的自治系统元素，受来自其他元素的信息和自主元素自身携带的适应性算法的影响（Sheard 和 Mostashari 2009）。
2. 互连性 ：系统元素通过物理连接、共享数据或简单地视觉感知其他元素在哪里以及它们在做什么，例如鹅群或飞机中队。
3. 多样性 ：在某些方面在技术或功能上不同的系统元素。 例如，元素可能携带不同的 适应性 算法。
4. 适应性 ：自组织系统元素可以做他们想做的事情来支持自己或整个系统以响应他们的环境（Sheard 和 Mostashari 2009）。 适应性通常是通过人为因素来实现的，但可以通过软件来实现。 Pollock 和 Hodgson (2004) 描述了如何在包括电网和企业系统在内的各种复杂系统类型中做到这一点。

由于作为系统一部分的人类行为的可变性以及系统外人员的感知，将人员纳入系统通常是其复杂的系统的一个因素。 人们可以被视为观测系统或对其他类型的复杂的系统有贡献的系统元素（Axelrod 和 Cohen 1999）。 个人在特定情况下的理性或非理性行为是复杂的系统的一个重要因素（Kline 1995）。 通过教育、培训和熟悉系统，可以降低其中的一些复杂的系统。 有些是不可约的，必须作为问题或解决方案的一部分进行管理。 Checkland (1999) 认为，一组利益相关者将有自己的世界观，这导致他们形成不同但同样有效的系统环境理解。

Warfield (2006) 开发了一种强有力的方法论来解决复杂的问题，特别是在社会经济领域，基于相关群体以一组相互作用的问题的形式发展对问题的理解 - 他称之为“问题”。 然后通过几个度量来表征复杂的系统，例如重要问题的数量、它们的相互作用以及对问题性质的共识程度。 显而易见的是，如何、为什么、在哪里以及由谁使用一个系统都可能导致其感知的复杂的系统。

Sheard 和 Mostashari (2011) 将复杂的系统的属性分为原因和影响。 导致复杂的系统的属性包括非线性； 涌现； 混乱的; 自适应； 紧密耦合; 自组织； 去中心化； 打开; 政治（相对于科学）； 和多尺度； 以及有很多件。 那些使系统被视为复杂的属性的影响包括不确定性； 难以理解； 不可预料的; 无法控制； 不稳定； 无法修复； 不可维护且成本高昂； 前因后果不明； 并且建造时间太长。