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不确定性现象的基本类型

已有 12427 次阅读 2009-11-18 22:54 |个人分类:系统科学与系统工程学|系统分类:科研笔记| 不确定性, 近似性, 随机性, 模糊性

人们对自然和社会中的不确定性现象已经提出了许多类型,典型的有:随机现象、模糊现象、灰色现象、混沌现象、突变现象等。但是,从基本特征上分析,各种复杂的不确定性都可以分解为三种基本的不确定性:近似不确定性、随机不确定性和模糊不确定性。本节首先论述这三种不确定性的一些基本现象特征,后面再逐节予以理论探讨。

1 近似性

近似性与精确性相对。由于物质的无限可分性和具体实体的时空有限性,最精密的测量仪器也只能给出一定精度的近似结果,量子力学中测不准原理的发现为人类的认识能力设置了一道难以逾越的障碍。即使今后这一障碍被消除了,又会有新的障碍出现,以至无穷。所有近似数的最后一位或数位是估计得来的,所以有不确定性。

2 随机性

随机性与决定性相对应。古典科学理论认为,有果必有因,通过因可以完全确定果,但是大量的随机现象的存在(即一定的因不一定有唯一确定的果),使人们对这一信念产生了怀疑。在近代物理学史上曾发生爱因斯坦与玻尔的决定性与掷骰子之争,它涉及到我们的世界在本质上是决定性的还是统计性的重大哲学问题。我们这里认为:决定性规律和统计性规律都是我们的世界中的本质规律,它们的文字表述都是世界的本质在人的头脑中的反映,都具有同样水平的普遍性,这两种类型的规律是世界本质的两个方面。

从本质上说,我们发现并表述的一切客观规律都是统计的,或通过统计数据认识到的事物的决定性本质。随机性的本质是客观的,是大量相对微小的瞬息变化的事件对事物本质行为的扰动形成的,人们难以,几乎完全不能了解这些扰动的具体的完全的行为,只能发现它们的群体联合结果的统计特征(数字特征或分布特征)。

随机现象的研究是当今非常成熟的科学领域,尤其是在自然科学中。从一般方法论上说,概率论和统计学已有相当完善的基础;从实证方面说,已产生了很多实际随机过程理论,如统计物理学、量子力学、排队理论、随机控制,等等。

3 模糊性

模糊性与明晰性相对。虽然模糊性自人类有了语言(同时就有了思维)以来一直存在着,并时常困绕着人类,但是由于它的规律性难以发现,所以不如统计规律那样容易研究,直到1965年方摆上人类的科学日常[1]

模糊现象与人类的语言及思维过程密切相关,是人类认识活动的一个基本特征,但是模糊性的存在有不以人的意志为转移的客观根源。它是由于事物存在与运动的连续性和人的认识概念的合理离散性之间的矛盾运动的结果。

当前关于模糊性的研究多集中在数学和形式逻辑领域,在系统应用方面的研究仍处在摸索阶段,模糊性研究的目的主要在于实现智能计算机。

4 不确定性现象的产生场景

不确定性现象产生的场景有三种情况,我们分别称为测量不确定性、预测不确定性和决策不确定性。

这里的预测包含两个方面,一是对未来事物变量值的判断,二是对历史事物变量值的估计。比如在回归分析中,根据历史样本数据建立模型是估计,根据模型可以对过去的历史进行估计,也可以用来预测事物未来的状态。这里把这两种工作都称为预测。预测中的不确定性是我们熟知的,一般都用概率统计方法来处理。

测量的不确定性是指当人们用某种仪器确定现存事物的状态时发生的不确定性。决策的不确定性是指当人们根据主观感觉对事物类的归属做出判断时所发生的不确定性,如人们对某些决策方案的优劣性判断、对某些事物类属的判断。

【例】 人们将人类的年龄状态划分为五个阶段:婴幼儿时期、儿童时期、青年时期、中年时期和老年时期。这五个时期的确切分界是模糊的,没有一个明晰定义。

不确定性现象的产生来源于人们对概念的界定和使用。产生不确定性现象的根本原因有两个方面,一是人们对事物变量值或类属做出判断时掌握的信息不充分,没有达到充分条件的要求,二是人们对某些概念的认识隐含不确定性。

信息不充分带来了测量和预测的不确定性,认识隐含的不确定性带来了决策的不确定性。前两种不确定性属于客观操作中的不确定性,在纯粹的约束条件下,它们分别产生的是近似性和随机性。后一种不确定性属于主观评价不确定性,产生的是模糊性。



[1] 1965年美国控制理论学者LA扎德发表了论文《模糊集合》(或译不分明集合、弗晰集合),标志着模糊数学的诞生。



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