第 10 章 每个系统都是完美的 每个系统都是完美的
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它的设计初衷
分析系统行为
架构师所做的工作是对复杂系统的行为进行推理:系统有许多部分,相互关系复杂。有一整个领域专门研究这种推理,称为系统思维或复杂系统理论。流行的软件架构定义侧重于系统的组件和相互关系,而系统思维则强调行为(第 8 章)。作为架构师,我们应将结构视为实现预期行为的一种手段。系统思维可以帮助我们做到这一点。
加热器作为一个系统
住宅暖气片提供了一个典型的系统示例,当我们意识到控制是一种假象时,我们也会对其进行研究(第 27 章)。如图 10-1 所示,供暖系统的典型结构图描述了各组成部分及其关系:火炉产生热水或空气,散热器或风管将热量输送到房间,温控器控制火炉。结构/控制系统理论的观点(如图所示)认为自动调温器是核心部件:它根据需要开关火炉,以调节室内温度。
图 10-1. 加热器的结构视图(上)和系统视图(下
相比之下,图 10-1 底部的系统思维观点则将室温作为中心变量,并关注影响室温的原因:燃烧的火炉会提高室温,而向室外散热则会降低室温。散热取决于室温和室外温度:在寒冷的天气里,更多的热量通过墙壁和 Windows 散失。这就是为什么智能供暖系统在寒冷天气会提高供暖功率的原因。在某种程度上,系统思维是一个平行宇宙,它从一个完全不同的角度来看待同一个系统,这个角度可以帮助我们更好地理解为什么要建造某样东西。
反馈回路
系统思维 帮助我们理解相互关联的行为,例如反馈回路。房间恒温器建立了一个典型的控制系统负反馈回路:如果室温过高,暖炉就会关闭,让房间再次降温。 负反馈回路通常旨在让系统保持相对稳定的状态--室温仍会根据恒温器的滞后性和供暖系统的惯性而轻微摆动。不过,大多数系统的自稳定范围是有限的:加热器无法在炎热的夏天为房间降温,也无法在冬天为打开的 Windows 进行补偿。
正反馈回路的行为则恰恰相反:一个系统变量的增加会促进另一个变量的增加。我们从炸药(热量释放出更多氧气,使燃烧温度更高)、核反应(经典的 "链式反应")或恶性通货膨胀(价格和工资的螺旋式上涨)中了解到这种行为的巨大影响。另一个正反馈循环是,道路上的汽车越多,道路投资就越大,而公共交通则相对较少,这使得开车上下班更有吸引力。同样,富人往往有更多的投资选择,以获得更高的回报,从而导致 "富者愈富 "的症状,例如皮凯蒂在《21 世纪资本论》中所描述的情况。1
正反馈循环因其 "爆炸性 "而具有危险性。政策设计通常是为了用负反馈循环来抵消正反馈循环,例如,对高收入者征收更高的税率,或在补贴公共交通的同时增加汽油税。 然而,正反馈循环的指数特性很难平衡。系统思维有助于我们推理这种效应。
有组织的复杂性
杰拉尔德 温伯格2通过将世界划分为三个领域,强调了系统思维的重要性:有组织的简单性是人们熟知的力学领域,例如杠杆或由离散电阻和电容组成的电气系统。你可以精确计算出这些系统的行为方式。在另一端, ...
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