中医药信息学原理(精装)

写在前面 

**章 形成1 

**节 同步与协同2 

第二节 同步与中医药系统5 

第三节 同步与稳态9 

第二章 属性12 

**节 认识13 

第二节 现象20 

第三节 整体28 

第四节 时间32 

第三章 获取37 

**节 个体37 

一、个体的特点38 

二、与个体相关的概念39 

三、从中医药信息学角度看中医个体临床疗效的提升41 

第二节 关联45 

一、关联模式的多样化46 

二、非线性系统中的关联52 

第三节 维度54 

一、维度与辨证55 

二、维度与病因59 

三、维度与病程60 

四、维度与维数60 

五、维度与不确定性62 

第四节 尺度63 

一、尺度的概念和范围63 

二、尺度——中医64 

三、尺度——中西医结合69 

四、维度与尺度的结合76 

五、尺度、维度和稳态78 

第五节 规模82 

一、基本原理82 

二、基本规律92 

第四章 处理99 

**节 组织99 

一、组织与系统99 

二、组织、自组织、他组织99 

第二节 思维107 

一、指向性思维107 

二、发散性思维110 

三、机器思维113 

四、小结与展望118 

第五章 准则120 

**节 相似性准则120 

一、关于相似120 

二、自相似120 

三、他相似124 

四、相似性度量132 

第二节 不确定性准则136 

一、不确定性的概念136 

二、不确定性与概率理论137 

三、中医药理论与不确定性原理138 

参考文献143 

写在后面147 

致谢151

**章 形成 

 在本书中，稳态是指稳定的状态。从中医药信息学原理的角度看，稳态不是一个具体的值，不是一个时间点上的值，而是一个阈，一个在生命的生长壮老已整个过程中的阈。因此，中医药信息学原理中讨论的稳态不是狭义医学范畴的稳态，即不是针对疾病的稳态，而是生物学意义的稳态，即针对人的生命过程的稳态。中医药信息学原理讨论的稳态是个体的、具体的稳态，不是抽象的、群体的稳态，换言之，这种稳态只能出现在个体生命的全过程，因而尽管不是科学的，却是真实的。由于中医药信息学的研究对象是人体及其相关元素，因此与信息科学不同，中医药信息学所关注的不是与宇宙相关的，与物质、能量相并列的信息，而是更为具体的与人体相关的，与结构、功能并列的状态。如同信息之所以是信息，既不是物质，也不是能量，而只是信息一样，状态既不是结构也不是功能，状态就是状态。信息所以区别物质与能量可能有许多原因，但其中重要的原因之一是因为信息虽然是物质能量的表达，但其是物质、能量及物质与物质、能量与能量、物质与能量相互关联出现涌现后产生的，具有明确的不可还原性，决定了其既不是物质也不是能量，信息就是信息；同样，状态之所以区别于结构与功能的原因也可能有许多，但其中重要的原因之一，是因为状态虽然是结构、功能的表达，但其是结构、功能及结构与结构、功能与功能、结构与功能相互关联出现涌现后产生的，也具有不可还原性。 

 从中医药信息学的角度观察，状态一旦表达的是生命存续期的状态就成为稳态，因而稳态是一个长时间的阈，而不是一个具体的值。既然稳态是中医药信息学的主要研究对象，那么有关稳态的形成、属性、获取、处理，以及相关准则的研究自然就成为中医药信息学原理的研究重点。与信息科学不同，在中医药信息学原理的研究中，我们*先要探讨的就是稳态的形成，即相当于信息科学应该探讨的信息的形成。到目前为止，我们认为中医药稳态的形成与人体的结构和功能密切相关，是人体结构与结构、功能与功能、结构与功能间的关联关系通过协同达到同步形成的，简而言之，中医药信息学中的稳态形成是机体结构、功能及其相互关系达到同步后形成的。因此，讨论中医药信息学中稳态的形成实际上就是在讨论人体的结构与功能及其相互关系形成的同步。 

 同步（synchronization）是系统科学的重要概念之一，同步不仅是事件间的同步，同时更是关联关系间的同步。在一个系统内，特别是复杂系统内，同步的实质是事件间，尤其是关联关系间的协同，同步是在协同的基础上实现的，同步的实现依赖系统内实体、事件、关系间形成协同作用，保持协调状态。协同是一直发生的，同步则是协同达到一定水平才能产生，同步的产生使系统得以处于稳定的状态亦即稳态。 

 稳态是系统同步的状态，中医对人体的认识以阴阳为总纲，认为人体的稳态是“阴平阳秘”的状态。但这种状态并非是一个固定的数值，而是一个具有宽泛范围的阈值，因此人体的整体系统及其子系统总是处在不同阈值的同步状态中，自然也呈现为不同的稳态。如果这种同步的状态被彻底破坏，人体完全处于一种混沌状态，完全无法进行协同形成同步的过程，则会出现“阴阳离决”的生命终止的状态。因此，从这个意义上讲，生命的存在即是在不同水平的“阴阳同步”之中。 

 **节 同步与协同 

 协同理论（synergetics）亦称“协同学”或“协和学”，是赫尔曼?哈肯（H. Haken）在20世纪70年代创立的，认为万物均存在有序和无序，这是自然界和人类社会普遍存在的现象，在一定的条件下，有序和无序之间可以相互转化。无序就是混沌，有序就是协同。混沌是在确定性系统中看似随机的无规律行为，由于确定性的规律，短期内可预测；又因为蝴蝶效应的不可预测性，长期则无法预测。混沌和同步本质上不是矛盾的，由于混沌同步的存在，同步不再只与节律性有关，与之相关的还有循环、周期和重复。 

 协同学对信息处理所形成的同步具有至关重要的作用，在中医药信息处理过程中，稳态是依赖同步实现的，而同步是依赖协同实现的，因而，研究稳态就必须研究同步，研究同步就必须研究协同，而研究人体的协同功能则需要从生命的自组织功能入手探讨。协同理论的主要内容可以概括为三个方面：协同效应、支配原理和自组织原理。 

 1. 协同效应 

 协同效应是指由于协同作用而产生的结果，是指复杂开放系统中大量子系统相互作用而产生的整体效应或集体效应。不管是自然系统，还是社会系统，尽管两者差异万千，并且各自都具有一定的复杂性，但其系统内部都存在着若干个相互作用的子系统，这些子系统之间都存在着相互间的协同。而协同效应就是复杂开放系统中大量子系统相互作用而产生的整体效应或集体效应。任何复杂系统处于无序状态时，众多子系统*立行动，各行其是，当在外来能量的作用下或物质的聚集态达到某种临界值时，系统内各子系统的*立行动开始出现关联和相互作用，与环境的输入之间发展非线性的耦合关系，自发地走向“长程关联”，协同开始在竞争与协同的矛盾中占据上风，子系统之间就会产生协同作用。而协同作用的结果是产生协同效应，系统的各个部分之间相互协作产生整体效应或集体效应。这种协同作用能使系统在临界点发生质变产生协同效应，使系统从无序变为有序，从混沌中产生某种稳定结构。协同效应说明了系统自组织现象的观点。 

 同步理论以严密的数学思想为基础，通过实验测试，描述并整合了生命物质和非生命物质之中非常广泛的协作行为。根据耗散结构理论，一个非平衡的开放系统，不断地与外界进行物质与能量的交换，当条件达到一定阈值时，可以从时空无序的状态变为有序的状态，即达到某种意义上的“同步”。作为一种*基本的协同效应，同步研究可以追溯到300多年前荷兰物理学家克里斯蒂安?惠更斯（Christiaan Huygens）发现的两个耦合钟摆的同步现象。两个钟摆通过木梁的晃动进行能量交换，从而实现相互作用；当两者达到反向同步时，其作用于木梁上的合力为零，整个系统则处于一个平衡态。同步可以指不同的系统或者同一系统中发生的事件通过协调在时间上出现一致性与统一化的现象，是大量振子整体动力学从无序向有序的非平衡相变，是*典型、*直接的有序行为，诸如非线性波、时空斑图乃至各种生物集群行为（如鸟群、鱼群、蜂群、蚁群、人类社会等）均可以用同步来阐释其内在物理机制。如大批萤火虫的一起闪烁，鱼群和雁群的整体运动，心脏起搏器中大量神经元的同步放电等。在人类社会中也出现人群同步的现象，比如流行病、传染病暴发，甚至意识的形成，都与同步现象相关。同步障碍也会影响疾病的产生，比如光敏性癫痫这种罕见病就被认为是一种同步性障碍，尽管确切原因尚不清楚。目前认为可能是千变万化的脉动光引发了强烈的光刺激，由此触发了光敏性癫痫的发作，脑电波被闪烁光所牵制，导致大脑中的神经元无法发射，引发癫痫。这一假设与临床观察是一致的，*危险的频率处在15～20Hz，只比大脑的阿尔法波稍快。这是一个来自外部环境的快速的、周期性的信号对人体生物学产生了明显影响的例子。 

 同步指的是多个动力学个体行为上的一致性。可以说，同步几乎存在于大自然的每一个角落，其可以在一定程度上说明诸多生物集群行为的内在物理机制。现在，主流科学家逐渐开始承认，还原论或许不足以解决我们面临的诸多终极奥秘：癌症、意识、生命的起源、生态系统的恢复力、艾滋病等。在一个系统内，若干个子系统（要素）不能很好协同，甚至相互拆台，这样的系统必然呈现无序状态，发挥不了整体功能而*终瓦解。相反，如果系统中各子系统（要素）能很好地协调与配合，多种子系统的力量就能汇聚成一个总力量，形成大大超越各自功能之和的新功能，也就是我们所说的“整体功能大于部分功能之和”。在中医的方剂中充分体现了药物子系统通过君臣佐使的协调，与炮制、煎煮方法的配合，从而使各个药物间相互作用产生了增效减毒效应，形成可以治疗疾病的药效。 

 2. 支配原理（伺服原理） 

 支配原理（伺服原理）用一句话来概括，即快变量服从慢变量，序参量支配子系统行为。它从系统内部稳定因素和不稳定因素间的相互作用方面描述了系统的自组织过程。系统内部既存在着维护系统稳定的因素，也存在着促使其向不稳定发展的不稳定因素，这些因素之间发生着相互间的作用，在系统内部，某些子系统的变化会导致或者控制另外一些子系统状态的变化，这些子系统能量之间或相互促进或相互抵消，达到系统内部的动态制衡。其实质在于规定了临界点上系统的简化原则：“快速衰减组态被迫跟随于缓慢增长的组态。”即系统在接近不稳定点或临界点时，系统的动力学和突现结构通常由少数几个集体变量即序参量决定，而系统其他变量的行为则由这些序参量支配或规定。 

 这种序参量支配系统发展的支配原理，涉及慢变量、快变量和随机量三种变量。在运动中的控制变量分为“快变量”和“慢变量”，而“慢变量”也就是序参量处于主导地位。序参量是维持系统有序的慢变量。伺服原理下，快变量服从慢变量，它是一种自动控制调节系统，执行因素能够以一定的精度自动地按照输入信号的变化规律而产生状态的改变。 

 子系统总是存在着无规则的、自发的运动，也存在着子系统之间相互关联而形成的协同运动。当外界控制参量推动系统不断远离平衡态时，子系统间开始出现合作关系，步调开始一致，序参量得以建立。而序参量一旦建立起来，就可以控制系统的发展，成为系统整体运动状态的度量。从协同学的角度看来，序参量的形成，不是外部增加子系统的结果，而是系统内部子系统竞争与协同的综合产物。序参量是量化同步程度的一个单*的数值，是描述与物质性质有关的有序化程度和伴随的对称性质，是描述同步的重要参数。它是系统在特定的演化环境下，由内部因素相互作用形成，而不是系统外部给定的变量，其对系统产生有序起着决定性的作用。正如协同学的创始人赫尔曼?哈肯（H. Haken）所说，序参量以“雪崩”之势席卷整个系统，掌握全局，主宰系统演化的整个过程。系统内部各要素由一种状态转化为另一种状态时，达到或者接近不稳定的转化临界点时向哪种状态发生转变是由序参量决定的，也就是说序参量主宰着整个系统的演化过程，它支配着其他变量。伺服原理便是基于这些因素之间相互作用来描述系统的自组织过程。序参量的数值总是介于0和1之间，完美同步状态的时候序参量等于1，随机分散的时候等于0，松散的序参量小于1。如果序参量等于1，就是中医所说的阴平阳秘的稳定状态或者健康状态。 

 3. 自组织原理 

 自组织原理是指一个与外界进行物质和能量交换的系统，会自动形成一个比之前更复杂、更完善的新系统。实现同步主要是通过系统的自组织，包括他组织对自组织的调节作用。他组织是指组织指令和组织能力来自系统外部，而自组织则指系统在没有外部指令的条件下，其内部子系统之间能够按照某种规则自动形成一定的结构或功能，具有内在性和自生性特点。关于自组织，赫尔曼?哈肯（H. Haken）对其是这样定义的：“如果系统在获得空间的、时间的或功能的结构过程中，没有外界的特定干预，我们便说系统是自组织的。”而生命体自发形成的从无序到有序，从混乱到同步的组织行为就是一种自组织，这样的自组织引领生命体的诞生与生长发育。他组织通过不同的刺激、干预的方式触发自组织，从而达到协同的状态，*终实现同步，达到稳态。一个系统的自组织能力越强，其保持和产生新功能的能力也就越强。自组织原理解释了在一定的外部能量流、信息流和物质流输入的条件下，系统会通过大量子系统之间的协同作用而形**的时间、空间或功能的有序结构。 

 自然界或人类社会都存在着自组织，自组织理论研究的对象是复杂自组织系统的形成和发展，也就是系统是如何在一定条件下自动地由无序走向有序、由低级有序走向高级有序的。在临界点，系统发生质变，产生协同效应，使系统从无序变为有序，从混沌中产生某种稳定结构，协同效应说明了系统自组织现象。而随着新条件的影响，系统又从有序的状态变为无序的状态。生命体也是一个远离平衡的开放系统，如果把它看成一个耗散结构，自组织的形式是确定的从宏观无序到有序的状态，具体体现为不断从外界吸取物质与能量，通过机体的新陈代谢，吸……

针对中医药信息的特点和在信息处理中的科学问题，进行探讨和论述。本书主要分为三大部分，第一部分从学科角度，论述了中医药信息学的学科特点、理论与方法学问题，以及中医药信息学作为交叉学科的生命力和脆弱性。第二部分着重分析了中医药信息学的研究对象--中医药信息，包括中医药信息的信息特点、科学内涵、核心要素。第三部分从中医药信息的特点出发，探讨了人机结合的中医药发展前景，以及中医药临床中必须牢牢把握的两个基点。