复杂系统是指构成系统的元素不仅数量巨大，而且是非线性的，可能产生“涌现”与“自组织”现象；系统具有层次结构，而且层次之间是有一定联系的，当从某一层次跨越到另一层次时，原层次中的规律一般会发生变化；系统是动态的而非静态的，系统的状态随时间而变化，是一个动态演化的系统；系统中关系的含义是广义的，可以是定量关系，也可以是逻辑关系等。如果这个系统与外界有能量、信息或物质的交换，就称作开放的复杂系统。

系统的存在虽是客观事实，人类对系统的认识却经历了漫长的岁月。20世纪20年代，奥地利理论生物学家贝塔朗菲（Ludwig Von Bertalanffy）多次发表文章表达一般系统论的思想，提出生物学中有机体的概念，强调必须把有机体当作一个整体或系统来研究，才能发现不同层次上的组织原理。生物机体论被认为是一般系统论的萌芽。贝塔朗菲在1932年发表的《理论生物学》和1934年发表的《现代发展理论》中继续提出用数学模型来研究生物学的方法和机体系统论的概念，把协调、有序、目的性等概念用于研究有机体，形成研究生命体的三个基本观点，即系统观点、动态观点和层次观点。1937年贝塔朗菲第一次提出一般系统论的概念，1945年发表了文章《关于一般系统论》，1947—1948年进一步阐明了一般系统论的思想，指出不论系统的具体种类、组成部分的性质和它们之间的关系如何，都存在着适用于综合系统或子系统的一般模式、原则和规律，并于1954年发起成立一般系统论学会（后改名为一般系统论研究会），促进一般系统论的发展。1968年贝塔朗菲的专著《一般系统论——基础、发展和应用》，总结了一般系统论的概念、方法和应用。贝塔朗菲的一般系统论，说明了一般系统论的思想、内容和理论框架，对系统的若干概念做了初步的数学描述，把生物系统、社会系统看作物理系统的有机体，建立了“开放系统”的模型，并由此运用系统理论研究经济与社会问题成为理论界研究的热点领域[10]。虽然一般系统论几乎是与控制论、信息论同时出现的，但直到20世纪60—70年代才受到人们的重视。

随着一般系统论的发展，一些物理学家、生物学家和化学家开始在各自的领域中沿着贝塔朗菲开创的开放系统理论深入研究一般系统论，并得到了关于复杂系统的一系列重要规律。其中最著名的有普利高津（Ilya Prigogine）的耗散结构理论、艾肯（Manfred Eigen）的超循环理论、哈肯（Hermann Haken）的协同学、爱德华·诺顿·劳仑次（Edward Norton Lorenz）的混沌理论和拉兹洛（Ervin Laszlo）的广义进化论等。这些学术思想成为复杂适应系统理论产生的主要背景。20世纪80年代，科学界已经认识到“复杂性科学”理论的重要性，于是，专门从事复杂性科学研究的圣菲研究所（Santa Fe Institute，SFI）应运而生，它由物理学家盖尔曼（Murray Gell-Mann）领头，众多各学科第一流的精英学者参与，它的成立进一步推动了“复杂性科学”的发展与普及[11]。圣菲研究所的科学家先后运用自组织、混沌、涌现、复杂自适应系统这些概念来研究复杂性理论，探讨了关于高级复杂系统适应环境的自组织演变内在机制，并于20世纪90年代提出了“复杂适应系统理论”——系统不是被动的适应环境，有时也能主动地影响环境，因此，“复杂性科学”研究的主体不是环境的复杂性，而是主体自身复杂的应变能力以及与其相应的复杂结构。圣菲研究所的宗旨是研究庞大复杂能动系统在适应环境的过程中利用各种可能性发生进化的自组织机制，其复杂性理论的基本命题是“适应性造就复杂性”。复杂适应系统在适应生存环境的过程中在结构和功能上变得日益复杂，正如盖尔曼所说：“复杂适应系统在形成之后……它们倾向于探测出大量的可能性，开辟出高层次的复杂性与新型的复杂适应系统。”盖尔曼等人开展了关于复杂性理论研究，认为“自然界、人类社会及人自身具有复杂性”[12]，并将研究复杂系统的这一学科称为复杂性科学（Complexity Science）。复杂性科学被誉为“21世纪的科学”，是系统科学发展的新阶段，也是当代科学发展的前沿领域之一[13]。圣菲研究所认识到正是无序性的存在才造成世界的复杂性，其对复杂适应系统的研究就是要揭示生物层次以上的高级系统的进化机制，发现在群体活动中隐藏的秩序或者说产生宏观秩序的隐藏的机制。复杂性科学的贡献不仅仅在于其对自然科学的新发展的促进，更重要的是它为整个科学界带来了一场研究方法上的大革命[14-16]，引导我们在看待问题时将多样性与统一性相结合，将有序性和无序性相统一。

圣菲研究所与前人研究视角的不同之处就在于其外延更狭而内涵更深。“复杂性科学”的发展虽然已经受到了当代国内外众多学者的推崇，并有了长足的发展，但当前依然没有一个准确的定义。只有一点是肯定的，那就是经典科学中的还原论已经受到了质疑，科学家们不再认为纷繁复杂的世界中必定蕴含着一个简单的规律，而认识到各个科学领域中都存在着复杂性。所以我们应该在一切知识联系中运用整体论或系统论来处理复杂性问题[17]。

我国著名科学家钱学森早在20世纪50年代就创建了“工程控制论”。20世纪60年代，钱学森在开创我国航天事业的过程中，同时也开创了一套既有普遍科学意义，又有中国特色的系统工程管理方法与技术。20世纪80年代初，钱学森花费大量心血建立了系统科学体系并创建了系统学。在创建系统学的过程中，他提出了开放的复杂巨系统及其研究方法论，并且认为，研究开放的复杂巨系统必须采用从定性到定量的综合集成方法，后来发展成为综合集成方法的研讨厅体系[18-19]，并在1986年提出了开放的复杂巨系统的概念，由此开创了复杂巨系统科学与技术这一新的科学领域。随后，在成思危[20]教授的领导下我国学者尝试将该理论应用于管理科学方面，取得了一系列高质量的研究成果。成思危[20]指出，“研究复杂系统的基本方法应当是在唯物辩证法指导下的系统科学方法”，并提出这应包括四个方面的结合，即定性判断与定量计算、微观分析与宏观分析、还原论与整体论、科学推理与哲学思辨相结合。侯光明教授[21]基于系统科学理论，以系统科学为根脉，以文化渊源为指导，以改革开放40多年来我国组织管理创新发展实践经验为现实依据，以当代组织管理理论为依托，提出了面向中国的、系统范式的组织管理理论，尝试构建组织管理系统学研究框架，并剖析了组织管理系统学的基础，继而提出了组织管理系统学的三大主要研究内容，即系统决策原理、系统治理原理与系统创新原理，为新时代的组织管理提供了理论与实践指导。这些成就标志着我国系统科学思想和系统方法有了新的发展，达到了新的高度，进入了新的发展阶段。(www.daowen.com)

对于系统科学，钱学森明确提出，系统科学是从事物的整体与部分、局部与全局以及层次关系的角度来研究客观世界的。所谓系统，是指由一些相互关联、相互作用、相互影响的组成部分构成并具有某些功能的整体。系统是系统科学研究和应用的基本对象，主要具有开放性、整体性、动态性、有序性、目的性五个特点[22]。

复杂性科学在近30年的演进中逐渐发展形成了自己的研究理论与方法体系，如耗散结构理论、协同学、超循环理论、突变论、混沌理论、分形理论和分叉理论等。这些已有的关于系统科学及其分支学科的方法论的研究成果，对我们探索复杂性科学的方法论有一定的启发价值，值得吸收和借鉴。但就目前的研究态势来看，国内外对复杂性研究的方法论探索成果不多，并且多体现在复杂性探索所运用的具体方法（如模拟方法、数值方法、计算方法等）上[23]。

自组织理论是20世纪60年代末期开始建立并发展起来的一种系统理论，主要是基于贝塔朗菲一般系统论的新发展，目前在开展复杂系统研究过程中应用很广泛。它的研究对象主要是复杂自组织系统（生命系统、社会系统）的形成和发展机制问题，即在一定条件下，系统是如何自动地由无序走向有序，由低级有序走向高级有序的。自组织理论由耗散结构理论（Dissipative Structure Theory）、协同学（Synergetics）、突变论（Catastrophe Theory）和超循环理论（Supercirculation Theory）组成，但基本思想和理论内核可以完全由耗散结构理论和协同学给出。自组织理论以其新的基本概念和理论方法研究自然界和人类社会中的复杂现象，探索复杂现象形成和演化的基本规律。自然界中非生命的物理、化学过程怎样过渡到有生命的生物现象，人类社会从低级走向高级的不断进化等，都是自组织理论研究的重要课题。重大科技工程技术创新系统的演进过程充分体现了复杂系统的自组织过程，复杂系统理论体系中的诸多理论与方法为本书提供了一个新的研究视角。因此，本书将运用自组织理论与方法分析重大科技工程技术创新系统的组织协同管理问题。