阴阳五行视角下的中医复杂系统演化结构研究

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3.0 陈辉 2024-11-20 13 4 1.91MB 71 页 15积分
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摘 要
我国中医理论博大精深，是中华民族的文明瑰宝。中医学具有十分完整并庞
大的理论体系，是至今仍然屹立于世界科学之林的唯一的传统学科。
目前，中医学的发展正面临着很大的挑战，许多学者开始尝试从现代科学的
角度阐释中医学深刻的科学内涵。尽管研究的侧重点各不相同，但普遍地应用了
复杂性科学的一般原理，普遍认同人体是一个复杂巨系统，中医学是复杂性科学。
本文所研究的内容，是国家科技支撑计划“中医药诊疗与评价技术研究”项
目中的一部分，以“阴阳”理论与“五行”理论为基础，分别建立相应的定量模
型，对中医复杂系统的演化特征进行研究，以揭示中医传统理论的科学内涵。
首先，根据“阴阳”理论中的相关内容，利用拓扑学原理，建立能表示人体
阴阳能量的演化规律的模型，不仅利用模型对不同病理情况进行了模拟，还阐明
了人体阴阳状况的变化与人体的先天素质、后天保健及气候自然状况之间的关系。
之后，根据“五行”理论中的相关内容，以生态学的经典模型 Lotka-Volterra
模型为基础，对“捕食—被捕食”模型进行合理的改造，从而建立“五行”系统
的子系统模型，确定其内在结构，再将建立的子系统整合为五脏整体模型，所得
到的结果与中医传统理论的内容达成了一致，另外也给出了关于人体复杂系统的
一些新的假设与推论，为临床实践提出了一定的参考。
“阴阳”理论与“五行”理论的模型得到建立后，在复杂科学的角度，人体
内阴阳能量的演化规律及五脏间能量的传变规律得到了解释，经典理论的科学内
涵得到了延伸与拓展，也为日后的深入研究奠定了基础。
关键词：“阴阳”理论 “五行”理论 中医 复杂系统 演化
ABSTRACT
TCM theory in China is the profound ethnic civilization treasure. TCM has quite
complete and huge theory system, which is still the world’s traditional scientific
discipline.
At present, the development of TCM is facing great challenges, many scholars
begin to use the modern science skills to analyze the TCM scientific connotation .
Although the emphasis of those study are not identical, but most of them widely applied
for the general principles of complexity science, generally speaking, human body is a
complex system, traditional Chinese medicine is Johnson complexity sciences.
In this paper, the research content is a part of "TCM diagnosis and evaluation
program", which is support by the project technology, With "yin-yang" theory and
regard the theory as a foundation, the corresponding quantitative model for complex
system evolution characteristics of TCM research in traditional theory of TCM, and
reveals the scientific connotation.
Firstly, according to the theory of "yin-yang" , using the topology theory, set the
model that show the evolution of energy utilization of Yin and Yang .the purpose of
setting the model is not only for simulated the different pathological conditions , and
also to illustrates the Yin and Yang of the human condition and the care and congenital
qualities, the relation between climate nature.
secondly, according to the theory of related content, to the classical model of
ecology Lotka - Volterra model, to "prey" -- is established.according reasonable model
transformation, so as to establish the system of subsystem model, make sure its internal
structure, again will establish the whole model for five subsystems, the result of
traditional theory of TCM and the content, also gives about human complex system, and
some new assumption for clinical practice, this paper proposes a certain reference.
After the establishment of the model: "Yin-yang" and "Wu-xing", from the point
complex scientific, the change rules of energy can be explained by the evolution of
human body yin-yang energies between five and change rules of energy, the classical
theory explain get the scientific connotation of the extension and expansion got, also for
future research.
Key Words: Yin-yang, Wu-xing, TCM, Complex System, Evolution
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪 论 ......................................................... 1
§ 1.1 选题背景及研究意义 ....................................... 1
§ 1.2 “阴阳”与“五行”理论模型研究现状 ....................... 2
§ 1.3 本文的内容与安排 ......................................... 4
第二章 系统科学与中医系统的复杂性 .................................... 5
§ 2.1 系统科学及相关理论 ....................................... 5
§ 2.1.1 系统的定义 ......................................... 5
§ 2.1.2 系统的结构与功能 ................................... 6
§ 2.1.3 系统的演化 ......................................... 7
§ 2.1.4 系统科学的特点 ..................................... 7
§ 2.2 中医系统的复杂性 ......................................... 8
§ 2.2.1 《周易》与中国传统系统性思维 ....................... 9
§ 2.2.2 人体系统的复杂性 .................................. 10
§ 2.2.3 中医系统的复杂性 .................................. 11
§ 2.3 系统动力学原理及其在中医理论研究上的应用 ................ 12
§ 2.3.1 系统动力学原理 .................................... 13
§ 2.3.2 系统动力学原理在中医理论研究上的应用 .............. 14
§ 2.4 本章小结 ................................................ 15
第三章 “阴阳”理论及其模型实现 ..................................... 17
§ 3.1 “阴阳”理论 ............................................ 17
§ 3.1.1 “阴阳”理论的概念 ................................ 17
§ 3.1.2 “阴阳”理论在中医病理学上的应用 .................. 18
§ 3.2 人体阴阳系统模型研究 .................................... 20
§ 3.2.1 模型的建立 ........................................ 20
§ 3.2.2 模型的模拟 ........................................ 25
§ 3.2.3 模型的意义 ........................................ 30
§ 3.3 本章小结 ................................................ 31
第四章 “五行”理论及其模型实现 ..................................... 33
§ 4.1 “五行”理论 ............................................. 33
§ 4.1.1 “五行”的概念 .................................... 33
§ 4.1.2 “五行”理论在中医理论中的应用 .................... 35
§ 4.2 五行模型的结构与功能概述 ................................ 36
§ 4.3 生态系统与 Lotka-Volterra 基本模型 ....................... 37
§ 4.3.1 Lotka-Volterra 模型 ............................... 38
§ 4.3.2 Lotka-Volterra 模型正平衡点的稳定性 ............... 39
§ 4.4 基于 Lotka-Volterra 模型的五脏生克模型 ................... 41
§ 4.4.1 “生者—被生者”子系统与“宿主—寄生物”模型 ...... 41
§ 4.4.2 “克者—被克者”子系统与“捕食—被捕食”的改造模型 44
§ 4.5 人体五脏整体系统的研究 .................................. 47
§ 4.5.1 人体五脏模型的建立 ................................ 47
§ 4.5.2 人体五脏模型的分析与模拟 .......................... 49
§ 4.5.3 人体五脏模型的意义 ................................ 57
§ 4.6 本章小结 ................................................ 59
第五章 结束语 ....................................................... 61
§ 5.1 中医阴阳五行复杂系统研究总结 ............................ 61
§ 5.2 展望与后续研究 .......................................... 61
参考文献 ............................................................ 63
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 ...................... 66
致 谢 ............................................................... 67
第一章 绪 论
1
第一章 绪 论
§ 1.1 选题背景及研究意义
我国中医药理论博大精深，是中华民族的文明瑰宝。其渊源始于伏羲神农，
光大于黄帝岐伯，在周代已设医院，分科而治，下历秦汉三国两晋，以至于今日。
在西学东渐之前，中华民族已拥有全世界最多的人口，此皆乃中医之功也。
中医学具有十分完整并庞大的理论体系，是至今仍然屹立于世界科学之林的
唯一的传统学科。早在古代，传统的系统思维在阐述、研究系统性极强极明显的
人体时就有着特殊的优越性，故而有力地推动了中医学的发展。中国古代哲学以
生命的观点研究宇宙系统的发生与演化，对系统性原则有着相当深刻的理解，它
从本质上就是一种生命的哲学，因而对中医学产生了巨大的影响。
令人遗憾的是，中医学虽然在过去有着辉煌的成就，但随着西方医学因依靠
近代科学的兴起得到强势发展，自从上世纪初开始，直到本世纪，对于中医学科
学性的争论就从未停止过，“废止中医”的医案也层出不穷，似乎在科技发达的当
今社会，中医早已过时，早该被弃置。
由于中医学的发展正面临着严峻的考验，许多学者开始尝试从现代科学的角
度阐释中医学深刻的科学内涵。近几年来，相关学者应用复杂性科学原理和方法，
从不同侧面和角度对中医理论的研究方法进行了探讨，各自取得了一定的成果，
共同开拓了这一全新研究领域。尽管研究的侧重点各不相同，但普遍地应用了复
杂性科学的一般原理，普遍认同人体是一个复杂巨系统，中医学是复杂性科学。
复杂性科学是上世纪下半叶提出的研究复杂系统的科学，包括系统论、自组
织理论和非线性科学，也就是“系统科学”。由于中医理论与复杂性科学在学术思
想上有诸多深刻的一致性，故而从复杂性科学角度研究中医理论成为了近来中医
学界新的研究热点[1]。中医学提倡以人体为本，在医疗过程中以调整复杂的人体状
态到平衡、健康的状态为目标，着重研究的时人体的结构和功能，而不是具体的
实体和元素，其思维方式是整合的系统思维方式。
复杂系统的主要特点有：包含数量众多的要素，并形成复杂的层次；系统的
要素之间相互作用，整体不等于部分之和，从单一的要素中无法完全解释整体的
概念；系统要素之间相互作用呈非线性，形成复杂的网络，网络决定系统的整体
性状；系统是开放的，与环境有物质、能量、信息交换，在交换中能够自适应；
阴阳五行视角下的中医复杂系统演化结构研究
2
系统是自组织的，能够进行自我调节；系统是动态的，在波动、不平衡中维持稳
定；系统的变化是随机的等等，这些复杂系统的特性无论在人的健康状态还是疾
病状态中都存在着，所以说，系统科学为破解这些中医药复杂性难题开辟了道路。
关于中医学复杂性难题可能的突破口有很多，比如开放、动态、模糊、突变、分
岔、随机、非平衡、自适应、不可预测和变化中的“靶点”、“敏感点”、“序参量”、
“蝴蝶效应”等，应当按其复杂性的本来面貌进行破解[2]。
本文所研究的内容，是国家科技支撑计划“中医药诊疗与评价技术研究”项
目中的一部分，以阴阳理论与五行理论为基础，分别建立相应的定量模型，对中
医复杂系统的演化特征进行研究，以揭示中医传统理论的科学内涵，为今后更深
层次的交叉学科性研究打下一定的基础。
§ 1.2 “阴阳”与“五行”理论模型研究现状
阴阳学说与五行学说是传统中医学的理论根基，也是中国传统朴素唯物主义
的重要理论构成。许多古代医学家以阴阳与五行学说为指导，结合了人体组织结
构、生理病理、疾病的诊断与防治等医学内容，建立了完整的理、法，方、药体
系的中医基础理论，为中医药学发展奠定了基础。
阴阳学说是中医药学的核心理论，也是全部中医药学理论及其临床辨证论治
实践的基础。学者赵喜新[3]由自然界的阴阳转化推及人体，提出了阴阳消长平衡转
化的正弦函数式，认为使用数学表达式的解会比用天干地支推算五运六气的变化
更为精确。翟忠信[4]提出了一个动态数学模型，通过对这一模型的稳定性分析，解
释了由机体阴阳状态的变化所产生的多种病理现象，并说明了在某些特定情况下
所应采取的治疗方法及其临床意义。林宗振等[5]引用了生态数学中“互惠共存型”
模型，建立了相应的微分方程式，讨论了正常人体阴阳平衡态的存在性与稳定性
以及阴阳失衡时所引起的疾病的治理，其结合生态数学的模型研究中医理论的思
想十分值得借鉴。
“五行学说”是指在中医学中，以五行的生克乘侮关系，说明人体各脏腑之
间存在的生理过程，很多学者都通过非线性的方法研究人体系统的动态功能结构。
于振锋[6]根据每一行脏器能量速率的变化是它与另外几行脏器相互作用所分
别产生的能量变化之和，从五行生克的速率角度建立了系统动态模型，认为并进
行了相应的理论分析，用数学语言对五行学说理论进行了较为严密的推理论述。
丁光宏等[7]构建了人体五行系统动力学模型，以人体健康、亚健康、健康恶化三种
状态对应五行数学模型中的平衡态、暂时平衡、失稳三种状态，利用计算机模拟
第一章 绪 论
3
了五行生克制化的生理过程，填补了目前这方面研究的缺失。冯前进[8]运用非线性
动力学理论和方法重新认识和研究中医五行学说，发现五行运行图与一个非线性
动力学系统中的五元素两输入的布尔网络有着几乎完全相似的几何形状和动力学
行为，提出可将五元素布尔网络的非线性动力学理论和方法引入人体生理学和病
理学的研究，并且引入了 L.Glass 的数学模式，虽然无法给出一个较为确定的解，
但为今后非线性动力学诊断和治疗技术的开发打下基础。
虽然，阴阳理论与五行理论是两种不同的学说，各有其特点及侧重点，但两
者之间是有关联的，在医学领域中是综合应用的。张启明[9]结合西方生物学的思想，
将阴与阳对应于物质和能量的关系，类比生态食物链的营养传递方式，建立了五
脏生克数学模型，借用人体生物化学数据进行仿真，得出的模型表明季节性的准
周期波动与健康成人五脏之中阴精与阳气的实际变化恰好吻合；根据相同的思想
方法，田欣[10]等借用系统仿真技术，发现五脏生克关系结构、人体生化统计数据、
五脏精气周期波动的传统认识和中国气候变化的时空节律都存在着必然的联系，
人们可通过对阴精和阳气的实际检测达到定量认识五脏功能的目的。方晓阳等[11]
在张启明等学者的基础上，充分考虑到五行中物质与能量的促进和克制关系，建
立了阴阳平衡的微分方程组，并且考虑了时间因素 t，对短期均衡和长期均衡进行
了不同的表达。将阴阳对应于物质和能量，是将中西医理论相结合的一个很好的
契合点，运用这种方式，可以将许多西方医学理论及研究方法，借鉴运用到中医
药理论的研究上来，这对中医药理论的定量化模型研究相当有意义。
也有学者从系统的宏观角度上，把握中医理论的复杂科学本质。孔伟[12]分析
了五行之间系统联系的多体关系、多级关系、分支与交叉、反馈关系和有机联系
的非线性特征，有助于对五行学说的进一步认识和应用；研究说明五行不是静止
的，而是不断地处于运动状态之中，其运动过程可以概括为顺行的生克制化和逆
行的乘侮胜复。张其成[13]认为，中医“气—阴阳—五行”模型是一个虚性思维模
型，是一个超形态的功能性、关系性模型，是动态的相对性、互换性模型，是理
想化的整体性、模糊性模型，是自相似性、自组织性模型；文章提出这一模型与
系统科学、复杂性科学的部分原理或原则相吻合，但也不否认该模型有无法定量、
各层次之间关系不足、带有主观臆测色彩等缺点。董向辉等[14]运用系统科学和系
统复杂性的方法和概念，初步分析了中医的阴阳五行理论，提出要着重从时间维
的角度分析阴阳，从系统间关系种类的角度来解释五行，最终将中医理论方法用
于复杂系统分析，并从定性到定量的综合集成方法来研究这一开放复杂巨系统的
问题。
学者们利用了系统科学的各种方法论及工具，从各个角度对“阴阳”与“五
阴阳五行视角下的中医复杂系统演化结构研究
4
行”理论做出了科学的阐述，并都取得了一定的研究成果，最为重要的是，他们
为以后的研究者提供了一定的理论基础及不少新颖的思路和可行的研究方式。
§ 1.3 本文的内容与安排
本文的内容，是利用各种系统科学的理论与方法，根据经典的中医阴阳与五
行理论，结合已有的研究成果，建立符合人体生理规律的阴阳与五行的定量模型，
并对模型加以分析，以探寻阴阳理论及五行理论深刻的科学内涵，尝试用现代科
技方法来准确诠释这两条经典的传统理论。
第一章的绪论主要介绍本文的相关研究工作，阐明课题的研究意义和所要解
决的问题；第二章主要包括系统科学理论及中医药系统的复杂性方面的相关理论
介绍及分析；第三章主要包括对“阴阳”理论的阐述，并建立对应的常微分方程
组，通过对模型的分析，以表示人体在不同的阴阳能量状态下所导致的各种病理
特征；第四章主要涉及“五行”理论的简介，并利用系统动力学方法建立人体五
行系统的结构模型，进行相应的模型分析；第五章则是本文的所取得的研究结论
及对未来的展望。
摘要：

摘要我国中医理论博大精深，是中华民族的文明瑰宝。中医学具有十分完整并庞大的理论体系，是至今仍然屹立于世界科学之林的唯一的传统学科。目前，中医学的发展正面临着很大的挑战，许多学者开始尝试从现代科学的角度阐释中医学深刻的科学内涵。尽管研究的侧重点各不相同，但普遍地应用了复杂性科学的一般原理，普遍认同人体是一个复杂巨系统，中医学是复杂性科学。本文所研究的内容，是国家科技支撑计划“中医药诊疗与评价技术研究”项目中的一部分，以“阴阳”理论与“五行”理论为基础，分别建立相应的定量模型，对中医复杂系统的演化特征进行研究，以揭示中医传统理论的科学内涵。首先，根据“阴阳”理论中的相关内容，利用拓扑学原理，建立能...

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