19世纪以前，在物理学中存在一种基于还原论(Reductionism)的范式，即牛顿范式(Newtonian Paradigm)。还原论指的是任何现象可通过拆解成各个要素以后，再来理解其运作方式的方法论。因而牛顿范式可以用来描述机械运动，例如采用隔离法将某个建筑构件从结构整体中隔离出来，单独分析其受力情况和运动规律。
而面对更为复杂的研究对象，如热、光、电磁等，所引起的物理现象，物理学家们发现以往经典的牛顿范式在解释它们的时候存在着局限性，故而提出了一个截然不同的范式，即一种考虑整体性的、非线性的方法论，来研究前述的复杂现象，例如量子力学就是物理学家在新范式下创立的一门处理经典理论无法解释现象的分支学科。
当然不仅仅是物理学，复杂问题也存在于其他各个学科当中，如社会学试图建立最优的福利制度、化学中的震荡反应、金融领域对未来股市的预测、生物学的表观遗传和工程领域的误差控制，等等。这些问题均具有动态、难以预测以及多变量等复杂特性，因此传统的线性因果关系或还原论难以有效解决这类问题。正如物理学的探索一样，各学科的学者们都在试图发展更有效的方法论工具。
科学家们纷纷提出不同的理论来研究前述难题。其中被视为具有革命性的理论或概念包括系统论、控制论、统一性、涌现、模糊逻辑、突变论、混沌理论、分形理论和人工智能，等等。这些理论共同构成了复杂性科学，并被逐渐应用到各个学科中。深入理解复杂性科学的最为简单且重要的方法是追溯其根源。在20世纪四五十年代出现的系统论和控制论,作为复杂性科学的起点，其重要性不言而喻(图2.2.1)。
图2.2.1复杂性科学思维导图
系统论认为无论世界多么复杂，人们总能从某一复杂现象中找到数个 (或单个)系统，而这些系统不仅可以被所属领域的概念解释，而且可以用一种“通用”概念来描述，以减少各学科中重复性的理论研究工作。例如，水循环系统在一定程度上和电路系统相似(图2.2.2)。当时部分科学家认为，理论上这种“通用系统”可为各个学科建立统一的理论架构，以便人们更容易理解复杂性和预测不确定性。
图2.2.2不同学科下具有类似模型的系统示例
20世纪30年代，具有生物学背景的卡尔·路德维希·贝塔郎非(Karl Ludwig von Bertalanffy)认为传统的还原论难以应对自然生物中的生态关系的研究，从而在寻求一种自组织的、无限多的、更高阶的复杂概念。他于1946年正式发表了“通用系统理论”(General System Theory),该理论探讨了系统与系统外的环境之间的界限、输入、输出、过程、状态、信息、目的和层级关系。有了这些系统的抽象概念后，就能理解系统内影响事物发展变化的因素，并研究事物之间的相互联系和事物发展的趋势，从而充分地掌控整体。因而当问题发生时，我们可以指出系统中哪些元素或子系统需要关注、修改或更新。从根本上说，系统论强调的是系统中不同组成部分之间的联系与相互作用，即系统的结构。
当然这种试图用一个框架去统一各个学科知识的想法在随后的发展中受到不少争议，尤其是系统论对不确定性这个重要的概念，还缺乏更深入的探讨。如果在一个系统中只考虑单向的因果关系就难以考虑到整体的影响，不处理这一点就会在一定程度上又回到还原论上。因此在此基础上贝塔郎非和其他学者试图拓展系统论的可能性，主要方法是通过建立一种反馈机制，使系统具有一种自适应性，此理论即控制论。
美国数学和哲学家诺伯特·维纳(Norbert Wiener)于1948年发表了被视为控制论的奠基之作——《控制论：或关于在动物和机器中控制和通信的科学》(Cybernetics:Or Control and Communication in the Animal and the Machine)。他认为生物或机器的行为具有目的性，为了达到所设定的目的，该机器系统的任何有效行为都与其他系统或外界环境之间的信息传递有关，并通过反馈进行自维护、自适应和自组织(图2.2.3)。
图2.2.3具有反馈机制的控制论循环
控制论中的反馈概念也在信息学之父克劳德·香农(Claude Shannon)于1948年发表的《通信的数学理论》(A Mathematical Theory of Communication)一书的“信息论”(Information Theory)一章中得到了支持。信息论设计的目的在于优化信息在工程控制系统中传输的反馈机制。该反馈机制可针对系统的现有状态和最终目的之间的差异提出警告，并尝试弱化或抵消该差异，以达到一种平衡状态。
这样一来具有反馈机制和目的驱动的系统可以进行自我调节，并针对目的做出反应，使得基于控制论的系统可应用到广泛的领域，如控制引擎速度、调节经济管理、维持生物血糖浓度和管理庞大的社会劳务分配等。因此也可以说，这种控制不是武断的主导，而是一种可以与外界环境协同工作以不断进行自我管理和自我调节的方式[。
系统论和控制论是第二次世界大战后不可忽视的科学思潮。战后高速的经济增长和乐观的社会氛围使公众相信科学将引领社会解放，而大规模的生产和消费模式试图给建筑赋予灵活性，以满足多元的生活方式和消费需求。与此同时，从科学到人文，从军事到艺术，都开始逐渐面临范式的转移。人们开始接受信息论、通用系统理论、控制论等新的理论和早期人工智能等新兴概念，建筑学也不例外。
在系统论和控制论的思潮下，建筑师有了理解和回应复杂现实的理论基础。在这样的背景下，当时的先锋建筑师对空间的探索，几乎是基于这样的认知：建筑空间是能够适应性地回应外界变化的有序空间组合。回顾他们探索的成果，往往都是从视觉上就能辨识出来的系统化的空间结构。从超级工作室(Superstudio)“连续的纪念碑”(The Continuous Monument)项目中白色、均质、网格化的宏大纪念物，到情境主义者康斯坦特·纽文惠斯(Constant Nieuwenhuys)的“新巴比伦”(New Babylon)项目中全部由柱子支撑的面积巨大的多层次网络空间结构，均是这种认知的明证。这些有序的物理空间，反映了其后有一定的规则或秩序在控制它们的组合。本节我们将会详述建筑电讯小组²(Archigram)等先驱们的工作，来具体理解这些被控制的物理空间。下一节则会进一步阐述伴随计算机的使用而逐渐清晰化、符号化的控制物理空间的虚拟系统。