復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論(與“系統(tǒng)”有關(guān)的共21張)課件

1、復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論第一頁，共21頁。CAS理論產(chǎn)生的背景 美國的圣塔菲研究所一直是復(fù)雜性研究的中心。1994年，約翰霍蘭德在圣菲研究所舉辦的吳拉姆紀念講座中做了名為“隱秩序”的著名演進，而后，出版了隱秩序適應(yīng)性造就復(fù)雜性一書，提出了復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)。復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)被認為是“二十一世紀的新科學(xué)”，屬于“第三代系統(tǒng)思想”，所提出的系統(tǒng)理論不僅完全顛覆了傳統(tǒng)的研究范式，而且也有別于早期的系統(tǒng)思想。第二頁，共21頁。目 錄涌現(xiàn) 圣塔菲的核心理念之一CAS理論基本觀點和核心思想CAS建模和回聲模型124基于主體的適應(yīng)性刻畫3CAS理論總結(jié)5復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論第三頁，共21頁。系統(tǒng)理論流派不同時期對涌現(xiàn)的研究一 涌

2、 現(xiàn)第四頁，共21頁。1.1 涌現(xiàn)的特性什么是涌現(xiàn)，霍蘭德觀點代表了當(dāng)時的共識：“像涌現(xiàn)這么復(fù)雜的問題，不可能只是服從一種簡單的定義，我也無法提供這樣的定義?！卑凑帐ニ茖W(xué)著的見解，涌現(xiàn)現(xiàn)象至少具有以下特性：涌現(xiàn)的普遍性；涌現(xiàn)的系統(tǒng)性；涌現(xiàn)的恒新性；如何研究涌現(xiàn)，CAS理論對你研究涌現(xiàn)由何啟示？第五頁，共21頁。 圣塔菲學(xué)派對復(fù)雜性的研究2.1 CAS理論核心思想適應(yīng)產(chǎn)生復(fù)雜性復(fù)雜性從何而來？第六頁，共21頁。圣塔菲學(xué)派和錢學(xué)森關(guān)于復(fù)雜性闡釋的比較第七頁，共21頁。 圣塔菲學(xué)派把系統(tǒng)分為非適應(yīng)性和適應(yīng)性兩類，而適應(yīng)性又分為直接適應(yīng)性（自動恒溫器）和復(fù)雜適應(yīng)性（社會、經(jīng)濟、自然界、地球生態(tài)）。復(fù)

3、雜適應(yīng)系統(tǒng)的共同特征 有大量的不同組分聚集而成，組分之間存在廣泛的相互作用，能夠在環(huán)境中學(xué)習(xí)，積累經(jīng)驗，通過改進自身行為規(guī)則而適應(yīng)復(fù)雜多變的環(huán)境，從而在整體上表現(xiàn)出運行的協(xié)調(diào)性和行為模式的持續(xù)性。適應(yīng)性產(chǎn)生復(fù)雜性的內(nèi)涵 CAS理論強調(diào)子系統(tǒng)具有目的性和主動性，把個體的“適應(yīng)性”作為系統(tǒng)必不可少的條件，并由此涌現(xiàn)出具有更強適應(yīng)性的新層次的主體。特別是“主動適應(yīng)性”，是系統(tǒng)整體涌現(xiàn)的根本原因。這也就是“適應(yīng)性造就復(fù)雜性”的根本含義。2.1 CAS理論核心思想適應(yīng)產(chǎn)生復(fù)雜性第八頁，共21頁。 復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的核心思想“我們把系統(tǒng)中的成員稱為具有適應(yīng)性的主體(Adaptive Agent)，簡稱為主體。

4、所謂具有適應(yīng)性，就是指它能夠與環(huán)境以及其它主體進行交互作用。主體在這種持續(xù)不斷的交互作用的過程中，不斷地“學(xué)習(xí)”或“積累經(jīng)驗”，并且根據(jù)學(xué)到的經(jīng)驗改變自身的結(jié)構(gòu)和行為方式。整個宏觀系統(tǒng)的演變或進化，包括新層次的產(chǎn)生，分化和多樣性的出現(xiàn)，新的、聚合而成的、更大的主體的出現(xiàn)等等，都是在這個基礎(chǔ)上逐步派生出來的?！睆?fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的核心思想第九頁，共21頁。理論的核心概念適應(yīng)性主體或行為主體為何在CAS系統(tǒng)中引入適應(yīng)性主體的概念？ 2.2 CAS的基本概念控制理論系統(tǒng)最小組分是機械的或電磁的元件，屬于沒有個性和主動性的實體，服從物理規(guī)律系統(tǒng)元素是物質(zhì)或分子。雖然在不停的運動，但沒有個性，沒有對環(huán)境的適應(yīng)

5、性自組織理論復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論把元素當(dāng)作適應(yīng)性行動者，具有主動性和目的性，能夠?qū)W習(xí)和積累經(jīng)驗，改變自身行為規(guī)則，環(huán)境適應(yīng)能力CAS理論通過引入適應(yīng)性行動者的概念，以行動者作為系統(tǒng)的元素，找到一條客服上述缺點的道路。第十頁，共21頁。適應(yīng)性行動者的根本特點 具有主動性，能夠感受環(huán)境，自我學(xué)習(xí)，主動的調(diào)整、改變自己，以便能動的適應(yīng)環(huán)境。 例如：中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元，免疫系統(tǒng)的抗體，經(jīng)濟系統(tǒng)的公司從適應(yīng)性行動者的角度定義復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng) 大量具有主動性行動者在相互作用中努力地相互適應(yīng)，尋找和創(chuàng)建能夠相互適應(yīng)并共同適應(yīng)外部環(huán)境所需要的行為規(guī)則，由這樣的行動者整合而成的系統(tǒng)，就是復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)。CAS生成的動力

6、第十一頁，共21頁。 從信息運作的角度來看，CAS的行為是一整套發(fā)達的信息運作，包括信息的獲取、加工、壓縮、提煉、傳送、利用和消除等。按照蓋爾曼的總結(jié)，研究CAS主要關(guān)注：（1）信息怎樣以數(shù)據(jù)流的形式到達系統(tǒng)；（2）CAS如何尋找數(shù)據(jù)流中的規(guī)律性，如何把它們從一些偶然的特征中提取出來，并提煉成可調(diào)整的圖示；（3）觀察這些圖示如何與附加信息相結(jié)合得出適用于現(xiàn)實世界的結(jié)果。這一整套操作如下圖所示：2.3 CAS的運作機制第十二頁，共21頁。結(jié) 果（現(xiàn)實世界）描述、預(yù)言、行動（現(xiàn)實世界） 現(xiàn)有資料 展 開 概述規(guī)律性并能給出預(yù)言的圖示（許多競爭者的圖示之一） 規(guī)律的辨識與壓縮過去的資料包括行為及其效

7、果復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)運作 圖處理信息，總結(jié)研究，提煉內(nèi)部模式反饋行動后果的信息，評價、改進內(nèi)部模式把內(nèi)部模式與實時信息結(jié)合，描述環(huán)境，預(yù)測未來采取行動，作用與現(xiàn)實世界收集信息，積累經(jīng)驗第十三頁，共21頁。 CAS基本特征特性機制聚 集非線性流多樣性標(biāo) 識內(nèi)部模型積 木 CAS 是由適應(yīng)性主體相互作用、共同演化并層層涌現(xiàn)出來的系統(tǒng)。霍蘭圍繞適應(yīng)性主體這個最核心的概念提出了在復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)模型中應(yīng)具備的七個基本特性。前四個是CAS 的通用特性, 它們將在適應(yīng)和進化中發(fā)揮作用; 后三個是個體與環(huán)境進行交流時的機制和有關(guān)概念。2.4 CAS的基本特性第十四頁，共21頁。A整個組織具有一個鮮明地目標(biāo)，執(zhí)行任務(wù)并

8、生存下去B由大量相互作用的行為主體構(gòu)成C與包含其他復(fù)雜系統(tǒng)的主體環(huán)境相互作用D發(fā)現(xiàn)，即通過反饋獲取有關(guān)同環(huán)境作用的行為信息E從反饋信息中提煉作為處理外部環(huán)境關(guān)系時的規(guī)則F觀察行為帶來的反應(yīng)信息，調(diào)整行為適應(yīng)環(huán)境G整個組織內(nèi)部成員有自身的個體模式供應(yīng)鏈涉及供應(yīng)商、制造商、零售商、消費者等各類實體及相關(guān)的一系列業(yè)務(wù)活動，呈復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此供應(yīng)鏈?zhǔn)且活惖湫偷膹?fù)雜系統(tǒng)。它具有以下特點：供應(yīng)鏈系統(tǒng)為復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)供應(yīng)鏈復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)分析第十五頁，共21頁。第十六頁，共21頁。三 基于主體的適應(yīng)性刻畫 行動者在獲得經(jīng)驗時如何改變系統(tǒng)行為方式，即適應(yīng)者的行動能力，CAS理論通過和生物系統(tǒng)的類比并聯(lián)系社會系統(tǒng)

9、的經(jīng)驗來制定描述框架。具體歸結(jié)為三個步驟：第十七頁，共21頁。從信息運作角度看，就是把前面描述的理論框架轉(zhuǎn)換為計算機模型，把系統(tǒng)運行轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)的抽取、組織、傳送。由此，建立了回聲模型。這是在系統(tǒng)中主體模型的基礎(chǔ)上，建立整個系統(tǒng)的宏觀模型。一、位置和資源位置：具有一定的環(huán)境條件和資源條件。（城市、樹林、湖泊）資源:可以向主體不斷的提供所需要的物質(zhì)和能量。（人力、銀行、能源）二、回聲模型的基本框架在這個基本模型中，主體具有最簡單的功能尋找交換資源的其他主體，與其他資源進行交流，保存及加工資源。為此，主體要有三個基本部分：回聲模型中的行動者如下圖所以：四 從微觀到宏觀回聲模型第十八頁，共21頁。 吸

10、取 c b b a a （資源來自位置和相互作用） 繁殖（當(dāng)倉庫存有生成標(biāo)識副本的足夠資源時）圖：回聲模型中的行動者行動者aabaccb進攻標(biāo)識 Tag防御標(biāo)識 Tag倉庫他們的功能包括：主動與其他主體接觸，同時也與其他主體的接觸進行應(yīng)答，如果匹配成功則進行資源交流，在自己內(nèi)部加工和存儲資源，如果資源足夠，則繁殖新的主體。在此基礎(chǔ)上，我們整個回聲模型就成為如下情況：整個系統(tǒng)包括若干位置；每個位置中有若干主體；主體之間進行交流，交流資源和信息。進攻標(biāo)識：用于主動的與其他主體聯(lián)系和接觸；防御標(biāo)識：用于其他主體與自己聯(lián)系時決定應(yīng)答與否；倉庫：用于存儲的加工資源。第十九頁，共21頁。三、模型的局限層次結(jié)構(gòu)是CAS的普遍特征。但是上述模型還不足以表現(xiàn)各種復(fù)雜層次結(jié)構(gòu)的涌現(xiàn)方式，必須加以擴展，使得他能夠模擬從單個”種子”逐漸演變?yōu)橐粋€有組織的、復(fù)雜的聚集體的過程。這就要增強行動者的適應(yīng)能力，擴充模型的機制。第二十頁，共21頁。以往研究的系統(tǒng)是基于構(gòu)成論的，CAS理論最大的特點是把復(fù)雜性視為生成的，而非既成的，基于生成論來建立描述復(fù)雜性的概念框架；提出了受限生成過程（CGP）概念，給復(fù)雜性的涌現(xiàn)建立普適的描述框架；從信息運作的角度考察復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的運作；與分形論相比，CAS理論對系統(tǒng)生成起點即“微”的刻畫不夠有力，但對生成過程的刻