復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論

第十講復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)(xltdng)(CAS)理論復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)(ComplexAdaptiveSystem，以下簡(jiǎn)稱CAS)理論是美國(guó)霍蘭(JohnHolland)教授于1994年，在Santafe研究所成立十周年時(shí)正式提出的。復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)(CAS)理論的提出對(duì)于人們認(rèn)識(shí)、理解、控制、管理復(fù)雜系統(tǒng)提供了新的思路。CAS理論包括微觀和宏觀兩個(gè)(l諂ngg?)方面。在微觀方面，CAS理論的最基本的概念是具有適應(yīng)能力的、主動(dòng)的個(gè)體，簡(jiǎn)稱主體。這種主體在與環(huán)境的交互作用中遵循一般的刺激一一反應(yīng)模型，所謂適應(yīng)能力表現(xiàn)在它能夠根據(jù)行為的效果修改自己的行為規(guī)則，以便更好地在客觀環(huán)境中生存。在宏觀方面，由這樣的主體組成的系統(tǒng)，將在主體之間以及主體與環(huán)境的相互作用中發(fā)展，表現(xiàn)出宏觀系統(tǒng)中的分化、涌現(xiàn)等種種復(fù)雜的演化過(guò)程。CAS理論雖然提出不久，但是(danshi)由于其思想的新穎和富有啟發(fā)，它已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用，推動(dòng)著人們對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)的行為規(guī)律進(jìn)行深入研究。一、復(fù)雜(fdz臺(tái))適應(yīng)系統(tǒng)理論的基本觀點(diǎn)和概念作為CAS理論的產(chǎn)生背景，有必要對(duì)于Santafe研究所作一簡(jiǎn)要(jianyao)的介紹。Santafe研究所成立于1984年。在許多著名科學(xué)家的支持下，第一次研討會(huì)于1984年，在美國(guó)新墨西哥州的首府桑塔菲市舉行。這次會(huì)議以經(jīng)濟(jì)為主題，參加者不但有以諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)得主阿羅(KennethArrow)為首的許多經(jīng)濟(jì)學(xué)家，而且有許多物理學(xué)家，包括諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主蓋爾曼(MurrayGell-Mann)和安德森(PhilipW.Anderson)。這次成功的交流使與會(huì)者十分興奮，并且一致同意按此方向走下去。這就是Santafe研究所的誕生。它是一個(gè)獨(dú)立的非贏利的研究所，靠申請(qǐng)各種基金來(lái)支持跨學(xué)科的研究工作。不久前，它被評(píng)為全美國(guó)最優(yōu)秀的十個(gè)研究所之一。Santafe研究所出版了許多出版物，除了已出版的幾十種專著之外，它還出版雜志《復(fù)雜性》(Complexity)。為了加快交流，Santafe研究所還編發(fā)內(nèi)部交流的工作論文(WorkingPapers)，每年有一百篇左右，不但印成單份散發(fā)，而且放在網(wǎng)站上。這一措施大大加速了該領(lǐng)域的交流。復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)(CAS)理論就是在這樣一個(gè)環(huán)境中孕育和誕生的。(一)CAS理論(lHUn)的核心思想適應(yīng)(shiying)產(chǎn)生復(fù)雜性復(fù)雜適應(yīng)(shiying)系統(tǒng)(CAS)理論的基本思想可以概述如下："我們把系統(tǒng)中的成員稱為具有適應(yīng)性的主體(zhUtT)(AdaptiveAgent)，簡(jiǎn)稱為主體。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(jìn)行交互作用。主體在這種持續(xù)不斷的交互作用的過(guò)程中，不斷地學(xué)習(xí)(xu6xD”或積累經(jīng)驗(yàn)”，并且根據(jù)學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)改變自身的結(jié)構(gòu)和行為方式。整個(gè)宏觀系統(tǒng)的演變或進(jìn)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(gè)基礎(chǔ)上逐步派生出來(lái)的?！睆?fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)(CAS)理論把系統(tǒng)的成員看作是具有自身目的與主動(dòng)性的、積極的主體。更重要的是，CAS理論認(rèn)為，正是這種主動(dòng)性以及它與環(huán)境的反復(fù)的、相互的作用，才是系統(tǒng)發(fā)展和進(jìn)化的基本動(dòng)因。宏觀的變化和個(gè)體分化都可以從個(gè)體的行為規(guī)律中找到根源。霍蘭把個(gè)體與環(huán)境之間這種主動(dòng)的、反復(fù)的交互作用用“適應(yīng)”一詞加以概括。這就是CAS理論的基本思想——適應(yīng)產(chǎn)生復(fù)雜性。(二)CAS理論(lilun)的基本概念系統(tǒng)中的個(gè)體(g?tT)一般稱為元素，部分或子系統(tǒng)。復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論采用了AdaptiveAgent—具有適應(yīng)能力的個(gè)體這個(gè)詞，這是為了強(qiáng)調(diào)它的主動(dòng)性，強(qiáng)調(diào)它具有自己的目標(biāo)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和生存動(dòng)力。Agent這個(gè)詞本來(lái)是經(jīng)濟(jì)學(xué)中的用語(yǔ)，表示代理人或代理商的意思?；籼m借用(jieyong)這個(gè)詞，明顯地表示：經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)是他建立CAS理論時(shí)心目中的主要背景之一。圍繞主體這個(gè)最核心(h6xin)的概念，霍蘭進(jìn)一步提出了研究適應(yīng)和演化過(guò)程中特別要注意的七個(gè)有關(guān)概念。它們是：聚集(jUjDaggregation非線性non-linearity流flows多樣性diversity標(biāo)識(shí)tag內(nèi)部模型internalmodels構(gòu)筑塊buildingblocks在這七個(gè)概念中前面四個(gè)是個(gè)體的某種屬性，它們將在適應(yīng)和進(jìn)化中發(fā)揮作用，而后三個(gè)則是個(gè)體與環(huán)境進(jìn)行交流時(shí)的機(jī)制和有關(guān)概念。在這里我們先做一簡(jiǎn)單說(shuō)明。其詳細(xì)含義需要在實(shí)際應(yīng)用中去體會(huì)。聚集：主要用于個(gè)體通過(guò)“粘合”(Adhesion)形成較大的所謂的多主體的聚集體(AggregationAgent)。由于個(gè)體具有這樣的屬性，它們可以在一定條件下，在雙方彼此接受時(shí)，組成一個(gè)新的個(gè)體一一聚集體，在系統(tǒng)中象一個(gè)單獨(dú)的個(gè)體那樣行動(dòng)。在復(fù)雜系統(tǒng)的演變SnbiM)過(guò)程中，較小的、較低層次的個(gè)體通過(guò)某種特定的方式結(jié)合起來(lái)，形成較大的、較高層次的個(gè)體，這是一個(gè)十分重要的關(guān)鍵步驟。這往往是宏觀性態(tài)發(fā)生變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。然而，對(duì)于這個(gè)步驟，以往基于還原論的思想方法是很難加以說(shuō)明和理解的。聚集這個(gè)概念正是歸納與反映了復(fù)雜系統(tǒng)在這方面的行為特征(tOzhQng)。由于承認(rèn)了個(gè)體的主動(dòng)作用，由于克服了在整體與局部之間，非此即彼的絕對(duì)的對(duì)立，CAS理論提供了理解與描述上述現(xiàn)象的新的視角。聚集不是簡(jiǎn)單的合并，也不是消滅個(gè)體的吞并，而是新的類型的、更高層次上的個(gè)體的出現(xiàn)；原來(lái)的個(gè)體不僅沒(méi)有消失，而是在新的更適宜自己生存的環(huán)境中得到了發(fā)展。這就是后面將要講到的"粘合(zhanhe)"(Adhesion)的意義(yly〕)。還有一點(diǎn)應(yīng)當(dāng)指出的是，聚集的概念對(duì)于層次的理解也提供了有益的啟發(fā)。層次之間是有質(zhì)的差別(chabie)的。把層次之間的差別僅僅理解為量的差別，是一種常見(jiàn)的誤解。然而，層次之間的質(zhì)的差別究竟是怎樣涌現(xiàn)出來(lái)的。在這里，聚集也起了關(guān)鍵的作用。關(guān)于層次的問(wèn)題，后面還要談到，這里只是作一簡(jiǎn)單的提示。非線性：指?jìng)€(gè)體以及它們的屬性在發(fā)生變化時(shí)，并非遵從簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。特別是在和系統(tǒng)或環(huán)境的反復(fù)的交互作用中，這一點(diǎn)更為明顯。近代科學(xué)之所以在許多方面遇到了困難，重要原因之一是它把自己的眼界局限于線性關(guān)系的狹窄范圍內(nèi)，從而無(wú)法描述和理解豐富多彩的變化和發(fā)展。CAS理論認(rèn)為個(gè)體之間相互影響不是簡(jiǎn)單的、被動(dòng)的、單向的因果關(guān)系，而是主動(dòng)的“適應(yīng)”關(guān)系。以往的“歷史”會(huì)留下痕跡，以往的“經(jīng)驗(yàn)”會(huì)影響將來(lái)的行為。在這種情況下，線性的、簡(jiǎn)單的、直線式的因果鏈已經(jīng)不復(fù)存在，實(shí)際的情況往往是各種反饋?zhàn)饔?包括負(fù)反饋和正反饋)交互影響的、互相纏繞的復(fù)雜關(guān)系。正因?yàn)檫@樣，復(fù)雜系統(tǒng)的行為才會(huì)如此難以預(yù)測(cè)；也正因?yàn)檫@樣，復(fù)雜系統(tǒng)才會(huì)經(jīng)歷曲折的進(jìn)化過(guò)程，呈現(xiàn)出豐富多彩的性質(zhì)和狀態(tài)。CAS理論把非線性的產(chǎn)生歸之于內(nèi)因，歸之于個(gè)體的主動(dòng)性和適應(yīng)能力。這就進(jìn)一步把非線性理解為系統(tǒng)行為的必然的、內(nèi)在的要素，從而大大豐富和加深了對(duì)于(duiyu)非線性的理解。正因?yàn)槿绱?，霍蘭德在提出具有適應(yīng)性的主體這一概念時(shí)，特別強(qiáng)調(diào)其行為的非線性特征，并且認(rèn)為這是復(fù)雜性產(chǎn)生的內(nèi)在根源。流：在個(gè)體與環(huán)境之間，以及個(gè)體相互之間存在著物質(zhì)流。能量流和信息流。這些流的渠道(qW2o)是否通暢，周轉(zhuǎn)迅速到什么程度，都直接影響系統(tǒng)的演化過(guò)程。自古以來(lái)人們就認(rèn)識(shí)到各種流的重要性，并且把這些(zhexie)流的順暢當(dāng)作系統(tǒng)正常運(yùn)行的基本條件。例如，中醫(yī)所謂的“氣”，“血”，就是典型。通則健康發(fā)展，不通則生百病。又如，信息系統(tǒng)工程對(duì)信息流的分析(fenxi)和設(shè)計(jì)，也是從流的分析入手，去認(rèn)識(shí)和理解復(fù)雜系統(tǒng)。越復(fù)雜的系統(tǒng)，其中的各種交換(物質(zhì)，能量，信息)就越頻繁，各種流也就越錯(cuò)綜復(fù)雜。所以，復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的理論把對(duì)于各種流的分析，當(dāng)作一個(gè)值得注意的重要問(wèn)題。多樣性：在適應(yīng)過(guò)程中，由于種種原因，個(gè)體之間的差別會(huì)發(fā)展與擴(kuò)大，最終(zulzhong)形成分化，這是CAS的一個(gè)顯著特點(diǎn)。多樣性的概念目前已經(jīng)在許多領(lǐng)域中得到了廣泛的使用，應(yīng)該說(shuō)，這是一個(gè)很大的進(jìn)步。長(zhǎng)期以來(lái)，人們誤以為世界的統(tǒng)一性就意味著單一性。經(jīng)過(guò)了二十世紀(jì)科學(xué)的多方探索，今天我們已經(jīng)開(kāi)始承認(rèn)和認(rèn)真地面對(duì)多樣性了。生物的多樣性已經(jīng)成為國(guó)際論壇上的熱門話題，已經(jīng)以國(guó)際公約的形式表達(dá)了人們的共識(shí)。文化的多樣性也已經(jīng)得到了越來(lái)越多的認(rèn)同。其實(shí)，馬克思早就表示過(guò)這樣的意見(jiàn)，為什么一定要讓玫瑰花發(fā)出茉莉花的芳香呢?用通俗的話說(shuō)，蘋果的味道和梨的味道根本沒(méi)有必要相同。系統(tǒng)復(fù)雜性的重要思想之一就是個(gè)體之間的差別，個(gè)體類型的多樣性。當(dāng)前的復(fù)雜性研究著眼于個(gè)體類型多種多樣的情況，而其中的CAS理論則進(jìn)一步研究這種多樣性是怎樣產(chǎn)生的，即分化的過(guò)程(gubchgg)。霍蘭德指出，正是相互作用和不斷適應(yīng)的過(guò)程，造成了個(gè)體向不同的方面發(fā)展變化，從而形成了個(gè)體類型的多樣性。而從整個(gè)系統(tǒng)來(lái)看，這事實(shí)上是一種分工。如果和前面講到的聚集結(jié)合起來(lái)看，這就是系統(tǒng)從宏觀尺度上看到的"結(jié)構(gòu)(jiegou)"的"涌現(xiàn)(ybngxiM)",即所謂(subwOi)"自組織(zUzhi)現(xiàn)象”的出現(xiàn)。標(biāo)識(shí)：為了相互識(shí)別和選擇，個(gè)體的標(biāo)識(shí)在個(gè)體與環(huán)境的相互作用中是非常重要的，因而無(wú)論在建模中，還是實(shí)際系統(tǒng)中，標(biāo)識(shí)的功能與效率是必須認(rèn)真考慮的因素。標(biāo)識(shí)的作用主要在于實(shí)現(xiàn)信息的交流。流的概念包括物質(zhì)流和信息流，起關(guān)鍵作用的是信息流。在以往的系統(tǒng)研究中，信息和信息交流的作用沒(méi)有得到足夠的重視。這是對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)行為的研究難以深入的原因之一。CAS理論在這方面的發(fā)展就在于把信息的交流和處理作為影響系統(tǒng)進(jìn)化過(guò)程的重要因素加以考慮。強(qiáng)調(diào)流和標(biāo)識(shí)就為把信息因素引入系統(tǒng)研究創(chuàng)造了條件。談到信息的作用，現(xiàn)在大家都承認(rèn)(chengren).它是人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活中的基本要素之一。然而，一般地說(shuō)，在復(fù)雜系統(tǒng)中，它是怎樣發(fā)揮作用的呢?對(duì)此一直沒(méi)有深入的研究。以前的系統(tǒng)研究中缺乏對(duì)于信息流的具體機(jī)制的思考。標(biāo)識(shí)的意義就在于提出了個(gè)體在環(huán)境中搜索和接收信息的具體實(shí)現(xiàn)方法。在下面即將介紹的基本的刺激一一反應(yīng)模型中，個(gè)體的標(biāo)識(shí)將在信息的傳遞中起關(guān)鍵(gu6nji2n)的作用。眾所周知，在經(jīng)濟(jì)學(xué)中，由于承認(rèn)了信息的不平衡，深入研究了信息和信息流的作用，使得(shide)經(jīng)濟(jì)學(xué)的研究方法與深度有了突破性的進(jìn)步，產(chǎn)生了新的經(jīng)濟(jì)學(xué)的思想—信息經(jīng)濟(jì)學(xué)。可以預(yù)見(jiàn)，在復(fù)雜系統(tǒng)的研究中，對(duì)信息和信息流的深入研究，必將對(duì)科學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生積極頃D的作用，開(kāi)辟新的思路。內(nèi)部模型：這一點(diǎn)表明了層次的觀念。每個(gè)個(gè)體都是有復(fù)雜的內(nèi)部機(jī)制的。對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)(x譴ng)來(lái)說(shuō)，這就統(tǒng)稱為內(nèi)部模型。構(gòu)筑塊：復(fù)雜系統(tǒng)常常是在一些相對(duì)簡(jiǎn)單的部件的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變它們的組合方式而形成的。因此，事實(shí)上的復(fù)雜性往往不在于塊的多少和大小，而在于原有構(gòu)筑塊的重新組合。內(nèi)部模型和構(gòu)筑塊的作用在于加強(qiáng)層次的概念?？陀^世界的多樣性不僅表現(xiàn)在同一層次中個(gè)體類型的多種多樣，還表現(xiàn)在層次之間的差別和多樣性。當(dāng)我們跨越層次的時(shí)候，就會(huì)有新的規(guī)律與特征出現(xiàn)。這樣一來(lái)，我們需要深入考慮的就是這樣一些問(wèn)題：怎樣合理地區(qū)分層次，不同層次的規(guī)律之間怎樣相互聯(lián)系和相互轉(zhuǎn)化。內(nèi)部模型和構(gòu)筑塊的概念就是用來(lái)回答這些問(wèn)題的。概括地說(shuō)，它們提供了這樣一條思路，把下一層次的內(nèi)容和規(guī)律，作為內(nèi)部模型“封裝”起來(lái)，作為一個(gè)整體參與上一層次的相互作用，暫時(shí)“忽略”或擱置”其內(nèi)部細(xì)節(jié)，而把注意力集中于這個(gè)構(gòu)筑塊和其他構(gòu)筑塊之間的相互作用和相互影響，因?yàn)樵谏弦粚哟沃?，這種相互作用和相互影響是關(guān)鍵性的，起決定性作用的主導(dǎo)因素。了解計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)讀者不難看出，這種思想與計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中的模塊化技術(shù)以及近年來(lái)廣為傳播的“面向?qū)ο蟮姆椒ā笔峭耆恢碌?。霍蘭德在他的報(bào)告(b2og2o)中，用了大量例子解釋這些概念在各種領(lǐng)域的用處。這表明他們對(duì)CAS的研究是緊緊依賴于各種領(lǐng)域中的實(shí)例，而不是脫離實(shí)際的。通過(guò)這七個(gè)方面的表述，主體的特點(diǎn)就充分的表現(xiàn)出來(lái)了：它是多層次的、和外界不斷交互作用的、不斷發(fā)展和演化的、活生生的個(gè)體。這就是CAS理論(lUun)思想的獨(dú)特之處。正是這一特點(diǎn)，給CAS理論帶來(lái)了巨大的發(fā)展空間。(三)CAS理論(lUUn)的主要特點(diǎn)CAS理論(lUUn)的核心思想"適應(yīng)(shiying)產(chǎn)生復(fù)雜性二具有十分重要的認(rèn)識(shí)論上的意義?？梢哉f(shuō)，這是人們?cè)谙到y(tǒng)運(yùn)動(dòng)和演化規(guī)律的認(rèn)識(shí)方面的一個(gè)飛躍。這一點(diǎn)可以從以下四個(gè)方面來(lái)加以說(shuō)明。首先，主體(AdaptiveAgent)是主動(dòng)的、活的體。這點(diǎn)是CAS和其他建模方法的關(guān)鍵區(qū)別。這個(gè)特點(diǎn)使得它能夠有效地應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)等其它方法難于應(yīng)用的復(fù)雜系統(tǒng)。從元素到主體(ElementAdaptiveAgent)，不是一個(gè)簡(jiǎn)單的名稱的改變。對(duì)于系統(tǒng)的組成部分，以前一般稱為元素，單元，部件或子系統(tǒng)。作為與系統(tǒng)、全局、整體相對(duì)而言的概念、元素、單元、部件都是作為一個(gè)被動(dòng)的、局部的概念而提出的。主體的概念則把個(gè)體的主動(dòng)性提高到了系統(tǒng)進(jìn)化的基本動(dòng)因的位置，從而成為研究與考察宏觀演化現(xiàn)象的出發(fā)點(diǎn)。這一思路是具有十分明顯的突破性的。復(fù)雜性正是在個(gè)體與其它個(gè)體之間主動(dòng)交往，相互作用的過(guò)程中形成和產(chǎn)生的。在這里既沒(méi)有脫離整體，脫離環(huán)境的個(gè)體，也沒(méi)有抽象的，凌駕于“個(gè)體”們之上的整體。個(gè)體的主動(dòng)性是這里的關(guān)鍵。個(gè)體主動(dòng)的程度，決定了整個(gè)系統(tǒng)行為的復(fù)雜性的程度。這里所說(shuō)的主動(dòng)性或適應(yīng)性是一個(gè)十分廣泛的、抽象的概念。它并不一定就是(jiushl)生物學(xué)意義上的“活”的意思。只要是個(gè)體能夠在與其他個(gè)體的交互中，表現(xiàn)出隨著得到的信息不同，而對(duì)自身的結(jié)構(gòu)和行為(xingw色)方式進(jìn)行不同的變更，就可以認(rèn)為它具有主動(dòng)性或適應(yīng)性。適應(yīng)的目的是生存或發(fā)展。這樣，關(guān)于“目的(m酒)”的問(wèn)題，也可以在這里得到比較合理的理解和解釋(jieshi),而不至于走到神學(xué)那里去。其次，個(gè)體與環(huán)境(包括個(gè)體之間)的相互影響，相互作用，是系統(tǒng)演變和進(jìn)化的主要?jiǎng)恿ΑＲ酝慕７椒ㄍ褌€(gè)體本身的內(nèi)部屬性放在主要位置，而沒(méi)有把個(gè)體之間，以及個(gè)體與環(huán)境之間的相互作用給予足夠的重視。這個(gè)特點(diǎn)使得CAS方法能夠運(yùn)用于個(gè)體本身屬性極不相同，但是相互關(guān)系(guanxl)卻有許多共同點(diǎn)的不同領(lǐng)域。這種相互作用的觀點(diǎn)是很有啟發(fā)的。我們說(shuō)個(gè)體是整體的基礎(chǔ)，并非指孤立的、單獨(dú)的個(gè)體是整體的基礎(chǔ)。如果是這樣，我們就又回到還原論的觀點(diǎn)去了。個(gè)體的相互作用才是整體的基礎(chǔ)。當(dāng)我們說(shuō)“整體大于它的各部分之和''的時(shí)候，指的正是這種相互作用帶來(lái)的“增值”。復(fù)雜系統(tǒng)的豐富多彩的行為正是來(lái)源于這種“增值”。這種相互作用越強(qiáng)，系統(tǒng)的進(jìn)化過(guò)程就越加復(fù)雜多變。另外，這里的相互作用主要是指?jìng)€(gè)體與其他個(gè)體之間的相互作用。強(qiáng)調(diào)這點(diǎn)有兩方面的意義。首先，這里并沒(méi)有一個(gè)凌駕于所有(suoyou)個(gè)體之上的整體的"代表(daibiao)"o對(duì)于每一個(gè)個(gè)體而言，整體的作用(zuoyong)正是通過(guò)其他個(gè)體表現(xiàn)出來(lái)的。同樣，每一個(gè)個(gè)體對(duì)于別的個(gè)體也起著“環(huán)境(huanjing)”的作用(zuOyOng),或在不太確切的意義上講，起著“代表”整體的作用，因?yàn)閲?yán)格地說(shuō)，每一個(gè)個(gè)體都不能獨(dú)自代表全局。這就較好地說(shuō)明了整體與個(gè)體之間的辯證統(tǒng)一關(guān)系。另一方面，在這些相互作用中，個(gè)體之間的關(guān)系存在著從“平等”到“分化”的發(fā)展過(guò)程。這就是說(shuō)，在系統(tǒng)演化的早期，個(gè)體的潛力，或者說(shuō)潛在的能力是差不多的。原則上，每一個(gè)個(gè)體都有多種發(fā)展前途的可能性。在相互作用的過(guò)程中，由于各種因素(包括隨機(jī)因素)的作用，有的個(gè)體向這個(gè)方向發(fā)展，有的個(gè)體向那個(gè)方向發(fā)展，產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)，對(duì)稱性被打破。這樣，整個(gè)系統(tǒng)就變得比較復(fù)雜了。這就是從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的演化。也就是說(shuō)，相互作用是"可記憶”的，它表現(xiàn)為進(jìn)化過(guò)程中每個(gè)個(gè)體的結(jié)構(gòu)和行為方式的變化，以不同的方式“存儲(chǔ)”在個(gè)體內(nèi)部。因此，CAS理論發(fā)展了系統(tǒng)科學(xué)中歷來(lái)強(qiáng)調(diào)的相互作用的思想，使得進(jìn)化的觀念具體化了，落實(shí)了。這里把適應(yīng)性的思想，從生物學(xué)中引入了系統(tǒng)研究的領(lǐng)域。顯然，這對(duì)于系統(tǒng)科學(xué)的思想方法是非常有用的充實(shí)和擴(kuò)展，這進(jìn)一步豐富了系統(tǒng)思想的內(nèi)容。第三，把宏觀和微觀有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)。它通過(guò)主體和環(huán)境的相互作用，使得個(gè)體的變化成為整個(gè)系統(tǒng)的變化的基礎(chǔ)，統(tǒng)一地加以考察。極端的還原論的觀點(diǎn)是把宏觀現(xiàn)象的原因簡(jiǎn)單地歸結(jié)為微觀，否認(rèn)從微觀到宏觀存在著質(zhì)的增加。另一種比較普遍的觀念是：把統(tǒng)計(jì)方法當(dāng)作從微觀向宏觀跨越的唯一途徑或唯一手段。應(yīng)當(dāng)承認(rèn)，基于概率論的統(tǒng)計(jì)方法確實(shí)是從微觀到宏觀的重要橋梁之一。宏觀系統(tǒng)的某些屬性可以理解為微觀個(gè)體的某些屬性的統(tǒng)計(jì)量，如氣體溫度之于分子的動(dòng)能，總體國(guó)民教育素質(zhì)之于每個(gè)社會(huì)成員的教育程度。這顯然是重要的，正確地反映了微觀與宏觀關(guān)系的一個(gè)方面。然而，問(wèn)題在于，這是不是反映宏觀和微觀關(guān)系的唯一方法?曾有人作過(guò)這樣的計(jì)算：如果地球上的有機(jī)物只是由于按照統(tǒng)計(jì)規(guī)律的偶然結(jié)合而產(chǎn)生的話，那么，從地球誕生到今天，連第一個(gè)蛋白質(zhì)分子都還沒(méi)有產(chǎn)生!顯然，除了統(tǒng)計(jì)規(guī)律之外，一定還存在著其他的機(jī)制或渠道，它們同樣也建立起微觀與宏觀之間的聯(lián)系。CAS理論則在這方面給我們提供了一條新的思路。如果個(gè)體沒(méi)有主動(dòng)性(比如氣體中的分子)，那么，它們的運(yùn)動(dòng)和相互關(guān)系的確只要用統(tǒng)計(jì)方法加以處理就行了。支配這樣的系統(tǒng)的，確實(shí)主要(zhuyao)就是統(tǒng)計(jì)規(guī)律。然而，如果個(gè)體是“活”的，有主動(dòng)性和適應(yīng)性，以前(yiqian)的經(jīng)歷會(huì)“固化”到它的內(nèi)部。那么，它的運(yùn)動(dòng)和變化，就不再是一般的統(tǒng)計(jì)方法所能描述的。例如前面講到的分化過(guò)程，顯然不是(bdshi)只靠統(tǒng)計(jì)方法所能加以說(shuō)明的。所以，在微觀和宏觀的相互關(guān)系問(wèn)題上，CAS理論提供了區(qū)別于單純的統(tǒng)計(jì)方法的、新的理解。如果(rUgM)把這種想法加以推廣，把宏觀和微觀看作是相對(duì)的層次的話，那末，它為我們認(rèn)識(shí)、理解、跨越層次提供了十分有益的思路。第四，引進(jìn)了隨機(jī)因素的作用(zuoyong).使它具有更強(qiáng)的描述和表達(dá)能力?？紤]隨機(jī)因素并不是CAS理論所獨(dú)有的特征。然而CAS理論處理隨機(jī)因素的方法是很特別的。簡(jiǎn)單地說(shuō)，它從生物界的許多現(xiàn)象中吸取了有益的啟示,其集中表現(xiàn)為遺傳算法(GeneticAlgorithm，簡(jiǎn)稱GA)。關(guān)于遺傳算法，本書的第四章已經(jīng)進(jìn)行了比較詳細(xì)的討論，這里只是就其特色略加說(shuō)明。一般的，常見(jiàn)的考慮隨機(jī)因素的方法是引入隨機(jī)變量，即在變化(bi2nhu2)的某一環(huán)節(jié)中引入外來(lái)的隨機(jī)因素，按照一定的分布影響演變的過(guò)程。這種方式中隨機(jī)因素的作用是“暫時(shí)(zMshD”的，只在一個(gè)特定的步驟上起作用。它只是通過(guò)其對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的某些指標(biāo)產(chǎn)生(chansheng)定量的影響。在這種影響過(guò)后，事物只是在狀態(tài)參數(shù)上有所變化，而運(yùn)作的規(guī)律、內(nèi)部的機(jī)制并沒(méi)有質(zhì)的變化。形象地說(shuō)，系統(tǒng)不會(huì)因此而“進(jìn)化(jinhua)"o顯然，這正是前面(qianmian)所說(shuō)的，把系統(tǒng)的元素看作“死''的對(duì)象所導(dǎo)致的局限性的表現(xiàn)。而遺傳算法的基本思想則在于：隨機(jī)因素的影響不僅影響狀態(tài)，而且影響組織結(jié)構(gòu)和行為方式?！盎睢钡?，具有主動(dòng)性的個(gè)體會(huì)接受教訓(xùn)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，并且以某種方式把“經(jīng)歷”記住，使之“固化”在自己以后的行為方式中。正因?yàn)檫@樣，CAS理論提供了模擬生物、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等復(fù)雜系統(tǒng)的巨大潛力，明顯地超越了以往的一般的隨機(jī)方法。正是由于以上這些特點(diǎn)，CAS理論具有了與其他方法不同的，具有特色的，新的功能和特點(diǎn)。二、個(gè)體是怎樣適應(yīng)和學(xué)習(xí)的在這些概念的基礎(chǔ)上，霍蘭德通過(guò)三個(gè)步驟，建立了描述他所定義的具有主動(dòng)性的主體的基本行為模型，即對(duì)于個(gè)體是怎樣適應(yīng)和學(xué)習(xí)的理解和描述。這三步是：建立行為(xingw^i)系統(tǒng)的模型，(PerformanceSystem)確立(quell)信用確認(rèn)的機(jī)制(CreditAssignment)提供發(fā)現(xiàn)規(guī)則(guiz6)的手段(RuleDiscovery)以下(yixia)我們分別說(shuō)明這三步的具體思路。刺激(頸)——響應(yīng)模型這一步的目標(biāo)是要用一種統(tǒng)一的方式，來(lái)表達(dá)各種系統(tǒng)中的主體的最基本的行為模式。出發(fā)點(diǎn)是基本的刺激反應(yīng)模型。(Stimulus-ResponseModel)例如，一只青蛙看到小蟲飛過(guò)，便伸出舌頭去捕食。這里的刺激就是“小物體靠近”，而反應(yīng)則是“伸出舌頭”。類似地，對(duì)于“大物體靠近”的反應(yīng)則可能是“逃避”。按照現(xiàn)代信息處理的一般思路，這里的規(guī)則，包括條件和反應(yīng)，都可以表示為字符串，如在第一位用零表示沒(méi)有物體靠近，而用一表示有物體靠近，在第二位分別用零和一表示小物體和大物體。這樣一來(lái)，上述第一個(gè)刺激就可以用“10”表示，而第二個(gè)刺激則表示為“11”。同樣，反應(yīng)也可以通過(guò)編號(hào)和二進(jìn)制，表示為字符串。把兩個(gè)字符串連起來(lái)，前半段是條件，后半段是反應(yīng)。用遺傳算法的說(shuō)法，這就是“染色體"(Chromosome)。如圖1所示。每個(gè)主體內(nèi)部都存儲(chǔ)著許多條這樣的規(guī)則，規(guī)則越多越細(xì)，個(gè)體的行為就越精巧。刺激C(STIMULUS)反應(yīng)M(RESPONSE)規(guī)則：IF(小物體靠近)THEN(捕食)IF(大物體靠近)THEN(逃避)字符串：10011110圖1染色體的表示方法這里涉及以下幾個(gè)(jige)概念：*輸入(shiM)環(huán)境(包括其他個(gè)體(geti))的刺激*輸出(shichl)個(gè)體的反應(yīng)(一般(yTban)是動(dòng)作)*規(guī)則——對(duì)什么樣的刺激，作出怎樣的反應(yīng)的規(guī)則*探測(cè)器一一接受刺激的器官*反應(yīng)器一一作出反應(yīng)的器官它們之間的關(guān)系及消息流如圖2所示消息序列匹配規(guī)則庫(kù)00...IF(00...)THEN(00001)01...IF(01...)THEN(00010)10...IF(10...)THEN(00011)11...IF(11...)THEN(00100)再匹配探測(cè)器反應(yīng)器刺激環(huán)境反應(yīng)圖2刺激——反應(yīng)行為系統(tǒng)按一般的想法，所有的規(guī)則都應(yīng)當(dāng)互相一致，既不重復(fù)(每一個(gè)刺激只有一種確定的反應(yīng))也不遺漏(每一個(gè)刺激必然有唯一的一條規(guī)則與之相對(duì)應(yīng))，否則就是有矛盾，系統(tǒng)就會(huì)被認(rèn)為是處于錯(cuò)誤的狀態(tài)。如果這樣看待，那就和一般的“IF??THEN”沒(méi)有什么差別了然而，正是在這里，CAS理論引進(jìn)了一個(gè)重要的思想。它認(rèn)為，這種看法和要求不適用于復(fù)雜系統(tǒng)的建模，恰恰相反，應(yīng)當(dāng)把這些規(guī)則看作是有待于測(cè)試和認(rèn)證的假設(shè)。進(jìn)化的過(guò)程正是要提供多種多樣的選擇，因而需要有矛盾、沖突和不一致，而不是避免或消除它們。所以，這里的規(guī)則(或按遺傳算法稱為染色體)應(yīng)當(dāng)足夠多而且有選擇的余地，它們之間不但可以，而且需要有矛盾和不一致。當(dāng)然，為了真正進(jìn)行操作，需要在這些規(guī)則之間建立一種進(jìn)行比較和選擇，進(jìn)而進(jìn)行淘汰的機(jī)制，這將是下一步——信用確認(rèn)的任務(wù)。行為系統(tǒng)說(shuō)明了主體在某個(gè)時(shí)刻的能力。行為系統(tǒng)的三個(gè)主要部分(bdfen)是：一個(gè)探測(cè)器，一個(gè)IF/THEN規(guī)則集合和一個(gè)反應(yīng)器。探測(cè)器代表了主體從環(huán)境中抽取信息的能力，IF/THEN規(guī)則代表了處理這些信息的能力，而反應(yīng)器則代表了它反作用于環(huán)境的能力。這三種元素都是抽象的，已經(jīng)剔除了特定機(jī)制的細(xì)節(jié)，所以可應(yīng)用于不同種類的主體。仔細(xì)分析探測(cè)器的概念，我們就能更進(jìn)一步理解在這樣的建模過(guò)程中，丟失了什么(sh6nme)、獲得了什么?？贵w使用的探測(cè)器依賴于局部的化學(xué)鍵的排列，而有機(jī)體的探測(cè)器顯然與它們的感官相對(duì)應(yīng)，商業(yè)公司的探測(cè)器的功能則通過(guò)它的各種部門來(lái)完成。在每種例子中，都有各自的有趣的問(wèn)題，即從環(huán)境中抽取信息的特殊的機(jī)制。但是在這里，我們把這些問(wèn)題暫且放在一邊，而把注意力集中在產(chǎn)生的信息——主體對(duì)之敏感的環(huán)境特性上。我們利用(llybng)這樣一個(gè)事實(shí)，任何這種信息可以用二進(jìn)制串表示，此處叫做消息。這樣一來(lái)，我們就得到了用統(tǒng)一的方式描述主體抽取環(huán)境信息的機(jī)制的能力。對(duì)主體內(nèi)部處理信息的能力，我們有著同樣的考慮。具體機(jī)制是多種多樣的，但我們把注意力集中在信息的處理上。把IF/THEN規(guī)則與消息結(jié)合起來(lái),我們得到了如圖9.2.2所示的表達(dá)方式：IF(如果在消息中有某類型的消息)THEN(作出相應(yīng)的反應(yīng))。這樣一來(lái)，我們就已經(jīng)舍棄了特定的主體處理信息所用的具體機(jī)制的細(xì)節(jié)。例如，在研究胚胎(p&tai)發(fā)育中基因開(kāi)和閉的連續(xù)過(guò)程時(shí)，我們就暫時(shí)舍棄了關(guān)于抑制和反抑制(repressionandderepression)等特殊機(jī)制的細(xì)節(jié)。但我們保留了事情發(fā)展階段的描述，以及信息在每個(gè)階段的反饋。總的來(lái)說(shuō)，我們獲得了這樣一種能力，可以在計(jì)算機(jī)上描述系統(tǒng)進(jìn)行信息處理的能力。由于很多規(guī)則同時(shí)起作用，我們獲得了描述復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)分布式的活動(dòng)的一種自然的方式。適應(yīng)度的確認(rèn)(queren)和修改為了對(duì)規(guī)則進(jìn)行(jinxing)比較和選擇，首先要把假設(shè)的信用程度定量化，為此我們給每一條規(guī)則一個(gè)特定的數(shù)值，稱為強(qiáng)度(Strength)，或者按照遺傳算法的名稱，稱之為適應(yīng)度(Fitness)o每次需要使用規(guī)則的時(shí)候，系統(tǒng)按照一定的方法加以選擇。選擇的基本想法是：按照一定的概率選擇，具有較大強(qiáng)度或適應(yīng)度的規(guī)則有更多的機(jī)會(huì)被選用。在這個(gè)基本算法的基礎(chǔ)上，還可以加入并行算法和缺省層次等思想，使得規(guī)則的選擇更加靈活，更加符合現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)行為。信用確認(rèn)(queren)的本質(zhì)是向系統(tǒng)提供評(píng)價(jià)和比較規(guī)則的機(jī)制。當(dāng)每次應(yīng)用規(guī)則之后，個(gè)體將根據(jù)應(yīng)用的結(jié)果修改強(qiáng)度或適應(yīng)度。這實(shí)際上就是“學(xué)習(xí)(xu6xf)”或"經(jīng)驗(yàn)(jingyan)積累”。在遺傳學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)和心理學(xué)的定量分析與研究中，為了解決這個(gè)問(wèn)題，經(jīng)常是根據(jù)要求，對(duì)感興趣的對(duì)象賦與一定的數(shù)值。例如，對(duì)染色體賦以適應(yīng)度，對(duì)貨物賦以效用值，對(duì)行為賦以一定數(shù)量的獎(jiǎng)賞。但是，問(wèn)題是非常微妙的?？紤]一個(gè)有機(jī)體的行為。一般地，進(jìn)化的機(jī)制是建立在一定的內(nèi)部分析器中的。專門的探測(cè)器隨時(shí)記錄著各種不同類型的資源(如食物、水等)的狀態(tài)或數(shù)量。有機(jī)體的行為就是要保持這些“儲(chǔ)備倉(cāng)庫(kù)”不要“空”，并且能不斷增加。規(guī)則強(qiáng)度的增加或減少取決于儲(chǔ)蓄倉(cāng)庫(kù)的狀態(tài)變化。顯然，現(xiàn)實(shí)的市場(chǎng)中和生物界的競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象，就是這種描述適應(yīng)性主體競(jìng)爭(zhēng)行為的信用確認(rèn)技術(shù)的背景。信用確認(rèn)機(jī)制的意義在于，它提供了把定量研究與定性研究有機(jī)地結(jié)合起來(lái)(qilai)的途徑。本來(lái)，所謂“好''和“壞”，“成功(ch^nggOng)”和“失敗(shib2i)”，“優(yōu)勢(shì)(yOush])”和“劣勢(shì)("shD”都是定性的概念，它們雖然在適應(yīng)過(guò)程中常常被使用，然而卻帶有很大的主觀性和隨意性。因此，在它們的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步討論學(xué)習(xí)”、“適應(yīng)”、“積累經(jīng)驗(yàn)”就更困難了。信用確認(rèn)機(jī)制則提供了實(shí)際的度量方法。這樣建立起來(lái)的機(jī)制從根本上講是定量的，因?yàn)樗写_切的數(shù)字為基礎(chǔ)。然而，它又不是一般意義下的、簡(jiǎn)單地試圖用一個(gè)數(shù)或一組數(shù)來(lái)衡量復(fù)雜事物的定量方法，而是基于一個(gè)包含著不同的、以至相互矛盾的規(guī)則集合。這些規(guī)則之間的區(qū)別顯然是定性的、質(zhì)的差別。這里的結(jié)合點(diǎn)在于“實(shí)踐”，即對(duì)于環(huán)境所作出的反應(yīng)的結(jié)果，或者說(shuō)就是與環(huán)境相互作用的過(guò)程，即適應(yīng)過(guò)程。通過(guò)定量的“積累經(jīng)驗(yàn)”的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)定性的“規(guī)則篩選”的目標(biāo)。這種思想方法是具有新意的。再加上下一段馬上就要講到的創(chuàng)造和發(fā)現(xiàn)新規(guī)則的機(jī)制，就更顯示出了其超出傳統(tǒng)方法的優(yōu)越之處。新規(guī)則的產(chǎn)生經(jīng)過(guò)與環(huán)境的對(duì)話與交流，已有的規(guī)則就能夠得到不同的信用指數(shù)。在這個(gè)基礎(chǔ)上，下一步的要點(diǎn)就是如何發(fā)現(xiàn)或形成新的規(guī)則，從而提高個(gè)體適應(yīng)環(huán)境的能力。這里的基本思想是，在經(jīng)過(guò)測(cè)試后較成功的規(guī)則的基礎(chǔ)上，通過(guò)交叉組合(crossover),突變(mutation)(見(jiàn)圖3)等手段(shbuduM)創(chuàng)造出新的規(guī)則來(lái)。需要注意的是，由于在這里是基于經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行新規(guī)則的創(chuàng)造，所以比純粹根據(jù)概率去查找和測(cè)試一切可能性要快得多，效率高得多。這些我們將在后面有關(guān)的例子中看到。交叉組合和突變使得我們可以進(jìn)一步創(chuàng)造出新的規(guī)則。為了理解它們的作用，可以回顧一下我們?cè)谶\(yùn)籌學(xué)中所經(jīng)常采取的方法，在狀態(tài)空間或解室向中進(jìn)行的搜索(sOusuo)。為了尋找最優(yōu)解，或者可行解，許多算法提供了各種各樣的思路，但是由于空間規(guī)模太大，許多算法往往難以實(shí)際使用。顯然，從理論上這些算法都是正確的，然而在許多情況下，完全靠蠻力去測(cè)試和尋找，實(shí)在無(wú)異于大海撈針。這里介紹的方法(主要是GA算法)則開(kāi)辟了另一條思路：從經(jīng)驗(yàn)中積累，從已有的規(guī)則出發(fā)。讓成功可能性比較高的規(guī)則產(chǎn)生出新的規(guī)則，再讓實(shí)際與環(huán)境交互的過(guò)程篩選出比較有效的規(guī)則和構(gòu)筑塊，進(jìn)而產(chǎn)生更有效的規(guī)則。依賴已有的成果，考慮實(shí)際應(yīng)用的結(jié)果，這就是這種新的思路的特點(diǎn)，也正是它具有更大潛力的原因所在。交叉(jiaocha)組合：父輩交叉子輩1110###1110##1CROSSOVER000###1000####交叉點(diǎn)突變(tCibiM):1110###MUTATION1010###突變(tubian)點(diǎn)圖3交叉組合與突變規(guī)則發(fā)現(xiàn)，即合理假設(shè)的生成，集中在經(jīng)過(guò)測(cè)試的構(gòu)筑塊的使用上。過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)會(huì)直接體現(xiàn)出來(lái)，而創(chuàng)新也有著廣闊的空間。這種構(gòu)筑塊重新組合的特殊方法在遺傳學(xué)上用的很多，但任何一個(gè)具有普遍性的過(guò)程都可以用這種方法抽象出來(lái)。用構(gòu)筑塊的思想，我們甚至可以描述神經(jīng)生理學(xué)的理論。在神經(jīng)生理學(xué)的理論中，細(xì)胞集合就是幾千個(gè)相互交叉的能夠自己保持回響(self-sustainedreverberation)的神經(jīng)元集合。一個(gè)細(xì)胞集合的運(yùn)行有點(diǎn)像通過(guò)普通標(biāo)志結(jié)合在一起的小規(guī)則(guize)簇。多個(gè)細(xì)胞集合的行為是并行的，通過(guò)大量的觸突廣泛地傳播消息(脈動(dòng))(所謂觸突，就是神經(jīng)元連接的地方——一個(gè)神經(jīng)元原可能會(huì)有上萬(wàn)個(gè)觸突)。細(xì)胞集合通過(guò)招募新兵(加入其它細(xì)胞集合的部分)和分化瓦解(分成作為后代的片段)競(jìng)爭(zhēng)神經(jīng)元。我們很容易把這個(gè)過(guò)程看成是經(jīng)過(guò)測(cè)試的構(gòu)筑塊重組。此外，多個(gè)細(xì)胞集合可以集成為(chengwei)叫做相序列(Phasesequences)的大結(jié)構(gòu)。事實(shí)上，在各種不同類型的問(wèn)題領(lǐng)域中，不難發(fā)現(xiàn)都有極其相似的現(xiàn)象。由于標(biāo)志在規(guī)則的結(jié)合和提供后續(xù)活動(dòng)方面起著如此重要(zhongyao)的作用，注意，它們也擁有構(gòu)筑塊，這一點(diǎn)很關(guān)鍵。標(biāo)志，實(shí)際上就是出現(xiàn)在規(guī)則的條件和運(yùn)作部分的模式。這樣的話，它們的操作就與規(guī)則的其它部分一樣了。已經(jīng)確認(rèn)的標(biāo)志一一在強(qiáng)規(guī)則中發(fā)現(xiàn)(faxian)的那些——會(huì)育出相關(guān)的標(biāo)志，提供新的結(jié)合、新的族和新相互作用。標(biāo)志總是試圖(sh浦)通過(guò)缺省的層次，向內(nèi)部模型的框架加入新鮮血液(相關(guān)的事物)，以此來(lái)豐富內(nèi)部模型。有了這些定義和相應(yīng)的過(guò)程，我們就有了統(tǒng)一的方式，去描繪CAS中適應(yīng)性主體的行為了。適應(yīng)性主體統(tǒng)一描述的可能，給我們能夠真正在一個(gè)公共的框架中描繪所有的CAS帶來(lái)了希望。不同CAS的交叉比較有了新的意義，因?yàn)榭梢杂靡环N公共的語(yǔ)言做到這一點(diǎn)。我們能夠把在一個(gè)CAS中突出和明顯的機(jī)制，轉(zhuǎn)化到另一個(gè)機(jī)制可能模糊但卻很重要的CAS上。搜索中，對(duì)于一般原理的比喻和其它的指導(dǎo)更為豐富了。搜索變得更為直接、更為有希望了。要想明白這樣做的結(jié)果，進(jìn)行比較是有益的。比如把胚胎(p&tai)比喻為城市，它們是極為相似的東西。如果我們看看四個(gè)世紀(jì)前紐約的起源，并在時(shí)間上做些適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，城市的發(fā)展和胚胎的生長(zhǎng)確實(shí)很相似。二者都在生長(zhǎng)和變化。二者都發(fā)展了內(nèi)部的邊界和子結(jié)構(gòu)，擁有了用于通訊和資源傳輸?shù)牟粩嗤晟频幕A(chǔ)設(shè)施。二者都適應(yīng)內(nèi)部和外部的變化，在小范圍內(nèi)保持關(guān)鍵的功能，因而維持了內(nèi)聚力。并且，通過(guò)不斷加強(qiáng)基礎(chǔ)，二者都擁有大量的適應(yīng)性主體一方是各種各樣的公司和個(gè)人，另一方是形形色色的生物(shengwu)細(xì)胞。三、從個(gè)體(g?tT)到全局——回聲(huisheng)(ECHO)模型位置(w?izhi)和資源現(xiàn)在我們從微觀轉(zhuǎn)向宏觀，在前面所定義的主體模型的基礎(chǔ)上，建立整個(gè)系統(tǒng)的宏觀模型，霍蘭德稱之為回聲模型——ECHO模型。從微觀到宏觀的過(guò)渡歷來(lái)是一個(gè)難題。不只在系統(tǒng)科學(xué)中，而且在經(jīng)濟(jì)學(xué)中(微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)和宏觀經(jīng)濟(jì)學(xué))，在生物與環(huán)境科學(xué)中(生物個(gè)體與生態(tài)系統(tǒng))，在社會(huì)科學(xué)中(心理學(xué)與社會(huì)學(xué))都存在著這個(gè)問(wèn)題?，F(xiàn)在，我們?cè)谇懊娼⒌木哂羞m應(yīng)性的主體的模型的基礎(chǔ)上，來(lái)建立由這樣的個(gè)體組成的復(fù)雜系統(tǒng)的模型。我們已經(jīng)講過(guò)，傳統(tǒng)科學(xué)的這個(gè)問(wèn)題上的偏頗主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面，一方面，往往忽視層次之間的質(zhì)的差別，總是試圖用一個(gè)固定的、統(tǒng)一的模式去套不同層次的問(wèn)題，或者簡(jiǎn)單地把宏觀的、系統(tǒng)的屬性當(dāng)作統(tǒng)計(jì)規(guī)律看待。另一方面，把兩者完全割裂開(kāi)，切斷它們之間的有機(jī)的聯(lián)系，如在經(jīng)濟(jì)學(xué)中長(zhǎng)期把微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)和宏觀經(jīng)濟(jì)學(xué)截然分開(kāi)，回避其間的矛盾和不一致。我們(w。men)仍然分三步走，首先定義資源和位置(Site),然后提出一個(gè)基本模型，在此基礎(chǔ)上補(bǔ)充一些更復(fù)雜的屬性，形成最終的模型。為了給主體一個(gè)進(jìn)行(jinxing)活動(dòng)的外部環(huán)境，我們首先定義兩個(gè)概念。第一個(gè)概念是資源，資源的意義十分廣泛。例如現(xiàn)實(shí)生活中的水井或泉水，它可以不斷地向主體提供(HgOng)所需要的某種物質(zhì)或能量。類似地在經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中，銀行就起著提供資金的作用。另一個(gè)概念(g2ini2n)是位置(site)。我們可以用城市去理解它。它是一個(gè)可以容納若干個(gè)體活動(dòng)的“容器(r6ngqD“，具有一定的環(huán)境條件與資源條件，例如“溫度”，“服務(wù)水平”等。個(gè)體可以在位置之間移動(dòng)和選擇。各個(gè)位置之間還有“距離”等概念。這就象一般計(jì)算機(jī)模擬中的環(huán)境參數(shù)一樣。不難體會(huì)出這兩個(gè)概念的背景一一生物學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)。生物界的土地、水分、空氣、食物、養(yǎng)料等等都是資源。在經(jīng)濟(jì)管理中，資金、原材料、能源、人力、技術(shù)、信息等等也都是資源。然而，在CAS理論中，資源的含義要更廣泛，更抽象。任何系統(tǒng)中，為了維持這些“活”的、有主動(dòng)適應(yīng)能力的主體的生存與發(fā)展，必定要消耗或使用某種資源。事實(shí)上，它們不僅是生存的條件，而且是生存質(zhì)量的標(biāo)志。資源太少，少到一定程度，主體就會(huì)“餓死”。而資源豐富到一定程度，主體就會(huì)“繁殖”，分出或產(chǎn)生出新的主體。此外，主體還具備加工資源的能力。它可以用幾種不同的資源生產(chǎn)出新的資源，例如一個(gè)工廠用不同的原材料，再加上必要的人力資源，能源生產(chǎn)出某種產(chǎn)品。所有這些方面的性質(zhì)，就是CAS理論所提出的資源概念的含義。顯然，它的內(nèi)涵是十分豐富的。同樣(t6ngy2ng)地，位置的概念也是從許多實(shí)際情況中抽象出來(lái)的。它可以是某個(gè)市場(chǎng)，某個(gè)城市(在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域)，也可以是某個(gè)樹(shù)林，某個(gè)湖泊(在環(huán)境和生物科學(xué)領(lǐng)域中)。對(duì)于系統(tǒng)中的個(gè)體來(lái)說(shuō)，位置是它們活動(dòng)的“場(chǎng)所(changsu①”。不同的場(chǎng)所對(duì)于主體的生存和活動(dòng)來(lái)說(shuō)，提供了若干基礎(chǔ)條件：資源的充裕程度，相鄰的主體的數(shù)量與情況，以及發(fā)展的空間與余地等等。此外(ciw2i),主體的主動(dòng)性還表現(xiàn)在它們可以在位置之間移動(dòng)，即選擇適合于自己生存的，更為適宜的位置，正象動(dòng)物的遷移，人口的遷移等等。這樣一來(lái)，為了構(gòu)筑宏觀系統(tǒng)的模型，除了主體(zhuti)之外，又定義了資源和位置。這幾個(gè)概念互相結(jié)合，就形成了下面說(shuō)的回聲模型。ECHO模型(moxing)的基本框架在這個(gè)基本模型中，主體具有最簡(jiǎn)單的功能一一尋找交換資源的其他主體，與其他主體進(jìn)行資源交流，保存及加工資源。為此，主體要有三個(gè)基本部分：主動(dòng)標(biāo)識(shí)(offenceflag)——用于主動(dòng)地與其他主體聯(lián)系和接觸。被動(dòng)標(biāo)識(shí)(defenseflag)用于其他主體與自己聯(lián)系時(shí)決定應(yīng)答與否。資源庫(kù)(reservoir)用于存儲(chǔ)的加工資源。這樣，這個(gè)主體的基本情況就如圖9.3.1所示主體資源庫(kù)主動(dòng)標(biāo)識(shí)被動(dòng)(bOidbng)標(biāo)識(shí)圖4ECHO模型(mixing)中主體的基本模型它們功能包括：主動(dòng)與其他主體接觸，同時(shí)也對(duì)其他主體的接觸進(jìn)行應(yīng)答，如果匹配成功則進(jìn)行資源交流，在自己內(nèi)部存儲(chǔ)(Enchu)與加工資源，如果資源足夠，則繁殖新的主體。在此基礎(chǔ)上，整個(gè)(zhengge)ECHO模型成為如下的情況：整個(gè)系統(tǒng)(xltbng)包括若干個(gè)位置，每個(gè)位置中有若干個(gè)主體，主體之間進(jìn)行交往，交流資源和信息。這就是最基本的ECHO模型。需要說(shuō)明的是，霍蘭德在構(gòu)筑CAS理論時(shí)用的是歸納法。他是在大量研究具體案例的基礎(chǔ)上，歸納出這些概念，而不是先給出一個(gè)定義，再進(jìn)行演繹推理。許多豐富的含義是隨著討論的深入逐步展開(kāi)的。這樣做是否會(huì)降低這一理論的嚴(yán)格性和科學(xué)性呢?事實(shí)證明并非如此，恰恰是這種做法，使得這一理論具有豐富的內(nèi)涵，給人以許多啟示。而且作為一個(gè)剛剛開(kāi)發(fā)的新領(lǐng)域，這種做法更加有利于開(kāi)拓思路，引導(dǎo)思考，而避免過(guò)早地限制自己的思想，束縛自己的手腳。當(dāng)然，這并不排斥在發(fā)展中逐步完善化、嚴(yán)格化。ECHO模型的擴(kuò)充當(dāng)然，這個(gè)基本的ECHO模型還過(guò)于簡(jiǎn)單，無(wú)法描述復(fù)雜的系統(tǒng)行為?；籼m德在此基礎(chǔ)上逐步增加各種功能，形成了擴(kuò)展的ECHO模型。在《隱藏的秩序》一書中，他進(jìn)行了初步的擴(kuò)充，先后加入了以下一些功能：——增加(zQngji盯交換條件”的概念，即在主動(dòng)標(biāo)識(shí)與被動(dòng)標(biāo)識(shí)相符的條件(tiaojian)T，還要加上某種交換條件的確認(rèn)。比如，在采購(gòu)原料時(shí)，并不只是有某種原料就行，還要考慮價(jià)格和質(zhì)量。增加(zQngjia)"資源(ziyuan)轉(zhuǎn)換"的概念，即主體具備加工，利用和重組資源的能力。增加(zQngjia)這一功能為主體的分工和專門化打下了基礎(chǔ)?！黾印罢澈?(adhesion)的概念，即若干主體通過(guò)建立固定的聯(lián)系，成為一個(gè)多主體的聚合體在系統(tǒng)中一起活動(dòng)。顯然，它的來(lái)源是生物界的共生體以及經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中的企業(yè)集團(tuán)。——增加“選擇交配"(Selectivemating)的概念，即主體可以有選擇地與其他主體結(jié)合，通過(guò)交叉組合形成新的更強(qiáng)