第四章復(fù)雜性一

第四章復(fù)雜性一第1頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三科學(xué)何處去？完美的、均衡的世界？自上而下的分解分析方法？數(shù)學(xué)？復(fù)雜性的增長(zhǎng)和混沌邊緣的繁榮自下而上的自然涌現(xiàn)方法計(jì)算機(jī)模擬第2頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的層次性物理，化學(xué)－－簡(jiǎn)單系統(tǒng)與簡(jiǎn)單巨系統(tǒng)生物，生態(tài)，－－復(fù)雜系統(tǒng)復(fù)雜巨系統(tǒng)社會(huì)，精神系統(tǒng)，－－開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)普適性－－理論的基礎(chǔ)，特殊性－－應(yīng)用的基礎(chǔ)對(duì)稱性破缺－－創(chuàng)新的基礎(chǔ)第3頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)秉復(fù)雜性：結(jié)構(gòu)：維數(shù)，次數(shù)，階數(shù)性態(tài)：屬性、功能、價(jià)值行為：穩(wěn)定性，確定性，可控性，主體性演化：突現(xiàn)，臨界，自組織，他組織認(rèn)識(shí)復(fù)雜性復(fù)雜性的量度：信息量，資源，難度第4頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三系統(tǒng)復(fù)雜性1、開放性與環(huán)境和其它系統(tǒng)進(jìn)行相互作用，交換物質(zhì)、能量、信息。保持和發(fā)展系統(tǒng)內(nèi)部的有序性與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。２、涌現(xiàn)性內(nèi)部元素通過非線性相互作用，在宏觀層次上產(chǎn)生出新的、元素所不具有的整體屬性，表現(xiàn)為整體斑圖，模式等。３、演化性（不可逆性，自組織，混沌性）通過與環(huán)境和其它系統(tǒng)的相互作用與內(nèi)部的自組織，是系統(tǒng)發(fā)展到新的階段，表現(xiàn)出階段性、臨界性、完成系統(tǒng)演化的生命周期。４、非線性結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，表現(xiàn)出多元性、非對(duì)稱性、非均勻性、非線性（Bifurcation、Chaos、、Fractal）。行為復(fù)雜性，表現(xiàn)出學(xué)習(xí)，自適應(yīng)性，混沌同步，混沌邊沿，隨機(jī)性。認(rèn)識(shí)復(fù)雜性，表現(xiàn)為不確定性，描述復(fù)雜性與計(jì)算復(fù)雜性５、網(wǎng)絡(luò)性：系統(tǒng)內(nèi)部和系統(tǒng)之間的相互作用可以看成由節(jié)點(diǎn)、邊（連接）構(gòu)成的體系。出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性：小世界特征與無標(biāo)度特征。第5頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三什么是復(fù)雜系統(tǒng)？復(fù)雜系統(tǒng)是具有中等數(shù)目基于局部信息做出行動(dòng)的智能性、自適應(yīng)性主體的系統(tǒng)。特點(diǎn)：中等大小數(shù)目的主體，通俗的講也就是元素不能少，也不能太多智能性和自適應(yīng)性局部信息，沒有中央控制第6頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三數(shù)目簡(jiǎn)單系統(tǒng)無組織的復(fù)雜系統(tǒng)有組織的復(fù)雜系統(tǒng)a)簡(jiǎn)單系統(tǒng)，特點(diǎn)是元素?cái)?shù)目特別少，因此可以用較少的變數(shù)來描述，這種系統(tǒng)可以用牛頓力學(xué)去加以解析。

b)無組織的“復(fù)雜”系統(tǒng)：其特征是元素和變量數(shù)很多，但其間的耦合是微弱的，或隨機(jī)的，即只能用統(tǒng)計(jì)的方法去分析。熱力學(xué)研究的對(duì)象一般就是這樣的系統(tǒng)。

c)有組織的復(fù)雜系統(tǒng)：特征是元素?cái)?shù)目很多，且其間存在著強(qiáng)烈的耦合作用。第7頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三智能性和自適應(yīng)性系統(tǒng)內(nèi)的元素或主體的行為遵循一定的規(guī)則，根據(jù)“環(huán)境”和接收信息來調(diào)整自身的狀態(tài)和行為，并且主體通常有能力來根據(jù)各種信息調(diào)整規(guī)則，產(chǎn)生以前從未有過的新規(guī)則。通過系統(tǒng)主體的相對(duì)低等的智能行為，系統(tǒng)在整體上顯現(xiàn)出更高層次、更加復(fù)雜、更加協(xié)調(diào)職能的有序性。第8頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三局部信息，沒有中央控制在復(fù)雜系統(tǒng)中，沒有哪個(gè)主體能夠知道其他所有主體的狀態(tài)和行為，每個(gè)主題只可以從個(gè)體集合的一個(gè)相對(duì)較小的集合中獲取信息，處理“局部信息”，做出相應(yīng)的決策。系統(tǒng)的整體行為是通過個(gè)體之間的相互競(jìng)爭(zhēng)、協(xié)作等局部相互作用而涌現(xiàn)出來的。最新研究表明，在一個(gè)螞蟻王國中，每一個(gè)螞蟻并不是根據(jù)“國王”的命令來統(tǒng)一行動(dòng)，而是根據(jù)同伴的行為以及環(huán)境調(diào)整自身行為，而是一個(gè)有機(jī)的群體行為。第9頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三復(fù)雜系統(tǒng)理論復(fù)雜系統(tǒng)理論是系統(tǒng)科學(xué)中的一個(gè)前沿方向。它是系統(tǒng)科學(xué)的延續(xù)和發(fā)展。復(fù)雜性科學(xué)被稱為21世紀(jì)的科學(xué)，它的主要目的就是要揭示復(fù)雜系統(tǒng)的一些難以用現(xiàn)有科學(xué)方法解釋的動(dòng)力學(xué)行為。與傳統(tǒng)的還原論方法不同，復(fù)雜系統(tǒng)理論強(qiáng)調(diào)用整體論和還原論相結(jié)合的方法去分析系統(tǒng)。它與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的主要區(qū)別是：模型：系統(tǒng)的模型通常用主體（agent）極其相互作用來描述，或者用演化的變結(jié)構(gòu)描述。目標(biāo)：以系統(tǒng)的整體行為，如涌現(xiàn)（emergence）等作為主要研究目標(biāo)和描述對(duì)象。規(guī)律：以探討一般的演化動(dòng)力學(xué)規(guī)律為目的。例如，冪律（powerlow）,遺傳規(guī)則，自組織臨界性（Self-OrganizedCriticality）等。例如，生物進(jìn)化、核聚變，甚至核戰(zhàn)爭(zhēng)等無法進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜系統(tǒng)在虛擬實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證。它強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)理論與計(jì)算機(jī)科學(xué)的結(jié)合。原胞自動(dòng)機(jī)，人工生命，人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，遺傳算法等都可看作它的虛擬實(shí)驗(yàn)手段。第10頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三復(fù)雜系統(tǒng)的控制復(fù)雜系統(tǒng)的控制是系統(tǒng)科學(xué)、復(fù)雜性科學(xué)及控制理論等的交叉學(xué)科。它是傳統(tǒng)的控制理論的新發(fā)展。一些典型的復(fù)雜控制系統(tǒng)包括：網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的控制。它是控制理論和信息理論及復(fù)雜性科學(xué)的一種結(jié)合。對(duì)未來網(wǎng)絡(luò)化世界的探索具有重大意義。量子控制。量子系統(tǒng)或微粒子系統(tǒng)的控制技術(shù)是國際科技界爭(zhēng)奪的一個(gè)前沿方向。它是控制理論與量子物理、計(jì)算機(jī)科學(xué)及高新技術(shù)的一個(gè)結(jié)合體現(xiàn)。如掃描隧道顯微鏡的計(jì)算機(jī)控制，量子計(jì)算機(jī)的控制原理等，都依賴于量子控制理論。生物系統(tǒng)。生命系統(tǒng)，包括心臟組織的動(dòng)力學(xué)模型研究基于現(xiàn)代控制理論的基因調(diào)控，反饋循環(huán)等在生物系統(tǒng)中起著越來越重要的作用。系統(tǒng)生物學(xué)已經(jīng)成為生命科學(xué)中一個(gè)重要的新方向。第11頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三當(dāng)代的復(fù)雜系統(tǒng)理論以非線性自組織理論為核心的系統(tǒng)理論（歐洲學(xué)派）以圣菲研究所（SFI）為代表的理論框架，其代表性理論是1994年霍蘭提出的CAS（復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)）理論（美國學(xué)派）以開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)理論為核心的理論體系（中國學(xué)派）第12頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三主要內(nèi)容復(fù)雜性研究熱潮復(fù)雜性發(fā)展階段第13頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三系統(tǒng)復(fù)雜性研究的3次熱潮

第一次研究熱潮：

第1次世界大戰(zhàn)后整體論（holism）在美國的誕生完形性（gestalts）創(chuàng)造性的發(fā)展/演化（creativeevolution）第14頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三整體論

holism整體論一詞是由斯馬茨（J．C．Smuts）（1926）創(chuàng)造的。認(rèn)為自然中存在著形成各種整體的趨勢(shì)，相應(yīng)地整體中可以見到部分中見不到的新性質(zhì)。這種性質(zhì)的存在稱為整體性。最初使人們注意生命現(xiàn)象整體性的是德里希（H．Driesch）等。整體論后來由霍爾丹（J．S．Haldane）、德爾肯（B．Dürken）等有所發(fā)展，但其內(nèi)容各學(xué)者有顯著差別。如霍爾丹強(qiáng)調(diào)生物與其環(huán)境之間的不可分離的密切關(guān)系，從兩者一體化的觀點(diǎn)提出整體論。另外也有批評(píng)認(rèn)為整體論多數(shù)是屬于生機(jī)論的，但也有人認(rèn)為整體論是一種辯證唯物論觀點(diǎn)的生命解釋。第15頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三完形或整體形式（德文Gestalt）1912年德國法蘭克福大學(xué)魏特默（M.Wertheimer）、柯勒（W.Kohler）等在《心理學(xué)期刊》發(fā)表《關(guān)于運(yùn)動(dòng)視覺的實(shí)驗(yàn)研究》的報(bào)告，提出格式塔的概念格式塔學(xué)派抓住心理現(xiàn)象的整體形式，研究似動(dòng)知覺。似動(dòng)現(xiàn)象又稱“斐—現(xiàn)象”（thephi-phenomenon），研究在什么條件下，不動(dòng)的東西會(huì)看成動(dòng)的東西，繼之以動(dòng)物的學(xué)習(xí)與思維為專門課題進(jìn)行科學(xué)探討，提出一系列有實(shí)驗(yàn)佐證的“組織原則”，說明知覺主體是按怎樣的形式把經(jīng)驗(yàn)材料組織成有意義的整體。完形學(xué)派通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)“頓悟”（insight）現(xiàn)象，說明解決問題并不按照盲目的“實(shí)驗(yàn)”的方式而依賴于對(duì)情境、目的和解決問題的途徑等各方面相互關(guān)系的新的理解。完形學(xué)派為了使其學(xué)說顯得更加完滿，將場(chǎng)的概念引進(jìn)自己的理論，提出“同形論”（isomorphism）以做為完形存在的基礎(chǔ)。第16頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三CreativeEvolution柏格森《創(chuàng)造進(jìn)化論》CreativeEvolution,NewYork,1911,Introduction柏格森提出一種「生機(jī)的演化論」，他反對(duì)達(dá)爾文的機(jī)械論，認(rèn)為生命自身有它某些有目的的力量，如果沒有它的話，則將無法解釋創(chuàng)造性的演化?！秳?chuàng)造進(jìn)化論》，王珍麗等譯，湖南人民出版社1989年版第17頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三第二次研究熱潮：

第2次世界大戰(zhàn)后

--信息（information）--反饋（feedback）--控制論（cybernetics）--

一般系統(tǒng)（generalsystems）作為反饋控制反饋系統(tǒng)（feedbacksystems），信息理論及數(shù)字計(jì)算機(jī)等所組合形成的《控制論》在二戰(zhàn)后涌現(xiàn)出來。－目的論（teleology）－一般問題求解（generalproblemsolving）－面向目的的自適應(yīng)系統(tǒng)（adaptivegoalorientedsystems）－適應(yīng)性（homeostasis）

第18頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三目的論（teleology）指以目的為依據(jù)解釋事物的特性或行為。目的論解釋肇始于蘇格拉底，系統(tǒng)化于亞里士多德。亞里士多德以后，目的論原則一分為二：一是神學(xué)的外在目的論，成為宗教神學(xué)的重要理論內(nèi)容和證明上帝存在的重要論證；二是理性的內(nèi)在目的論，為科學(xué)（尤其是生物學(xué)）所接受，至今仍在環(huán)境哲學(xué)等領(lǐng)域起作用。亞里士多德的目的學(xué)說是一個(gè)內(nèi)容豐富、論證充分的系統(tǒng)理論，由自然目的、技術(shù)目的和理性目的三部分構(gòu)成。目的因分成四類，即形式因、質(zhì)料因、效果因和目的因。效果因是導(dǎo)致某一效果的原因，它位于效果之前；目的因是一種運(yùn)動(dòng)形式，它并不位于效果之前，而是位于效果之后，是事物的終極原因，效果是這個(gè)運(yùn)動(dòng)形式的一個(gè)組成部分。——目的行為主義等第19頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三動(dòng)態(tài)平衡（homeostasis）機(jī)體內(nèi)環(huán)境中的各種理化因素保持動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)，稱為穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)是內(nèi)環(huán)境恒定概念的引伸與發(fā)展。內(nèi)環(huán)境恒定概念是19世紀(jì)法國生理學(xué)家貝爾納（ClaudBernard）所提出。他認(rèn)為機(jī)體生存在兩個(gè)環(huán)境中，一個(gè)是不斷變化的外環(huán)境，一個(gè)是比較穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境。內(nèi)環(huán)境是圍繞在多細(xì)胞動(dòng)物的細(xì)胞周圍的細(xì)胞外液。內(nèi)環(huán)境的特點(diǎn)是其理化特性及其組成分的數(shù)量和性質(zhì)，處于相對(duì)恒定狀態(tài)，為細(xì)胞提供一適宜的生活環(huán)境，也是維持生命的必要條件。“內(nèi)環(huán)境恒定是（機(jī)體）自由和獨(dú)立生存的首要條件”，這是貝爾納對(duì)生命現(xiàn)象的高度概括。第20頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三美國生理學(xué)家坎農(nóng)（W.B.Cannon）于20世紀(jì)20年代末提出穩(wěn)態(tài)的概念，是對(duì)內(nèi)環(huán)境恒定概念的引伸和發(fā)展。在坎農(nóng)時(shí)期，穩(wěn)態(tài)主要指內(nèi)環(huán)境是可變的又是相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。穩(wěn)態(tài)是在不斷運(yùn)動(dòng)中所達(dá)到的一種動(dòng)態(tài)平衡；即是在遭受著許多外界干擾因素的條件下，經(jīng)過體內(nèi)復(fù)雜的調(diào)節(jié)機(jī)制使各器官、系統(tǒng)協(xié)調(diào)活動(dòng)的結(jié)果，這種穩(wěn)定是相對(duì)的，不是絕對(duì)的，一旦穩(wěn)態(tài)遭破壞，就導(dǎo)致機(jī)體死亡。隨著控制論和其他生命科學(xué)的發(fā)展，穩(wěn)態(tài)已不僅指內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定狀態(tài)，也擴(kuò)展到有機(jī)體內(nèi)極多的保持協(xié)調(diào)、穩(wěn)定的生理過程，例如生命活動(dòng)功能以及正常姿勢(shì)（直立以及行路姿勢(shì)）的維持等；也用于機(jī)體的不同層次或水平（細(xì)胞、組織器官、系統(tǒng)、整體、社會(huì)群體）的穩(wěn)定狀態(tài)；以及在特定時(shí)間內(nèi)（由幾毫秒直至若干萬年）保持的特定狀態(tài)。穩(wěn)態(tài)不僅是生理學(xué)，也是當(dāng)今生命科學(xué)的一大基本概念。它對(duì)控制論、遺傳學(xué)（基因的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)）、心理學(xué)（情緒穩(wěn)態(tài)等）、病理學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)等多種學(xué)科都有重要意義。

第21頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三第三次研究熱潮：近年關(guān)注的題目CatastropheTheory（突變論）ComplexityandChaos（復(fù)雜性和混沌）Complexityandevolution（復(fù)雜性和進(jìn)化）GeneticAlgorithms（遺傳算法）CellularAutomata（元胞自動(dòng)機(jī)）ArtificialLife（智能生命）ArtificialSociety（智能社會(huì)）Artificialsystems（智能系統(tǒng)）OpenComplexGiantsystems（1990年提出的“開放復(fù)雜巨系統(tǒng)”，目前尚未形成從微觀到宏觀的理論體系。）第22頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三Traditional

ArtificialIntelligence（傳統(tǒng)人工智能）physicalsymbolsystemhypothesis（物理符號(hào)系統(tǒng)假設(shè)）symbolicrepresentation（符號(hào)表示）heuristicprogramming（解釋程序）logicalreasoning（邏輯推理）TOP-DOWN第23頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三SituatedArtificialIntelligenceSubsumptionArchitecture（包容體系）

Situatedness（情境人工智能）

Embodiment（體現(xiàn)）

Emergence（涌現(xiàn)）BOTTOM-UPForacreature,intelligencecouldemergefromtheinteractionbetweensomecomponents.Animportantcharacteristic“emergence”ofcomplexitymaybeisfirstrealizedbyProf.

ValeutimoBraitenberg,1984.第24頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三SwarmIntelligence（群集智能）

ArtificialcreatureSyntheticpsychologySwarmintelligence

insects:ants,bees,termites,wasps…findingfood,buildinganest,dividinglaborSwarmintelligenceoffersanotherwayofdesignintelligentsystems,whereautonomy,emergence,anddistributedfunctioningreplaceCONTROL.第25頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三Swarm

intelligence（SI）群集智能是一種研究分散型的自組織系統(tǒng)中的集體行為的人工智能技術(shù)。典型的群集智能系統(tǒng)由一群簡(jiǎn)單的主體構(gòu)成，每個(gè)主體和其它主體以及它們的環(huán)境作局部的交互。盡管通常沒有集中控制機(jī)制來指示這些主體如何協(xié)作，但這些簡(jiǎn)單的局部交互行為通常能涌現(xiàn)出復(fù)雜的全局行為。當(dāng)前主要的幾種群集智能方法包括蟻群算法和粒子群優(yōu)化。第26頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)(OCGS）錢學(xué)森從20世紀(jì)80年代聚一集批科研力量，以開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)(OCGS）理論為學(xué)術(shù)旗幟開創(chuàng)了中國復(fù)雜性研究之先河，被人稱之為錢學(xué)森學(xué)派1990年在《自然雜志》發(fā)表題為《一個(gè)科學(xué)領(lǐng)域——開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)及其方法論》表達(dá)其復(fù)雜巨系統(tǒng)理論的基本觀點(diǎn)。錢學(xué)森提出了處理開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)的方法論，即“從定性到定量的綜合集成法”(meta-synthesis)”綜合集成法就是將專家群體（各方面專家）、數(shù)據(jù)和各種信息計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，把各種學(xué)科的科學(xué)理論知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)結(jié)合起來，使之成為一個(gè)系統(tǒng)，并發(fā)揮出這個(gè)系統(tǒng)的整體優(yōu)勢(shì)和綜合優(yōu)勢(shì)。后來錢學(xué)森又把綜合集成法拓展為“從定性到定量的綜合集成研討廳”體系，主張人－機(jī)結(jié)合，把人的心智的高度靈活性和計(jì)算機(jī)在計(jì)算和處理信息的高性能有機(jī)結(jié)合起來，以致把當(dāng)代人的智慧與古代人的智慧集成起來，形成“大成智慧工程”（Meta-synthetic

Engineering）第27頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三復(fù)雜性研究階段沃爾德羅普認(rèn)為，復(fù)雜性科學(xué)的發(fā)展歷史可以分為三個(gè)階段：研究存在——早期階段研究演化——20世紀(jì)60，70年代綜合研究——第28頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三1早期復(fù)雜性研究早期：三論時(shí)代第29頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三A復(fù)雜性研究的問題一般系統(tǒng)論認(rèn)為：系統(tǒng)即為處于一定的相互關(guān)系中并與環(huán)境發(fā)生關(guān)系的各組成部分的總體。貝塔朗菲認(rèn)為存在著適用于綜合系統(tǒng)或子系統(tǒng)的模式、原則和規(guī)律，而不論種類、組成部分的性質(zhì)和它們之間的關(guān)系或力的情況如何，任務(wù)是確立適用于系統(tǒng)的一般原則。給出了復(fù)雜性研究的主要問題：關(guān)系第30頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三B復(fù)雜性的載體申農(nóng)1948年發(fā)表《通訊的數(shù)學(xué)理論》一文，奠定信息論基礎(chǔ)。申農(nóng)認(rèn)為通訊的基本問題是精確地或近似地在一個(gè)點(diǎn)上再現(xiàn)另一個(gè)點(diǎn)上所選擇的信號(hào)，其中信息源模型是一個(gè)隨即過程。攜帶復(fù)雜性的主要載體：信息第31頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三C復(fù)雜性的方法控制論是自動(dòng)控制、電子技術(shù)、神經(jīng)生理學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、心理學(xué)、數(shù)理邏輯、計(jì)算和技術(shù)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)等多學(xué)科相互滲透交叉的產(chǎn)物。1948年維納出版的《控制論——關(guān)于在動(dòng)物和機(jī)器中控制和通訊的科學(xué)》，為該理論的奠基性著作。產(chǎn)生復(fù)雜性的主要方法：正反饋第32頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三D復(fù)雜性的方向

復(fù)雜系統(tǒng)的發(fā)展方向，不但取決于實(shí)際的狀態(tài)，而且還取決于一種對(duì)未來的預(yù)期（expectation）,兩者的統(tǒng)一是所謂的預(yù)決性。

L.V.Bertalanffy

我們必須用依靠宏觀觀察，只求解決一定時(shí)期的發(fā)展變化的方法。所以任何一次解答都不可能是一勞永逸的。它只能管一定時(shí)期，只能做比較短期的預(yù)測(cè)計(jì)算，過了一定時(shí)期，要根據(jù)新的宏觀觀察對(duì)方法做新的調(diào)整。

錢學(xué)森第33頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三由于許多至關(guān)重要的復(fù)雜社會(huì)過程無法像其他過程那樣進(jìn)行還原分析，因此，社會(huì)科學(xué)是真正的“硬”科學(xué)（HardSciences）。

H.Simon

我對(duì)社會(huì)學(xué)家所處的位置相當(dāng)同情，他們面對(duì)著最復(fù)雜和頑抗的有機(jī)體的最復(fù)雜和困難的現(xiàn)象，卻不能像自然科學(xué)家那樣具有操縱他們所研究的對(duì)象的自由。

R.Lewontin每一個(gè)復(fù)雜的適應(yīng)系統(tǒng)都經(jīng)常在做各種預(yù)期，這種預(yù)期都基于自己內(nèi)心對(duì)外部世界認(rèn)識(shí)的假設(shè)模型之上；它們積極主動(dòng)；在系統(tǒng)中產(chǎn)生行為效果。J.Holland第34頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三2研究演化階段（20世紀(jì)70年代至今）研究主題：復(fù)雜性探索相關(guān)理論：耗散結(jié)構(gòu)理論、超循環(huán)理論、生命系統(tǒng)論、資源物理學(xué)、突變論、混沌理論、自組織和非線性理論等。元胞自動(dòng)機(jī)理論在20世紀(jì)50年代由馮·諾伊曼創(chuàng)立，其產(chǎn)生和形成時(shí)間雖早于其他理論，但也是從離散時(shí)間的角度研究演化的行為，故我們把它歸人復(fù)雜性科學(xué)的第二階

段。復(fù)雜性科學(xué)研究演化，研究系統(tǒng)從無序到有序或從一種無序結(jié)構(gòu)到另一種有序結(jié)構(gòu)的演變過程，其研究方法不是還原分解，而是物理實(shí)驗(yàn)或模型、數(shù)學(xué)模型、計(jì)算機(jī)模擬等，因此其方法論是非還原論的。

根據(jù)理論的形式化和抽象程度，我們把第二階段的復(fù)雜性科學(xué)分為兩類：具體經(jīng)驗(yàn)科學(xué)和形式科學(xué)。第35頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三具體經(jīng)驗(yàn)科學(xué)：耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)和超循環(huán)理論賴以建立的幾個(gè)典型實(shí)驗(yàn)是：貝納德流體實(shí)驗(yàn)、激光和化學(xué)振蕩反應(yīng)。這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和生物體有相同特征，即有序結(jié)構(gòu)的形成和維持需要耗散能量和物質(zhì)。完全有序和完全無序的系統(tǒng)是簡(jiǎn)單的完全的有序是不可能的有序是指系統(tǒng)內(nèi)部的要素和系統(tǒng)之間有規(guī)則的聯(lián)系或轉(zhuǎn)化有序與無序之間的系統(tǒng)呈現(xiàn)的是復(fù)雜性，即有序與無序的相互滲透系統(tǒng)中流動(dòng)的有物流、能量流和信息流，其中物流與能量流是守恒的，信息流不守恒第36頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三系統(tǒng)中有序和無序的轉(zhuǎn)換過程：代表理論如耗散結(jié)構(gòu)理論關(guān)于存在的物理學(xué)與關(guān)于過程的物理學(xué)該理論表明一個(gè)遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)（力學(xué)的、物理的、化學(xué)的、生物的系統(tǒng)等），通過不斷與外界交換物質(zhì)與能量，在外界條件的變化達(dá)到一定閾值時(shí)，可能從原由的混沌無序的雜亂狀態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐粫r(shí)間、空間或功能上的有序狀態(tài)。第37頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三協(xié)同學(xué)從物理學(xué)和化學(xué)系統(tǒng)出發(fā)，研究貝納德流體和激光等非平衡相變明系統(tǒng)中子系統(tǒng)如何協(xié)同作用形成有序結(jié)構(gòu)。協(xié)同學(xué)的數(shù)學(xué)抽象性和普適性程度要高于耗散結(jié)構(gòu)理論，它可推廣應(yīng)用于社會(huì)科學(xué)的研究范圍，如輿論形成、人口動(dòng)力學(xué)、投資模型、經(jīng)濟(jì)模型、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的分析、社會(huì)管理以及戰(zhàn)爭(zhēng)與和平等問題。超循環(huán)理論由德國學(xué)者艾根(M．Eigen)創(chuàng)立于20世紀(jì)70年代，是直接建立在生命系統(tǒng)演化行為基礎(chǔ)上的自組織理論。在超循環(huán)理論出現(xiàn)之前，生命的起源和進(jìn)化分為兩個(gè)階段，即化學(xué)進(jìn)化階段和生物進(jìn)化階段。艾根的研究發(fā)現(xiàn)，把這兩個(gè)階段直接連接起來是困難的，在這兩個(gè)階段之間還應(yīng)該存在著一個(gè)分子自組織的進(jìn)化階段，在此階段中完成從生物大分子到原生細(xì)胞的進(jìn)化。超循環(huán)理論就是研究分子自組織進(jìn)化現(xiàn)象的理論。

第38頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三聰明的阿米巴：細(xì)胞粘菌的聚集芽孢生長(zhǎng)聚集遷移果實(shí)體第39頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三自組織定義：在一定條件下系統(tǒng)通過自我組織自發(fā)形成一種“有序結(jié)構(gòu)”的現(xiàn)象。具體而言，指沒有外界干預(yù)，僅僅只有控制參量變化，通過子系統(tǒng)間的合作，能夠形成宏觀有序結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象。H.

Haken認(rèn)為，從組織的進(jìn)化形式來看，可以把它分為兩類：他組織和自組織。如果一個(gè)系統(tǒng)靠外部指令而形成組織，就是他組織；如果不存在外部指令，系統(tǒng)按照相互默契的某種規(guī)則，各盡其責(zé)而又協(xié)調(diào)地自動(dòng)地形成有序結(jié)構(gòu)，就是自組織。一個(gè)系統(tǒng)自組織功能愈強(qiáng)，其保持和產(chǎn)生新功能的能力也就愈強(qiáng)。例如，人類社會(huì)比動(dòng)物界自組織能力強(qiáng)，人類社會(huì)比動(dòng)物界的功能就高級(jí)多了。

第40頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三形式科學(xué)：突變理論、混沌理論、分形理論和元胞自動(dòng)機(jī)理論有序到無序的過程：混沌態(tài)的含義：通常指具有確定演化規(guī)律卻無法預(yù)測(cè)演化結(jié)果的系統(tǒng)。確定性系統(tǒng)的內(nèi)在隨機(jī)性導(dǎo)致的非平衡無序狀態(tài)。對(duì)初始條件敏感性，初始條件經(jīng)過非線性作用逐級(jí)放大，演化過程中會(huì)導(dǎo)致有重大區(qū)別的結(jié)果。第41頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三形式科學(xué)主要利用數(shù)學(xué)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的演化過程進(jìn)行形式化描述，如利用相空間中的吸引子來描述系統(tǒng)演化的終極狀態(tài)。常見的吸引子有4類，它們分別是：焦點(diǎn)和結(jié)點(diǎn)、極限環(huán)、環(huán)面、奇怪吸引子。焦點(diǎn)和結(jié)點(diǎn)代表系統(tǒng)的平衡態(tài)；極限環(huán)代表系統(tǒng)的周期運(yùn)動(dòng)；環(huán)面代表系統(tǒng)的準(zhǔn)周期運(yùn)動(dòng)；奇怪吸引子表示系統(tǒng)的混沌運(yùn)動(dòng)。4類吸引子分別表示了系統(tǒng)演化的不同的目的性行為。奇怪吸引子是混沌運(yùn)動(dòng)的吸引子，是相空間中的分形點(diǎn)集，具有分?jǐn)?shù)維，需要分形理論來刻畫它。元胞自動(dòng)機(jī)是一種離散的動(dòng)力系統(tǒng)，它和連續(xù)動(dòng)力系統(tǒng)有類似的演化行為和吸引子。元胞自動(dòng)機(jī)可用來模擬生命現(xiàn)象，研究系統(tǒng)的整體突現(xiàn)性質(zhì)。形式科學(xué)中的突變論研究不連續(xù)的突變現(xiàn)象，對(duì)演化中的突變行為給予抽象的、形式的和定量化的描述與說明。突變論由法國學(xué)者托姆(ReneThorn)創(chuàng)立，其主要內(nèi)容為初等突變論。初等突變論的研究對(duì)象是，梯度動(dòng)力系統(tǒng)中的諸平衡點(diǎn)如何隨控制參數(shù)的改變而變化。托姆經(jīng)過研究證明，只要控制變量不多于4個(gè)，突變就只有7種基本類型；當(dāng)控制變量個(gè)數(shù)不大于5時(shí)，初等突變類型增加到11種。

第42頁，共47頁，2023年，2月20日，星期三3綜合研究進(jìn)入第三階段后，復(fù)雜性科學(xué)研究不再是分門別類地進(jìn)行，而是打破了以前的學(xué)科界限，進(jìn)行綜合研究，而且有了專門從事復(fù)雜性科學(xué)研究的機(jī)構(gòu)——

美國圣塔菲研究所。圣塔菲研究所的成立就是為了適應(yīng)科學(xué)發(fā)展中的綜合趨勢(shì)。它成立于1984年5月，其建所的理念之一就是：促進(jìn)知識(shí)統(tǒng)一和消除兩種文化(即斯諾所說的科學(xué)文化和人文文化)之間的對(duì)立。最值得注意的是，該研究所認(rèn)為復(fù)雜性科學(xué)的研究?jī)?nèi)容包羅萬象，幾乎包括傳統(tǒng)自然科學(xué)和人文社會(huì)科學(xué)的全部領(lǐng)域。圣塔菲研究所在復(fù)雜性科學(xué)研究方面所涉及的主要內(nèi)容有：復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)、非適應(yīng)系統(tǒng)(如元胞自動(dòng)機(jī))、標(biāo)度、自相似、復(fù)雜性的度量。其中復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)是圣塔菲研究所集中研究的對(duì)象，而且復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論也是第三階段復(fù)雜性科學(xué)的主要成果。按霍蘭(J．Holland)的意見，復(fù)雜自適應(yīng)系