復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)(CAS)理論

第十講復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)(x】t6ng)(CAS)理論

復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)(ComplexAdaptiveSystem,以下簡(jiǎn)稱CAS)理論是美國霍蘭

(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)(啕ngg4)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—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)雜的演化過程。CAS理

論雖然提出不久，但是(嶼nsh〕)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(fUz白)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0諳”豆。)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)o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)各種基金來支持跨學(xué)科的研究工作。不久前，它被

評(píng)為全美國最優(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)0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。

(-)CAS理論(m加)的核心思想——適應(yīng)(shlylng)產(chǎn)生復(fù)雜性

復(fù)雜適應(yīng)(shlying)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(zh%D(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程中，不斷地“學(xué)習(xí)(xu6x()”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)上逐步派生出來的。”

復(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?；籼m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(1T1加)的基本概念

系統(tǒng)中的個(gè)體(get。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)詞本來是經(jīng)濟(jì)學(xué)中的

用語，表示代理人或代理商的意思?；籼m借用。位y6ng)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(hGxin)的概念，霍蘭進(jìn)一步提出了研究適應(yīng)和演化過程

中特別要注意的七個(gè)有關(guān)概念。它們是：

聚集(jCijj)aggregation

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“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——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(yAnbiAn)過程中，較小的、較低層次的個(gè)體通過某種特定

的方式結(jié)合起來，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(tezheng)。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)；原來的

個(gè)體不僅沒有消失，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(yjyj)。

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(chibie)的。把層次之間的差別僅僅理解為量的差別，是一

種常見的誤解。然而，層次之間的質(zhì)的差別究竟是怎樣涌現(xiàn)出來的。在這里，

聚集也起了關(guān)鍵的作用。關(guān)于層次的問題，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(duiyti)非線性的理解。正因?yàn)槿绱耍籼m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(qfidAo)是否通暢，周轉(zhuǎn)迅速到什么程度，都直接影響系統(tǒng)的

演化過程。

自古以來人們就認(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(fenx：)和設(shè)計(jì)，也是從流

的分析人手，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)值得注意的重要問題。

多樣性：在適應(yīng)過程中，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(zuizhong)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，這是一個(gè)

很大的進(jìn)步。長期以來，人們誤以為世界的統(tǒng)一性就意味著單一性。經(jīng)過了二

十世紀(jì)科學(xué)的多方探索，今天我們已經(jīng)開始承認(rèn)和認(rèn)真地面對(duì)多樣性了。生物

的多樣性已經(jīng)成為國際論壇上的熱門話題，已經(jīng)以國際公約的形式表達(dá)了人們

的共識(shí)。文化的多樣性也已經(jīng)得到了越來越多的認(rèn)同。其實(shí)，馬克思早就表示

過這樣的意見，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，蘋

果的味道和梨的味道根本沒有必要相同。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

過程(gubchCng)?；籼m德指出，正是相互作用和不斷適應(yīng)的過程，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)合起來看，這就是系統(tǒng)從宏觀

尺度上看到的"結(jié)構(gòu)(ji6gM"的"涌現(xiàn)(ybngx論n)”,即所謂(su6w€i)"自組織(zUzhT)

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)(chCngrM),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，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——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(guAnj論n)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)?？梢灶A(yù)見，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(訶)的作用，開辟新的思

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)(xltbng)來說，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，我們需要深入考慮

的就是這樣一些問題：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回答這些問題的。概括地

說，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，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)以及近年來廣為傳播的“面向?qū)ο蟮姆椒ā笔峭耆恢碌摹?/p>

霍蘭德在他的報(bào)告(悅0g臺(tái)0)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。

通過這七個(gè)方面的表述，主體的特點(diǎn)就充分的表現(xiàn)出來了：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(ITlCm)思想的獨(dú)特之處。正是這一特點(diǎn)，給CAS理論帶來了巨大的發(fā)展空

間。

(三)CAS理論(ITICin)的主要特點(diǎn)

CAS理論(1an)的核心思想——"適應(yīng)(shiying)產(chǎn)生復(fù)雜性”，具有十分重要的

認(rèn)識(shí)論上的意義。可以說，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)方面來加以說明。

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(Element----AdaptiveAgent),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，相互作用的過程中

形成和產(chǎn)生的。在這里既沒有脫離整體，脫離環(huán)境的個(gè)體，也沒有抽象的，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(jiCishi)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(xingwCi)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(mCidi)”的問題，也可以在這里得到比較合理的理解和解釋0超揖)，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?。以往的建模方法往往把個(gè)體本身的內(nèi)部屬性放在主要位置，而

沒有把個(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(guanx〕)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“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的“增值”。復(fù)雜系統(tǒng)的豐富多彩的行為正是

來源于這種“增值”。這種相互作用越強(qiáng)，系統(tǒng)的進(jìn)化過程就越加復(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，這里并沒有一個(gè)凌駕于所有(subyiu)個(gè)體之上的整體

的“代表（d臺(tái)ib匕o）"。對(duì)于每一個(gè)個(gè)體而言，整體的作用（zudybng）正是通過其他

個(gè)體表現(xiàn)出來的。同樣，每一個(gè)個(gè)體對(duì)于別的個(gè)體也起著“環(huán)境（h*nj〕ng）”的作

用（zudydng）,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，每一個(gè)個(gè)體都不能獨(dú)自代表全局。這就較好地說明了整體與個(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)展過程。這就是說，在系統(tǒng)演化的早期，個(gè)體的潛力，或者說潛

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，相互作用是“可

記憶”的，它表現(xiàn)為進(jìn)化過程中每個(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。它通過主體和環(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(zh閃ao)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(yiq諂n)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程，顯然不是(3shi)只靠統(tǒng)計(jì)方法所能加以

說明的。

所以，在微觀和宏觀的相互關(guān)系問題上，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(rUgub)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(zudyGng),使它具有更強(qiáng)的描述和表達(dá)能

力。

考慮隨機(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，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明。

一般的，常見的考慮隨機(jī)因素的方法是引入隨機(jī)變量，即在變化(bi^nh吟)的

某一環(huán)節(jié)中引入外來的隨機(jī)因素，按照一定的分布影響演變的過程。這種方式

中，隨機(jī)因素的作用是“暫時(shí)(z臺(tái)nsh?！钡?，只在一個(gè)特定的步驟上起作用。它只

是通過其對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的某些指標(biāo)產(chǎn)生(chmnsh?ng)定量的影響。在這種影響過后,

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)制并沒有質(zhì)的

變化。形象地說，系統(tǒng)不會(huì)因此而“進(jìn)化(jinh象)"。顯然，這正是前面(qi臺(tái)nmian)

所說的，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：

1.建立行為(xingwCi)系統(tǒng)的模型，(PerformanceSystem)

2.確立(qu劭信用確認(rèn)的機(jī)制(CreditAssignment)

3.提供發(fā)現(xiàn)規(guī)則(guTzC)的手段(RuleDiscovery)

以下(yix論)我們分別說明這三步的具體思路。

(-)刺激(疝)——響應(yīng)模型

這一步的目標(biāo)是要用一種統(tǒng)一的方式，來表達(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，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，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"0同樣，反應(yīng)也可以通過編號(hào)和二進(jìn)制,

表示為字符串。把兩個(gè)字符串連起來，前半段是條件，后半段是反應(yīng)。用遺傳

算法的說法，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：10......01

11……10…….

圖1染色體的表示方法

這里涉及以下幾個(gè)(jig?)概念：

*輸入（shdrCO——環(huán)境（包括其他個(gè)體（g的））的刺激

*輸出（shijchU）----個(gè)體的反應(yīng)（一般（yibGn）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——接受刺激的器官

*反應(yīng)器——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

息序列規(guī)則庫

匹配

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(bUfen)

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程中，丟

失了什么(sh6nme)、獲得了什么。抗體使用的探測(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

通過它的各種部門來完成。在每種例子中，都有各自的有趣的問題，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(Dydng)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，

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,

我們得到了如圖922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，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(peitai)發(fā)育中基因開和閉的連續(xù)

過程時(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。總的來說，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。

(二)適應(yīng)度的確認(rèn)(quGrGn)和修改

為了對(duì)規(guī)則進(jìn)行①nxing)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)。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)(qu€r6n)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)(xu6

xi)"或"經(jīng)驗(yàn)(jTngy2n)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，問題是非常微妙的。考

慮一個(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)備倉庫”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)蓄倉庫的狀態(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（qi面）的途徑。本來,所謂“好"和‘壞’，“成功（changing）”和“失?。╯hib曲"，

"優(yōu)勢(shì)（yGush〕）”和“劣勢(shì)（nshi）”都是定性的概念，它們雖然在適應(yīng)過程中常常被

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，或者說就是與環(huán)境相互作用的過程，即適應(yīng)過

程。通過定量的“積累經(jīng)驗(yàn)”的過程，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。

（三）新規(guī)則的產(chǎn)生

經(jīng)過與環(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)過測(cè)試后較成功的規(guī)則的基礎(chǔ)上，通過交叉組合

(crossover),突變(mutation)(見圖3)等手段(shbudunn)創(chuàng)造出新的規(guī)則來。需要

注意的是，由于在這里是基于經(jīng)驗(yàn)來進(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(sOusub)。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)

在無異于大海撈針。這里介紹的方法(主要是GA算法)則開辟了另一條思路：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0話och&)組合:父輩交叉子輩

1110###1110##1

CROSSOVER

000###1000####

交叉點(diǎn)

突變(tUbian)：1110###MUTATION1010###

突變(tUbi*n)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)過測(cè)試的構(gòu)筑塊的使用上。過去的

經(jīng)驗(yàn)會(huì)直接體現(xiàn)出來，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)具有普遍性的過程都可以用這種方法抽

象出來。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)像通過普

通標(biāo)志結(jié)合在一起的小規(guī)則（guiz6）簇。多個(gè)細(xì)胞集合的行為是并行的，通過大

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)有上萬個(gè)觸突）。細(xì)胞集合通過招募新兵（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)過程看成

是經(jīng)過測(cè)試的構(gòu)筑塊重組。此外，多個(gè)細(xì)胞集合可以集成為（chCngwGi）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（zhdngyao）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

To已經(jīng)確認(rèn)的標(biāo)志——在強(qiáng)規(guī)則中發(fā)現(xiàn)（fAx詒n）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〕tO）通過缺省的層

次，向內(nèi)部模型的框架加入新鮮血液（相關(guān)的事物），以此來豐富內(nèi)部模型。

有了這些定義和相應(yīng)的過程，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帶來了希望。不同CAS的交叉比較有了新的意義，因?yàn)?/p>

可以用一種公共的語言做到這一點(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e國面)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)展和胚胎的生長確實(shí)很相似。二者都在生長和變

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?/p>

善的基礎(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(shengwCO細(xì)胞。

三、從個(gè)體(get!)到全局——回聲(huisheng)(ECHO)模型

(―)位置(wVizhi)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。

從微觀到宏觀的過渡歷來是一個(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)問題?，F(xiàn)在，我們?cè)谇懊娼⒌木哂?/p>

適應(yīng)性的主體的模型的基礎(chǔ)上，來建立由這樣的個(gè)體組成的復(fù)雜系統(tǒng)的模型。

我們已經(jīng)講過，傳統(tǒng)科學(xué)的這個(gè)問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，切斷它們之間的有機(jī)的聯(lián)系，如在經(jīng)濟(jì)學(xué)中長期

把微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)和宏觀經(jīng)濟(jì)學(xué)截然分開，回避其間的矛盾和不一致。

我們(Wbmen)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5nxmg)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(tigOng)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(g臺(tái)in匕n)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(rbngqi)”，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——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(t6ngy臺(tái)ng)地，位置的概念也是從許多實(shí)際情況中抽象出來的。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)體來說，位置是它們活動(dòng)的"場(chǎng)所(chmngsu

d)-o不同的場(chǎng)所對(duì)于主體的生存和活動(dòng)來說，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(ciw豆i),

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，為了構(gòu)筑宏觀系統(tǒng)的模型，除了主體(zhED之外，又定義了資源

和位置。這幾個(gè)概念互相結(jié)合，就形成了下面說的回聲模型。

(二)ECHO模型(m6xjng)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——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(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

資源庫主動(dòng)標(biāo)識(shí)

被動(dòng)(b^idbng)標(biāo)識(shí)

圖4ECHO模型(m6xjng)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)(cUnchO)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)(zh聞gg?)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)剛剛開發(fā)的新領(lǐng)域，這種做法

更加有利于開拓思路，引導(dǎo)思考，而避免過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。

(三)ECHO模型的擴(kuò)充

當(dāng)然，這個(gè)基本的ECHO模型還過于簡(jiǎn)單，無法描述復(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(zengjia)“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(ti

aojian)T,還要加上某種交換條件的確認(rèn)。比如，在采購原料時(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(z?ngjiA)"資源(zTyuSn)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(z?ngjia)這一功能為主體的分工和專門化打下了基礎(chǔ)。

——增加“粘合”(adhesion)的概念，即若干主體通過建立固定的聯(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，通過交叉組合形成新的更強(qiáng)的主體。

——增加“條件復(fù)制”(ConditionalD叩licate)的功能，即主體在資源充裕，

條件適宜的情況下，復(fù)制增加自身的功能。

通過這一步步的擴(kuò)充，E