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复杂性科学中的几个误区与偏见

张江

   很多人不了解复杂性科学,或者认为抓不到复杂性科学的根源东西。这有很多原因,其中一个就是存在很多认识上的误区和偏见。在这里,我希望通过这篇文章让初学者能够走出这些误区。

1、什么是复杂系统?

    现在复杂系统、复杂性科学已经成为了焦点。然而大部分人其实还是不明白究竟什么才算是复杂系统。国内有一种流行的偏见就是:复杂的、宏观的、大规模的系统就是复杂系统。这种认识和看法虽然不能算完全错误,然而它不利于我们认识复杂性科学。实际上,复杂性科学研究的复杂系统的确是复杂的、宏观的系统,然而更加本质的一个方面是,这些系统都具有一种被人们称为“涌现”的行为和属性!复杂性科学就是研究涌现的科学。

    什么是涌现呢?涌现就是大量简单的单元相互作用的在系统级别上才能观察到的一些新属性和现象。所以,复杂性科学其实又不是一个很“复杂”的学问,因为它强调研究简单的个体!比如对蚂蚁群体的认识,人们如果从蚁群的角度来入手就会发现问题非常复杂,因为蚂蚁群体的行为过于不确定、让人摸不到头脑,这是一种复杂性。然而复杂性科学采用完全不同的思路,我们可以直接从单个蚂蚁入手来分析问题,这样会发现问题简单的多。因为每个蚂蚁实际上行为规则可能特别简单,这就很容易建立出蚂蚁的计算模型。所以复杂性科学强调计算机模拟,把简单蚂蚁的模型建出来以后,就可以让他们在计算机中自发的演化,而涌现出复杂的现象。这样看,复杂性科学其实是用简单的模型来研究复杂现象的一门科学。可能明白了这个思路,大家就不难入门了。

2、对生物学隐喻的偏见

    在复杂系统的研究文献中,人们通常会看到诸如:进化、种群、遗传、基因、生态圈等等生物学概念。而对于一般的工科专业人员来说,对这样的概念可能会感觉陌生、可怕。由于传统的生物学理论一直在强调生物的化学基础、现象学、分类学等方面,所以工科人士一般不是生物学家,会对这些概念排斥。复杂系统理论总在讨论这些,这就会让更多的人对它感觉非常陌生甚至抵触和厌恶。

    然而这是一种偏见!实际上,复杂系统中的生物学不是我们通常理解的关于生命的组成物质、化学性质、分类学层面的认识,复杂性科学强调的是生物的广义形式,或者说是一种从数学和物理的角度对生物学的认识。因此复杂性科学要运用大量的有关生物科学的隐喻而不是实实在在的生物学。

    举个例子,复杂系统理论总在强调适应、进化、自然选择。而自然界的适应、进化以及自然选择是强烈依赖于生物的基因属性、行为属性等等,如果局限在对一个具体生物的进化适应的圈子里就会被生物表面的五花八门所迷惑而让人觉得索然无味。但是复杂性科学研究进化则完全是抽象的规则。我们可以用一串0101代码比喻成生物的基因,这一串01代码串相互作用会产生很多更大的集合,他们就是生物个体。而自然选择机制则完全有可能是一个抽象的函数。采用这样的比喻,我们发现,其实复杂系统研究的是抽象的自然选择与进化,与实在的生物没有关系!

3、对计算机模拟的偏见

    很多人也看过复杂性科学中的大量计算机仿真模型。但很多人可能会认为那不过是一些有趣的“电脑游戏”。但事实上,很多有意义的事实正是蕴含在这些计算机模型中。复杂性科学一再强调对客观世界中的复杂系统的理解而并不一定是精确的预测,而计算机模拟是对真实复杂系统的一个很好的比喻。所以“电脑游戏”虽然看起来不像正规的科学,它既不用瓶瓶罐罐的做实验,也不用大量的数学演算推导,然而它对客观世界的揭示往往是深刻的。

    在人们不了解一个方格代表的具体涵义的时候是很难懂得别人做的复杂系统模型的。所以,计算机模拟的关键问题还是在于对该模型的解释,而不仅仅是那一堆枯燥的数据。模型也不仅仅是一些简单的电脑游戏,它是有意义的对于真实世界的比喻。

4、复杂性科学是实用的科学么?

    答案当然是肯定的。不过这需要我们重新定义用途本身,而不应该用传统科学的标准来衡量复杂性科学。比如,经典的科学往往喜欢强调最优模型,强调对系统的优化和控制。虽然复杂系统也有不少很有新意的优化模型,然而整体来讲,复杂性科学并不关心“最优”的问题。它更加关心的是“适应”的问题。虽然采用复杂系统的方法提出来的方案完全不能用传统科学的优化标准来衡量,但是复杂系统中的灵活适应性其实更具普遍性。现代计算机的发展已经编辑到人类生活的各个领域,然而目前最让人恼火的一个问题就是计算机根本不具有灵活适应行!因为传统的指令系统只要求计算机按照人的意愿作对事情,而不是让它去适应。这一点,复杂性科学则刚好能够弥补传统计算机的不足。

    复杂性科学指出,实际上自然的系统并不存在一个大的优化函数,让生活在自然中的人们不断地去优化它。大自然只有不停的变化,而人们所作的就是不停地去适应变化。所以传统观念上人们总希望把事情作对的想法可能并不正确,取而代之的是建造出灵活适应的系统。

 5、如何理解整体论与还原论

    翻开复杂性科学的论文,人们常常会看到整体论与还原论的争执。也常常会看到综合集成法和分解方法的争论。什么是整体论、集成综合的方法呢?其实广义的说,集成综合方法就是一种自然的、让系统自我发展的方法。而还原论的方法是一种他组织的方法。

    举两个具体的例子。考虑我们教育小孩子,如果按照复杂系统的哲学观点,这个小孩就应该自发的发展,而不是填鸭式的给他灌输知识,这样小孩子就能够在他自己的世界里不停地自组织、涌现。按照还原论的方法则会认为小孩子需要做对事情,就必须要家长的干预。虽然你的干预可能在一两件具体的事情上让孩子学会正确的做法,但是孩子失去了自我学习、自我发展的动力,因而也不会自组织。另外一个例子是企业管理。按照整体论哲学,企业中的各个组成部分会自发的组合起来涌现出灵活适应性,而还原论的方法则强调领导的作用。

   理解了整体论与还原论也就不难理解为什么复杂系统模型中总要求人们减少对系统的设计,那就是因为只有把人的主观的设计思想尽量的抽走,才能让系统自发的去组织。而如果加入更多的干预是不能促进系统的自发增长的。