复杂性科学-【说明书】.docVIP

复杂性科学 21世纪，一大批空前复杂的挑战性问题摆在人类面前，它们不受牛顿式的宇宙观——确定性规律控制，存在演化过程，具有复杂性。无论是从信息或生物角度看，还是从全球问题或人类发展角度看，2l世纪的科学主题是研究复杂性，21世纪的技术特征是面向复杂系统。 复杂系统具有非线性、多样性、多层性、涌现性、开放性、动态性、不可逆性、自适应性等多种复杂特征。因此，研究复杂系统必须从复杂系统自身的特点出发，以系统方法论和唯物辩证法为指导，坚持还原论与整体论相结合、微观分析与宏观综合相结合、确定性分析与不确性分析相结合、定性判断与定量计算相结合、人工智能与专家智能相结合的研究方法。 从系统科学的发展历程看，系统科学萌发于20世纪初，发展于20世纪60年代，这时创立了一般系统论、信息论、控制论等代表性理论；70年代创建了非线性自组织理论，包括耗散结构论、协同论、突变论等，统称为非线性科学；90年代提出了复杂系统理论，称为复杂性科学，它是研究复杂性与复杂系统中各组成部分之间相互作用所涌现出的复杂行为、特性与规律的科学，目前它仍处于萌芽和发展阶段，但已受到国内外科学界的广泛重视。有些科学家把复杂性科学誉为“2l世纪的科学”。 目前，在系统科学研究方面影响较大的学派主要有3个以非线性自组织理论为基本内容的“欧洲学派”，以复杂适应系统理论为代表的“美国学派”，以开放的复杂巨系统理论为核心的“中国学派”。 比利时化学家普利高津提出的耗散结构论(Dissipativity Structure Theory)，德国理论物理学家哈肯提出的协同学(Synergetics)以及法国数学家托姆提出的突变论(Catastrophe Theory)，被人们统称为“新三论”。它们都是跨学科的，又是非线性的，其研究对象都是复杂系统，研究目标都是探索大自然的复杂性，只是从不同角度揭示了复杂现象的规律。 “新三论”或“欧洲学派”研究的基点是：系统的元素是无机物，是“死的”，也就是我们所说的简单巨系统。他们的基本路线是把物理、化学的系统概念和体系拓宽到生物系统、经济系统和社会系统，努力使这些理论普适化，试图构建自然科学与人文科学的桥梁。他们的工作激发了人类用自然科学的精确方式来解读社会与人的精神世界。 在关于复杂性产生的问题上，普利高津等人认为“涨落”在系统进化中起着决定性作用，他们的观点可以归结为：涨落造就复杂性。 什么叫涨落?涨落又称起伏．一个物理、化学系统由千千万万个小分子组成．通常测量的物理量是宏观量，如温度、压力、浓度、密度等，它们反映了微观粒子的统计平均值。但系统在每一时间的实际物理量并不能精确地等于平均值，而是或多或少有些偏差或起伏，这些在平均值附近的起伏摆动称为“涨落”。任何一个宏观系统涨落总是存在的，通常情况下，涨落随生随灭，对系统的宏观行为影响不大，系统仍然保持稳定。但是，如果涨落发生在远离平衡的非线性区，它就不会像在平衡态那样只是对平均值做小的修正，而是通过非线性涨落放大，最终达到宏观整体的巨涨落。这种巨涨落破坏了原有系统结构的稳定性，使系统原有结构发生解体，为系统形成新的有序结构创造了条件。 对系统进化来讲，涨落是系统进化的重要因素，可以来自系统内部，也可以来自系统外部。涨落不可避免，而且是随机的。没有涨落就没有进化。 “新三论”的创立使人类对客观世界的认识水平从平衡态到非平衡态、从确定性到非确定性、从线性到非线性、从连续性到非连续性、从他组织到自组织、从简单性到复杂性推进。它几乎涉及自然科学和社会科学的各个领域，并正在改变人们对客观世界的传统看法，深刻地影响着人们的思维方式和方法。 但是，欧洲学派的非线性自组织理论遇到了求解非线性微分方程的困难，还有待进一步研究。 1984年底，在物理学家、诺贝尔奖获得者盖尔曼等人的发起与鼓动下，美国的一批物理学家、生物学家、计算机学家和经济学家等聚集于新墨西哥州，成立了一个松散的研究团体开展跨学科的交叉研究，称之为圣塔菲研究所(Santa Fe Institute，SFI)1994年，SFI的重要成员、遗传算法的创始人霍兰德提出了复杂适应系统(Complex Adaptive System，CAS)理论，该理论认为系统的复杂性来源于其适应性。 霍兰德总结了自然系统和人工系统中个体的特征，并借鉴经济学中代理人(Agent)的概念，提出了适应性主体(Adaptive Agent)的概念。在CAS中，将具有适应能力的个体称为适应性主体，简称主体，一般又称智能体。例如，在社会系统中的主体一般指人，而免疫系统中将各种抗体作为主体。 CAS的基本思想可以概括为：把系统中的成员称为具有适应性的活的主体，简称主体。所谓主体具有适应性，就是指它能够与环境以及其他主体进行持续不断的交互作用，从中不断地“学习”或“积累经验”、“增长知识”