2022年复杂性科学研究报告现状与展望.docx

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1、精品学习资源复杂性科学讨论现状与展望 1分类: 治理科学与工程2007.8.3 09:20作者： hitshdong|评论： 0 | 阅读： 216中国矿业高校经济与治理复杂性讨论所宋学锋教授讲座PPT的Word版本；1 . 复杂性1.1 复杂性Complexity ）的基本概念1）目前，关于复杂性的概念尚没有统一的说法； 一词的就有 489种；其中涉及算法复杂性、运算复杂性、生物复杂性、生态复杂性、演化复杂性、发育复杂性、语法复杂性，乃至经济复杂性、社会复杂性，凡此种种，不一而足；3）需要说明的是：社会科学领域中相当多数量的“复杂性 ”指的是纷乱、杂多、反复等意思，而并非科学讨论领域中与混沌

2、、分形和非线性相关联的“复杂性”；4）总之，由于复杂性概念在不同的学科领域，讨论对象和采纳的分析方法不同，因而对复杂性概念的定义也不相同，所以，到目前为止，对复杂性仍没有一个严格定义；1.2 2 与复杂性相关的几个概念及其相互关系1）随机性：随机现象是系统内涵不确定而外延确定的表象；近年复杂性讨论的一条重要成果是：随机性并不复杂虽然也有人说随机性是最大的复杂性），历史上不少复杂性的定义其实针对的是随机性，复杂性介于随机和有序之间，是随机背景上无规章地组合起来的某种结构和序；有文献证明，一个同时包含混沌与随机现象的系统，随着时间的演化，对系统起支配作用的将是非线性机制，而非随机因素；2）模糊性：

3、模糊现象是系统内涵确定而外延不确定的表象，可以运用模糊数学的方法削减外延的不确定性；明显，这与复杂性科学的讨论有本质区分；3）简洁性和复杂性简洁性一向是现代自然科学、特殊是物理学的一条指导原就；很多科学家信任自然界的基本规律是简洁的；爱因斯坦曾是这种观点的突出代表者；虽然复杂现象比比皆是，但人们仍是努力要把它们仍原成更简洁的组分或过程；当然的确有不少复杂的事物或现象，其背后的确存在简洁的规律或过程；但是，另一方面也存在大量的事物和现象不能用简洁的仍原论方法进行处理；另外，客观地定义和量度复杂性，与人们对自然界描述体系的复杂性是两回事；这很像是 “美”和“美感 ”的关系；前者应有客观定义，而后者

4、涉及接受者的主观条件；欢迎下载精品学习资源2 . 复杂系统2. 1 复杂系统及其基本特点目前关于复杂系统的定义也不统一，至少有30多种，代表性的有如下一些：1）复杂系统就是浑沌系统 浑沌学派）；2）具有自适应才能的演化系统 Santa Fe）；3）包含多个行为主体 Agent）具有层次结构的系统；4）包含反馈环的系统 Stacey）；5）不能用传统理论与方法说明其行为的系统JohnWarfield）；6）动态非线性系统；7）客观事物某种运动或性态跨过层次后整合的不行仍原的新性态和相互关系本体论的复杂性定义）；本体论复杂性仍可以分为：突变论和混沌的两种） 运动复杂性和 分形的和非稳固性的两种）结

5、构复杂性；它们都具有跨过层次的特点；表现为嵌套、相互连结、相互影响和作用等；8）对客观复杂性的有效懂得及其表达 熟悉论的复杂性定义）；熟悉论意义的复杂性概念也概括了自然科学和技术科学领域关于用描述长度定义复杂性的各种概念和涵义，特殊是关于 “有效复杂性 ”的涵义；虽然目前关于复杂系统的熟悉与定义尚未统一，但是对复杂系统的基本特点的熟悉却比较一样；一般认为复杂系统具有以下特点：1）非线性 不行叠加性）与动态性非线性是产生复杂性的必要条件，没有非线性就没有复杂性；复杂系统都是非线性的动态系统；非线性说明白系统的整体大于各组成部分之和，即每个组成部分不能代替整体，每个层次的局部不能说明整体，低层次的

6、规律不能说明高层次的规律；每个子系统具有相对独立的结构、功能与行为；各组成之间、不同层次的组成之间相互关联、相互制约，并有复杂的非线性相互作用；动态性说明系统随着时间而变化，经过系统内部和系统与环境的相互作用，不断适应、调剂，通过自组织作用，经过不同阶段和不同的过程，向更高级的有序化进展，涌现出特殊的整体行为与特点；2）非周期性与开放性复杂系统的行为一般是没有周期的；非周期性呈现了系统演化的不规章性，系统的演化不具有明显的规律；系统在运动过程中不会重复原先的轨迹，时间路径也不行能回来到它们以前所经受的任何一点，它们总是在一个有界的区域内呈现出一种通常是极其 “无序”的振荡行为；系统是开放的，与

7、外部是相互关联、相互作用的，系统与外部环境是统一的；开放系统不断的与外界进行物质、能量和信息的交换，没有这种交换，系统的生存和进展是不行能的；任何一种复杂系统，只有在开放的条件下才能形成， 也只有在开放的条件下才能维护和生存；开放系统仍具有自组织才能，能通过反馈进行自控和自调，已达到适应外界变化的目的；具有稳固性才能，保证系统结构稳固和功能稳固，具有肯定的抗干扰性；在同环境的相互作用中，具有不断的演化才能；受到自身结构功能和环境的种种参数的约束；3）积存效应 初值敏锐性）初值敏锐性，即所谓的 “蝴蝶效应 ”或积存效应，是指在浑沌系统的运动过程中，假如起始状态略微有一点转变，那么随着系统的演化，

8、这种变化就会被快速欢迎下载精品学习资源积存和放大，最终导致系统行为发生庞大的变化；这种敏锐性使得我们不行能对系统做出精确的长期猜测；4）结构自相像性 分形性）所谓自相像是指系统部分以某种方式与整体相关；分形的两个基本特点是没有特点尺度和具有自相像性；对于经济系统，这种自相像性不仅表达在空间结构上结构自相像性），而且表达在时间序列的自相像性中；一般来说，复杂系统的结构往往具有自相像性，或其几何表征具有分数维；2.2 复杂系统的分类复杂性的种类很多，从不同的角度可以进行不同的分类；以下是两种分类：1）物理自然系统）复杂性、生物复杂性、社会复杂性成思危）；2）主观复杂性与客观复杂性；3 . 复杂性科

9、学3 .1 复杂性科学的定义复杂性科学就是运用非仍原论方法讨论复杂系统产生复杂性的机理及其演化规律的科学；3 .2 复杂性科学的讨论对象安德森指出，复杂性讨论不应像一般语义学或一般系统论那样是“早熟和轻率地”妄想建立包罗万象的构架；而应当留意特定的、可以检验的机制和概念；圣达菲 整体性原理；由于复杂性科学的讨论对象是非线性经济系统，传统的叠加原理失效，因此，不能采纳把讨论对象分成如干个小系统分别进行讨论，然后进行叠加的方法，而只能从总体上把握整个经济系统；这一点也很符合系统科学的思想；2动态性原理；复杂系统必定是动态系统，即与时间变量有关的系统；没有时间的变化，就没有系统的演化，也就谈不上复杂

10、性规律；由于“事物总是进展变化的”；3 宏观与微观相统一的原理；复杂性科学认为，系统的宏观变量大的波动可能来自于组成系统的一些元素的小变化；因此，为了探讨复杂系统宏观变量的变化规律，必需讨论它的微观机制；但由于非线性机制的作用，又不能将系统进行分解，所以说必需将宏观与微观相统一；欢迎下载精品学习资源4确定性与随机性相统一原理；复杂性科学理论说明：一个确定性的经济系统中 可以显现类似于随机的行为过程，它是系统“内在”随机性的一种表现，它与具有外在随机项的非线性系统的不规章结果有着本质差别；对于复杂系统而言， 结构是确定的，短期行为可以比较精确地猜测，而长期行为却变得不规章，初 始条件的微小变化会

11、导致系统的运行轨迹显现庞大的偏差；而对于具有外在随 机项的非线性经济系统，系统的演化规章每时每刻都不确定，因此，无论是长 期行为仍是短期行为都无法界定；3.4 复杂性科学讨论方法1）理论分析方法理论分析是讨论复杂系统的必不行少的重要途径；主要包括对复杂系统进行事前、事中和事后的理论分析；对混沌或复杂系统的判定是事前理论分析的重要内容；2）复杂系统的模型分析方法目前有重要影响的模型方法有：i）混沌动力学模型法 Chaos Dynamics）ii ）符号动力学方法 Symbolic Dynamics）iii ）结构说明模型法 ISM ）iv ）系统动力学方法 System Dynamics）v）复

12、杂适应系统方法 Complex Adaptive System）3）复杂系统的数值运算与模拟方法有关的数值运算方法主要有：i）遗传算法；ii ）演化运算方法；iii ）胞映射方法等；模拟方法主要有：i）系统动力学 System Dynamics）方法；ii ）元胞自动机方法；iii ）SWARM 方法等；欢迎下载精品学习资源复杂性科学讨论现状与展望 2分类: 治理科学与工程2007.8.3 09:21作者： hitshdong|评论： 0 | 阅读： 1844. 复杂性科学讨论现状4.1 复杂性科学的起源与分类国外比较规模化的有关复杂性科学方面的讨论一般认为是在20世纪70岁月末或 8 0岁月

13、中期开头的；经过20多年的进展，复杂性科学取得了长足的进步，目前已经初步形成了以下几个学派：4.2 混沌学派混沌理论的起源：1913年Poincare对微分方程解的灵敏性问题的讨论；1963年Lorenz的试验错误导致初值敏锐性的发觉；1975年李天岩 Li ）与约克 , Ruelle和Takens, R. Day等等；4.3 结构复杂性学派1）起源与进展：美国 Warfield教授1975年开头讨论， 1990年出版了 A Science of Generic Design: Managing Complexity Through SystemsDesign，1994年出版了： A Hand

14、book of Interactive Managemen；t2）复杂性科学的定义：复杂性是指当人们在处理系统问题由于对所讨论问题缺乏足够明白而受挫时，在人脑中所产生的一种的感觉；那些认为复杂性只是所讨论系统的一种特性的人们将会面临找出众多不同待研系统的共同特性的挑战；即使能找到这种特性，也仍会遇到诸如他们如何去处理这些系统而不是仅仅考虑一下，比如：所设计的系统或模型没有任何可观测的特性，那么，他们将不得不说明为什么对有些系统有的人能够搞明白而有些人却一筹莫展；3）结构复杂性科学由以下几部分构成：i）结构复杂性的 20条定律：复杂性定律能帮忙我们鉴别那些为了防止无用劳动而必需克服的障碍，并指出

15、提高效率的途径；ii ）复杂性的度量方法 Metrics）：可以将待研问题的境况 problematic situations）给予数值，以便比较不同的境况；欢迎下载精品学习资源iii ）说明结构模型 ISM ）；换句话说， SBSC是详细描述复杂的组织行为的基本性质、揭示复杂性的规律、供应可以在复杂境况下进行决策的有用方法、和指导解决复杂性问题的科学；4.4 系统动力学派是系统仿真模拟阶段讨论系统动态行为的一种运算机仿真技术；它是福雷斯特于 20世纪70岁月初期创立的；之后，得到了广泛应用；2）新进展：在系统动力学基础上，皮特 圣吉于 1995年出版了著作：第五项修炼 The Fifth D

16、iscipline ），开启了系统动力学进展的新阶段；4.5 复杂适应系统学派1）CAS理论的产生复杂适应系统理论是在 1994年圣塔费讨论所成立十周年时，由享有盛名的J霍兰德教授，在题为 “隐匿的秩序 ”理论是系统科学中引人注目的一个新领域；现代系统科学经受了三个进展阶段：以掌握为主要考虑的“老三论 ”阶段，以自组织现象为主要讨论对象的 “新三论 ”阶段，以复杂性讨论为主流的当前的新的进展阶段；对于复杂性的讨论包括很多方面，其中一个重要的方面是对于复杂性的产生气 制的讨论； CAS理论就是对于这个问题的一种回答；这当然是产生复杂性的机制之一；而不是复杂性的唯独的来源，完全不排斥仍可能会有其他

17、的机制与渠 道；所以，我们认为，复杂适应系统是一类重要的，常见的复杂系统，它从一 个方面概括与抽象出了生物，生态，经济，社会等一大批复杂系统的共同特点；，简称为主体；所谓具有适应性，就是指它能够与环境以及其它主体进 行沟通，在这种沟通的过程中 “学习”或“积存体会 ”，并且依据学到的体会转变自身的结构和行为方式；整个系统的演化或进化，包括新层次的产生，分化和 多样性的显现，新的、聚合而成的、更大的主体的显现等等，都是在这个基础 上显现的；CAS理论把系统的成员看作是具有自身目的与主动性的、积极的“活的”主体；更重要的是， CAS理论认为，正是这种主动性以及它与环境的反复的、相互的作用，才是系统

18、进展和进化的基本动因；宏观的变化和个体分化都可以从个体的行为规律中找到根源；霍兰把个体与环境之间这种主动的、反复的交互作用用“适应性 ”一词加以概括；这就是 CA5理论的基本思想 适应性造就复杂性；3CAS理论的主要特点欢迎下载精品学习资源CAS理论的核心思想 “适应性造就复杂性 ”，具有非常重要的熟悉论意义；可以说，这是人们在系统运动和演化规律的熟悉方面的一个飞跃；这一点可以从以下三个方面来加以说明；i主体是主动的、活的实体；CAS理论正把系统的成员看作是具有自身目的与主动性的、积极的“活的”主体；更重要的是， CAS理论认为，正是这种主动性以及它与环境的反复的、相互的作用，才是系统进展和进

19、化的基本动因；ii 个体与环境的交互；个体与环境 包括个体之间 的相互影响和相互作用，是系统演化和进化的主要动力；个体的相互作用才是整体的基础；当我们说“整体大于部分之和 ”的时候，指的正是这种相互作用带来的“增值”；复杂系统的丰富多彩行为正是来源于这种 “增值”；这种相互作用越强，系统的进化过程就越加复杂多变；iii把宏观和微观有机地联系起来；极端的仍原论观点把宏观现象的缘由简洁地归结为微观，否认从微观到宏观存在着质的增加；另一种比较普遍的观念是：把统计方法当作从微观向宏观跨过的唯独途径或唯独手段；事实上，除了统计规律之外，肯定仍存在着其他的机制或渠道，它们同样也建 立起微观与宏观之间的联系

20、； CAS理论在这方面给我们供应了一条新的思路；假如个体没有主动性 比如气体中的分子 ，那么，它们的运动和相互关系的确只要用统计方法加以处理就行了；支配这样的系统的，的确主要就是统计规律；然而，假如个体是 “活的”，有主动性和适应性，以前的经受会 “固化”到它的内部；那么，它的运动和变化，就不再是一般的统计方法所能描述的；例如前面讲到的分化过程，明显就不是只靠统计方法所能加以说明的；所以，在微观和宏观的相互关系问题上，CAS理论供应了区分于单纯的统计方法的新的懂得；假如把这种想法加以推广，把宏观和微观看作是相对的层次的 话，那么，它为我们熟悉、懂得、跨过层次供应了非常有益的思路；4 CAS的基

21、本原理与方法i）刺激-反应模型、适应度的确认与修改、新规章的产生气制；ii ）SWARM 平台： 1995年Beta版， 1998年For Windows，1999年Java版；4.6 国外讨论现状：国外比较规模化的有关复杂性科学方面的讨论一般认为是在20世纪70岁月末或 8 0岁月中期开头的；第一是对浑沌系统的讨论，我们知道罗伦兹的试验错误导致了浑沌现象的发觉；但是，当时学术界的主流仍旧只留意到强调因果关系的确定性系统，直到1975年，美国数学家李天岩 Li ）和约克 York ）将罗伦兹的发觉一般化，提出了闻名的李约克定理 6，从而正式定义了 “浑沌Chaos）”的概念；浑沌一词的提出引起

22、了学术界极大的爱好； 1976年，美国生物学家梅依 R. M. May ）将李约克理论应用于生物群种的讨论，采纳形象的分枝理论描述李约克定理及浑沌现象 7 ；物理学家瑞勒 Ruelle）和塔肯斯 Takens）也用浑沌理论去阐述流体力学中的百年难题 欢迎下载精品学习资源湍流机理问题；很多经济学家，如：斯徒泽Stutzer）、德依 Day）、贝哈鲍比Benhabib）、谢菲 Shafer）、沃尔夫 Wolff ）、伍德菲德 Woodford）、丹克瑞Deneckere）和普里曼 、格里博士 Greebogi及约克 Yorke 三人第一从理论上提出的浑沌掌握方法，后来简称为 OGY方法；这些成果拉

23、开了运用浑沌理论与方法讨论复杂性的序幕，为人类熟悉和掌握复杂系统开创了新的途径；阿瑟Brain Arther）的酬劳递增率将经济学建立在生物学理论上，它强调个体生命，人们是分散和不同的，历史上的偶然大事、干扰和差异经非线性作用的放大成为驱动力气，因而认为经济系统没有肯定的均衡，永久处在重组、退化和进展之中；盖尔曼 Murray Gell-mann）、考温 George Cowan）、安德逊 PhilipAnderson）等杰出的科学家，提出学科整合和科学应从仍原论向整体论方向发展，并提出了 Agent和Emergence突现）等的概念；荷兰德 Holland）开创了基因算法、分类器系统，推动了

24、神经网络算法的进展，归纳出复杂自适应系统的特点；郎顿 Chris Longton）开创了人工生命理论，推动了元胞自动机理论的进展，提出了复杂吸引子的概念；他认为在不动点吸引子、周期吸引子和古怪吸引子之外仍有一类吸引子为复杂吸引子，及所谓的浑沌边缘状态，在这种状态下系统表现出永恒的新颖性；4.6.1 治理复杂性科学讨论进展1）国外治理复杂性科学讨论进展i）在治理思想方面：对组织治理系统非线性熟悉的突破对组织与变革演化模式的熟悉对机械的组织和确定性变化模式的反省组织系统行为的初值敏锐性 -双环学习理论混沌的边缘 -有界稳固性理论ii ）在治理方法方面： 交互式治理方法治理复杂系统分析与仿真方法：主

25、要有：系统动力学、自适应系统理论Adaptive System Theory）、元胞自动机 Cellular Automata）和自适应行为个体仿真 Adaptive Agent Simulation）等方法；2）国内讨论情形综述：陈平1988）讨论了国外金融市场的混沌问题，首次证明白经济系统也存在混沌现象；宋学锋1992-1998）系统讨论了浑沌经济学的一些基本理论问题，给出了浑沌经济学的定义、界定了浑沌经济学的讨论内容与范畴、系统总结了浑沌的定量特点及其判别方法，以离散浑沌经济系统为对象，讨论其浑沌规律，提出了“区间分析法 ”，以便确定浑沌发生的临界区间；讨论了经济治理系统的复杂性度量问题

26、，提出了浑沌度的概念和运算方法；比较了浑沌经济学与经典经济学的关系、总结出欢迎下载精品学习资源了浑沌经济学的基本原理和讨论方法，形成了浑沌经济学基本的理论框架，在国内领先出版了浑沌经济学理论及其应用讨论的专著；黄登仕、李后强 1993）系统总结了非线性经济模型和讨论方法，并出版了非线性经济学的理论与方法；1992年钱学森提出了 “综合集成研讨厅 ”方法构想，用于分析复杂巨系统；戴汝为讨论了认知复杂性问题并与于景元、王浣尘等合作承担综合集成研讨厅的理 论、方法及应用讨论的重点课题，有望创立有我国独立学问产权的成果；1999年在成思危先生积极推动下，召开了以复杂性科学为主题的香山论坛，并主编出版了

27、复杂性科学探究；组织专家翻译出版了复杂科学讨论丛书：智能优势：组织的复杂性 王浣尘等译， 2000）和组织中的复杂性与制造性宋学锋等译， 2000）；刘洪2001）出版了经济混沌治理；马军海、盛昭翰发表了 “混沌时序的系统重构与猜测技术 ”；曹庆仁、宋学锋 2001）发表了 “基于复杂性科学的企业创新与治理 ”，2001年6月在中国矿业高校召开了第一届全国复杂性学术研讨会 ,标志着我国治理复杂性讨论进入了重要的进展阶段； 2002年8月在上海召开了其次届全国复杂性研讨会；3）存在的主要问题有关复杂性理论的讨论和应用主要局限在物理、生物和经济治理领域，在其它领域，如社会科学和艺术领域的讨论仍相对

28、比较滞后；很多复杂性问题的讨论，特殊是社会科学领域，目前仍主要停留在定性的层面，定量分析和模型的建立仍需要加强；数据的来源不充分，难以满意复杂性分析的需要； 大多数讨论集中表达在理论方面，可操作性不强；从当前的复杂性科学讨论状况我们可以看出，复杂性科学的讨论方兴未艾，复杂性学科尚在初创阶段，各国的讨论水平相差不大；当前的学科交叉性日益显现，科研成果也在向可操作的方向进展，全部这些都给复杂性科学注入了新的活力，复杂性科学的应用前景将更加宽阔；5. 对复杂性科学讨论的几点看法与展望5.1. 几点看法 :1）科学讨论不能从定义而要从对事实的分析动身；2）从本质上讲，复杂性是一种关于过程的科学而不是关

29、于状态的科学，是关于演化的科学而不是关于存在的科学；3）复杂性科学讨论不能过于宽泛而包罗万象；4）复杂性科学讨论应当建立相应的科学规范，使复杂性讨论能健康地“演化”；总之，作为一门新兴的交叉边缘学科，复杂性科学才刚刚产生，其讨论内容、讨论方法和手段都在不断探究与进展之中，复杂性科学方兴未艾，我们任重而道远；5.2. 我国复杂性科学的讨论重点领域与问题欢迎下载精品学习资源1）复杂性科学的基本理论与方法,主要包括： 复杂性科学的基本内涵与基本概念；复杂性的度量方法、复杂系统的辩识与评判方法； 复杂系统的掌握理论与方法；复杂系统的演化与涌现的机理； 复杂系统的数据挖掘技术；复杂系统的演化运算方法；元

30、胞自动机、复杂系统的模拟技术与平台； 复杂系统综合集成研讨厅方法等；2）物理自然）系统复杂性 ,主要包括： 材料损耗、破裂及突变复杂性；成矿演化动力系统复杂性； 湍流的复杂性机理；空气动力学系统的复杂性与天气预报复杂性；物理混沌系统的掌握方法； 灾难复杂性；以上方面，我国已有较好的讨论基础，应进行重点讨论；3）生命系统复杂性 ,主要包括： 基于中医理论的人体经络复杂性； 脑的认知复杂性；人体心脑病变复杂性及其诊断；生态系统演化复杂性等方面都值得进行重点讨论；等人倡议建立；它是一个特地讨论复杂性的机构，只有少数固定编制、多数人员是流淌的，目前的年度预算约为500万美元由私人基金和美国科学基金会支持）；其讨论课题涉及地球上显现生命之前的化学演化和之后的生物演化、哺乳动物的免疫系统理论、人类与动物个体的学习和思维、人类文化和语言的演化、全球经济作为复杂的演化系统、运算机和程序设计的全新战略，等等；该所的运算机条件很好，从核酸大分子、人工生命，到社会组织、股票市场，好像模拟什么像什么；然而，在那里，透过海量的数据和图像，洞悉所得的概念却相对贫乏；在肯定意义上,仍是回到了霍兰德早就提出的自适应系统的概念；1994年，该所召开了建所十年的评估会，人们在会上讲了很多好话，会下却不乏微辞；有人甚至写了题为 “从复杂性到困惑性”的文章；欢迎下载