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复杂性科学

作者:
魏一鸣
来源:
中国科普网
2013/10/26 00:00
   1.复杂性科学研究的现状与问题 
 
    复杂性科学是用以研究复杂系统和复杂性的一门方兴未艾的交叉学科。虽然它还处于萌芽时期,但已被有些科学家誉为是“21世纪的科学”。 
 
    复杂性科学研究的复杂系统涉及的范围很广,包括自然、工程、生物、经济、管理、政治与社会等各个方面;它探索的复杂现象从一个细胞呈现出来的生命现象,到股票市场的涨落、城市交通的管理、自然灾害的预测,乃至社会的兴衰等等,目前,关于复杂性的研究受到了世界各国科学家们的广泛关注。1999年,美国《科学》杂志出版了一期以“复杂系统”为主题的专辑,这个专辑分别就化学、生物学、神经学、动物学、自然地理、气候学、经济学等学科领域中的复杂性研究进行了报道。由于各学科对复杂性的认识和理解都不一样,所以该专辑避开术语上的争论,采用了“复杂系统”这个名词。概括起来,复杂系统都有一些共同的特点,就是在变化无常的活动背后,呈现出某种捉摸不定的秩序,其中演化、涌现、自组织、自适应、自相似被认为是复杂系统的共同特征。
 
    涌现机制是复杂系统出现各种激动人心现象、图案和模式的共同表征,这里既包括灾难式的突现,也包括创新式的涌现。涌现的数学、物理学、生物学和社会学表征及其临界点将成为认识复杂系统的重要标志。复杂系统中宏观结构的涌现往往孕育于其自组织的机制,这在生物学和社会学中均不乏例证。自组织还是复杂系统对环境产生自适应性的一个重要的调整机制。自适应性表征了复杂系统在系统层次上的自身调控能力。复杂系统与各层次子系统之间往往具有一定的自相似性,可以利用分形来加以描述。
 
    目前国内许多研究计划中都在支持或关注着它们的发展,如国家自然科学基金委员会自1999年起,专门设立了复杂性科学研究的专项基金,并已有大量的科研人员,特别是青年科技人员从事这方面的研究工作。 
 
    2.经济、金融复杂系统模拟技术 
 
    社会层次的复杂系统因为具有思维能力的人的介入而变得更为复杂。典型的如社会经济系统、金融系统、企业组织管理系统等,在这类系统中,因人的参与所产生的不确定性、投机性及主客体易位等特征赋予了额外的复杂性。如何将描述复杂系统的动力学理论引入经济学,探讨在危机涌现时的行为是管理科学的重要问题。
 
    经济、金融系统复杂性研究是复杂性科学研究的非常活跃的领域。本次论坛重点讨论的是近年来在经济、金融系统复杂性研究中的一些最新的成果,例如:
  • 元胞自动机在股票市场投资行为模拟研究
  • 非线性动力学与社会心理学
  • 对复杂性科学及其研究内容的思考
  • 复杂自适应系统的策略观DDD被动组件产业案例
  • 经济系统中的优化和演化
  • 经济系统的密度周期性研究
 
    3.自然系统、人体系统复杂性模拟技术 
 
    人体系统中以脑、心脏的复杂性为标志,尤以脑的高级功能活动为典型。脑的思维意识可视为自组织神经集群的整体动态功能,需要探讨动态神经功能的群体涌现过程和意识的动力学基础。自然复杂系统研究的一个重要方面是灾害系统的相互作用的演化复杂性研究。它们都是复杂性科学与自然系统、人体系统相结合的范例。在本次论坛中与会代表介绍了他们在有关研究计划支持下所取得的一些研究成果,例如:
  • 基于SWARM的洪水灾害时空演化研究
  • 地理信息系统中的复杂性分析
  • 基于遗传算法的水资源系统优化技术
  • 全球碳循环模拟研究
  • 水资源系统中的复杂性研究
  • 心脏中的动力学
 
    4.软技术与软方法 
 
    软技术与软方法专题是针对各类不同的复杂系统的复杂性研究存在的共性DDD研究方法问题开展研讨。包括:复杂系统的动力学与建模的研究;复杂系统结构、功能与行为的研究;复杂系统的度量、辨识、预测与评价;复杂系统的演化、涌现、自组织、自适应、自相似的机理;复杂系统中的策划与调控;人D机结合的综合集成复杂系统与复杂性研究的典型方法,如:演化计算、元胞自动机、多智能体等。

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