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复杂性研究简介

复杂性研究简介

作者:
王丹力
来源:
中科院自动化所
2013/07/14 00:00
   系统科学是钱学森教授根据多年的理论研究和实践经验总结出来的现代科学技术体系和知识体系的一个有机组成部分。1986年至90年代初,他亲自指导一个定期的"系统学"讨论班,与一些不同领域的科技人员经常进行广泛的学术交流,形成了一个学术集体,学术研究持续至今。在这些研究工作的基础之上,1990年钱学森、于景元、戴汝为在自然杂志上发表了一篇题为《一个科学的新领域--开放复杂的巨系统及其方法论》的文章。文中提出了开放的复杂巨系统的概念,以及处理这类系统的方法论--从定性到定量的综合集成法.
 
    钱学森教授指出复杂性是开放的复杂巨系统的特征。复杂性问题是开放复杂巨系统的动力学或者开放的复杂巨系统的系统学问题。在复杂系统的研究中,通常是科学理论、经验知识和专家判断力(专家的知识、智慧和创造力)相结合,形成和提炼出经验性假设(判断、猜想),这些经验性假设往往难以用严谨的科学方式证明,但需要经验性数据对其确定性进行检验。从经验性假设出发,通过定量方法得到结论。这一过程是一个人机结合综合集成的过程。综合集成法的实质是将专家群体、数据和各种信息与计算机技术有机地结合起来,把各种学科的科学理论和人的知识结合起来,这三者构成系统。这个方法的成功应用就在于发挥这个系统的整体优势和综合优势。
 
    综合集成法既是一门方法论,又是一门技术,它将贯穿在复杂系统研究的至始致终。这个方法具有以下特点:把人的"心智"与计算机的高性能结合起来;把人的定性认识,上升到定量认识;把不同层次的知识(科学理论和经验知识)综合集成起来;把各种学科结合起来进行研究,把多种领域的科学知识进行综合集成;根据复杂巨系统的层次结构,把宏观研究和微观研究统一起来;充分利用计算机技术、人工智能、信息技术等高新技术。
 
    1992年3月,钱学森教授进一步提出了"从定性到定量综合集成研讨厅"体系的思想。其构思是把专家们和知识库信息系统、各种人工智能系统、快速巨型计算机,组织起来成为巨型人-机结合的系统;把逻辑、理性与非逻辑、非理性智能结合起来(专家们高明的经验判断代表了以实践为基础的非逻辑、非理性智能);把今天世界上千百万人的聪明才智和已经不在世的古人的智慧都综合起来;强调发挥这个体系的整体效应和综合效应。研讨厅体系把人的思维、思维的成果、人的经验、知识、智慧以及各种情报、资料、信息统统集成起来,从多方面的定性认识上升到定量认识。研讨厅体系体现了其构思者在长期的科研实践过程中受益于"讨论班"(Workshop)的心得与经验,以及对当代计算机软硬件环境的重要意义的理解.
 
    研讨厅体系体还现了把自然科学、社会科学相结合的观点。另外,研讨厅中的人并不是未加训练的老百姓,而应该是根据我国发展尖端技术的经验,如同曾经培养出来的那种具有高度的科学性,高度的革命觉悟,高度组织纪律性的人;研讨厅体系中的"厅"并不是一个大厅,而是由高速信息网络,现代化的通讯设备及计算机的软硬件构成的、使人们共同讨论与解决问题时有身临其境之感的"灵境"技术环境。通过研讨厅体系,一方面把以往只能体现出"个体"的经验知识上升为能体现"群体"的经验知识,另一方面是用语言和符号来表达联接起来的知识体系,以提高人的意识,并把意识提高到思维。这些观点的形成并非仅仅来源于系统科学,还有比系统科学本身的发展更为重要的原因,那就是当代信息技术的发展。
 
    研讨厅体系的设计思想,是把人的智慧集成于系统之中,采取人-机结合,以人为主的技术路线,充分发挥人的作用,使参加研讨的专家群体在讨论问题时,相互启发,使群体的创见远远胜过一个人的智慧。
 
    在开放的复杂巨系统提出来的同一时期,国外一些团体正兴起对复杂性(complexity)的研究,提倡新的科学思维方法,致力于一门称为"复杂性科学"的新科学的研究。人们针对不同领域中的问题,从不同的角度,用不同的方法研究复杂性,出现了各种研究复杂性学派。在美国从事复杂性研究的机构中有代表性的有圣菲研究所(Santa Fe Institute , SFI),这里汇集了一批不同领域的科学家,他们通过对不同学科之间的深入探讨,试图找出各种不同的系统之间的一些共性,并称之为"复杂性"。 其早期的主要学术观点可以概括为:复杂系统是由大量相互作用的单元构成的系统。复杂性的研究内容则是研究复杂系统如何在一定的规则下产生有组织的行为以及系统的进化所突现出来的行为。
 
    近年来,SFI的一些科学家如Holland,Arthur,Kauffman等,拓宽了复杂系统的研究内容,把兴趣逐步转移到对经济作为复杂自适应系统(Economy as an Evolving Complex System)、混沌边缘(edge of chaos)、人工生命(artificial life)和系统进化(evolution of system)的研究。致力于组织管理方面的复杂性研究的当属乔治.梅森大学(George Mason University)集成科学现代研究所的J.N.Warfield教授,他围绕组织管理中的复杂性研究了30多年,把复杂性科学的研究内容归结为:复杂性的20条定律(Low)、20条定律的分类(Taxonomy)以及有关复杂性5个指标(Index)即LTI 集,并且认为LTI集是研究复杂性科学的核心理论。
 
    J.N.Warfield教授分析总结了人类历史上的思维成果--7个里程碑,研究了个体、小组、组织行为的病态,进而提出了用交互式管理(Interactive Management IM)的方法来克服这种病态,解决了组织管理中的复杂性问题。
 
    乔治. 梅森大学(George Mason University)的教授J.Warfield将美国关于复杂性的研究归纳为5个学派:
 
    (1) 交叉学派:是由集成联盟提出的一种观点。由处于不同领域中的学术小组构成的一个学派,他们采用"学科交叉"或"后现代主义方法"处理复杂问题。这种方法没有考虑到复杂性存在于他们的哲学中或实践中。该学派主要研究社会、科学、教育、语言等系统。
 
    (2) 系统动力学派:这一学派是由Jay Forrester、Dennis Meadows、Peter Senge 以及与MAT的相关人员提出的观点。他们采用常微分方程解决复杂问题,并认为复杂性存在于所研究的系统中。这一学派主要研究组织理论,特别是学习性组织等问题。
 
    (3) 混沌理论:是由一些分散的小组提出的。(如Los Alamos的非线性研究中心)他们应用非线性常微分方程来描述及解决复杂问题,并认为复杂性是存在于所研究的系统中。其主要研究方向为物理、经济等系统。
 
    (4) 自适应系统理论:是以J.Cowen、Kauffman、Holland、Arthur等以SFT为基地的一批学者提出的理论。他们用偏微分方程来描述复杂系统的特性,同样认为复杂性存在于所研究的系统中。其主要研究的针对是经济、生物及认知系统。
 
    (5) 基于结构的学派:是由J.N.Warfield、G Vickers、C.S.Pierce、J.Piaget等人提出的思想。这一学派主要采用西方形式逻辑(包括集合论、关系论、图论、点阵论、布尔代数等方法来描述复杂性。认为复杂性存在于研究者的头脑中。J.N.Warfield教授主要从事组织管理方面的复杂性研究。
 
    复杂性科学这一门被科学家誉为"21世纪的科学,正逐渐为人们所理解和接受,并且有一批学者加入到这一领域的研究中。目前,我们采用综合集成研讨厅体系的方法,针对宏观经济决策这个开放复杂巨系统问题进行研究,希望对决策科学化、民主化和程序化提供理论方法和实现手段。

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