复杂适应系统理论ppt课件
复杂自适应系统理论综述
复杂自适应系统理论综述1 复杂自适应系统理论简介复杂自适应系统（Complex Adaptive System，CAS）理论是现代复杂性科学研究中的一种重要理论，是由美国密歇根大学教授、遗传算法创始人约翰·霍兰（John Holland）于1994年圣塔菲研究所成立10周年时正式提出的。
其后霍兰又在《隐秩序——适应性造就复杂性》以及《涌现：从混沌到有序》两本著作中对该理论进行了完善。
CAS理论的主要思想是：复杂自适应系统是一种“用规则描述的，由相互作用的适应性主体（Active Agent）所构成的系统，这些主体随着经验的积累，靠不断变换规则来适应”（霍兰，2000：10-11）；复杂自适应系统理论的核心是适应性创造复杂性，与以往传统的机械论、还原论不同，复杂自适应系统（CAS）中的个体是具有主观能动性、适应性的智能体，可以在适应外界环境与对外交流中不断学习与积累经验，并能根据自己所学不断调整自己的行为方式以求与系统规则相匹配。
另外，还能通过修改系统规则来达到自身行为与外界环境的匹配。
在该系统中，所有个体都处于一个主要由其他个体所构成的大环境之中，而复杂自适应系统也始终处于一种“混沌的边缘”的环境之中，因而任何主体在适应上所作的努力都是努力适应别的适应性主体，即CAS中的每一个个体都依靠与环境以及与其他个体间的相互作用不断改变着它们的自身，同时也改变着环境。
此外，与自上而下、中心控制的复杂性科学早期研究的贝塔朗菲的一般系统理论不同，复杂自适应系统是一种层次结构分明的自下而上的分散系统，系统中的每个个体在共处一个大环境的同时又分别根据它周围的小环境并行、独立地进行着适应与学习，不同层次间的个体一般没有交集，从而“把对涌现的繁杂的观测还原为简单机制的相互作用”，而相同层级的个体通过一定的竞合行为，又可以在系统的更高层次上突现出新的结构、现象及更复杂的行为。
一般认为像社会系统、股票市场、虚拟社区、蚁群、人体免疫系统、组织中的单位或不同组织所形成的联盟都可看作复杂自适应系统。
系统思维能力与应对复杂性ppt课件
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1）进化结果 2）来自于经验 3）专长性 4）无意识和偏差性
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二）影响直觉的三种启发性因素：
– 易得性启发因素：“最容易获取的刺激” 对直觉产生启发。
– 代表性启发因素：“普遍性特征”对直 觉产生启发。
– 锚定性启发因素：“先入为主”的想法 对直觉的启发。
• 善于运用批判性思维…… • 正确推理…… • 知道哪些因素影响你的判断……
边缘系统
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第二节）推理判断
1. 演绎推理 2. 归纳推理 3. 概率推理
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第三节）酝酿和顿悟
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一）酝酿 -----思绪的自组织过程……
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三）系统思维
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第二节）近代科学思维方式的产生
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第二章 人类思维机制分析
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第一节 直觉及其形成机制
两种心理过程：自动过程和控制过程。
“Weltanschauung” ：世界观+人生观
中文语境的“世界观”与“人生观”相分 离。
“大同的世界观，独立的人生观。”
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“对于那些希望管理有目的的系统 或进行干预以对其进行改变的人 来说，世界观对变革的阻力，或 相反为动力，变得至关重要。 ”
一阶学习（单环学习）：在现存心智模式下的学习。
169170吸引子不动点极限环环面平衡态周期态准周期态混沌运动体制171人类自觉的目的性一种主观上强烈吸引人的未来可能状态常常被当成追求的目标而实际上未必具有可达性有时可能仅仅是一种一厢情愿的主观愿自觉的他组织的固有缺陷与此有关他组织活动奉行的理论计划方案等是否具有可达性需要在实践中检查修正补充甚至需要推倒重建
复杂系统理论
复杂适应系统(CAS)理论复杂适应系统理论的概述复杂适应系统(Complex Adaptive System CAS)理论认为系统演化的动力本质上来源于系统内部，微观主体的相互作用生成宏观的复杂性现象，其研究思路着眼于系统内在要素的相互作用，所以它采取“自下而上”的研究路线；其研究深度不限于对客观事物的描述，而是更着重于揭示客观事物构成的原因及其演化的历程。
与复杂适应系统思考问题的独特思路相对应，其研究问题的方法与传统方法也有不同之处，是定性判断与定量计算相结合，微观分析与宏观综合相结合，还原论与整体论相结合，科学推理与哲学思辨相结合。
复杂适应系统建模方法的核心是通过在局部细节模型与全局模型间的循环反馈和校正，来研究局部细节变化如何突现出整体的全局行为，其模型组成一般是基于大量参数的适应性主体，其主要手段和思路是正反馈和适应，其认为环境是演化的，主体应主动从环境中学习。
正是由于以上这些特点，CAS理论具有了其它理论所没有的、更具特色的新功能，提供了模拟生态、社会、经济、管理、军事等复杂系统的巨大潜力。
复杂适应系统理论的产生复杂适应系统(Complex Adaptive System，以下简称CAS)理论是美国霍兰(John Holland)教授于1994年，在Santa fe研究所成立十周年时正式提出的。
复杂适应系统(CAS)理论的提出对于人们认识、理解、控制、管理复杂系统提供了新的思路。
CAS理论包括微观和宏观两个方面。
在微观方面，CAS理论的最基本的概念是具有适应能力的、主动的个体，简称主体。
这种主体在与环境的交互作用中遵循一般的刺激——反应模型，所谓适应能力表现在它能够根据行为的效果修改自己的行为规则，以便更好地在客观环境中生存。
在宏观方面，由这样的主体组成的系统，将在主体之间以及主体与环境的相互作用中发展，表现出宏观系统中的分化、涌现等种种复杂的演化过程。
CAS理论虽然提出不久，但是由于其思想的新颖和富有启发，它已经在许多领域得到了应用，推动着人们对于复杂系统的行为规律进行深入研究。
一、复杂适应系统理论及其应用
第八章复杂适应系统理论及其应用一、复杂适应系统理论及其应用在微观方面，CSA理论的最基本的概念是具有适应能力的、主动的个体，简称主体（Agent）。
这种主体在与环境的交互作用中遵循一般的刺激—反应模型。
适应能力表现在它能够根据行为的效果修改自己的行为规则，以便更好地在客观环境中生存。
在宏观方面，由这样的主体组成的系统，将在主体之间以及主体与环境的相互作用中发展，表现出宏观系统中的分化、涌现等种种复杂的演化过程。
1、复杂适应系统的核心思想复杂适应系统的核心思想是适应性造就复杂性。
系统适应性是产生复杂性的机制之一，但不是复杂性的唯一来源。
CAS理论认为系统具有适应性，就是指它能够与环境以及其他主体进行交互作用。
主体在这种持续不断的交互作用的过程中，不断的“学习”或“积累经验”，并且根据学到的经验改变自身的结构和行为方式。
整个宏观系统的演化或进化，包括新层次的产生，分化和多样性的出现，新的、聚合而成的、更大的主体的出现等等，都是在这个基础上逐步派生出来的。
第九章开放的复杂巨系统按照钱学森对系统的分类，系统可分成简单系统和巨系统。
巨系统又可分成简单巨系统和复杂巨系统，复杂巨系统又可分成一般复杂巨系统介绍分类的根据和相关的几个概念。
一、概念介绍1、巨系统在实际研究中，人们发现系统的性质与系统的规模有关。
所以，在早期系统科学的研究对象主要是少数环节组成的小系统，随之推广到经济、生态环境等系统，这类系统称之为大系统，70年代钱学森在研究社会系统工程时，提出巨系统的概念，认为社会系统所涉及的范围之大、复杂程度之高是一般系统所没有的。
对于小系统、大系统、巨系统之分，没有精确的范围，也不存在截然分明的界限。
一般来说，由几个、几十个元素或子系统组成的是小系统，由上百个、上个元素或子系统组成的是大系统；如果元素或子系统的数量极大，成万上亿、甚至更大那就是巨系统。
2、复杂巨系统在巨系统这个概念层次上，不能再按照系统规模进行分类，如：贝纳尔流，这个物理系统微观组分的数量级为1023，中国微观祖分是13亿，即1.3*109，但后者所包含的关系要复杂的多，描述起来要困难的多。
复杂适应系统(CAS)理论
CAS 理论的 7 个基本点
3）流：在个体与环境之间存在有物质资、能量和 信息流，这些流的渠道是否通畅、周转迅速到什么 程度，都直接影响系统的演化过程。 4 4）多样性：在适应过程中，由于种种原因，个体 之间的差别会发展与扩大，最终形成分化，这是 CAS 的一个显著特点。
CAS 理论的 7 个基本点
5）标识：为了相互识别和选择，个体的标识在个体与环境 的相互作用中是非常重要的，因而无论在建模中，还是实际 系统中，标识的功能与效率是必须认真考虑的因素。 6 6）内部模型：在 CAS 中不同层次的个体都有预期未来的能 力，每个个体都是有复杂的内部机制的。对于整个系统来说， 这就统称为内部模型。 7）积木块：复杂系统常常是相对简单的一些部分通过改变 组合方式而形成的。因此，事实上的复杂性往往不在于块的 多少和大小，而在于原有构筑块的重新组合。
CAS理论
复杂适应系统（CAS）理论的提出 霍兰J( Holland John) 于1994 年提出复杂适 应系统( CAS) 理论, 迅速引起学界关注, 被尝 试用于观察和研究各种不同领域的复杂系统, 成为当代系统科学引人注目的一个热点。
CAS理论的概念 复杂适应系统（Complex Adaptive systems, 简称CAS），也称复杂性科学（Complexity science）， Holland教授在复杂系统的研究 中，发现了一大类系统都是由一系列具有适 应性的个体组成的，他把这类系统叫做复杂 适应系统。
适应性主体的概念
复杂适应系统的一个重要的概念是适应性主体的 概念。CAS 无例外地皆由大量具有主动性的元素 （active element）组成。这些元素在形式上和 性能上各不相同，但它们具有一些共同的特征， 即具有主动适应环境和其它元素的变化而调整自 己的行为，能够进行“学习”和“积累经验”。 这些元素就叫做适应性主体（agent）。
复杂适应系统(CAS)理论及其应用42页PPT
谢谢！Leabharlann 61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
复杂适应系统(CAS)理论及其应用
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
语言是一个复杂适应系统38页PPT
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
复杂适应性理论
复杂适应性理论复杂适应性理论是开发出来用来描述复杂系统如何在未知条件下自主学习并适应环境，从而改善与之相关的事务的一种理论。
复杂适应性理论包括多种解释，它们涉及到个体系统、集体系统、文化系统及其他系统之间的结构和动态关系。
复杂适应性理论是根据经典的科学理论开发的，它的关键理念是被称为“适应性”的概念。
它的基本思想是，系统可以在不确定环境中自主学习，并且能够调整自身来适应新的环境。
复杂适应性理论主要应用于解决现代非线性系统，如复杂网络、公共政策、动态组织和其他复杂系统。
适应性是一种能力，可以帮助人们在变化的环境中调整自身，以找到最适合自己的解决方案。
这意味着，适应性可以帮助人们面对多变的环境条件，并有效地处理解决问题。
这就是复杂适应性理论的核心内容。
复杂适应性理论已被广泛运用，以改善复杂经济系统、政治系统、公共政策、环境保护、健康社会服务、城市和地区规划、组织发展和既有制度等复杂领域。
复杂适应性理论丰富了现有的模式和理论，有助于解释系统的变化和复杂关系。
在复杂适应性理论的框架下，针对不同的复杂系统提出了几种模型：系统视角模型、实践视角模型、文化视角模型、行为视角模型和结构视角模型。
这些模型能够更好地理解复杂系统的内部动态和外部环境之间的关系。
此外，复杂适应性理论还可以帮助理解复杂系统如何与其他系统相连接，从而更好地发挥作用。
通过分析实践视角，可以发现一个系统会与其他系统产生不同的行为和结果。
在实践视角下，可以研究一个系统如何改变自身以适应发生的变化，并了解它与其他系统的互动是如何影响其自身的发展的。
复杂适应性理论是一种用来解释复杂系统的行为的理论，也是一种研究复杂系统变化的理论。
它提供了一种有效的框架，用来研究系统之间的关系，以及系统如何适应复杂的环境。
它的应用已被证明是有效的，用来解决复杂的社会问题，改善现有的模式和理论，更好地解释社会现象，并帮助设计出有效的解决方案。
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从信息运作的角度来看，CAS的行为是一整套发达的信息运作，包
括信息的获取、加工、压缩、提炼、传送、利用和消除等。按照盖尔
曼的总结，研究CAS主要关注：
（1）信息怎样以数据流的形式到达系统；
（2）CAS如何寻找数据流中的规律性，如何把它们从一些偶然的特征中 提取出来，并提炼成可调整的图示；
（3）观察这些图示如何与附加信息相结合得出适用于现实世界的结果。
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四 从微观到宏观—回声模型
从信息运作角度看，就是把前面描述的理论框架转换为计算机模型， 把系统运行转换为数据的抽取、组织、传送。由此，建立了回声模型。
按照圣塔菲学着的见解，涌现现象至少具有以下特性： 1. 涌现的普遍性； 2. 涌现的系统性； 3. 涌现的恒新性； 如何研究涌现，CAS理论对你研究涌现由何启示？
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2.1 CAS理论核心思想—适应产生复杂性
2.1.1 圣塔菲学派对复杂性的研究
复杂性从何 而来？？
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圣塔菲学派和钱学森关于复杂性阐释的比较
供应链复杂适应系统分析
供应链涉及供应商、制造商、零售商、消费者等各类实体及相关的 一系列业务活动，呈复杂的网络结构，因此供应链是一类典型的复 杂系统。它具有以下特点：
A
整个组织具有一个鲜明地目标，执行任务并生存下去
B
由大量相互作用的行为主体构成
C
与包含其他复杂系统的主体环境相互作用
D
发现，即通过反馈获取有关同环境作用的行为信息
例如：中枢神经系统的神经元，免疫系统的抗体，经济系
统的公司…… 2.2.3 从适应性行动者的角度定义复杂适应系统
CAS生 成的 动力
大量具有主动性行动者在相互作用中努力地相互适应，寻
找和创建能够相互适应并共同适应外部环境所需要的行为规
则，由这样的行动者整合而成的系统，就是复杂适应系统。
.
2.3 CAS的运作机制
这一整套操作如下图所示：
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把内部模式与实时信 息结合，描述环境，
预测未来
结果 （现实世界）
采取行动， 作用与现实
世界
反馈行动后果的 信息，评价、改
进内部模式
复
杂
描述、预言、行动
适
（现实世界） 处理信息，总结研
应
究，提炼内部模式
系
现有资料
展开
统
运
概述规律性并能给出预言的图示
作
（许多竞争者的图示之一）
收集信息，积累
图
经验
规律的辨识与压缩
过去的资料包括行为及其效果
.
2.4 CAS的基本特性
CAS基本 特征
.
机制
特性
聚集 非线性
流 多样性
标识 内部模型 积木
CAS 是 由 适 应 性 主 体 相 互 作用、共同演化并层层涌现 出来的系统。霍兰围绕适应 性主体这个最核心的概念提 出了在复杂适应系统模型中 应具备的七个基本特性。前 四个是CAS 的通用特性, 它 们将在适应和进化中发挥作 用; 后三个是个体与环境进 行交流时的机制和有关概念。
E
从反馈信息中提炼作为处理外部环境关系时的规则
F
观察行为带来的反应信息，调整行为适应环境
G
整个组织内部成员有自身的统
.
三 基于主体的适应性刻画
行动者在获得经验时如何改变系统行为方式，即适应者的行动能力，CAS理论通过 和生物系统的类比并联系社会系统的经验来制定描述框架。具体归结为三个步骤：
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复杂适应系统理论
1 涌现 圣塔菲的核心理念之一 2 CAS理论基本观点和核心思想 3 基于主体的适应性刻画 4 CAS建模和回声模型 5 CAS理论总结
目录
移动改变生活
一涌 现
系统理论流派不同时期对 涌现的研究
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1.1 涌现的特性
什么是涌现，霍兰德观点代表了当时的共识：“像涌现这么复杂的问 题，不可能只是服从一种简单的定义，我也无法提供这样的定义。”
复杂适应系统理论
复杂适应系统理论
移动改变生活
CAS理论产生的背景
美国的圣塔菲研究所一直是复杂性研究的中心。1994年， 约翰·霍兰德在圣菲研究所举办的吴拉姆纪念讲座中做了名 为“隐秩序”的著名演进，而后，出版了《隐秩序—适应性 造就复杂性》一书，提出了复杂适应系统。复杂适应系统被 认为是“二十一世纪的新科学”，属于“第三代系统思想”， 所提出的系统理论不仅完全颠覆了传统的研究范式，而且也 有别于早期的系统思想。
Agent)，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交互作用。主体在这种持续不断的 交互作用的过程中，不断地“学习”或“积累经验”，并 且根据学到的经验改变自身的结构和行为方式。整个宏观 系统的演变或进化，包括新层次的产生，分化和多样性的 出现，新的、聚合而成的、更大的主体的出现等等，都是 在这个基础上逐步派生出来的。”
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2.1 CAS理论核心思想—适应产生复杂性
圣塔菲学派把系统分为非适应性和适应性两类，而适应性又分为直接适 应性（自动恒温器）和复杂适应性（社会、经济、自然界、地球生态）。
2.1.2 复杂适应系统的共同特征
有大量的不同组分聚集而成，组分之间存在广泛的相互作用，能够在环 境中学习，积累经验，通过改进自身行为规则而适应复杂多变的环境，从 而在整体上表现出运行的协调性和行为模式的持续性。
没有个性，没有对环境
够学习和积累经验，改变
的实体，服从物理规
的适应性
自身行为规则，环境适应
律
能力
CAS理论通过引入适应性行动者的概念，以行动者作为系统的元素，找到一条客 服上述缺点的道路。 .
2.2.2 适应性行动者的根本特点
具有主动性，能够感受环境，自我学习，主动的调整、改
变自己，以便能动的适应环境。
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2.2 CAS的基本概念
2.2.1 CAS理论的核心概念——适应性主体或行为主体 为何在CAS系统中引入适应性主体的概念？
控制理论
自组织理论
复杂适应系统 理论
系统最小组分是机械
系统元素是物质或分子。
把元素当作适应性行动者，
的或电磁的元件，属
虽然在不停的运动，但
具有主动性和目的性，能
于没有个性和主动性
2.1.3 适应性产生复杂性的内涵
CAS理论强调子系统具有目的性和主动性，把个体的“适应性”作为 系统必不可少的条件，并由此涌现出具有更强适应性的新层次的主体。 特别是“主动适应性”，是系统整体涌现的根本原因。这也就是“适应 性造就复杂性”的根本含义。
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复杂适应系统的核心思想
2.1.4 复杂适应系统的核心思想 “我们把系统中的成员称为具有适应性的主体(Adaptive