复杂适应系统(CAS)理论及其应用--由来、内容与启示
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。
复杂适应系统(CAS)理论
CAS 理论的 7 个基本点
适应性主体和 CAS 理论涉及到 7 个基本点，它们包
括 4 个特性和 3 个机制。 1）聚集：主要用于个体通过“粘合”形成较大的多 个体的聚集体。由于个体具有聚集的特性，它们可以 在一定条件下，在双方彼此接受时，组成一个新的个 体——聚集体，在系统中象一个单独的个体那样行动。 2）非线性：指个体以及它们的属性在发生变化时， 并非遵从简单的线性关系。特别是在与系统的反复交 互作用中，这一点更为明显。
复杂适应系统研究方法
与复杂适应系统思考问题的独特思路相对应，复杂适应系统
研究问题的方法与传统的方法也有不同之处。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（整体行
为、突现现象）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。它体现了一种自底向上的建模 思想，与传统的从系统分析与描述、建立系统的数学模型、 建立系统仿真模型到模型的验证、确认这样一种从顶向下的 建模思路是不同的。
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。
CAS理论的概念
它的基本思想是：系统中的个体（元素）被称为主体（Agent），主体是 具有自身目的性与主动性，有活力（Active）和适应性的个体。主体可 以在持续不断地与环境以及其他主体的交互作用中“学习”和“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，正是这种 主动性及主体与环境的、其他主体的相互作用，不断改变着它们自身， 同时也改变着环境，才是系统发展和进化的基本动因。整个系统的演变 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，都是在这个基础上派生出来的。CAS 理论的基本 思想认为 CAS 的复杂性起源于其中的个体（Agent）的适应性。
复杂适应系统(CAS)理论及其应用
张丹松，牛文学.基于CAS理论的供应链系统分析[J]. 物流科技，2005.9
18
供应链复杂系统的符号描述 供应链系统结构数学符号描述
SC(t ) E1 (t )，E1 (t )，E2 (t )，E3 (t )， ，En (t )，Ra
(4 1)
Ei (t ) ELEi (t ), CONi (t ), Fi (t )
供应链动态适应演化的数学模型表示
A(t 1) f t ( A(t ), I (t ), M E (t )) M (t 1) f ( I (t ), M (t )) t E E uE ( A(t )) u E ,t ( A(t ), E (t )) I (t ) u E ,t ( A(t )) u E ,t 1 ht ( A(t ), E (t )) f (t 1) gt ( A(t ), I (t ), M E (t ), M f (t )) T U (T ) u E ,t t 1 A(t ) A M (t ) I (1), I (2), , I (t 1) E M f (t ) f (1), f (2), , f (t 1), f (t )
管理模式：机制设计，委托代理
系统元素：活的，主动的，具有自身利益和目标，能够积累经验和学习
7
CAS理论的基本内容与观点
具有适应性的主体（Adaptive Agent)
与环境有信息和物质的交流
在反复的交流中改变自身
个体和整体都在过程中演变
适应性产生复杂性
把系统的成员看作是具有自身目的与主动性的、积极的主体。 主动性以及它与环境的反复的、相互的作用，才是系统发展 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。
CAS理论的发展与应用
CAS理论的发展与应用在前期探索阶段，由于缺乏相关的数学理论和计算工具，CAS理论主要停留在概念层面。
早期的CAS理论主要研究非线性动力学系统、混沌现象和自组织性等问题，如斯蒂芬·斯密尔提出的细胞自动机模型和亚提兰·图林基提出的自组织理论等。
这些研究为CAS理论的进一步发展奠定了基础。
发展整合阶段是CAS理论的重要阶段，该阶段的主要任务是建立CAS 理论的数学模型和计算工具。
在这一阶段，许多重要的概念和方法得以形成。
例如约翰·豪金斯声名鹊起的“迷宫理论”和约翰·霍兰德的“自适应系统”理论等。
此外，神经网络模型、遗传算法等也被引入到CAS理论中，为复杂系统建模和仿真提供了有效工具。
应用拓展阶段是CAS理论面向实际问题的应用阶段。
随着计算机技术的发展和模拟仿真方法的成熟，CAS理论开始被广泛应用于各个领域，如社会科学、生物学、物理学、经济学等。
在社会科学领域，CAS理论被应用于研究复杂组织、创新和演化等问题。
在生物学领域，CAS理论为生物系统的进化、适应和遗传等问题提供了新的解释和研究方法。
在物理学和经济学等领域，CAS理论被用于研究非线性动力学系统、市场行为和金融风险等。
除了理论方面的应用，CAS理论还在实践中得到了广泛应用。
例如，在城市规划领域，CAS理论可以帮助城市规划者理解城市系统的复杂性，并提供相应的规划策略。
在物流管理领域，CAS理论可以帮助企业优化供应链，提高运输效率。
在生态保护领域，CAS理论可以帮助设计和管理自然保护区，实现生态系统的可持续发展。
总结来说，CAS理论的发展与应用已经走过多个阶段，从早期的概念发展到今天的理论建模和实践应用。
随着计算机技术的不断进步和对复杂系统的深入研究，相信CAS理论将继续发展，并为解决实际问题提供更多的启示和方法。
基于复杂适应系统理论的我国政府社会管理改革探讨
基于复杂适应系统理论的我国政府社会管理改革探讨摘要：运用复杂适应系统理论研究政府社会管理系统的结构及功能，克服目前政府社会管理中存在的问题和缺陷，从而增强政府的公共管理和社会服务能力，具有重大的理论意义和现实意义。
文章应用复杂适应系统(cas)理论分析了政府社会管理的复杂性系统特征，提出了复杂环境下政府社会管理改革的方向和新的管理模式。
关键词：复杂适应系统；政府；管理；改革1复杂适应系统理论概述复杂适应系统(complex Adaptive System,简称CAS)是霍兰德于1994年提出的，CAS理论的一个核心概念和思想就是“适应性”。
在霍兰的代表作《隐秩序——适应性造就复杂性》一书中，将CAS定义为“由用规则描述的、相互作用的主体组成的系统”，这些主体“在形式和能力方面是千差万别的”，并且能够“随着经验的积累，通过不断变换其规则来适应环境中的其他主体”。
换言之，CAS理论把系统中的成员视为具有自身目的与主动性的、积极的、活的“适应性主体”(Adaptive Agent)，正是这种主动性以及它与环境的反复的相互作用，成为了“CAS生成复杂动态模式的主要根源”。
他认为，“复杂适应系统是由规则描述的、相互作用的主体组成的系统。
这些主体随着经验的积累，靠不断变换其规则来适应。
”复杂适应系统理论的基本思想是：复杂适应系统的复杂性起源于其中的主体(Aclive Agent)的适应性，正是这些主体与环境以及与其它主体间的相互作用，不断改变着它们的自身，同时也改变着环境，系统中的主体能够与环境以及其它主体进行交流，在这种交流的过程中“学习”或“积累经验”，不断进行着演化学习，并且根据学到的经验改变自身的结构和行为方式。
复杂适应性系统的主要特征包括：系统由大量具有主动行为能力的主体，即Agent构成。
主体之间以及主体与它们的环境之间存在复杂的非线性的相互作用，这些相互作用导致了系统整体的涌现特性，主体的行为对它们的环境具有适应性，这也是复杂适应系统最重要的特征，正是由于主体的适应性导致了整个系统是演化的。
复杂适应系统理论
复杂适应系统理论
复杂适应系统理论（CAS）是一种用于探索有关复杂系统结构和运作原理的理论。
CAS由经济学家米尔顿·弗里德曼（Milton Friedman）在1962年提出，旨在表明复杂的系统可以通过自我调整和自我优化来适应环境的变化。
这是一个贯穿进化论和系统科学的概念，它表明，有些系统可以通过探索和利用它们自身的复杂性来克服环境和外部因素的变化。
CAS认为，复杂系统的行为不仅受外部因素的影响，也受内部因素的影响，这些内部因素包括系统内的连接、网络结构和机制。
CAS 假设，系统内的复杂性可以被驱动，从而自我调整以适应环境的变化。
CAS的研究在许多领域都有广泛的应用，包括金融市场、社会和经济系统、生态系统以及人类行为和文化模式。
CAS理论被用来探索如何使系统更具灵活性，以便它们可以更好地应对外部和内部变化。
它也被用来推动改进系统结构，使其更加弹性，以实现更高的效率和稳定性。
此外，CAS理论也被用来研究复杂系统中的社会和技术元素如何交互作用，以及它们如何影响系统的性能。
例如，研究人员使用CAS 理论来研究如何提高金融市场的效率，以及如何最大化生态系统的稳定性。
CAS理论的结果是令人鼓舞的，它表明，复杂的系统可以通过自我调整和自我优化来应对外部变化。
通过加强系统的弹性，可以使系统更加灵活，从而更好地适应它们所处的环境。
CAS理论也被用来改善系统结构，以实现更高的效率和稳定性。
CAS由来
复杂适应系统( CAS) 理论是现代系统科学的一个新的研究方向, 作为第三代系统观,突破了把系统元素看成/ 死0的、被动的对象的观念, 引进具有适应能力的主体概念, 从主体和环境的互动作用去认识和描述复杂系统行为, 开辟了系统研究的新视野。
从二十世纪系统观的发展,说明CAS 理论产生的背景和意义,具有适应能力的主体CAS 理论最基本的概念是具有适应能力的主体( Adaptive Agent) , 简称主体。
它不同于早期的系统科学用的部分、元素、子系统等概念, 部分或元素完全是被动的, 其存在是为了实现系统所交给的某一项任务或功能, 没有自身的目标或取向, 即使与环境有所交流, 也只能按照某种固定方式作出固定的反应, 不能在与环境交互中/ 成长或/ 进化主体则随着时间而不断进化, 特点是:习会成长这就使得CAS 理论与以往的系统观有了根CAS 理论恢复了古代系统思想强调的活力观自从现代系统科学兴起以来,人们强调的主要是/ 整体观0, 对古代系统思想关于活力的观点注意不够。
/ 活力论0认为, 物质自身具有活力, 不断运动和变化, 发展变化不只是由外部原因推动的。
典型代表是卢克莱茨的5特性论6[ 11] 虽然恩格斯一再强调物质与运动不可分, 说/ 没有运动的物质和没有物质的运动同样不可想象0, 我们在相当长的时间内还是忽视了这个重要观点。
即使谈系统, 也有意无意地把元素或部分看做死的对象, 是整体的/ 齿轮和螺丝钉0。
这就导致前两代系统方法在处理社会经济系统时的困惑和无力。
CAS 理论在这一点上的突破, 使它具有了与以前的理论根本不同的、新的洞察CAS 理论对于宏观与微观之间的联系, 给出了新的认识角度) ) ) 涌现涌现是在微观主体进化的基础上, 宏观系统在性能和结构上的突变。
这种突变在以往的观念中是难以认识和控制的, 也不是用统计等传统方法所能完全说明的。
CAS 理论提供了新的思路和视角, 对于我们认识和解释经济、社会、生态、生物的许多现象以启发, 开辟了新路。
复杂适应系统(CAS)理论的科学与哲学意义
质 的飞跃 。
复杂 性研 究 的一个 重要 内容 是对 复 杂性 的产 生机 制 的研 究 ， 即复 杂性 从 何 而来 。现代 系统 理 论 就是 力
方法论意义 。
关键词 ：复杂适应 系统理论 ； 科学 ； 哲学
中图 分 类 号 ：Ｎ ９ １ ４ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ —９３ （０ ７０ —０ ８ — ４ ０ ９ ０４２０）３ １７ ０
霍 兰 ・ （ ｌｎ ｈ ） １９ Ｊ Ｈｏ ａ ｄ ｏ ｎ 于 ９ ４年提 出复杂适 应系统 （ ｏ ｌ ａｔ ｅＳ ｓｅ 简称 Ｃ Ｓ 理论 。霍 兰认 ｌ Ｊ Ｃ ｍｐｅ Ａｄｐｉ ｙｔｍ， ｘ ｖ Ａ）
复 杂 适 应 系 统 （ ＡＳ 理 论 的 Ｃ ） 科 学 与哲 学 意义
王 中 阳 ，张
（ 东华大学 人文学院 ， 上海
怡
２ １２ ） ０ ６ ０
摘 要： 杂适应 系统 （ Ａ ） 复 Ｃ Ｓ 理论是现代 系统科学 的一个新 的研究 方向 ， 实现 了人 们认识复 杂系统演化 规律 的 质的飞跃 。作为一个完整的新学说 ， 包括 了许多方面 ， 有了许多 重要 的成 功运用 ， 也 具有重要的科学意义 和哲学
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第７ 第 ３ 卷 期 ２ ０ 年 ９月 ０７
东华 大 学 学报 （ 会 科学 版 ） 社
Ｖｏ ． １ ７，Ｎｏ ３ ．
Ｓ ｐ．２ ０ ｅ ｔ ０ ７
Ｊ ＯＵ ＲＮＡ Ｉ ） （Ｆ ＤｏＮＧＨ ＵＡ ＵＮＩ ＶＥＲＳ ＴＹ（ ｏ ｉＩ ｃｅ ｃ ） Ｉ Ｓ ｃａ ｉｎ ｅ Ｓ
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万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据复杂适应系统(CAS)理论及其应用--由来、内容与启示作者：陈禹作者单位：中国人民大学经济科学实验室刊名：系统辩证学学报英文刊名：JOURNAL OF SYSTEMIC DIALECTICS年，卷(期)：2001,9(4)被引用次数：91次1.贝塔朗菲;秋同;袁嘉新一般系统论—基础、发展、应用 19872.维纳;郝季仁控制论 19633.钱学森;宋健工程控制论 19804.龚德恩经济控制论概论 19885.尼科里斯;普里高津;罗久里;陈奎宁探索复杂性 19866.哈肯;郭治安高等协同学 19897.钱学森;戴汝为;于景元一个科学新领域--开放的复杂巨系统及其方法论 1990(01)8.波索马特尔;陈禹沙地上的图案 19999.霍兰;隐秩序;周晓牧查看详情 200010.霍兰;陈禹涌现 200111.卢克莱修;方书春物性论 19811.谭跃进.邓宏钟复杂适应系统理论及其应用研究[期刊论文]-系统工程2001,19(5)2.廖守亿.戴金海复杂适应系统及基于Agent的建模与仿真方法[期刊论文]-系统仿真学报2004,16(1)3.杨城.谢志龙.YANG Cheng.XIE Zhi-long复杂适应系统的多层级建模研究[期刊论文]-计算机工程2009,35(22)4.邱世明复杂适应系统协同理论、方法与应用研究[学位论文]20021.李栋华复杂适应视角的产业系统和产业竞争力[期刊论文]-科技进步与对策 2010(1)2.王静.王耀球.李维国基于CAS的化肥供应链建模方法研究[期刊论文]-物流技术 2009(12)3.施宏伟信息资源管理系统的协同过程与功能结构[期刊论文]-情报杂志 2008(1)4.任昊利.李新明基于复杂适应系统理论的电子信息装备体系模型研究[期刊论文]-装备指挥技术学院学报2008(5)5.于冬.踪家峰.高璇面向城市信息系统的复杂性研究[期刊论文]-中国管理科学 2004(z1)6.孙洪军.王治宝.刘大海基于Agent技术的证券市场庄家控股仿真模型[期刊论文]-计算机工程与应用 2004(16)7.周毓萍.李清基于适应性学习机制商业银行动态能力提升的研究[期刊论文]-金融与经济 2011(12)8.彭英.杨照.侯金伶复杂组织适应性影响因素研究:以中国电信企业为例[期刊论文]-统计与决策 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