复杂适应系统简介

5。1 宏观和微观的联系 ——对层次的新认识。
对于层次之间的辩证关系的认识， 一直是复杂系统研究的一个关键。许 多学科需要系统科学给出一条切实可 行的沟通宏观和微观的途径，经济学 就是一个典型。
层次问题的症结
传统思维在层次问题上的偏颇主要在于以 下几点： 1。不承认层次的多样性； 2。不承认层次间质的差别； 3。试图以一个层次的规律解释所有层次； 4。把宏观和微观之间的关系简单化，或者 强调一方面，而忽视另一方面，或者简单 地、线性地用统计规律解释。
三。实现平台。
Swarm 类SWARM（Ascape, Repast…) 专用平台：TNG-lib 普及型平台：
– Starlogo – NETLOG – AgentSh的特点是它的可操作性，即 它配有可以直接运行的软件平台—— 如Swarm 。 Swarm是一个可以从网上免费下载的软件平台 。 从圣菲研究所的网站上，人们可以很容易得到它
系统科学的发展
研究对象和范围不断扩大。 研究手段不断改进。（计算机的应用） 更加紧密联系实际。 涉及更深层次的理论问题：
– 局部 VS。整体 – 确定 VS。随机 – 物质 VS。精神
CAS理论应运而生
正是在这样的背景下，SFI 的学者们针 对系统科学面对的新问题、新形势，综 合了现代科学各方面的成果和启示，提 出了复杂适应系统理论（CAS理论）， 把人们对于复杂系统的理解推向一个新 的水平。
传统方法对于系统的演化过程考虑不够， 因此对于经济、社会、生物、生态等类型 的复杂系统的描述和研究显得无能为力。
CAS则把系统的状态当作演化过程的一 环或结果，从而为认识系统的复杂性和控 制这样的复杂系统提供了思路。
CAS的特点之四——可操作性
以前的一些分析方法由于缺乏可以获得 的数据，或者计算复杂性的障碍，事实 上无法实施和操作。而CAS理论则通过 各种模拟平台的建立，为研究者提供了 实际的可操作的研究手段，使之切实可 行。
。 内因和外因，究竟哪个是决定系统进 化的动力和基础？对于这个永恒的议 题，CAS理论用一种广义的环境观加 以解决：个体和环境之间的、反复的 、长期的交互作用，才是发展的动力
来源。这就把“主体”和“客体 ”、内因和外因辩证地结合起来 了。
启发。
内和外，主观和客观的区别都是相对的 、变动的。
5。3 从注重当前内容和状态 到注重演化过程
由于CAS理论承认层次的相对性，对 于层次问题有了新的理解，所以它能够 比较辩证地看待和处理宏观和微观的关 系，不至于过分强调一个方面，而忽视 了另一方面。而且它在应用中具有极大 的灵活性，因为它可以从不同的层次去 深入研究和观察复杂系统，给研究者提 供了广泛选择的余地。
CAS的特点之三——动态性
一、 CAS理论的由来和地位
CAS理论——Complex Adaptive System, 是系统科学领域中，近年来 涌现出来的一个新的领域。
它的出现是人类在认识世界的方 法论方面的一个进步。
CAS的由来
CAS的思想是二十世纪这一百年里，人类经过长期 的酝酿过程产生的。 爱因斯坦、普郎克——单层次思维的突破。 庞加莱——状态空间，状态和过程的统一。 维纳、香农——信息和反馈的引入。 普列高津、哈肯——涨落的非线性放大，开放系统 的自组织现象。 霍兰——遗传算法，CAS 理论，主体（Agent)概 念的提出，涌现现象的研究。
它提供了描述各类主体及其行为，以及环境设置 所需要的各种类库（CLASS）。从而为实施基于 主体的系统模拟提供了十分方便的条件。
Swarm平台的特点
领域无关性 自由软件 丰富的类库 良好的时间调度机制和通讯机制
利用Swarm进行模拟的例子
“热虫”模型 国会山保姆公司的模型 国民消费的模型 假日经济的模型
CAS 理论的基本概念（续）
涌现现象的八个基本特点： A。出现在生成系统中； B。整体大于各部分的和； C。组成部分不断改变的稳定模式； D。这种稳定模式的功能由环境决定；
CAS 理论的基本概念（续）
E。随着稳定模式的增加，功能也在增加； F。稳定模式通常满足宏观规律； G。存在差别的稳定性； H。稳定性的强化导致更高层次的生成过程。
二、CAS 理论的基本概念和特点
复杂适应系统（CAS，Complex Adaptive System)理论,是由霍兰（J.Holland） 于1994 年的一个报告中正式提出的。 该报告后来以《Hidden Order》（中文译本 名为“隐秩序”）出版。其后他又写了《 Emergence》（中文译本名为“涌现”）。 其基本观点为：“（个体的）适应性导致了（ 系统的）复杂性”。
CAS 理论的基本概念
1。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。
CAS 理论的基本概念（续）
2。适应性的基本机制（刺激 ——反应模型） * “IF——THEN”规则。 * 规则的多样性和可变性。
*参见《涌现》的结束语
CAS 理论的意义
总之，CAS理论的核心思想在于：
用具有主动性的、活的“主体”概念取代 了完全被动的、死的“元素”、“部分” 、“子系统”等概念。
这一新颖的思想迅速地被各学科吸取，形 成了ABM的热潮。
自底向上的建模方法
CAS理论的特点
与我们以前的分析方法相比，CAS具有 四个显著的特点： —— 主动性 —— 层次性 —— 动态性 —— 可操作性
Content Oriented VS. Process Oriented MRCM，IFS 演化和涌现
5。4 对策论思想的运用
对策论思想的要旨：
– 承认对方是活的； – 承认对方追求利益最大化的合理性； – 认识到双方利益的一致的方面。
对策论的认识论意义：从“一厢情愿” 的到更加符合实际的、切实可行的 NASH均衡。 对策论思想的现实意义：从“你死我活 ”到“双赢”。
4。 对于做事方法的研究
另外的一些科学与实践的启发，同样也使人们 不断地反思我们做事和想问题的方法。如： ——关于人为事物的科学； ——没有终极目标的设计； ——INTERNET的出现； ——事理学和人理学； ——决策的分散化； ——生产的社会化和企业的小型化。
五、启发和发展方向
CAS理论为我们认识和研究复杂 系统提供了新的思路和有益的启示。 这些启示具有深刻的认识论和哲学意 义。
CAS 理论的基本概念（续）
5。受限生成过程（CGP, Constrained Generating Procedure) * 对每个个体来说，CGP是适应的具 体表现。 * 对于整个系统来说，CGP是演化过 程的具体解释。
CAS 理论的基本概念（续）
6。回声模型（ECHO模型） * 位置（SITE） * 资源产地（SOURCE）
以热力学系统为主的阶段
代表人物：普里高津,哈肯 背景：热力学系统，激光等 主要思想：涨落，自组织 主要工具：概率统计方法 管理模式：间接控制，场，环境 系统元素：具有随机的运动方式，其本 身仍然是无意识的，死的。
以生物和经济系统为主的阶段
代表人物：J.Holland 背景：生物和经济系统 主要思想：适应和学习 主要工具：计算机模拟，遗传算法 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。
1。 信息经济学和对策论
二十世纪中经济学也经历了深刻的变化， 出现了许多新的理论和方法。经济学为 ABM提供了典型的CAS理论背景，AGENT 这个词本身就是从经济学中借用来的。
其中信息经济学是一个关系十分密切的方 面。
经济系统是CAS的一个典型范例
从进化的角度看待经济系统
– 交互是分散的 – 没有控制者 – 交叉的层次组织 – 不断的适应 – 总是创新 – 超越均衡的动态性
对层次问题的启发
启发在于以下几点： 1。承认各层次间质的差别； 2。从局部到整体时，出现了新的质； 3。局部组成整体时并没有失去自己的特殊 的质和活力； 4。承认和深入研究跨越层次的机制的多样 性，即涌现现象和复杂性的产生。
Klir 引用的老子的话
Greatness means Distance Distance means Vanishing Vanishing return to Greatness 大曰远 远曰逝 逝曰返
其他的类似的软件平台
ASCAPE——霍普金斯学院 TNG-Lab——IOWA大学 REPAST——芝加哥大学
四、 应用领域
经济学——ACE（Agent_based Computational Economics)。 生物学（抗体和免疫系统研究）。 环境和生态学（生态系统的演变和保护 ）。 社会科学（文明的演变和融合）。 教育和心理学（建构主义）。
实际意义
这些启发对于现实有直接的作用： 1。社会主义市场经济的理论根据，政府和 企业的不同位置和职能； 2。管理科学的新思路； 3。环境科学和环境保护的思路； 4。机器人的设计思想； 5。现代生物学和医学的发展方向； 6。社会心态的平衡，“小大由之”，层次 间的平等。
5。2 内因和外因——广义的环境观
5 .5 更深入的问题
信息是什么？（维纳） 人是怎样做事的？（事理学） 物质和精神的相对性。
结束语
总之，我们认为CAS理论的研 究将有利于科学的进一步发展 。希望能有更多的同行予以关 注。
自从二十世纪三十年代现代系统科学诞生 以来，人类对于系统，特别是复杂系统的认 识不断深化，其发展经历了三个阶段： 以工程系统为主的阶段； 以热力学系统为主的阶段； 以生物和社会系统为主的阶段。
*（参看西蒙《人工科学》第七章的开头）
以工程系统为主的阶段
代表人物：维纳，冯.诺意曼 背景：机器 主要思想：信息和反馈 主要工具：早期的控制论和运筹学 管理模式：集中控制 系统元素：死的，被动的，没有自身利 益和目标的对象。