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作為一個(gè)研究復(fù)雜系統(tǒng)行為的人，我讀此書時(shí)格外認(rèn)真。自從在北京三聯(lián)書店時(shí)光咖啡館邂逅這本書，屈指算來，大概斷斷續(xù)續(xù)讀了有一個(gè)月。 當(dāng)我們說我們研究系統(tǒng)，通常并不是指非常簡單的系統(tǒng)。因?yàn)槟菢拥南到y(tǒng)很容易理解，很容易模擬。因此本書書名很恰當(dāng)--復(fù)雜。復(fù)雜系統(tǒng)普遍有兩種定義：1.由大量組分組成的網(wǎng)絡(luò)，不存在中央控制，通過簡單運(yùn)作規(guī)則產(chǎn)生出復(fù)雜的集體行為和復(fù)雜的信息處理，并通過學(xué)習(xí)和進(jìn)化產(chǎn)生適應(yīng)性。2.具有涌現(xiàn)(Emergent Property)和自組織(Self-Organization)行為的系統(tǒng)。 復(fù)雜系統(tǒng)研究的根基很廣，包括動(dòng)力學(xué)，混沌理論，信息科學(xué)以及信息與熱力學(xué)之間的關(guān)系，計(jì)算理論，以及進(jìn)化理論。它能被應(yīng)用的領(lǐng)域同樣很廣。在目前階段，復(fù)雜性研究的思想和工具常常被提煉出來，應(yīng)用到更廣泛的，與復(fù)雜性有關(guān)的領(lǐng)域中去，譬如生物，物理，流行病，社會(huì)，政治，計(jì)算機(jī)科學(xué)，神經(jīng)科學(xué)，經(jīng)濟(jì)學(xué)，生態(tài)學(xué)，氣候?qū)W，醫(yī)學(xué)等等。之所以說“等待卡諾”，是因?yàn)橄到y(tǒng)科學(xué)家們?nèi)匀辉诘却粋€(gè)像卡諾那樣能夠以數(shù)學(xué)與建模方法精確地提煉出不同學(xué)科間復(fù)雜系統(tǒng)所共有的一些通性，并依據(jù)這一套通性來解釋涌現(xiàn)與自組織現(xiàn)象，同時(shí)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)未來的行為做出有效的判斷。 接下去我介紹幾個(gè)書中對(duì)我觸動(dòng)比較大的概念，盡量平鋪直敘，深入淺出。 1. 復(fù)雜系統(tǒng)研究和社會(huì)科學(xué) 我們在研究系統(tǒng)問題時(shí)，最重要的問題之一便是宏觀--微觀問題。在MIT寫碩士論文時(shí)，我受經(jīng)濟(jì)學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)獲得者盧卡斯的影響很深。在Lucas (1976)中，他提出宏觀建筑必須有微觀基礎(chǔ)。換句話說，任何宏觀模型的構(gòu)建，必須是微觀個(gè)體的加和，并且我們需要非常了解微觀個(gè)體的行為，才能在宏觀條件改變時(shí)，通過分析宏觀條件改變對(duì)微觀個(gè)體行為的影響并將這種影響宏觀化以后才能獲得對(duì)宏觀體系的穩(wěn)健預(yù)判。 然而如今反思，這種認(rèn)識(shí)有兩個(gè)大的問題。第一個(gè)問題來自于圖靈獎(jiǎng)和諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)獲得者司馬賀(Herbert Simon)的層次理論(Hierarchy Theory)。在準(zhǔn)可降解系統(tǒng)中，由于宏觀系統(tǒng)的行為頻率通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于微觀系統(tǒng)的行為頻率，因此宏觀現(xiàn)象與參數(shù)可能與微觀系統(tǒng)并沒有太大的關(guān)系。舉例來說，學(xué)過平均統(tǒng)計(jì)理論的人知道，了解氣體的宏觀狀態(tài)，譬如溫度，不需要我們了解每一個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡或運(yùn)動(dòng)速率。再舉例來說，分子化合物的性質(zhì)未必和每個(gè)原子內(nèi)中子和質(zhì)子之間的強(qiáng)作用力有關(guān)。司馬賀的解釋是，中子和質(zhì)子間的作用用掉了強(qiáng)作用力，原子間作用力次之，最后沒有被用掉的分子間作用力形成分子鍵組成了分子化合物。因此微觀個(gè)體的行為盡管可能強(qiáng)度很大頻率很高，但未必會(huì)有宏觀的表現(xiàn)；而宏觀性質(zhì)可能是其他原因體現(xiàn)出來的。 另一個(gè)問題則來自于諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者菲利普 安德森(Philip Anderson)。當(dāng)粒子物理學(xué)如日中天的時(shí)候，是安德森扭轉(zhuǎn)乾坤，在凝聚態(tài)物理領(lǐng)域?qū)懮狭藵饽夭实囊还P。安德森發(fā)現(xiàn)，當(dāng)微觀粒子凝聚時(shí)，他們組成的整體常常具有可能與微觀個(gè)體毫無關(guān)系的性質(zhì)。他沒有輕易否定微觀粒子對(duì)宏觀整體性質(zhì)的貢獻(xiàn)，只是認(rèn)為任何對(duì)宏觀現(xiàn)象的了解都不能單純地通過對(duì)微觀個(gè)體進(jìn)行加和，因?yàn)楹暧^整體通?？赡芫哂泻芏辔⒂^個(gè)體沒有的現(xiàn)象，這種復(fù)雜系統(tǒng)的現(xiàn)象叫做涌現(xiàn)。因此對(duì)系統(tǒng)某些性質(zhì)的理解完全可以忽略微觀個(gè)體，而只研究整體。事實(shí)上，筆者認(rèn)為以肯尼斯 沃爾茲(Ken Waltz)等人為首的國際關(guān)系理論中的新現(xiàn)實(shí)主義(Neo-Realism)就是以復(fù)雜系統(tǒng)的方法在研究國際關(guān)系 -- 亦即更注重系統(tǒng)層面的關(guān)系與性質(zhì)，而相對(duì)減少對(duì)個(gè)體層面或國家層面的探討與認(rèn)識(shí)。盡管近來國際關(guān)系理論有走向微觀的趨勢，但只要國際關(guān)系仍可被看作是一個(gè)準(zhǔn)可降解系統(tǒng)，那么筆者認(rèn)為系統(tǒng)層面的分析仍可能是最有效的。 當(dāng)然，以上提到的兩種意見大多適用于物理體系，是否適用于社會(huì)/政治體系，抑或說復(fù)雜性理論是否會(huì)對(duì)社會(huì)/政治體系研究做出較大的貢獻(xiàn)，則有待時(shí)間檢驗(yàn)了。 *附帶說一句，系統(tǒng)社會(huì)以及系統(tǒng)政治學(xué)不是沒有興起過。事實(shí)上，二戰(zhàn)后控制理論(Cybernetics)的興起造就了不少系統(tǒng)政治學(xué)大家，譬如大衛(wèi) 伊斯頓(David Easton)和嘉貝莉 阿爾蒙德(Gabriel Almond)。但他們的研究方法大致類似系統(tǒng)動(dòng)態(tài)學(xué)以及結(jié)構(gòu)功能主義，注重體系的輸入輸出，信息流動(dòng)，反饋，存量流量分析等。這種方法可能也有可取之處，但筆者此處只想指出這種控制論衍生的理論和復(fù)雜系統(tǒng)理論有諸多不同。 2.復(fù)雜系統(tǒng)如何運(yùn)行 每個(gè)系統(tǒng)都需要解決一個(gè)重要的問題，亦即在有信息輸入或信息反饋時(shí)，如何對(duì)這種信息作出最優(yōu)的回應(yīng)，并在時(shí)間軸上相應(yīng)地調(diào)整系統(tǒng)自身行為。 對(duì)于這個(gè)問題，侯世達(dá)(Douglas Hofstadter)有一個(gè)非常精彩的理論，并被作者非常成功地用來解釋人體代謝，蟻群行為，和免疫系統(tǒng)的運(yùn)行邏輯。 這種理論叫做并行級(jí)差掃描(Parallel Terraced Scan)。他指的是對(duì)許多可能性和路徑同時(shí)進(jìn)行探測，某項(xiàng)探測所獲得的資源依賴于其當(dāng)時(shí)的成效。搜索時(shí)并行的，許多可能性被同時(shí)探測，但是存在“級(jí)差”，意思是并不是所有可能都以同樣的速度和深度進(jìn)行探測。利用獲得的信息不斷調(diào)整探測，從而有所側(cè)重。 例如，開始時(shí)許多螞蟻隨即尋找食物。一旦在某個(gè)方向發(fā)現(xiàn)了食物，就會(huì)開始派更多的系統(tǒng)資源（螞蟻），通過前面描述的反饋機(jī)制，進(jìn)一步探索這個(gè)方向。路徑得到的探測資源不斷通過其相對(duì)極小--所發(fā)現(xiàn)食物的數(shù)量和質(zhì)量--進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。但是，由于螞蟻數(shù)量很多，再加上具有隨機(jī)性，績效不好的路徑也會(huì)繼續(xù)探測，當(dāng)然分派的資源會(huì)少很多。誰知道呢，說不定就能發(fā)現(xiàn)更好的食物源。 如此，復(fù)雜系統(tǒng)中的隨機(jī)性與確定性便達(dá)到了平衡。復(fù)雜系統(tǒng)通常具有這種微?；Y(jié)構(gòu)，除了上述原因外，還因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)穩(wěn)健(Robust)，高效，可以演進(jìn)。 為什么說它高效和可以演進(jìn)呢？因?yàn)橄到y(tǒng)微?；奶匦圆粌H使其能探測各種不同的路徑，同時(shí)也使得系統(tǒng)能夠連續(xù)地調(diào)整探測路徑，因?yàn)椴扇〉膭?dòng)作都相對(duì)較小。而如果更加粗粒化，就很有可能在沒有績效的探測路徑上浪費(fèi)時(shí)間。因此，探測的微?；匦允沟孟到y(tǒng)能根據(jù)其獲得的信息連貫地對(duì)探測進(jìn)行調(diào)整。 那么為什么它穩(wěn)健呢？因?yàn)槲⒘；到y(tǒng)天生具有冗余度，因此即使有個(gè)體組分不能可靠工作，獲得的信息也只是統(tǒng)計(jì)性的，系統(tǒng)還是能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 對(duì)于所有適應(yīng)性系統(tǒng)，在上述兩種探測模式中保持適當(dāng)?shù)钠胶舛际顷P(guān)鍵。而最優(yōu)的平衡點(diǎn)隨時(shí)間不斷變化。開始時(shí)所知的信息很少，探測基本是隨機(jī)分散的。隨著信息增多并產(chǎn)生影響，探測逐漸變得具有確定性，集中于對(duì)系統(tǒng)的感知進(jìn)行響應(yīng)。簡而言之，系統(tǒng)既要探測信息，又要對(duì)信息加以利用，不斷調(diào)整適應(yīng)。在分散探測和集中行動(dòng)之間的平衡可能是適應(yīng)性和智能系統(tǒng)的共性。 3.復(fù)雜系統(tǒng)如何進(jìn)化 復(fù)雜系統(tǒng)又是如何隨著環(huán)境條件的改變而演化的呢？筆者以為古德爾(Stephen Gould)和埃爾德雷奇(Niles Eldredge)的間斷平衡理論(Punctuated Equilibrium)具有很強(qiáng)的解釋效力。而且，筆者以為這與生物學(xué)的現(xiàn)代綜合(The Modern Synthesis)并不互相矛盾，而是互相補(bǔ)充的。換句話說，進(jìn)化是自然選擇，歷史隨機(jī)，和生物制約三位一體的客觀體現(xiàn)。 生物制約有兩重意思。第一重意思很簡單，就是生物的一些特性，譬如我們不能以光速奔跑，是顯而易見受到制約的。第二重意思更深入一些：尤其是近十年蓬勃發(fā)展的進(jìn)化發(fā)育生物學(xué)(Evolutionary Developmental Biology)指出，雖然主導(dǎo)基因引導(dǎo)的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)能產(chǎn)生多樣性，它們也對(duì)進(jìn)化施加了一些限制。進(jìn)化發(fā)育生物學(xué)家認(rèn)為任何生物的身體形態(tài)類型都受主導(dǎo)基因高度約束，這也是為什么自然界中只有少數(shù)基本的身體結(jié)構(gòu)類型。如果基因組很不相同的話，也許會(huì)有新的身體結(jié)構(gòu)類型，但實(shí)際上進(jìn)化無法讓我們變成那樣，因?yàn)槲覀兎浅Ｒ蕾嚞F(xiàn)在的調(diào)控基因。因此，我們的進(jìn)化可能性是有局限的，'所有特性都能無限變化'的概念是錯(cuò)誤的。 在生物制約的基礎(chǔ)上，歷史隨機(jī)外生沖擊(也就是說超越生態(tài)系統(tǒng)這個(gè)系統(tǒng)范圍的)，譬如劇烈氣候變遷以及小行星撞擊地球，會(huì)隨機(jī)地改變自然環(huán)境，而自然環(huán)境對(duì)生物系統(tǒng)產(chǎn)生選擇決定生物的演化方向。所以通常生態(tài)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，但隨機(jī)的歷史事件可能將系統(tǒng)帶離均衡，因此稱之為間斷平衡。 事實(shí)上在社會(huì)科學(xué)中，這種觀點(diǎn)我以為也很具有解釋性。戴蒙德(Jared Diamond)與莫里斯(Ian Morris)都認(rèn)為地理環(huán)境決定了長期的社會(huì)形態(tài)與演化，莫里斯進(jìn)一步認(rèn)為地理環(huán)境決定形態(tài)與演化，而社會(huì)/生物發(fā)展改變地理對(duì)于社會(huì)/生物的意義。阿齊莫格魯(Daron Acemoglu)則認(rèn)為制度是增長和發(fā)展的決定性要素。 這兩種觀點(diǎn)看似對(duì)立，其實(shí)可以統(tǒng)一。我認(rèn)為外生沖擊造成的制度改變（見Acemoglu (2001))就像是對(duì)社會(huì)系統(tǒng)的隨機(jī)外生沖擊，而Morris的地理決定因素則是自然選擇和社會(huì)發(fā)展的原動(dòng)力。這兩者對(duì)社會(huì)演進(jìn)都很重要，但地理決定因素更綿長持久，而外生沖擊造成的制度性大轉(zhuǎn)變可能在歷史時(shí)間單位之下更短暫一些。 近來逐漸顯現(xiàn)的一種新的對(duì)系統(tǒng)復(fù)雜性的演進(jìn)的解釋來自于考夫曼(J. Kauffman)。進(jìn)化生物學(xué)家麥?zhǔn)?Dan McShea)把考夫曼歸為結(jié)構(gòu)主義者(Structuralism)。簡單地說，考夫曼認(rèn)為生命本身具有自我復(fù)雜化的特征（從自然選擇角度說，復(fù)雜化可能給個(gè)體更多的能力以及更穩(wěn)健的適應(yīng)力等等），但他更大膽地提出這種自我復(fù)雜化的特性可能在一定程度上獨(dú)立于自然選擇?；蛟S一個(gè)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)本身就有自我組織，秩序等涌現(xiàn)性質(zhì)?？挤蚵J(rèn)為他的發(fā)現(xiàn)類似于統(tǒng)計(jì)力學(xué)的定律，其決定的是從大量相互連接調(diào)控的組分中涌現(xiàn)出來的復(fù)雜性--“第四定律”--生命具有復(fù)雜化的內(nèi)在趨勢。我對(duì)這一點(diǎn)表示懷疑，尤其是為何這種復(fù)雜性獨(dú)立于自然選擇的任何趨勢，作者并沒有很成功地在書中解釋?；蛟S閱讀考夫曼的《The Origins of Order》會(huì)給我們更多洞見。然而結(jié)構(gòu)主義的視角卻是寶貴的。譬如近來如日中天的網(wǎng)絡(luò)研究就為理解復(fù)雜系統(tǒng)提供了許多。舉例來說，無尺度網(wǎng)絡(luò)很常見（譬如萬維網(wǎng)），而它的連接度無尺度分布（譬如冪律分布），集群性（這點(diǎn)書中討論不多，或許可以和層次理論結(jié)合），和存在中心節(jié)點(diǎn)，讓網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有小世界模型(Small-World Model)的高效通信能力，并且在隨機(jī)刪除節(jié)點(diǎn)時(shí)具有穩(wěn)健性（譬如食物網(wǎng)可能在一種生物滅絕或數(shù)量大量減少時(shí)仍能運(yùn)作）。所有這些特點(diǎn)都有助于理解科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域的復(fù)雜系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)科學(xué)也正如它自己所說的那種中心節(jié)點(diǎn)，使得本來相隔遙遠(yuǎn)的學(xué)科變得很近。 4. 復(fù)雜系統(tǒng)的未來 對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)的未來，筆者人微言輕，不敢妄加揣度。但就譬如無尺度分布中冪律分布(Power Law Distribution)的產(chǎn)生機(jī)理在不同的系統(tǒng)中可能不同（譬如偏好附連(Preferential Attachment)，也就是社科中的馬太效應(yīng)(Matthew Effect)，又譬如自組織臨界性(Self-Organized Criticality)和高容錯(cuò)性(Highly Optimized Tolerance))，或許真的如司馬賀所說，復(fù)雜系統(tǒng)的科學(xué)可以有，但囊括所有類型的系統(tǒng)的機(jī)理甚至大一統(tǒng)理論可能沒有。當(dāng)然，之所以眼前系統(tǒng)機(jī)理五花八門，也可能是因?yàn)槲覀冞€沒有站到一個(gè)更高的高度。或許到了那個(gè)高度，這些看似不同的現(xiàn)象也可以用一個(gè)統(tǒng)一的概念來詮釋?？傊谶@個(gè)領(lǐng)域耕耘的我，還是為這個(gè)領(lǐng)域的未來而懷有憧憬和期待的。 @MIT, Cambridge, MA. Snowing Day. |
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