城市系统复杂性与适应性的探索

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1、城市系统：复杂性与适应性的探索段汉明（西北大学城市与资源学系陕西西安710069）摘要：回顾美国圣菲研究所的复杂性研究和我国的系统科学及城市复杂性研究，从系统构成、发展演化、与外部环境的关联等多个层面分析了城市系统的复杂性，探索了城市系统复杂性的根源。结果表明：城市的复杂性源于城市中人的复杂性，源于城市中人-社会系统的复杂性，源于城市系统与外部环境系统的耦合机制，城市系统复杂性的基本特征在于交织、独特、超越；具有适应性的系统都是开放的复杂系统，正是系统的开放性和复杂性，才使其具有适应性和学习的功能，从这个层面上讲，复杂性决定适应性

2、；复杂性与适应性是同一事物（开放的复杂系统）的两个不同的侧面，系统的复杂程度和开放程度决定其适应能力的大小，而系统的适应性又促使系统向更为复杂的层面转化。通过分析城市系统对外部环境变化的反应，探索城市系统内的非线性反馈机制，指出人-社会系统是城市系统适应性的决定性因素，并促使城市系统不断适应外部环境变化，不断对自身进行调整，形成多种多样的适应过程。关键词：复杂性；适应性；城市系统中图分类号：TU984文献标识码:A文章编号:1000-274X(2003)0034-101关于复杂性与适应性1.1圣菲研究所（SantaFeInstit

3、ute，SFI）与复杂适应系统（CAS）1.1.1SFI的研究对象1984年，诺贝尔奖获得者盖尔曼（MurrayGell-Mann）、安德森（PhilipAnderson）（物理奖），阿罗（KennethArrow）（经济学奖）和一批年青的科学家，在美国新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室附近34英里的圣菲（SantaFe）组成了圣菲研究所，专门从事复杂科学的研究。该研究所聚集了一批不同领域（生物学、经济学、物理学、计算机科学、数学、哲学等）的科学家，从不同学科之间进行对话和研探，力图在各种不同的复杂系统之间找出一些共性。SFI的研究

4、领域十分广泛，从经济、社会、生态与环境到生命的起源、人的早期意识等，对复杂性进行多学科、全方位的探索，取得了重大的科学成果。如阿瑟（W.BrianArthur）对收益递增的研究，朗顿（CLangton）对人工生命（artificiallife）（也译为人为生命）的研究，霍兰（Holland）对复杂适应系统（complexadaptivesystem）的研究等等，SFI成为现代复杂性研究的前沿学术团体。1.1.2复杂适应系统（CAS）的特征和演化机制CAS理论认为：“适应性造就复杂性”，系统中的成员都是具有适应性的主体，具有自身的目

5、的性与主动性，正是这种主动性以及它与环境的反复的相互作用，才是系统发展和进化的基本动因。所谓具有适应性，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。整个宏观系统的演化和进化，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[1]。1998年提出“受限生成过程”的涌现理论,研究复杂适应系统中的涌现过程，认为涌现的本质就是由小生大、由简入繁，涌现就是由简单的行动组合而产生的

6、复杂行为[2]。1.2中国的系统科学和城市复杂性研究1.2.1中国系统科学的发展1990年，钱学森、于景元、戴汝为发表“一个科学新领域——开放的复杂巨系统及其方法论”，提出“开放的复杂巨系统”（opencomplexgiantsystems）概念，认为开放的复杂巨系统存在于自然界、人自身以及人类社会，指出其开放性、复杂性、层次性等特征，并提出处理开放的复杂巨系统的方法论。即“从定性到定量综合集成方法”，进一步发展到“从定性到定量综合集成研讨厅体系”，将专家体系、数据和信息体系以及计算机体系三者有机结合，构成一个高度智能化的人机综合

7、系统，将我国复杂系统的研究推到世界学术前沿，达到国际领先水平。成思危（1994）认为，复杂系统中确定性的系统有其内在的随机性（混沌），而随机性的系统又有其内在的确定性（涌现）。王浣尘（1994）提出旋进原则方法论。顾基发、朱志昌（1995）提出物理—事理—人理系统方法论。郝柏林、曾庆存、谷超豪、廖山诗等学者长期从事非线性科学研究，在符号动力学、大气动力学、数值模拟、偏微分方程与孤立子理论以及微分动力学等领域获得了世界先进水平的成果。1.2.2作为复杂系统的城市在城市系统研究方面，周干峙指出城市及其区域是一个典型的开放的复杂巨系统，

8、具有一定的学习功能、自适应性和自组织性[3]。吴良镛认为：要解决城市问题，系统科学是一种不可缺少的方法论工具；人居环境是一个“复杂巨系统”，需要借助复杂性科学的思想和理论；城市科学的深入发展，应从多学科交叉方面来进行整体上的探索[4]。城市是复杂适