复杂适应系统和社会发展

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1、复杂适应系统和社会发展周光召　　一、引言　　２０世纪以前，宏观系统一直是科学主流所研究的对象，当时着重研究的是线性相互作用在平衡和稳定状态的系统，这种系统一般具有确定的运动规律，所以我们常常能预测它未来的行为。但是总归世界上有很多随机的因素在起作用，所以也能预言，它们的行为在随机因素作用底下产生的偏差多大。这种研究方法主要是要把复杂的系统分解组合成简单的单元，通过分析各个单元的相互作用和运动规律，求得对整体运动状态的了解。　　过去所研究的系统，尽管有的时候结构也很复杂，比如大规模的集成电路很复杂，现在里边有上

2、亿个晶体管，至少有几千万，最新的可能要上亿，但是它的行为在一定范围之内还是可以预测和控制的。电脑用的大规模集成电路，尽管非常复杂，但是我们叫它干什么就干什么，而且随着技术的发展，一个产品常常是多种技术的综合，包含的部件和结构也越来越复杂。比如说数码相机包含了光学、机械、微电子芯片、软件等等，是一个复杂的组合。但这些都还是确定的复杂系统，它的行为比较确定。复杂技术组合的产品，现在对经济的发展已经是越来越重要了。　　从７０年代末开始，关于混沌现象和分形理论的研究，通过对一些现象的数值模拟，使我们认识在非线性相互作

3、用下的开放系统，在特定的条件底下就会发生所谓的混沌现象，或者突显现象。在混沌出现区域的时候，系统对外界环境的偶然因素是非常敏感的，可以说是差之毫厘，失之千里。这样系统长期的运动状态就变成不可预测的，在一定程度上是一种无序的状态。不是完全无序，是一定程度的无序。同时也发现在混沌区的附近有可能突然形成具有特定的时间结构，一种有序的状态，叫做分形。这样就出现了由无序向有序的转变，随后就发现混沌和分形是非常普遍的现象。在生物界，在经济和社会生活中，到处都可以观察到混沌和分形的出现。　　了解有关的规律，就有助于进行管理

4、和调控。因此，对处于一种非稳定的、非平衡的状态，进行快速演化或者不断调整的复杂系统的研究，就成为本世纪科学研究的重点。　　对非线性作为下的复杂系统的研究，大概是这２０年左右的事情，从７０年代末开始，还没有系统成熟的理论，缺少定量观察分析的手段。但是，对一些现象的简化模型，现在进行数值模拟，计算机越来越大，所以数值模拟的现象越来越丰富。在这个模拟过程中，形成了很多重要的、定性的概念。有很多科学家对这个作出了贡献，但是今天我们没有对他们做介绍。这些科学家的功绩，可以在一本《复杂》的书中看到。简单和复杂，必然性和偶

5、然性，有序和无序，稳定和发展，量变和突变，竞争和协同，适应和淘汰，遗传和进化这些相互矛盾概念的对立和统一，在复杂性的研究中都得到了进一步的发展。辩证法已经成为这方面研究的有力工具。　　下面我们对非线性作用下的复杂系统做简单的介绍，它的理论还不完全成熟，不同的学者看法也不完全一样，我们只是做最初步的介绍。　　二、系统的一般概念　　"系统"一词在古希腊时代就有，是组合、整体和有序的含义。在物理科学中，太阳系指的是以引力相互作用维系的太阳和九大行星组成的天体系统。在生物学中消化系统、呼吸系统和神经系统等等都是联合执

6、行同种功能之间的组织器官的结构。　　系统分成很多层次。一个系统的内部通常都是结构分明的子系统。系统本身又可能是一个更大系统的子系统，肉眼看不见的分子系统也是复杂的系统。分子是由原子组成的，原子是由原子核和电子组成的，原子核是由质子和中子组成的，质子和种子是由夸克组成的。　　肉眼看不见的宏观世界，也是结构层次分明的天体系统。太阳系又是银河系的一部分，银河系又是更大星系的一部分。太阳系里边的地球本身又是复杂的、大的系统。系统有很多层次，像太阳系，下面是地球，然后是生态系统，细胞到分子，到原子，往下走。过去是一层层

7、往下走，所以叫这种方法还原论的研究方法。现在要发展一层一层往上走，看看上边每一层有什么特殊的性质，这是一种整合的办法。　　什么叫简单系统，什么叫复杂系统？一个完全无序、处于热平衡状态的系统无疑是简单的系统，比如说一个很完美的晶体，一个金刚钻也是一个很简单的系统。一般讲，描述简单系统需要的信息量是少的，描述复杂系统状态的信息量多。所以，复杂系统的状态，一般讲是处在完全有序和完全无序的中间，并不是在两头。　　一个包含信息量大的复杂系统的状态，是由必然性和偶然性的结合而产生的。比如人类社会发展的历史，就是由社会发展

8、的必然规律和一些偶然因素，像突然的天灾、战争的结果，有些统治者的个性、错误决策等等，这些都是带有偶然性的因素所决定。一个人的历史也是这样的，从出生到现在，可能考上那个学校，没考上这个学校，选择了这个专业没选择那个专业，或者生一次病等等很多偶然因素，这些都有可能决定后面的发展，每发生一次偶然事件，很可能就走上了一条不同的路。　　什么叫非线性？就是作用和作用的效果，日常生活中非线性很多，去买一件衣服是这