复杂系统的定义是什么?

复杂系统大家都在谈,都在研究,但到底什么样的系统是复杂系统尚无定论,大家对复杂系统的定义是什么?有没有主流的理论说法
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现在的复杂系统研究尚处于洪荒时代,并没有给出复杂系统的严格科学上的定义。但是,描述性的定义是有的,比如:复杂的系统就是复杂系统~~~。

通常情况下,我们可以将系统看作是单元(节点)和关系(连线)所构成的整体。那么,复杂系统就是那些单元数量巨大,同时相互联系比较紧密,而且错综复杂,这样系统就是复杂系统。

蚂蚁社会是典型的复杂系统,个体简单,整体却非常复杂有序。飞鸟构成的鸟群也可以被看作是复杂系统,尽管个体的数量可能就几十只,但是个体之间存在着高度的相互作用关系,这导致鸟群的飞行行为很复杂多样。

这种在整体表现出来的,但却在个体级别看不到的属性、行为、特征等就是所谓的涌现。

与此相对的还有两类系统:一种是简单系统,单元数量少,相互作用简单而弱小。

另一种比较有争议,就是单元数量巨大,但是相互作用却非常微小,这种系统通常不认为是复杂系统。比如,理想气体就是这种系统,它的集体行为可以用简单的公式来加以描述。但是,很多物理学家也许不这么认为,暂且不表。

生活中,我们总会有这样的疑问,像艾滋病这样的疾病为何能够摧毁免疫系统?像纽约、东京这样的大城市,如何能够不间断地保障食品、医疗、服饰和数百万种居民必需品的供给?

这类高度复杂系统的运作仍然是一个谜,不过通过约翰·霍兰及其同事在圣菲研究所和密歇根大学的研究成果,就能为这样的谜面给出谜底,可以这么说,复杂性研究就诞生于这群谜团之中。

1997 年感恩节前夕,作为来自中国大陆的第一位学者,我首次访问了圣菲研究所,从此与这个世界闻名的研究所结下了不解之缘,这是我学术生涯中的一个转折点。一个全新的研究方向——复杂性研究,成为我最醉心的研究领域。而《隐秩序:适应性造就复杂性》正是约翰·霍兰的复杂自适应系统(CAS)理论集大成的一本书,作为复杂性新科学的先驱者之一,约翰·霍兰试图描述并总结出,从人体免疫系统到生物圈等不同复杂适应系统,其内部的结构和规则的共性。虽然他是借鉴计算机模型,对复杂适应系统的内部结构进行了厘清,但是结合他提出的若干理论方法,也可以指导诸如资源耗竭,各种置我们于险恶境地的亟待解决的其他问题。

1994 年,霍兰在圣菲研究所的暑期讲习班上做了一个报告,在他发明的遗传算法,简称 GA 的基础上,首次系统地说明了 CAS 理论的基本理念和研究思路,堪称复杂性研究的一项重要进步。今天我们就来对于这部重要著作进行一个简要的介绍。霍兰是遗传算法和复杂适应系统的创始人,也是密歇根大学的心理学,电子工程和计算机科学的教授。他曾获麦克阿瑟研究奖,是圣菲研究所的学术指导委员会主席之一。正像霍兰的朋友在他 85 岁生日纪念文集中所指出的那样,霍兰是那种少有的科学家之一,他们从根本上推动了科学的进步,彻底改变了人类知识的状况。几乎没有一个科学领域或议题,没有受到他关于复杂性科学,特别是复杂适应系统理论的影响。

关于《隐秩序》这本书,今天我主要讲三个要点,希望能够对于听众掌握该书的精髓有所帮助。第一个要点是:简单系统和复杂系统的区分;第二个要点是:CAS 理论的核心理念和基本概念;第三个要点是:遗传算法和「回声模型」 。全书由「基本元素」、「适应性主体」、「回声导致的涌观」、「回声模型的计算机模拟」、「通向理论」等 5 章构成。