苗东升教授_复杂性科学概述.docVIP

复杂性科学概述 一 复杂性研究的孕育和产生 简单与复杂是一对含义相反的术语，历来是在相互比较的意义上使用的：一个事物或事件或问题未被认识、没有找到解决办法前是复杂的，被认识、找到解决办法后就成为简单的了，因而算不上科学或学术概念。直到1990年代初，复杂性科学传入国内不久，我国科学界的领袖人物仍然持这种看法。从400年来的科学传统看，这很正常。 1、事情的变化肇始于19世纪末，逻辑学家皮尔斯意识到，客观事物的复杂性和多样性需要给以科学的说明。20世纪初，经济、军事等领域的复杂性问题开始引起科学界的关注，后来被称为系统科学的早期探索者正是复杂性研究的拓荒者。控制工程、通信工程等技术问题，特别是军事对阵的定量分析、电话拥挤现象分析、企业管理、投入产出分析等事理问题，既产生了应用自然科学方法作定量分析的强烈要求，又遇到单凭自然科学方法不能解决问题的困惑。尽管还没有把复杂性提炼成科学概念，但在思维的深处已把复杂性不再只当成尚未认识的简单性，事实上已经把复杂性当作复杂性对待。 决定性的一步是由创立系统科学的那一批学者迈出的，提出一些研究复杂性必不可少的概念，如系统、信息、通信、控制、反馈等，着手制定新的科学方法论。贝塔朗菲表达了他们的共识：“我们被迫在一切知识领域中运用‘整体’或‘系统’概念来处理复杂性问题。”（《一般系统论》）维纳把动物、机器、社会一起作为科学的研究对象，以信息、通信、控制、反馈为基本概念。认识最透彻、眼界最深邃的是信息论专家韦沃尔，在《科学与复杂性》（1948）一文中，第一次把复杂性作为科学概念，把科学研究的对象划分为简单性和复杂性两类，判定20世纪以前科学研究的是简单性，20世纪以来的科学研究复杂性，并提出无组织的复杂性和有组织的复杂性概念，认为20世纪上半叶科学研究的是无组织的复杂性，20世纪下半叶科学转向研究有组织的复杂性。这些看法对近60年来的科学发展产生了深远影响。《科学与复杂性》一文是复杂性研究的宣言书。 2、1940年代尚不是复杂性科学的诞生期，对复杂性的认识还很笼统，关于复杂性的概念体系尚未建成，对新的方法论的理解还比较模糊，赞同韦沃尔观点的学者还是极少数。50-70年代是复杂性科学的产前孕育期，形成多种理论方案： 软系统统方法论。控制论、运筹学、系统 工程在50-60年代前期的大发展以及随之而来的困惑使人们明白了，线性的、有良好结构的系统是简单的，还原论方法稍加改进即可解决问题；大量系统是结构不良的，结构不良系统必定是非线性的，结构不良的系统才是复杂的，必须在方法论上有重要突破。由此产生了软系统方法论，控制论、运筹学、系统工程则属于硬系统方法论。 札德的模糊集理论从另一角度揭示出一类 特殊的复杂性——模糊性，即事物类属的不分明性，提出处理模糊性的方法论，创立了一种应对复杂性的新的逻辑――模糊逻辑。 耗散结构论（普利高津）、协同学（哈肯） 等是第一批科学形态的自组织理论，揭示出自组织是物理化学领域复杂性产生的根本机制，对于理解生命、社会领域的复杂性也颇具启发。60年代发现耗散结构使人们认识到，物理学领域也有复杂性，物理耗散结构代表物质世界的“最低复杂性”。 电子计算机技术和计算机科学的长足进展，为复杂性研究提供了技术支撑，在超级计算机上做模拟计算成为复杂性研究的实验手段。复杂性科学便呼之欲出。 3、1980年代是复杂性科学的诞生期。重要标志： 普利高津等人提出复杂性科学这个概念 （70年代末至80年代初，见《从混沌到有序》）， 给40-70年代这四十年的零散研究竖起一面统一的旗帜，尼克里斯和普利高津推出专著《探索复杂性》一书，为科学前沿的这一重要动向制定了响亮的战斗口号； （2）在三位诺贝尔讲得主盖尔曼、安德森、阿罗的推动下，世界上第一个以研究复杂性为目标的学术机构SFI（圣塔菲）成立（1984），吸引了一批批能力卓著的学者参与，迅速发展为世界复杂性研究的枢纽，产生了广泛而巨大的影响； 60年代发现混沌这种最复杂的动力学现 象，70年代发现分形这种最复杂的几何现象，建立起混沌学和分形学这两个公认属于复杂性研究的新学科。沌学、分形学、非线性科学的问世，表明复杂性科学已经具备若干足以在现代科学殿堂占有一席之地的分支； 各个学科部门先后开展本领域的复杂性研 究，迅速成燎原之势，世界重要国家都在开展这复杂性研究； （5）日益得到科学主流的承认，Science杂志1999年推出的复杂性研究专集就是一个证明。新世纪以来，欧美纷纷制定复杂系统研究路线图。 （6）复杂性研究形成一个初步的概念体系：简单性，复杂性，耗散结构、自组织、涌现、突变、混沌、分形、模糊性、非线性、适应性、混沌边缘等等。 在中国，最早注意到复杂性科学的是钱学森，他 是在创建系统学的探索中走向复杂性研究的。从1986年初起，