滑铁卢复杂性与创新研究所

简介

滑铁卢复杂性与创新研究所（WICI）是一个研究中心，旨在促进对人类福祉至关重要的复杂适应性系统内的创新进行严格的跨学科研究，并进行有弹性和有益的转变。 WICI是一个由成员领导和成员驱动的组织，努力建立复杂系统研究人员的网络，不仅在滑铁卢大学，而且在整个加拿大。WICI还努力加强与全球复杂系统研究界的联系。WICI欢迎跨科学，艺术和人文学科的各种复杂系统研究方法，努力将研究人员与共同的方法论和领域兴趣联系起来。 WICI的产品包括与当地专家和世界知名的复杂系统学者进行会谈。大部分会谈均已记录在案，并可在其网站上查阅。WICI还赞助工作组，研讨会和小额赠款，以支持研究开发。举办了三次关于各种主题的专家会议。WICI会员资格提供了一个机会，可以提高复杂系统学者的知名度，并为合作研究，资助申请，科学评论，政策分析和教育计划建立网络。

组织结构

该研究所由一名董事和一名小职员组成，由董事会和指导委员会管理，并由国际科学咨询委员会（ISAC）领导，该委员会由复杂性和创新领域的领先思想家组成。

目标

总体目标

滑铁卢复杂性与创新研究所（WICI）是一个研究中心，旨在促进对人类福祉至关重要的复杂适应性系统内的创新进行严格的跨学科研究，并进行有弹性和有益的转变。在这一总体使命下，WICI的目标是：

1、追求前沿研究，大大推动复杂性科学及其在人类问题上的实际应用
2、在复杂性和创新研究领域建立一个充满活力的大学范围的研究社区
3、通过研究项目和与全球复杂科学界交流知识，将这个社区联系起来
4、将滑铁卢大学建设成为使用复杂系统理念促进创新以解决多规模，系统级别全球问题的世界领导者。

研究目标

该研究所的研究目标是：

1、将复杂系统研究中的现有想法与相关领域的补充思想相结合，为复杂的自然和社会研究开发增强的综合概念框架和方法系统；

2、应用这些综合概念和方法来刺激快速创新：

（1）增强对人类福祉至关重要的复杂系统的复原力，这些系统具有经济可行性，社会公平性和生态可持续性。

（2）加速复杂系统的有益转型，带来无法弥补的根本缺陷。

研究方向及原因

研究方向

复杂的系统就在我们身边。他们被看作是迁徙鸟类将自己组织成植绒地层的方式，而蚂蚁则通过成功的方式进行交配。他们被看作是人类形成社交网络的方式，以及从这些网络中产生的沟通、社会资本和声誉的模式。它们可见于植物、雪花、山体滑坡和星系的新兴幂律或分形结构，以及财富和收入分配，股市波动，城市间人口分布以及城市发展模式的类似结构模式。复杂系统通常被称为“超过其各部分总和的整体”，在不查看单个组件及其如何交互的情况下无法理解其行为的整体。

滑铁卢复杂性与创新研究所（WICI）研究复杂系统的形式方面，利用定量和定性方法。我们调查诸如以下问题：哪些流程和结构定义复杂系统并描述其结果？如何对这些进行建模并理解其含义？复杂系统能够最好地体现哪些现实问题，以及从复杂系统镜头中获得哪些新见解？最重要的是，我们对复杂性的理解如何帮助我们更好地创新以解决世界上最棘手的问题？

复杂行为源于相互作用系统之间的相互作用，乘法因果关系与正反馈之间的相互作用。这种系统的特征是根本不成比例的因果关系（即小原因并不总是产生小的影响）或通常所谓的“非线性”。非线性系统可以在稳定状态或平衡之间经历突然翻转。第二个特征是结构化宏观模式的“出现”，它是系统中实体的独立微观相互作用的结果。这些宏观模式无论是地球大气层的飓风还是全球金融市场的繁荣 - 萧条周期，往往具有巨大的因果力。

复杂的自适应系统，主要是生命系统，包括人类社会系统，展示了所有这些特征; 但是，此外，它们在动态选择环境中存活并重现。为此，他们拥有一系列嵌入式规则来指导其行动以响应其外部环境。这些规则在选择压力下发展。

复杂系统的正式研究始于20世纪中期的数学，物理，计算机科学，系统工程（包括控制论）和气象学; 最近，生态学，社会科学和认知科学做出了重要贡献。研究人员现在将复杂性理论的见解应用于各种系统的行为，如淡水湖泊，哺乳动物免疫系统，金融市场，社交网络，互联网和电网。

在数学上，复杂的自适应系统是多状态变量动力系统，其特征在于适度的结构化交互和互连。这些系统中的状态变量通常以异构参数集和更新规则为特征。空间和网络关系通常是不均匀的，违反了平均场理论假设。因此，这些系统的数学表示通常没有分析解决方案。此外，系统行为的特征在于路径依赖性，非线性，分叉和阈值行为。较高规模或汇总的输出模式通常以幂律统计分布为特征。

原因

在21实际的第二十年，惊喜不再是令人惊奇的。我们看到意外和有时灾难性变化的发生率稳步上升，例如金融危机，流行病，食品价格急剧上涨，破坏性气象事件以及严重的社会和政治动荡。

在20世纪的基础学科的方法来研究和决策不能有效地解决这些问题，因为它们在本质上是跨学科的。人类嵌入在复杂的社会生态系统的嵌套和相互关联的层次中，包括生物圈和全球经济。这些系统越来越受到强大的，同时的和经常相互作用的压力的干扰，包括人口迅速增长，全球经济中的系统性失衡，贫富阶层之间的巨大差距，高质量能源的稀缺性恶化以及地球环境的严重破坏。

在这种背景下，创新的问题解决需要一种复杂的系统方法，将各种学科的知识结合起来。在过去几十年中发展起来的复杂系统研究，是在物理学，生物学和社会科学的交叉点上进行的。贡献者来自生物学，计算机科学，生态学，经济学，历史，数学，哲学，物理学，政治学和社会学。该领域的研究范围从对自组织的一般原则的研究到对森林生态学等特定现实世界系统的建模。

这项工作产生了大量的方法，想法和结果，包括对现代市场和哺乳动物免疫系统等复杂适应系统中非凡创新率背后的过程的深刻见解。但是，尽管有着巨大的希望和很高的期望，但对复杂系统的研究还没有产生显着改善我们世界的实际结果。例如，它没有帮助改善现实世界的社会和技术创新过程，也没有帮助政策制定者更有效地解决世界上最紧迫的问题。这种令人失望的结果并非完全是复杂系统研究进展有限的结果：人类社会的程序和结构对变革具有深刻的抵抗力，部分原因是大多数社会仍然坚定地以“机械”世界观为基础，这些观点指导了明显成功的问题在过去解决。

滑铁卢大学的独特之处在于实现这一承诺。它具有鼓励跨学科研究的企业家知识文化;它有一个长期的战略愿景，促进创新;它在与复杂性研究有关的领域具有巨大的计划优势，包括应用数学和计算机科学;它与周边研究所和国际治理创新中心等研究中心密切相关，这些研究中心对复杂系统的行为有着浓厚的兴趣。

因此，我们创建了一个跨学科研究所，滑铁卢复杂性和创新研究所-整合了大学院系，部门，中心和学校的复杂系统知识，并将从世界各地吸取复杂的系统专业知识，以解决最紧迫的问题的21世纪。

研究项目和工具

滑铁卢复杂性和创新研究所（WICI）目前正在开展六个不同的研究项目，每个项目都由一组经常会面的活跃研究人员支持：

研究项目

传统增长的替代方案

该小组正在研究各种变化途径对经济系统的技术，社会和道德影响，从而大幅降低材料和能源吞吐量。在这方面，它专门研究能源投入与社会复杂性之间的关系。

认知 - 情感建模; 意识形态的维度

该研究小组正在研究： 1、方法论的发展、认知、情感映射（CAM）用图形表示信念的内容，包括他们的情感效价 2、描述描述当代政治和经济意识形态的国家空间的维度，以及对该国家空间内变化机制的描述。

耦合人类 - 环境系统理论

人类和自然系统的未来健康状况取决于人类系统与环境之间的双向互动：人类所做的事情会影响环境，但环境的变化又会影响我们的感知和行为。因此，人类及其环境共同形成单一的耦合非线性系统。该小组对耦合系统的研究特别关注的是开发森林-草地马赛克生态系统中的人-环境相互作用模型，以及疫苗背景下的人-疾病相互作用模型。该小组运用经验主义的理论建模来解决政策问题或基本科学兴趣。

复杂网络的稳健性：尽管存在顽固和恶意的对手，但仍达成协议

该研究计划研究复杂网络（包括社会，经济，生物，生态和工程网络）的结构和动态。该计划的目标是为复杂网络开发数学模型，确定表征网络功效和弹性的基本指标和通用属性，并提出利用结构和动态来改善整个系统功能的机制。

开放式架构问题解决

该研究计划旨在确定解决集体问题的过程，以应对关键的全球挑战。特别感兴趣的是开源方法在大规模协作解决问题方面的应用 - 特别是可能改善民主实践的方法。

物理，生态和社会系统中的比较阈值行为

该研究计划探讨了解释物理，生态和社会系统中的非线性或“阈值”行为的理论之间的相似点和不同点。它运用这些知识来更好地解释社会系统行为的突然变化。

人类环境系统中的漏洞：用于复杂系统分析的工具（城市环境）

Dawn Parker教授目前领导一个研究团队，开发基于代理的住宅用地和交通模型，探索居民的社会经济和文化特征之间的联系;他们在住房市场，日常交通决策和房产环境管理方面的选择;开发者的目标和行为;政策制定者和规划者对这两个群体的限制;以及由此产生的城市形态和交通网络功能的宏观紧急模式。

研究工具

这些工具由WICI核心和附属研究人员制作，以提供对复杂现象的更深入了解。 EMPATHICA：该软件程序旨在帮助人们理解和解决冲突。以下两个示例CAM是Manjana Milkoreit的会议论文的一部分，Manjana Milkoreit是滑铁卢大学全球治理博士候选人，题为“认知在全球气候政治中的作用 - 在南北分裂中绘制信仰系统和情感，在2012年压力下的Planet（伦敦）上发表。

出版物

2017

Tran, J. “了解开发商在滑铁卢地区的决策”，规划学院，滑铁卢，滑铁卢大学，01/2017。

2016

Parker, D., T. Filatova, M. Barton, T. Dawson, G. Polhill, L. Milazzo, A. Lee, J-S. Lee, A. Voinov, K. Robinson, et al.,“奇迹”“第三轮”深入数据挑战大会，2016年，英国格拉斯哥。

Jin, X., K. Robinson, A. Lee, G. Polhill, C. Pritchard, and D. Parker Submitted for review, 2016.“奇迹：基于代理的模型输出的基于云的可重复数据分析和可视化平台原型”

Babin, R.“在集约化下估算购房者的偏好：在基奇纳 - 滑铁卢的轻轨之前的开放空间和多式联运设施的快乐模型”，规划学院，滑铁卢，滑铁卢大学，09/2016.

2015

Parker, D., T. Filatova, Y. Huang, Q. Huang, and X. Jin,“土地市场代表对经验土地利用变化模型解释的影响”推进大都会模型会议，里弗赛德，加州，2015。

Parker, D., M. Barton, T. Dawson, T. Filatova, X. Jin, A. Lee, J-S. Lee, L. Milazzo, C. Pritchard, G. Polhill, et al 奇迹项目：用于可视化模型输出的网络基础设施，2015。

Parkin, M., D. Stubbs, V. Hang, D. Parker, J. Casello, M. Moos, X. Jin, R. Babin, P. Fard, Y. Huang, et al., 中央过境走廊监测计划，基奇纳 - 剑桥 - 滑铁卢基线监测报告，滑铁卢，滑铁卢地区，2015年。

2014

Parker, D., X. Jin, R. Babin, K. Yeung, and A. Antanaitis“原型综合住宅用地和交通模型：滑铁卢地区模型（WARM）”，地理空间理论，过程，建模和应用联合国际会议，多伦多，2014年。

Parker, D., X. Jin, R. Babin, K. Yeung, and A. Antanaitis“开发基于矢量的土地市场模型”，美国地理学家协会年会，Tampa，F.L.，2014。

活动

1、从2008年至今，活动的形式主要为演讲分享，分享的内容几乎都是关于复杂性、复杂网络等一切关于复杂系统的相关知识。如：Bill Sutherland 主持的复杂系统的开放式格式对话、桥梁讲座：跳舞复杂系统的数学、基于仿真的复杂系统工程等等。参与者有时间可到现场参与，时间不允许的情况下，可通过在网站上的过去演讲者的视频中观看。
2、会在网站上发布一些WICI成员的最新研究成果及一些动态
3、滑铁卢复杂与创新研究所（WICI）目前提供每月研究生研讨会，学生自愿与其他学生一起展示他们的复杂系统工作，并可以与其他复杂系统学生一起接受非正式反馈和讨论。在这些活动之后，邀请参加者参加研究生院的非正式社交活动。请参阅我们的活动页面为即将举行的会议的详细信息！另一种参与的方式是订阅WICI的邮件列表，以接收常规时事通讯和活动提醒。

资源及课程

资源

滑铁卢复杂性与创新研究所（WICI）研究产生了大量与复杂性相关的研究结果，资源和工具，其中一些可在WICI的研究部分获得。

WICI不定期的论文：这些出版物报告了该研究所主持的研究项目的结果。

关于认知和气候变化的谈判者简报：本系列基于对认知在全球气候变化谈判中的作用的持续研究，并提供专门针对全球气候变化谈判参与者当前需求和挑战的见解。

WICI数据挑战：信息，文档，视频以及对获胜工具和亚军的源代码的访问。

复杂性阅读清单：为了帮助那些不熟悉复杂性科学的人，这个页面列出了关键的阅读材料。

滑铁卢大学与复杂性相关的课程：此页面列出了目前在滑铁卢大学教授的与复杂性科学相关的所有课程。

复杂性相关事件的学生资助标准： WICI很高兴地宣布，我们将接受滑铁卢大学有兴趣参加复杂性相关活动的学生的资助建议。

学生旅行报告：来自WICI的旅行报告赞助了学生在滑铁卢大学攻读复杂性科学相关学科的研究目标。

数据可视化和分析研讨会：展示WICI赞助的数据挑战竞赛中获胜者和亚军的工作。

课程

一些WICI成员分享了滑铁卢大学以及世界其他学校的复杂系统学者感兴趣的课程信息。这绝不是一个包容性的清单。

1、滑铁卢大学复杂系统课程：学习的艺术和科学（秋季学期）、创造性思维（秋季或冬季学期）、计算社会科学（冬季学期 - 在线课程）、艰难的决定和邪恶的问题（秋季或冬季学期）、复杂系统简介（冬季学期）、人工生命 - 生物学与计算（2019年春季）、人工生命 - 体验智能（2019年秋季）、离散动力系统的代数结构（冬季学期）

2、外部复杂系统课程

CMU夏季学院：

时间：2019年6月10日至16日

地点：宾夕法尼亚州匹兹堡卡内基梅隆大学CASOS（社会与组织系统计算分析中心）

研究机会计划ENV299Y / 399Y

ENV1：通过仿真模型研究自然系统的复杂性

ENV2：通过仿真模型研究行为变化

时间：2019年秋季和2020年冬季 5：00-7：00 pm

地点：多伦多大学

课程描述：在ENV1和ENV2中，学生通过构建基于代理的模拟来研究他们选择的系统的复杂性。我们为社会和自然科学领域的学生提供机会。计算机科学专业的学生可以参与AI中的编程或更多理论问题。作为一个学分课程，这只适用于多伦多大学艺术与科学学院的第二学年和第三学年学生，但任何机构的学生都可以参加。我们确实支持那些希望使用该软件来满足课程要求或自己独立研究的学生。如果你能到实验室，我们会为你腾出时间。我们还有滑铁卢大学，麦克马斯特大学和西方大学的学生建模师。我们也愿意安排访问另一所学校，接受有关软件使用和基于代理的模拟的培训。

PHC 6934：灾难取证

时间：2019年秋季

地点：南佛罗里达大学公共卫生学院

课程描述：最近全球威胁形势出现了高影响，低概率事件。卡特里娜飓风，日本大地震和海啸，飓风桑迪，飓风伊尔玛，超强台风海燕，全球恐怖活动，航空和重大基础设施灾难等事件已成为新常态。极端事件挑战了我们对灾害病因的相互依赖性和复杂性的理解，并经常引发层层叠叠的突发公共卫生事件。灾难取证旨在揭示事故和灾害（自然灾害，人为事故和人为故意灾害）的复杂因果关系。这是关于用新的眼睛看。基于证据的方法植根于法医学的传统概念化，在20世纪初期，法国法医科学先驱爱德蒙·洛卡德博士提出了这样一种理论，即“每一次接触都留下痕迹”。

请注意，课程列表是2019年春季的最新列表。要注册课程或了解更多信息，您必须直接与学校联系。

会员类别

成员类别认可不同类型的参与研究所的活动和对滑铁卢复杂与创新研究所（WICI）的承诺水平。主要类别是：

1、核心成员

核心成员是定期，研究或兼职的大学教师，他们在该研究所的主持下领导一项长期研究计划。外部核心成员是滑铁卢大学以外的常规，研究或兼职教师，他们领导一个长期复杂的系统研究计划，并积极参与WICI网络和活动。核心成员资格在成员在WICI内积极研究期间持续。

2、会员研究员

会员研究人员是常规，研究或兼职的大学教师或非大学研究人员，包括博士后研究员，他们积极参与研究所活动，包括其研究项目或委员会。会员资格有效期为三年，可以续任。

3、从业人员

从业人员包括政府，志愿部门和对研究所研究和调查结果感兴趣的私营部门的人员，以及积极参与WICI会议，研讨会和向普通观众开放的会议的人员。会员资格有效期为三年，可以续任。

4、学生会员

学生会员是来自滑铁卢大学或附属机构的学生，他们致力于攻读与复杂性科学和创新相关的硕士或博士学位。会员资格有效期为三年，可以续任。

5、如何成为WICI会员

请提交一份正式的信函，要求提供会员资格以及简短的简历和简历。请写给WICI主任的信。您的完整申请材料将转发给主任和WICI指导委员会进行审核和决定。申请可能会提交给WICI管理员。