596
个编辑
更改
跳到导航
跳到搜索
第96行：
第96行： + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
→不同的视角
(表2：依据边界、反馈和跃迁类型，不同复杂性类型的涌现分类）
(表2：依据边界、反馈和跃迁类型，不同复杂性类型的涌现分类）
== '''实例''' ==
=== 5.1 第I型：没有自上而下反馈的简单涌现 ===
==== 5.1 a）简单有意/名义性涌现 ====
Ia型中唯一被约束的生成角色、或自上而下的过程是对机器的有意设计：一种特定、固定的角色被分配到每个单元，并且角色作用在时间中不会改变。因此每个部分的行为总是相同的，与其它部分的状态、系统的整体状态和环境无关。具有Ia型涌现的复杂性或设计的机器功能，是单个零件和组件计划受控下交互的有意涌现属性：
* 一台机器的功能是其组件的涌现属性；
* 一个软件系统的功能是底层代码的涌现属性；
* 一个句子的语义信息是句子中声音和单词的涌现属性，且取决于它们的排列方式。
(图4：钟表、包括复杂的机器是被设计出的简单有意涌现）
在复杂系统中涌现的典型情况是，新的角色被分配给主体和行动者。在这种类型中，不允许有其它形式的角色分配。一个典型角色的例子是在蚁群中觅食时的「探索者」与「跟随者」或 「运输者」。在计算机程序或复杂系统中，每一个组件和对象都是某种定义好的角色，并受到明确理解规则的约束。手表齿轮在手表中当然具有以前没有的角色，但一旦它们被内置，这些作用就不会再改变。
如果每个部分的行为都独立于其它部分的状态，那么机器的行为就是确定的和可预测的：按照 Ashby[25]的说法，这样的系统是「自组织」的，因为它从「部件分离」变为 「部件结合」。Ia型涌现的典型是普通机器的，例如钟表或蒸汽机。Ashby 对机器的定义如下：<blockquote>「机器」是指以类似机械方式行事的东西，即它的内部状态和周围环境状态唯一地定义了它将进入的下一个状态 [25]。</blockquote>名义或有意这种形式的涌现对人并不陌生。它已经被使用了好几个世纪。例如人们有某种意图、目的或计划创造这样一个系统，对系统进行调试和改变，直到从零件和部件的组装中出现的功能与这个单一目的完全吻合。
然而，正如我们在具有完全自上而下控制的大型系统（例如命令下的计划经济）中所观察到的那样，有意涌现总会有缺点。 具有Ia型涌现系统的一个典型缺点是脆弱性，或缺乏灵活适应性。定义明确、有计划的对象是100%可靠、并总是尽职尽责履行义务的，但如果没有冗余组件，一个部件的缺陷就可能会致使整个系统停止运行。
==== 5.1 b) 简单的无意涌现 ====
大量相同粒子的统计量和宏观属性是未被注意的Ib型涌现例子（如果它们和粒子之间的关系有依赖）：
* 热力学属性，如压力、体积、温度；
* 特征路径长度和网络中的聚类系数；
* 涌现的物理属性，如雪崩、波阵面（wave-front）或沙堆的坡度。
Ib型涌现出现在一类有许多松散耦合、无组织和平等元素组成的系统中，它拥有诸如温度或压力之类的某些平均属性。它勉强可以被称为涌现，是因为把大量个体的属性描述为了一个平均属性总和。平均量本身并非一种涌现的特征，然而如果它们和粒子之间的关系有依赖，定义聚合体属性的统计量则可以被视为简单的涌现特性，虽然这时它们对单个粒子而言没有意义。像压力这样的量不能应用于单个粒子，单个沙粒没有坡度可言，网络中的单个节点也没有路径长度。
(图5：水的宏观特征和物理属性是简单的无意涌现）
大多数平均量只是应用于每块属性的平均数（例如计算机科学博士的平均工资），不是Ib型涌现的例子，因为它们违反了一个属性只有在适用于整体而非部分时才是涌现的观念。（译注：这意味着只有在没有平均标度的幂律现象或分形中才有涌现，相对正态或平均分布则没有）即使没有自上而下的反馈，在主体或粒子尺度上也可以有类似连锁反应或多米诺效应的简单反馈：一个粒子被激发，影响到一个新的粒子，然后一个新的粒子再被激发……。这种简单的尺度保持（点-点）形式反馈导致了波浪、连锁反应、级联和雪崩等等发生。
（图6：没有自上而下反馈、由粒子激发形成的简单涌现）
=== 5.2 第II型：包括自上而下反馈的弱涌现 ===
第II型涌现包括从宏观到微观层面的自上而下反馈。例如考虑一个我们可以确定各种空间分辨率层次（主体-群体、实体-系统、个体-群落、粒子-集群……）的多体系统（Multi Agent System）。在主体极微观层面上，许多单个个体或实体在局部相互作用。这种互动导致更高的层次上出现了一种新型、通常是不可预测的模式。在群体或整个系统宏观水平上，所谓涌现现象——我们所发现未预料到的模式、结构或属性，它们在相互作用规律中并没有直接规定，但反过来却会通过反馈过程影响实体低层次间相互作用。
（图7：鱼群是一种存在自上而下反馈的涌现）
例如，鱼群是一个影响每只参与动物运动的涌现属性。它可以用第二类涌现，即弱涌现来解释和描述。M.A. Bedau 对弱涌现的定义如下：如果一个宏观状态或属性只能从微观动态通过模拟得到，那么它就是弱涌现的[26]。在弱涌现中，不像简单形式的名义涌现或意向涌现那样，只存在微观和宏观层次的唯一因果方向，它在两个方向上都有因果关系。
（图8：弱涌现形成的交互模式）
直接交互（Direct Interaction）：系统中的主体或实体直接相互作用，导致群体和集群的形成，再反过来影响主体或实体本身的行为。只有在主体能够区分不同尺度的情况下，这种反馈才有可能，例如，微观物体有排斥作用，宏观物体有吸引作用。这同样发生在前面提到的结群技巧中，如蜂群、鸟群、哺乳动物群、鱼群或狼群。
间接交互（Indirect Interaction）。系统的主体或实体通过他们各自的行为改变整个系统和环境的状态，环境的变化再反过来影响主体或实体的行为。
如果主体能够通过具有全局性和持久性影响的长期局部变化来操纵环境，如前面提到的信息素技巧（用费洛蒙场标记感兴趣的物品），或者如果它们几乎同步行动，从而使单个行动的效果成倍增加，那么间接反馈也是可能的。自然系统中的例子是蚂蚁群和成堆的白蚁，在社会系统中则是人口迁移过程。
当然，也有两种形式的混合体。在第一种情况下，通过直接互动产生的群体和集群可以影响环境的状态。在第二种情况下，通过环境的间接反馈往往导致群体形成的强化，特别是在具有同步行动的社会仪式中，将一个群体人为一体。
除了直接和间接形式的互动和反馈外，根据两种不同类型的可能反馈，还有两种不同类型的弱出现：消极或阻尼反馈导致稳定形式的弱涌现，以及积极或放大反馈导致的不稳定形式，如短暂的流行、泡沫和嗡嗡声。
（图9：动物迁徙是一种和环境之间的间接交互）
==== 5.2 a) 弱涌现（稳定的） ====
这种反馈通常是负向的，对主体的行动施加约束。IIa型的弱无意涌现是一种经典的涌现形式，它包括了自下而上的影响和自上而下的群体或环境的反馈。它和群体智能、群体形成和共识主动性（stigmergy）有关，也与前面提到的结群和信息素技巧有关。例如：
* 蚂蚁的觅食行为；
* 鱼和鸟的成群行为；
* 液体或流体是分子形式的自组织涌现属性；
* 互联网中的自组织形式，例如万维网和 WIKIPEDIA，Linux 和 Mozilla等开源项目；
* 根据供需定律，商品在经济和自由市场中的最优价格。
（图10：稳定的弱涌现，自下而上正反馈与自上而下负反馈的平衡）
在稳定的弱涌现形式中，一面是探索、多样性和随机性（自下而上影响），一面是利用、统一性和秩序（自上而下约束），两者之间存在着平衡。IIa型的涌现基于两个层次：它们被一对自下而上和自上而下的互补过程所连接。
多样性和「探索」产生于「创造性」的自下而上的过程，这源自各组成部分的自主性和彼此的独特背景。统一性和「利用」产生于「约束性」的自上而下反馈过程，它对组成部分或主体施加了约束——类似于「同侪压力」，迫使他们调整自己的行为或成为某种角色。我们在一个具有涌现特性的系统中观察到的复杂组织形式，是由于多样性和统一性、探索和利用、「创造性 」的自下而上的过程和 「约束性」的自上而下的反馈的平衡。蚁群中的蚂蚁由于不同的个体环境和随机影响探索各个方向。然而它们却有一个集体目标，并被迫遵循自己的信息素轨迹。鸟群中的鸟儿向不同的方向飞去，以避免碰撞，但同时又紧紧地靠在一起，试图与邻居的速度相匹配，并转向所认为鸟群的中心。
万维网（WWW）反映了世界人口的巨大多样性。正如 Flake等人所说，「数以百万计的个体独立运作，拥有不同的背景、知识、目标和文化，他们在网上发布信息」 [28]。这种多样性被W3C和其它联盟（HTML、HTTP等）的统一标准和约束所平衡。
（图11：同质化的「死鱼」无法形成鱼群只能随波逐流）
正如 Linux、Mozilla 和 Firefox 浏览器、WIKIPEDIA 以及世界各地无数其它开放和自由合作项目持续成功所显示的那样，这种形式的自组织可以非常强大。WIKIPEDIA 依靠的是其参与者和贡献者的多样性。如果它由一支克隆大军创建，每个参与者都与同行完全相同，那么它就不会成功。此外，还有一种统一的力量能让其保持统一性：每个参与者都使用相同的简单编辑器，遵守相同的简单规则。
（图12：在遵循相同简单规则下，维基百科是多样化自组织共创的典范）
在经济活动和自由市场中，商品的最佳定价涌现自遵守当地商业规则和供需定律的主体间互动。它基于负向稳定的反馈：高需求或资源供应不足导致高价格，高价格反过来减少需求，增加资源。低需求或资源供应过剩导致低价格，低价格反过来增加需求，减少资源。因此，需求是通过负反馈来改变的，直到达到部分平衡。供需定律假定市场是完全竞争的（没有行动者有足够力量能直接影响价格），且主体的行为是理性的，但情况并非总是如此。一个只模仿别人的人行为就不是理性的，即他的行为不是最优的。例如，他将支付一个并不充分或适当的产品价格。
（图13：自由贸易带来了全球经济的繁荣）
==== 5.2 b) 弱涌现（非稳态） ====
反馈也可以是正向的。吸毒成瘾或经济通货膨胀就是正反馈的（负面）例子：高工资导致产品价格高，高价格增加生活成本，高生活成本增加工资。在毒瘾中，高剂量会激活大脑的奖励系统并导致重复消费，重复消费导致习惯化，从而改变奖励系统并导致更高的剂量。
众所周知，模仿是影响流行、时尚周期和突然的集体意见转变的主要因素之一[29]，我们的决定经常是基于他人的行为。在我们必须决定一些重要的事情（在金融市场上购买股票等）之前，我们经常看别人在做什么，我们模仿别人。然而，其他人也有可能做同样的事情，而且也并不知道真正该怎么做。
当每个人都试图根据别人的行动来做决定时，集体就可能无法正确聚合信息，导致正反馈回路和相互强化出现。例如短暂的时尚：如果一件商品经常被购买，它就被认为是有价值的，如果是有价值的，就会导致许多消费者购买——如果人们只看到别人在做什么。如果在这种情况下分布式决策失败，那么偏离平衡的一点小波动都会导致巨大和夸张的影响：嗡嗡声、泡沫和短暂的时尚，或者级联和快速增长的雪崩。
* 股票市场和金融市场的泡沫和崩溃；
* 文化市场的时尚、狂热和扭曲分布；
* 社会动荡的突然爆发（如东德、印度尼西亚、塞尔维亚）；
* 前稳定的社会规范的变化；
* 从众效应；
* 名人效应（主要因名人而变众所周知）；
* 新闻中的嗡嗡声；
* 经济和社会迁移中集群形成（犹太社区、贫民窟）；
* 锁定状态的路径依赖演变：录像机/键盘/电脑/操作系统市场。
潮流追随者（trend follower）只是模仿别人，而非真正去评估事物的价值。他失去了与现实的联系，就像最后终将跟随的泡沫一样——如果所有其他人也这么做的话。
IIb 型涌现是一种通过正反馈产生的不受欢迎的负面涌现，直到泡沫因指数增长而爆炸或消失。爆发阶段的代价是随后倦怠阶段：金融泡沫破裂并以崩溃告终，文化时尚以过度饱和告终，政治革命以政治冷漠告终。
新闻中某些令人不悦的嗡嗡声，类似于股市泡沫中昙花一现的涌现。正如 Steven Johnson 在他的著作《Emergence》[30] 中所提到那样，媒体总有自我放大的倾向。讨论某些事情是否应该在媒体上报道（例如，关于O.J.辛普森、比尔·克林顿或戴安娜王妃之死的报道，如果媒体本身参与了此案）本身就是一种自报道，并导致正反馈：自报道会导致某事件的报道获得更多的报道，而一个故事如果被频繁报道，又会被认为是重要的。
电视台播放什么节目的决定经常基于同行的行为，他们经常看其他电视台在做什么。当每个人都想根据别人的行动来做决定时，集体就可能无法正确汇总信息，分布式决策也不再起作用。
级联的可能性当然是由基础通信网络决定的。复杂的无标度或小世界网络特别容易发生级联，一方面因为节点之间相互分离只存在少数连接，信息级联可以快速传播。另一方面，这样的网络平均连接度很低，远低于整个网络的节点量，因此存在许多容易受影响的个体。
容易受影响的个体并不是连接最多的个体或意见领袖。因此，由于集体决策，无标度或小世界网络特别容易受到级联的影响。经济和社会迁移（高科技地区、贫民窟、贫民区）中的集群形成是另一个正反馈的例子。好的地点吸引了有趣的公司，而有趣的公司使地点变得更好。这是导致班加罗尔或硅谷等经济集群和高科技区出现的因素之一。相反， 一个地区的生活条件差（暴力增加，使用武器和毒品），导致中产阶级的迁移，中产阶级的迁移又会使情况加剧恶化，这导致了贫民窟和贫民区的形成。
这种正反馈过程在经济中也被称为 「收益递增」（increasing returns）。
布莱恩·阿瑟（W. Brian Arthur）[31]很好地说明了经济中的正反馈和收益递增的概念。VHS磁带、IBM个人电脑、QWERTY键盘、DOS 和 Microsoft Windows 通过相同路径依赖的正反馈过程完全占领了整个市场。这个过程的路径依赖性在于，一开始的小波动或意外可以通过正反馈过程被强化为大的、不可预测的偏差（unpredictable deviations），直到它们最终被长期保存在由此产生的冷冻锁定状态中，在这种状态下，一种产品主导并分配了整个市场（例如，德语键盘用 Z 替换 Y，它们读取 QWERTZ 而不是 QWERTY）。正反馈和自我强化机制的原因又是模仿：「我需要VHS/IBM PC/DOS/Windows产品，因为其他人都购买/拥有/使用它」。
模仿有用的正反馈，若要可持续存在的，往往需要在兼容性和数据交换非常重要，且获取、安装和学习使用新技术成本很高的市场中。正如布莱恩·阿瑟所指出那样[32]，「在经济中以资源为基础的部分（如农业、大宗商品生产、采矿）在很大程度上受到收益递减的影响（稳定的负反馈）」，另一方面以知识为基础的部分在则往往受到收益递增（正反馈）的影响」。