复杂系统入门图书

该书单收集的原则是：1、内容简单、可读性强；2、对复杂系统各个学派介绍得比较全面

复杂性思维：物质、精神和人类的计算动力学

作者: [德]克劳斯·迈因策尔 (Klaus Mainzer)
出版社: 上海辞书出版社
原作名: Thinking in Complexity
译者: 曾国屏 / 苏俊斌
出版年: 2014-4-1
页数: 584
定价: 85.00
装帧: 平装
丛书: 辞海译丛
ISBN: 9787532638925

内容简介

复杂性科学是可与相对论、量子力学媲美的20世纪重大科学突破之一。在某种意义上，复杂性对整个科学体系的影响，也许比后两者更深刻、更广泛。进入21世纪，探索和理解复杂性，依然受到自然、社会、人文等各学科的共同关注。德国著名哲学家、复杂性科学专家克劳斯o迈因策尔教授的这本名著已出至第五版，它从哲学的高度，广泛涉猎物理学、生命科学、认知科学、计算机科学、经济学、社会学等诸多方面，揭示了不同学科体现出的共同的复杂性特征，以详尽而不失之繁琐的例证，和严谨而又尽可能通俗的笔法，阐释了对复杂性的探索将如何引起人们思维方式的深刻变化。

作者简介

克劳斯·迈因策尔 (Klaus Mainzer) 德国科学哲学家。现为慕尼黑工业大学教授。在复杂系统、非线性动力学等领域多有建树，除本书外，还著有《大自然的对称性》、《对称与复杂：非线性科学的魂与美》等。主译：曾国屏清华大学人文学院科学技术与社会研究所教授，清华大学深圳研究生院社会科学与管理学部主任。长期从事科学•技术•产业与社会问题、科技传播普及、自然辩证法和复杂性科学哲学问题的研究，有著译十余种。

系统科学

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作者: 许国志编
出版社: 上海科技教育出版社
出版年: 2000-1
页数: 413
定价: 39.60元
装帧: 简裝本
ISBN: 9787542823557

内容简介

《系统科学》是在总结我国二十多年来开展系统科学和系统工程研究、应用、教学的基础上编写的，并在全国范围广泛征求意见，反映了同行的共识性认识。《系统科学》全面介绍了系统科学的基础理论、应用理论和工程应用，重点是基础理论的内容。《系统科学》系统阐述了对各类系统的结构、功能和演化有普适意义的动力学系统理论(包括分岔、混沌等)、自组织理论、随机性理论，以及简单巨系统、复杂适应系统、开放的复杂巨系统的理论，对信息论、控制论、运筹学、系统工程方法论等系统工程技术作了简要介绍。

Complexity

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作者: Mitchell M. Waldrop
出版社: Simon & Schuster
副标题: The Emerging Science at the Edge of Order and Chaos
出版年: 1992-1-15
页数: 384
定价: USD 15.00
装帧: Paperback
ISBN: 9780671872342

内容简介

In a rented convent in Santa Fe, a revolution has been brewing. The activists are not anarchists, but rather Nobel Laureates in physics and economics such as Murray Gell-Mann and Kenneth Arrow, and pony-tailed graduate students, mathematicians, and computer scientists down from Los Alamos. They've formed an iconoclastic think tank called the Santa Fe Institute, and their radical idea is to create a new science called complexity. These mavericks from academe share a deep impatience with the kind of linear, reductionist thinking that has dominated science since the time of Newton. Instead, they are gathering novel ideas about interconnectedness, coevolution, chaos, structure, and order - and they're forging them into an entirely new, unified way of thinking about nature, human social behavior, life, and the universe itself. They want to know how a primordial soup of simple molecules managed to turn itself into the first living cell - and what the origin of life some four billion years ago can tell us about the process of technological innovation today. They want to know why ancient ecosystems often remained stable for millions of years, only to vanish in a geological instant - and what such events have to do with the sudden collapse of Soviet communism in the late 1980s. They want to know why the economy can behave in unpredictable ways that economists can't explain - and how the random process of Darwinian natural selection managed to produce such wonderfully intricate structures as the eye and the kidney. Above all, they want to know how the universe manages to bring forth complex structures such as galaxies, stars, planets, bacteria, plants, animals, and brains. There are commonthreads in all of these queries, and these Santa Fe scientists seek to understand them. Complexity is their story: the messy, funny, human story of how science really happens. Here is the tale of Brian Arthur, the Belfast-born economist who stubbornly pushed his theories of economic ch

《复杂》导读

作者：张江

《复杂》这本书的出版可以说给中国的学术界打开了一扇窗子，让我们真正的了解了国外的复杂性科学。有人称《复杂》这本书是复杂性科学的“圣经”我看也一点不为过。《复杂》类似于纪实小说，读起来轻松愉快。然而这也许会让不熟悉的人摸不到头脑，因为单单从每一章的标题根本读不出来这一章所要讲述的主要内容。事实上，《复杂》叙述的学术内容涵盖了经济、生命、计算机、物理、哲学等等多门学科、多个层面。我在此做一个总结，方便大家阅读，并希望你能在相应的章节找到自己最想要的东西。

1、爱尔兰的英雄

主要叙述阿瑟（Brian Arthur）的故事，包括他的报酬递增率，以及新经济学上的一些洞见，还有对新古典经济学关于最优化经济人的质疑。当然文中也介绍了他的一些个人经历和科研成果。从这章你会体会到一场革命即将来临，这是一个非常好的复杂科学的切入点。如果你感兴趣的领域是经济学，并同样感受到新古典经济学的不足之处，那么这章一定要看。

2、老师倒戈

主要叙述考温、盖尔曼这些权威的物理学家、诺贝尔奖获得者是如何萌发研究跨学科的想法并筹建圣塔菲研究所的。其中包括了这些专家对自己以前研究方法的质疑，他们称新兴的方法为复杂系统方法。文中还介绍了一些物理学的知识。如果你对物理学感兴趣，建议看这章。

3、造物主的秘密

主要叙述考夫曼的个人研究经历，以及他的关于基因网络（外文大概叫boolean network)方面的研究，这个网络有望解释一个受精卵是如何演化出生物个体的。另外，这里也包括了对生命起源这个问题的研究。就是用计算机模拟地球在产生生命的时候的化学环境，看看是否会产生出原始的生命体。如果你对生物学着迷，就一定要看这章。

4、“你们真的相信这套？”

这一章内容很少，主要讲圣塔菲研究所的一场很重要的经济学研讨会，会议邀请了经济学家和物理学家，描述了用物理学的视角看待经济科学中问题的方法，以及双方的争论。

5、游戏高手

主要讲述约翰荷兰德（John Hollad)的个人研究经历和他的科研成果。主要包括遗传算法、分类器系统（这个分类器系统是一个能够自己进行学习的专家系统，搞专家系统的同志们一定要了解这个）。正如文中所说，hollad对复杂适应系统的理解和洞察在当时可以说超越了圣塔菲研究所的其他人。他提出了，人们要研究复杂系统更要研究复杂的适应系统。他在很多年前就提出了很多非同寻常的观点，包括对人工智能的认识。如果你是搞计算机或者自动化相关领域的，就不能不了解John Holland的思想。

6、混沌边缘的生命

讲述郎顿（lanton）和他的人工生命这门新兴学科的故事。如果说第4章以前的叙述仅仅是人们认识到了复杂系统这个东西，那么从这一章开始，人们开始意识到研究复杂系统的重要手段方法就是计算机模拟。这一章就是用计算机研究生命的思考。其中朗顿的混沌边缘的生命的概念不可谓不深刻，它指出了生命、复杂等现象是由何而来的。如果你是编程高手、计算机专家、生命科学专家就要看看这一章。

7、玻璃房中的农民经济

如果说第一章是提出经济系统中的复杂性这个问题，那么这一章叙述的就是如何解决问题。答案就在于计算机模拟。文中叙述了arthur,holland等人是如何用复杂系统、计算机仿真的观点研究经济的，他们提出了一个ASM（人工股市模拟）的系统构思，这个ASM可以在网上找到，可以说是第一个模拟经济的复杂系统模型。另外，里面还介绍了合作与竞争的问题，包括axlord的囚徒困境博弈的计算机程序竞赛等有意思的东西。如果你是经济学、管理科学、社会科学的爱好者，那么建议一定看看这一章的东西。

8、等待卡诺特

作者通过比较热力学的发展和复杂科学的发展指出，现在的复杂系统缺乏一个统一的理论就象是热力学第二定律一样能够非常抽象的刻画出复杂适应系统的一般描述和解决问题的通用途径。可以说这一章是前面各章的一个升华，人们从单个复杂适应系统中总结出了好多通用的规律，而这一章是讲如何把这些发现连成一片。文中简单叙述了圣塔菲中的高手们是如何探讨这个问题的，并提到一般的复杂适应系统理论呼之欲出。可以说这章介绍了复杂系统科学在当时的研究现状和进展。理论家们不要错过这一章。

9、乘胜前进

这一章又是整本书的一个升华，可以说这一章是复杂系统科学的一个展望。作者重新强调了复杂性科学的基本含义和独立的视角。阿瑟提到了复杂系统观点是一种综合的方法，并且讨论了东方古老思想与复杂系统的关系。

生命是什么

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作者: [奥]埃尔温·薛定谔
出版社: 湖南科学技术出版社
译者: 罗来欧 / 罗辽复
出版年: 2005-3-1
页数: 190
定价: 19.00元
装帧: 平装
丛书: 第一推动丛书
ISBN: 9787535737229

内容简介

科学，特别是自然科学，最重要的目标之一，就是追寻科学本身的原动力，或曰追寻其第一推动。同时，科学的这种追求精神本身，又成为社会发展和人类进步的一种最基本的推动。科学总是寻求发现和了解客观世界的新现象，研究和掌握新规律，总是在不懈地追求真理。科学是认真的、严谨的、实事求是的，同时，科学又是创造的。科学的最基本态度之一就是疑问，科学的最基本精神之一就是批判。诺贝尔奖获得者埃尔温·薛定谔的《生命是什么》是20世纪的伟大科学经典之一它是为门外汉写的通俗作品，然而事实证明它已成为分子生物诞生和随后DNA发现的激励者和推动者，本书把《生命是什么？》和《意识和物质》合为一卷出版，后者也是他写的散文，文中研究了那些自古以来就使哲学家困惑迷离的问题，和这两篇经典著作放在一块的是薛定谔的自传。通过对他一生的回顾和引人入胜的描述，提供了他从事科学著作的背景材料。

作者简介

埃尔温·薛定谔（1887-1961），奥地利物理学家。20世纪的前30年中物理学经历了一次大革命，解决了微观运动的基本规律问题。薛定谔生活在这个时代，1926年他提出了波动力学，是量子力学的标准形式之一。薛定谔因此而获得诺贝尔奖。后来他的兴趣转向生命科学，1943年写的《生命是什么》，为分子生物学的诞生作了概念上的准备。

复杂

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作者: [美] 米歇尔·沃尔德罗普
出版社: 生活·读书·新知三联书店
副标题: 诞生于秩序与混沌边缘的科学
原作名: Complexity: The Emerging Science at the Edge of Order and Chaos
译者: 陈玲
出版年: 1997-04
页数: 505
定价: 26.00元
装帧: 平装
丛书: 科学人文
ISBN: 9787108010056

内容简介

这部书叙述一群美国科学家如何开创“21世纪的科学”的故事，对正在形成的科学的复杂体系做了深入浅出的描述。介绍了“一场新的启蒙运动”。故事是，美国的一些不同领域的科学家们越来越无法忍受自牛顿以来一直主导科学的线性和还原的思想束缚。他们在各自领域发现，这个世界是一个相互关联和相互进化的世界，并非线性发展的，并非现有科学可以解释清楚的。他们认为这个世界上不仅存在着混沌，也存在着结构和秩序，他们逐渐将自己的新发现和新观点聚集起来，共同努力形成对整个自然界，对人类社会的一个全新的认识。

长尾理论

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作者: [美] 克里斯·安德森
出版社: 中信出版社
译者: 乔江涛
出版年: 2006-12
页数: 235
定价: 35.00元
装帧: 平装
ISBN: 9787508607245

内容简介

书中阐述，商业和文化的未来不在于传统需求曲线上那个代表“畅销商品”（hits）的头部；而是那条代表“冷门商品”（misses）经常为人遗忘的长尾。举例来说，一家大型书店通常可摆放10万本书，但亚马逊网络书店的图书销售额中，有四分之一来自排名10万以后的书籍。这些“冷门”书籍的销售比例正以高速成长，预估未来可占整体书市的一半。这意味着消费者在面对无限的选择时，真正想要的东西、和想要取得的渠道都出现了重大的变化，一套崭新的商业模式也跟着崛起。传统的市场曲线是符合80/20铁律的，为了抢夺那带来80% 利润的畅销品市场，我们厮杀得天昏地暗，但是我们所谓的热门商品正越来越名不副实，比如说黄金电视节目的收视率几十年来一直在萎缩，若放在1970年，现在的一档最佳节目恐怕连前10名之列都难以进入。简言之，尽管我们仍然对大热门着迷，但它们的经济力量已经今非昔比。那么，那些反复无常的消费者们已经转向了什么地方？答案并非唯一。他们散向了四面八方，因为市场已经分化成了无数不同的领域。互联网的出现改变了这种局面，使得99%的商品都有机会进行销售，市场曲线中那条长长的尾部（所谓的利基产品）也咸鱼翻身，成为我们可以寄予厚望的新的利润增长点。

作者简介

克里斯·安德森（Chris Anderson）自2001年起担任美国《连线》杂志（Wired）总编辑。在他的领导之下，《连线》杂志五度获得“美国国家杂志奖”（National Magazine Award）的提名，并在2005年获得“卓越杂志奖”（General Excellence）金奖。

虚实世界

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书名：虚实世界-计算机仿真如何改变科学的疆域
作者： [美]约翰.L.卡斯蒂翻译：王千详、权利宁
出版：上海科学教育出版社

内容简介

《虚实世界》“哲人石丛书”之一。本书是“当代最了不起的科学作家”卡斯蒂讲述仿真学的力作。作为正在引发科学革命的计算机仿真，不是基于直接观察实验，而是基于从真实空间向虚拟空间的映射。从人工生命到地缘政治游戏，从股市心理到总统提名悖论，《虚实世界》引领读者穿越硅化微世界，探索复杂自适应系统新疆域。计算机仿真世界是否“真实”和能达到何种程度的真实，回答这些饶有趣味的问题，将开辟２１世纪科学发现的新天地。

沙地上的图案

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书名：沙地上的图案- 计算机、复杂和生命
作者：［澳］特瑞·波索马特尔大卫·格林著
出版：江西教育出版社

内容简介

生命究竟是什么？难道生命无非是一种特殊而微妙的碳水化合物？还是某种更微妙的东西？植物、动物、大脑、恒星乃至银河，宇宙中为什么会存在这样一种令人惊叹的精妙的结构？现在，产生了一门新科学——关于复杂性的科学，将试图解决这一切。本书作者向我们讲述了这个世界中秩序与混乱的法则，并介绍了复杂性学说在神经系统、环境处理以及生物学和计算机领域取得的突破性的研究成果。本书的重点在于揭示复杂性的真谛及其对我们日常生活的影响。书中运用了大量具体、翔实的事例——从海星到忙碌奔波的推销员，从汽车事故到大脑的工作流程。相信读者朋友们读后能以一种新的见解去审视我们身边的大千世界。

本书目录

第一章复杂性的处理；

第二章计算；

第三章殊途同归复杂性；

第四章自然界的不平衡；

第五章自然界的本质；

第六章良好关系的重要性；

第七章沙地上的图案；

第八章计算机的影响和后果；

第九章因特网：高速公路还是羊肠小道；

第十章复杂性与生命。

科学新领域的探索

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书名：科学新领域的探索
作者：斯图亚特.考夫曼
译者：池丽平
出版：湖南科学技术出版社 2004年5月

内容推简

这本书是刚刚2004年5月出版的，英文版也不过是2000年推出的。因而相对比较新。在这本书中，作者主要向给大家传达一个信息：目前，一个崭新的科学逐渐浮出了水面。这有可能是继复杂性科学革命之后的新一轮的大规模科学创新活动。作者自己也承认，在这片新领域中，更多的是它的一些设想，而非确凿的科学证据，然而他已经瞥见了这背后蕴藏的巨大的科学前景。

生命究竟是什么？自从薛定鄂的名著《什么是生命》问世以来，人们正在逐渐逼近生命本质的最终答案，但是无论是分子生物学还是人工生命都不能彻底回答这个问题，似乎还差那么一点点。作者就是从这个问题出发开始尝试给出生命的确切定义。他上来就提到：细菌会沿着葡萄糖浓度梯度自动游向高浓度的地方，我们显然知道它具有自主性、目的性，然而这种自主性、目的性究竟是什么呢？为了回答这个问题，作者开始广泛探讨生物科学、化学、热力学、宇宙学、经济社会科学等等广阔的领域，并尝试作了一些回答，什么是生命？一个自我维持并能够繁殖自身的包含至少一个功循环的组织就是生命，他就是活物。这个定义包含了生命的自我繁殖和新陈代谢两个主要方面。因而，考夫曼提出了“广义生物学”这个名词。

另外，作者还大胆假设热力学第四定律的存在可能性，非平衡系统总是朝向尽量多样化尽量复杂化的方向发展，这被他成为是临近可能性的不断膨胀。在考夫曼与著名的宇宙学家李.斯莫林的讨论中，还逐渐认识到宇宙本身就是一个类似生物圈的系统，自己构造了自身并维持自己存在下去。推荐这本书，希望大家也能够体会到这一新领域中令人激动人心的地方。

谜米机器----谜米自我幻觉

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书名：谜米机器----谜米自我幻觉
作者：英国）苏珊·布莱克摩尔
译者：高申春吴友军许波
出版：吉林人民出版社2011年1月1日第2版

内容简介

《谜米机器》视野开阔，背景恢弘，引人入胜。它结束于直面我们人类本性的最深刻的问题。这些问题的核心，乃是内在于我们每一个人心中的自我本性。正是这个自我构成了我们的意识核心，体验着我们心灵深处的情感，拥有着我们的记忆和信仰，并为我们的种种生活任务作出抉择。苏珊·布莱克摩尔的结论语出惊人：那个内在的自我，那个“内在的我”，其实不过是一个幻觉而已，不过是谜米为了它们自身的复制而虚构出来的一个幻影。

隐秩序：适应性造就复杂性

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作者：约翰.荷兰德(John Holland)，翻译：周晓牧、韩晖
出版社：上海科学教育出版社
出版年: 2000-08

简介

像艾滋病一类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。但是通过霍兰及其同事在圣菲研究所和密歇根大学的工作，现在已经接近找到一种解答。作为遗传算法之父和复杂性新科学的先驱者之一，霍兰从一开始就处于复杂适应系统(CAS)这一新兴研究领域的中心。这部里程碑式著作为这一崭新领域首次提供了一种协调一致的综合，展示了霍兰的独特洞见。本书强调寻找支配CAS行为的一般原理，注重扩展众多科学家的直觉。书中提供了一个适用于全部CAS的计算机模型。霍兰通过描述我们能够做什么，总结了如何增强对CAS的理论认识。他提出的若干理论方法，可以指导人们对付耗尽资源、置我们世界于危险境地的棘手CAS问题。

书评

很早以前就听说过John Holland这个名字了，因为他的遗传算法在国内学术界早已经闻名遐迩。然而，通过阅读《隐秩序》这本书才让我了解到，John Holland的学术贡献不仅仅是遗传算法这样一个比较狭窄的算法领域，而是一个全新的学科复杂适应系统CAS，甚至是一种西方科学思想的全新世界观：一种进化的、适应性的、柔性的世界。

1、基本元素

纽约市中心的普通的一天，小女孩彼得逊走进了她喜欢的商店，直奔一排货架，毫不犹豫地拿起了一瓶她喜欢吃的腌鲱鱼……。然而小女孩从不用担心她喜欢的东西不在那，因为全世界的超级市场几乎都可以精确地把居民需要的成千上万的形形色色商品送到市场中、货架上。也许我们对这一现象早已经司空见惯，然而仔细思考里面却存在着一个很大的谜题：是谁安排了这一切呢？是什么机制使得那么多商品恰到好处地供应到货架上？经济系统为什么可以自发调节？从这样一个司空见惯的小事情，John Holland开始引领我们进入了CAS（复杂适应系统）的世界。接下来，Holland开始展现它非凡的知识和才华，从免疫系统到神经网络，从股票市场到热带雨林。哇，原来CAS的胃口这么大，它面向的不再是一两个数学定理的证明和无穷、繁琐的生物学实验，而是我们这个大千世界，一个几乎涉猎所有学科的广阔学术空间。

这一章的一个基本点就是Holland教我们用一种统一的视角来看待所有的复杂适应系统。中国有句老话：隔行如隔山，一个搞经济学的人不会过问生物学的研究进展，搞计算机的几乎不关心政治。西方的科学研究方法教会了我们分类法，于是我们把学科也越分越细，然而CAS的诞生呼吁我们，是时候重新综合地看待所有学科了。那么，一般的复杂系统具有什么样的共同特征呢？首先，所有这些系统都是由大量被称为主体的元素组成的系统，这些主体整体能够具备第一章提到的聚集、非线性、流、多样性这四个特性，每个主体都具备内部模型、标识、积木这三种机制。

根据我的理解，Holland这里所说的特性就是指所有的复杂适应系统所能反映出的客观特点和性质，它们是这些系统从宏观的角度来看所普遍具有的现象。而机制则说的是这些系统的内部原因，即基本上所有复杂系统中的个体都会遵循这样的三种普遍使用的规则。这样机制制约的个体相互组合就形成了具备四种特性的复杂系统。

进一步，根据Holland提出的这7点，我们能够勾画出这样一种图景：若干小的细胞主体四处游走开始扎堆\"聚集\"到一起，并且它们之间发生着各种各样的复杂的\"非线性\"相互作用关系。由于每个细胞体都是由更小的大量的\"积木\"单元组合而成的，因此细胞体能够利用这些积木感知并操作它们的外在世界。它们通过给环境进行\"内部模型\"的建立而形成关于这个世界的一系列假设和预测，在这些假设和预测的共同作用下，细胞会不停学习从而完成自己的适应进化。然而细胞们聚集成的组织太大了，它会占据很大的空间区域，而空间区域的不同就会造成每个小细胞们的局部环境的不同。有的小细胞的环境可能水多一些，有些可能充满了有害物质，有些则可能营养丰富。这就导致了虽然小细胞们可能在开始的时候内部基础非常相似，然而却由于后天的环境不同而形成了完全不同的适应性结果。这就是\"多样性\"产生的基础。个体的多样化还进一步造成了这些个体细胞相互作用关系的多样化，于是非线性作用进一步发挥威力，不断创造各种新的生态位，而进一步催生组织的个体的多样性。然而，这个时候组织要想进一步发展，则新的问题出现了。这就是个体太过多样化了，差异太大了，然而组织又要形成为一个统一的整体，必须有某种机制来抵消这种多样化，减少组织内各个部分之间的差异。这怎么办呢？有两种方法解决，一种是\"标识\"，一种是\"流\"。首先，随着细胞的多样化增加，每个细胞所需要处理的信息就要增多，每个细胞要跟那么多不一样的细胞打交道显然是一件很痛苦的事儿。他们必须学会偷懒，也就是给那么多繁杂的细胞进行归类，给每个细胞贴标签，这就是个体的\"标识\"机制。其实，我们人类就是这么干的，我们常常会把其他人分成三六九等，其实就是给人贴标签。然而仅仅贴标签只不过是降低了个体处理信息的复杂性，然而组织整体要想存在还必须形成某种统一的东西，这就是流。流将所有的细胞重新统一成为一个整体，从而保证了组织的存在基础。在细胞和细胞之间开始接触的时候，他们就会发生物质和信息的交换，然而这些交换仅仅构成了一些局部的小的流动，随着系统进一步发展，各个小的流动开始汇合而形成一些大的贯穿整个组织的洪流。于是资源开始形成一种新的共同基础（好比是人体的血液），这股流流遍全身维护组织整体的存在。就这样，小细胞们构成了新一层次的生命体：组织。接下来，组织又成为了新一层面的细胞，组织和组织之间在发生相似的故事组织成更大的个体……。

当然，这个图景仅仅是我自己的一个想象，Holland的脑中是否产生了这个动画？我不得而知，但我个人感觉，根据这个图景，Holland所述的7个基本点及其相互之间的关系变得更清楚了。

2、适应性主体

Holland带我们在复杂适应系统各个领域神游了一番以后，突然板起脸来说：“好了，别光顾得好玩，该来点真格的了！”。这一章开始展开了计算机模型的庞大攻势。也许到了这一章，数理基础薄弱、甚至数学物理学得很好却不熟悉计算机尤其是人工智能的人开始败下阵来了。然而，Holland毕竟是搞计算机出身，而且曾经参与过很早很早的IBM商业计算机的设计（在那个时候，摸过计算机的人也没有几个），所以他不可能不展示他对于计算机建模的深刻见解。

上一章Holland抽出了所有复杂适应系统的共性，我们已经知道了what，接下来我们自然要问，how? 具体就是怎么来研究呢？这个时候，holland和大多数SFI(圣塔菲，Santa Fe Institute）学派的学者都会跟传统数学说\"no\"，我们需要新的东西，这就是“计算机模型”，在这一章，Holland就是要告诉我们计算机模型是如何帮助我们理解复杂适应系统的。

Holland的研究思路是不忙对复杂系统的整体一下子建立大的模型，那是一个浩瀚的工程。而是从CAS中相对简单的个体出发，也就是我们上面提到的简单得多的细胞出发。在机器中建立这些个体的模型，然后让这群个体在计算机中相互作用而生成复杂系统的动态。于是接下来的一个关键问题就是如何建立每个主体（Agent）的模型。这可是Holland的拿手好戏，自从60年代以来，Holland已经几乎独立的发展了一整套建立适应性的Agent的计算机方法。这就是本章的主题。

我认为，这一章其实可以分成两大部分，一部分是主体，另一部分是适应性。首先，我们需要考虑的是，一个能够根据环境信息而进行决策和行动的主体。这是人工智能领域研究的问题。早期的人工智能已经提供了很多很多种建立这种主体的方法，包括什么慎思结构、神经网络等等。然而Holland没有采取那些繁杂的模型，而是用了一种相对简单的基于规则的方法。什么是基于规则的方法？我们可以就把它理解为一种因果关系，或者一种条件反射。“如果有东西朝我移动，我就逃跑；如果那个东西很小我就把它吃掉。”这种规则系统具有足够的计算能力，它完全等价于一台通用计算机。然而，仅仅用规则来描述主体的行为似乎有些太简单了，在很多情况，主体处理的信息往往非常复杂，以至于不能用简单规则来还原。Holland真有新招，他不使用一个规则，而是用一组规则，每种规则还都不一样，而且在运行的时候，可能会有好多相互矛盾的规则同时激活。仅仅这一点：允许相互矛盾的规则同时激活就已经让很多搞传统人工智能的人大跌眼镜，因为人工智能一直强调的是逻辑性、前后协调性，他们会人为的消除系统中的非逻辑性。

然而，当多个规则同时存在甚至相互矛盾的时候就会自然提出一个问题，究竟Agent应该采用哪个规则呢？这就需要用到Holland所说的信用分派机制，即给每个规则都分派一个信用来表示使用该规则的可能性。用过遗传算法的人都知道，遗传算法有一个关键的适应度函数，这里的信用就是适应度函数对每个规则进行评价。当系统运行起来以后，这个信用会动态地改变，也就是系统从外界得到反馈来改变信用。也就是说信用是一种反馈机制。

在推理中人们常常把多条规则首尾相接到一起形成一个长长的推理链，这种机制也可以用Holland的系统中描述出来。同时Holland还发明了水桶连算法来解决长链上规则的信用分派问题。即Holland把每条规则比喻成市场上的能够自由买卖的主体，这些主体一方面交换着货物（执行的权利），另一方面货币（信用）会反向流动。

其次，Agent还具有适应性，这种适应性来源于Agent内部的创新机制：遗传算法，这是Holland在60年代的时候就研究出来的结果。当所有搞人工智能的人都认为知识和推理非常重要的时候，Holland却认为学习和灵活适应才是最重要的。因此，他用自然进化的比喻来研究程序的自动进化。正是他这一开创性的成就，使得人工智能学界兴起了新的一派人工智能，即进化学派，同时也为后来的遗传编程、演化程序等方法创造了可能。将这两点和起来，也就是基于规则的Agent和遗传算法就构成了完整的Agent分类器系统模型。

3、4、回声导致的涌现、回声模型的计算机模拟

其实，前面两章的内容已经构成了整本书的精华所在。可以说前面两章是Holland对复杂适应系统的研究已取得的一些成果。它们已经能够构成一整套研究CAS的方法和理论的基础。用这两章的知识我们已经可以对大部分的复杂适应系统进行建模研究了。然而，Holland还没有停止，而是继续前进，讨论了一些甚至是现在也没有得到充分研究清楚的领域：即人工生命中的开放式进化。有很多人看完整本书也不一定明白Echo模型，甚至仅仅了解了前述两章的内容就认为懂得了Holland整个的思路。（我以前就是这样，直到最近又看了一遍《隐秩序》这本书才知道自己的无知和幼稚）。其实这两章的内容才算真正进入了研究CAS的正题。

有了我们要研究的目标：一般的复杂适应系统，有了强有力的工具：计算机以及一整套关于适应性Agent的构造方法，我们是否就能够模拟任意一个复杂适应系统了呢？答案是：远远不能。看看我们还缺少什么？

（1）、隐性适应度函数

无论是遗传算法还是分类器系统，对每个个体的选择都需要根据一个明确定义的适应度函数来进行。尤其当我们解决优化问题的时候，这种适应度函数是由优化问题本身定义好了。然而在现实的复杂适应系统中，对于每个主体来说（细胞、生命、经济人）都不存在一个预先定义好的适应度函数。也不存在着现成的优化问题让个体去寻求最优解。复杂系统中存在的仅仅有不停的变化、不停的适应。因此，我们要想真正理解复杂适应系统就不能用原来的适应度函数，至少不能用显式的、固定死的适应度函数。

（2）、个体基因发育出来的细胞多样性

考虑一个受精卵发育成成体的过程，我们会发现，原始的受精卵细胞通过不断的分裂、增殖能够长出复杂的生命个体。更有意思的是，所有个体细胞都具有相同的基因，这些基因序列在不同的环境下却能够有序地分裂成异常不同的细胞体。比如人的皮肤细胞和脑神经元细胞无论从外形还是功能上来说都存在着很大的差异，但他们都具有相同的染色体。也就是说，如果我们把DNA序列比喻成计算机代码的话，那么该代码序列指导合成蛋白质的过程就是计算机计算DNA程序的过程。相同的DNA序列发育成不同的细胞就意味着同一段代码在不同的计算机环境中运行需要得到完全不同的计算结果。这显然是与我们目前的计算机程序不符的。而无论是生命个体的发育、生态系统的产生还是人类社会系统的生长都存在着类似的个体发生问题，这是用一般的方法不能解决的。

（3）、多层级结构

自然界的复杂系统普遍存在着层级结构，细胞->器官->生命->物种->生态，人->组织->单位->国家->人类社会，然而从现有的技术和理论框架出发我们还不足以描述这种层级结构。

（4）、资源的生产、交换及其流动

现实中的生命个体的各个部分之间还能进行资源的交换。而且每个个体就像一个独立的工厂可以根据不同的输入资源变化形成新的资源，这些资源之间能够运动而形成流。这一过程也是在现有模型中不容易建模的一个关键。

基于上述这些问题的考虑，Holland提出了这个echo模型，并提出了若干方案希望该模型能够模拟所有这些现象。这些问题也是目前人工生命中开放式进化生态系统的研究重点。这类问题是如此深奥以至于它触及到了自然进化的本质，又是如此另类，以至于它远远超越了我们同时代的许多科学问题的提问方式。

然而，可惜的是，Holland的Echo模型在《隐秩序》这本书里仅仅做了建模的讨论，而没有更多计算机模拟的结果。据说直到现在人们也没有对Echo模型的所有方面都进行模拟研究。而且，让人不易理解的另一个方面就是Holland的Echo模型似乎和他第二章的Agent模型联系非常不紧密，基本就是两套完全不同的框架。

幸好，现在已经有好多可以替代Echo模型的开放进化系统，比如大名鼎鼎的Tierra，还有各种人工化学模型，然而所有这些模型肯定都没有达到《隐秩序》中描述的程度，对上面提出的3个问题也仅仅是部分解决了。假如人们真能够造一个完美的开放式进化系统，那么在本文1、基本元素那里提到的小细胞体构造大规模组织的整个动画过程应该能够在计算机模拟中看到。

5、通向理论

这一章自然是对整本书讨论内容的一个展望了。如果说第一章Holland提出了问题What，第二章到第四章讨论了How的问题，那么这一章显然是要讨论Why这个问题，也就是说，Holland最终想回答构成一切复杂适应系统的各种动态背后的基本原理是什么？请注意，Holland在这章里明确提出了数学的重要性，他说计算机模型仅仅是一些个案的研究，而我们最终要得到的目标显然是一种各个计算机模型背后的数学理论，因为只有数学才能真正抽象出我们想要的事物背后的机制。但很显然，Holland自己在论述这个问题的时候也显得有些力不从心，因为对CAS的理解还太初步，我们还远没有达到上升为一个通用理论的程度。我不知道SFI的其它科学家怎么想，至少对Holland来说，他并不是一味排斥数学的作用的，而实在是因为他还没有能力把他对复杂适应系统的认识抽象成数学的形式。看到这里，我很感动，因为Holland的治学态度是认真负责的，他并不想用一大堆谁都看不懂的数学来唬人，他希望先对复杂系统有了普遍认识之后，才把它抽象成数学的形式。

宇宙为家(At Home in the universe)

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作者：斯图亚特·考夫曼（Kauffman Stuart）
译者：李绍明 / 徐彬
出版社：湖南科学技术出版社
丛书：第一推动丛书

内容简介

达尔文提出进化论，指出生命一直在自然选择之下演进、变化，而非上帝创造之物；孟德尔通过实验，揭示出遗传因子在遗传、变异中起到的作用。然而，从原初的分子汤，到物种繁多的地球生态圈，这种演化并不仅仅是在自然环境的影响下和随机的基因突变中产生的，从最初时，内在的秩序已经产生，并在混沌的边缘前进壮大，我们是注定要来到这个宇宙的。

供职于圣塔菲研究所（Santa Fe Institute [1]）的考夫曼将复杂性原理应用于生命演化过程的分析，揭示出自组织才是生命秩序的源头，自然选择从外部作用于表现出自发秩序的系统之上，就产生出了现在的我们。我们不是什么不可思议的事故，不是靠零敲碎打、东拼西凑而成的 —— 我们是足月分娩、注定要降临的。

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