复杂的引擎 The Engine of Complexity

内容简介

像我们自身这样复杂的事物是怎么出现的？这个问题困扰了数个世纪来最杰出的一些思想家。复杂性引出了许多问题。列举少许为例：为什么许多复杂事物看上去都具有目的性或以某种巧妙的方式适应某物？复杂事物与简单事物有何本质区别？复杂事物在理论上是如何可能的？概率上完全不可能的事物到底是如何产生的？复杂性的本质问题带来了理论和方法上的挑战。人们对复杂性提出了许多定义，其中很多都不能量化，无法对这种属性进行度量。

解决与复杂性有关的问题不是件容易的事情。传统方法——常被称为复杂性科学——采取的是高度数学化的方法。许多专家的背景是物理学，虽然经常会涉及经济和社会系统，但研究的对象多来自非生物领域。本书作者选取了不同的路径，一条偏向哲学和生物学，另一条避开数学，两条路径互为补充。非数学化的方法解释了数学方法曾试图解释的许多事物，反过来又说明了传统的数学为何有时候无效。

本书的作者认为，信息、复杂和进化的概念相互缠绕，只有综合考虑，对它们的认识才可能形成突破。而将它们结合到一起的是计算的概念。本书结合信息、进化和计算对生物进化进行了阐释，证明了计算在进化中的核心作用，并将这套计算和进化相结合的核心机制扩展到其他领域，用来解释复杂生命、结构、组织和社会秩序的形成。这是一次正在进行的重大的科学认知范式的转换，它不仅会改变科学，也会改变人类对自身境况的认知。

这本书的思想虽然建立在计算理论的基础之上，但全书不包含任何公式，即使是非专业的读者也能理解书中的复杂概念。作者认为，这些概念虽然本质上极为数学化，但其主要思想却可以用非数学的语言进行阐释。

基本信息

《复杂的引擎》

书名：《复杂的引擎》
作者：约翰•E.梅菲尔德 [John E. Mayfield]
译者：唐璐
英文书名：The Engine of Complexity
页数：563
出版社：湖南科学技术出版社
ISBN：9787535794611
所属领域：复杂系统复杂计算

作者介绍

约翰•E.梅菲尔德，是美国爱荷华州立大学遗传、发育、和细胞生物学名誉教授，同时也是加州理工学院、卡耐基梅隆大学和哈佛大学的兼职教授。他致力于利用数学和物理学原理研究广义进化理论，并应用于认知和社会文化领域。

内容目录

第1章问题

地球有多特别？什么是信息？什么是进化系统？什么是科学的认识？计算机科学如何加入？科学如何解释目的复杂性？

第2章计算

什么是计算？操作信息是什么意思？计算机科学如何定义和度量信息？简短程序能产生大的复杂性吗？物理结构能够计算吗？为什么需要长程序？

第3章免费的结构

如果物理过程是计算，程序在哪？如何解释一粒盐？太阳系是怎样形成的？非平衡态结构如何形成？结构必须有永久部分吗？行为是一种结构形式吗？崩塌可以用计算机模拟吗？免费的结构从何而来？

第4章目的性结构

用不免费的指令能得到什么？没有钟表匠会有钟表吗？ DNA编码的指令如何说明比单个蛋白质更复杂的结构？指令能引导活动吗？持续进行的活动呢？那么到底如何定义目的性结构？

第5章无概率性和复杂引擎

有序和无序有何关联？如何弥补现实极端的不可能性？指令从何而来？指令如何改变我们对事物可能性的认识？生命是计算的产物吗？

第6章算法进化

计算机能学习吗？什么是进化算法？规则能够进化吗？如何将进化计算的过程可视化? 随机对于学习是必须的吗？

第7章身体内的进化

单个细胞如何形成人体？大脑是如何连线的？为什么身体没有被微生物摧毁？复制对选择有何助益？

第8章控制循环

复杂引擎能接受任意形式的信息吗？变化可控吗？选择必须是天然的吗？循环有哪方面不能控制吗？

第9章复杂系统

复杂系统是什么？为什么电气设备也是网络？晶体管收音机生物化学网络是什么？基因网络是什么，又是如何运作的？蛋白质组是什么？生命是什么？复杂适应系统是什么？

第10章人类学习和创造性

如何理解人类思维信息在哪里？如何进行决策？我们的世界，以及我们的思维，是确定性的吗？大脑功能的一般原理是什么？什么是进化认识论？现在有哪些理论？我们如何发明？有没有复杂引擎在大脑功能中扮演重要角色的证据？对于人类创造性的来源我们能说些什么？

第11章文化的进化

什么是人类文化？文化如何演变？科学是怎样运作的？经济会发展，但会进化吗？宗教进化吗？复杂引擎在人来社会中如何运作？

第12章复杂性的进化

复杂性可以定义吗？生物学家如何定义复杂性？最优化与协同进化有何区别？资源重要吗？深度有何意义？有证据吗？

第13章过去和现在

复杂引擎如何启动？生命的起源适应性免疫系统大脑的发育思维社会进化进化算法进行中的计算意味着什么？

第14章未来

通往何方？计算机技术生物技术纳米技术我们准备好了参与复杂引擎的新的实现吗？

致谢

原文摘录

当从信息的角度来认识相关的对象和活动时，会发现随机性才是新事物的终极来源。——第1章什么是进化系统？

计算可以被认为是逻辑规则作用于已存在的状态产生新状态的过程。至于状态是发生在计算机电路里，还是含有分子砖的试管里，或是活细胞里，抑或是自组装的拼图，并不重要。——第2章为什么需要长程序？

想象一个水分子飘浮在空气中，自由运动，直到碰巧遇到了一片正在生长的雪花。如果条件合适，它可能会粘上去，也有可能会弹开，继续漂浮。这个看似随意的过程不断重复，直到产生出一个美丽而规则的结构。想想流经岩石的河流。水分子无数次地碰撞，形成流向水底的漩涡。再想想规模宏大的氢气云在虚空中通过引力的互相吸引聚拢形成亿万颗恒星和行星组成的旋转星系。......这些过程有什么共同之处？都是自发形成。——第3章如果物理过程是计算，程序在哪儿？

复杂事物、不可能通过随机创造产生。——第5章指令如何改变我们对事物可能性的认识？

部分书评

豆瓣网友nwbook： “作者把复杂分为两类，一类是通过简单的规则不断重复导致的，称为免费的结构，比如晶体、太阳系、波浪等；另一类是目的性结构，又可以分为两类，一类是有蓝图的，比如通过设计图制作螺丝刀；另一类本身是没有蓝图的，经过复制、错误、选择一系列重复过程（称之为复杂引擎）产生的结构，比如生物、大脑、免疫系统、文化、宗教等。整部书内容庞杂，前半部分比较精致，后半部分放飞自我，思考的问题比较开放。有一个想法触动了我：有一些结构不太可能突然自我出现，只能通过复制现有的产生，比如细胞膜和DNA。”

豆瓣网友Ormosia： “复杂引擎的范式不能解释所有的问题，但它若隐若现地存在于各种复杂系统的发生、存在和运行之中。没有掌握计算精髓的我仍然不能参透其算法精妙，但也已经窥见它的神奇魅力。”

简书网友天云博士： “《复杂的引擎》这本书其实说的是自然界运行的基本规律。作为一个生物学家，作者没有从生命的角度出发来解释世界，而是从计算机的角度，向我们展示了撬动世界的核心机制。在作者的笔下，无论是自然界中物理现象的形成，化学物质的生成，人类进步的脚步，文化形成的源头，背后都具有相同的逻辑——信息的流动，进化的产生。在这种逻辑下，复杂便变得简单，复杂背后的引擎就显而易见。”