轉一個複雜系統理論的基礎科普_風聞

一、核心問題最早有人把普里高津耗散結構理論，哈肯協同學，微分動力系統的混沌等等當成複雜系統理論，其實他們不是，他們僅僅只是物理學和數學。複雜系統理論研究對象是系統。 真正被承認的複雜系統理論大概有Maturana和Varela的自創生理論，Holland的自適應理論，Kauffman的自催化閉合理論等等，當然還有錢學森的人機理論。 中國在複雜系統領域，有價值的理論只有錢學森的人機理論。他認為純粹走計算機模擬的道路並不能最終達到目的，認為計算機模擬能夠解決複雜性的所有問題是一種幻想。但是這種理論採用的研究手段落後（主要採用專家系統、傳統人工智能的方法建立知識庫、數據庫，與傳統的決策支持系統並無區別），世界上並不把他當成理論，而是一種工程技術實踐。

我們都知道，建立一種理論，首先必須建立理論模型。 目前複雜系統的理論模型包括：細胞自動機模型、受限生成系統（這是複雜適應系統湧現現象的核心模型）、網絡模型。 這三個模型其實本質都是圖靈機模型。實際上目前一切關於複雜系統的計算模擬系統都是圖靈機。 我們知道最原始的圖靈機僅僅能夠完成一些簡單運算，但當把充分多的圖靈機搭建成一個系統時，我們發現了系統具有了自學習、自適應的屬性，而這種特性在原始圖靈機中是不具備的。 這樣這種系統就可以模擬進化系統的湧現性、學習性、適應性。 為什麼會出現這種情況？圖靈機系統如何通過與外界環境的交互實現自組織？若干原始圖靈機如何聚集到一起形成圖靈系統機實現進化與學習？ 這就是複雜系統理論研究的主要問題之一。

二、用算法研究世界本質問題

從生物科學我們知道，進化系統進化的動力是正反饋和多樣性，例如高等動物生命的自組織行為就是由性激素導致的繁殖衝動產生相互吸引作用而產生的社會性，導致的正反饋，另一個是競爭有限資源用於生存繁殖導致的相互排斥而保持個性的作用，導致的多樣性。 那麼正反饋和多樣性在本質在可計算上是什麼？顯然在前面我們介紹過的邏輯斯蒂模型中，就是正反饋和多樣組成的，計算結果是：可能週期性振盪，收斂，混沌--突變，發散，分別對應生物系統的：穩定生存，滅亡，進化，瓦解幾種情況。 類比一下，我們得到複雜系統自組織產生的原因是羣體簡單行為疊加導致的不確定性。 這個結論對理解人類三大核心問題極有幫助：生命是如何產生的？智能是如何產生的？宇宙是如何產生的？ 這三個問題，其實是複雜系統研究的核心問題。 其中宇宙的起源是公認的最難的一個問題，因為宇宙之外空無一物，宇宙之前沒有任何原因，也就是説宇宙必須起源於“無”這個狀態。這一點目前還不能用科學和邏輯的方法來認識。目前複雜系統對此問題還一籌莫展。 至於生命的起源，可以看成是若干物質演化的一種算法，這種算法導致了進化和突變，結果實現自我繁殖。這個已經有模型可以完全模擬。 至於智能產生，我們只需要把智能看成一系列規則即可，用螞蟻算法和遺傳算法，我們就知道，基於最簡單的規則，複雜系統能夠創造出規則的規則，新的規則繼續創造規則，循環往復，這樣智能就產生了。

三、目前複雜系統主要研究方法

目前計算機模擬是研究複雜系統的一個主要方法。 但是模擬方法的核心問題是模擬的極限是否存在？是不是在邏輯上存在不可能完全模擬複雜系統。 例如如果人類真能造出足夠真實的虛擬世界，而且虛擬世界中已經進化出智能生物，那麼這種智能生物會不會在它們的虛擬世界中再虛擬一個世界呢？如果存在它會是什麼樣呢？我們在計算機模擬中會不會也可能遭受到類似哥德爾不完全定理的限制呢？ 假如一台超級計算機模擬了整個的宇宙，而這台計算機顯然是宇宙的一部分，那麼計算機也要模擬自己，這樣從邏輯上來講整個宇宙就會被無限制的循環模擬下去，形成永無終止的怪圈。就像在一個房子裏面擺滿鏡子，鏡子裏的人影會無限制複製下去，那麼問題就出來了：哪個鏡子的人影是真實影像？如果人影出現突變，會在哪個鏡子裏出現？ 這樣模擬的結果就有很大問題。

四、應用前景

目前複雜系統主要應用是計算機仿真，但是存在根本問題還沒有解決：模擬結果可能是不可控的，可能是超出人類理解的。 例如當我們把任何一個計算機仿真程序都看成是一個系統，如果設置好基本的參數和規則，讓程序自發演化，則這個系統就是一個封閉系統，在沒有人為的干預下，這個系統就會沒有新的信息被注入，按照耗散結構理論結論，這樣的系統最終就會走向無序狀態，系統滅亡。也即無論這樣的模擬系統多麼複雜，它必然會存在一個極限。 但是，任何模擬系統人類都要不斷輸入信息，驗證自己的設想，這樣計算機模擬系統就可能出現突變，出現不可控制的循環突變和進化，導致模擬的複雜性不斷增長，例如Brooks的機器昆蟲就是一例，通過模擬發現，機器昆蟲的行為複雜性的來源完全取決於環境的複雜性，但是環境的複雜性與系統內部的複雜性卻無法對應，也即系統內部複雜性是在外界信息的作用下不斷演化生成的，而不是外界環境代入的。 這樣通過調整輸入參數來模擬，就不能控制系統突變，也即你打開系統開始模擬，系統就不是你認識的系統了。 也即人類不能干預和控制複雜系統的發展方向。也即模擬複雜系統，從實用角度，例如工程角度來看，其實得不到確定性結論。 模擬複雜系統目前最著名的例子是IBM建造的模擬蛋白質摺疊的並行計算系統。

五、遊戲世界中的複雜系統

目前國外的一些嚴肅遊戲（例如訓練軍隊、治療疾病、模擬管理城市、模擬管理企業等等）實際上已經進入具有自組織特點的複雜系統模擬，遊戲本身規則簡單，但是由於有人機接口，可以把人的主觀指令輸入，導致人性會干預系統模擬過程，成為現在現實存在中最複雜的有人蔘與的複雜計算機模擬系統，這種遊戲發展下去，也許會出現很多我們無法預料的結果，最終反過來有利於我們理解生命起源，智能起源。

目前我國系統工程水平，不管是理論還是工程實踐，妥妥的老二，僅次於美帝。以前蘇聯老二，蘇聯解體後，我們躍升老二。目前俄羅斯系統工程專業不全，體系缺失，已經當不了老二。日本，德國，英國，法國等等沒有巨型項目來支撐他們技術進步，無法驗證他們的研究，只能望美帝中國興嘆。我們的巨型系統，成就了我們的系統工程進步：三峽，載人航天，南水北調，西氣東輸，超高壓輸電，高鐵網絡等等等等。系統工程，其實就是巨型系統的管理技術。

當然要趕上美國，從十三五算起還得需要5-6個五年規劃的努力。