复杂系统研究方法杂谈

aqua2001

现在复杂系统已经在全球掀起了研究热潮，尤其在中国，这两年的复杂系统研究持续升温，越来越多的高校、科研单位开始关注这个领域。这两年对复杂性的研究明显比前两年有了很大的进步，因为人们已经脱离了空白的论述阶段，从而转向了更加实在一些的模型的研究。然而，在国际上，纯粹的建模研究已经不在吃香了，如果你仅仅建立了一个计算机模型，投到权威杂志是很容易被拒的，这已经形成了一种规则。那么，我们进一步要问复杂性研究的方法论应该走向何方呢？这是一个开放式问题，我希望各位有想法的可以发表自己的见解，下面列出来几种可能性，有些是别人的想法，有些是自己的，希望你还能提出更多的创意：<br/><br/>1、走向数学分析<br/>目前来看，这种方法已经形成了一种趋势。经历了早期模型研究的狂热阶段，人们开始停止无休止的计算机建模，并重新用数学来分析这些有趣的计算机模型。reynald的boid模型就是一个范例。1982年的时候，reynald用三条简单规则模拟了大鸟的分析震惊了计算机界。后来，物理学家vicsek把该模型进一步简化，仅仅用两条规则就能生成美丽的群体动态。另外一个突破是，vicsek对这个简单的模型分析给出了一个关于复杂动态的数学定理。接下来，这个领域变得很热，有一群搞数学的人开始分析这个模型，并各施长技，给出了一堆数学分析结果。有兴趣的朋友可以到网上搜一搜。<br/>另外，现在往国际刊物投文章，如果仅仅是模拟结果被拒的可能性较大，但如果你有了数学分析作支撑，哪怕非常简单的分析也会提高你被录用的概率。<br/><br/>然而，不从这些实际、功利的角度来讲，这样的数学分析如何呢？我们知道，在任何一个领域都存在大师和匠人的区别，计算机模拟方法的先驱尝试者们是大师，后来的作品就都是跟风之作，变得没有新意。数学分析也是如此，现在它正在逐渐成为一种跟风的做法。然而，站在复杂系统理论研究的高度，我们并不需要这种仅仅为了数学而分析的理论，我们需要一种洞察力，首先对于复杂系统的数学理论一定是一种全新的数学，我感觉它就好像是集合论诞生初期那样，开始用一种新的视角看待一大类概念，之后再用这个概念体系给出一套新奇的结论。就好像当年伽罗华用群论证明5次方以上方程不可解一样，该领域需要全新的概念和全新的尝试。<br/><br/>2、走向工程应用<br/>这个趋势我觉得已经变为了一种事实。因为复杂系统的发展在近年来已经走向困惑性，这就使得一些人不再关心基本理论，而是慌慌张张建立了一套又一套实用的工程系统。比如，IBM建造的模拟蛋白质折叠的并行计算系统，费时费力，但我觉得这种方法似乎不能给我们提供新的洞察。<br/><br/>3、进一步的理论挖掘<br/>很少人沿着这个思路走，然而走这条路的人却都是复杂系统理论的先行者，他们用一系列的思想试验和假设为前提搭建他们的框架。然而，在方法论上却没有本质的革命。这条路上的人有这么比较突出的人：Maturana和Varela，就是那两个提出自创生理论（Autopoiesis）的智利人，他们的理论可谓是对复杂系统理论方面的进一步深化（这里的理论并不是数学理论，而是指理性的认识上）。复杂系统研究一般都关注混沌、分形、层级、多样性等等性质，但是这些性质都是相互独立的，似乎没有一种主线串着他们。包括当我们看Holland的书以及《复杂》等等这样的名著的时候，会感觉到那不是一种理论，而是一种事实的列举。但是Autopoiesis理论却不同，虽然他是从生命系统出发，但它一上来就抓住了自创生这个本质的概念，并且声称自指的闭圈是复杂系统的内核，只要这种内核存在，给与一定的环境，种子就能发芽生长出庞杂的复杂系统，并自然演化出那些特性。然而，遗憾的是，该理论还不够完善，所以他们俩也是碰壁好多年才逐渐被人接受。<br/>另外两个理论先行者是holland和kauffman，它们似乎很不care国际主流的研究，而是不断深挖他们的思想。而因为他们的名气太大，所以他们很有资本去研究那些看起来很虚的东西。Holland沿着适应性的主线最终走到了流的道路上，而Kauffman沿着自催化闭合的主线走到了自主主体的探索上。似乎感觉这两种思路如果能合在一起就会形成一种理论上的突破。然而，还没有。<br/><br/>4、人-机结合以及综合研讨厅体系<br/>首先，这个方法论体系是我国学者钱学森独创的，而且最原始的观点可谓是极具魄力和创新性的。早在1989年的时候，国外圣塔菲学派提出了复杂系统的研究，并开始关注一大批计算机模拟结果的时候，我国大科学家钱学森就提出了人机结合的方法，他认为纯粹走计算机模拟的道路并不能最终达到目的。就好像当年人工智能的先行者们认为人工智能必能实现一样，目前认为计算机模拟能够解决复杂性的所有问题也是一种幻想而已。那么，我们如何才能超越计算机模拟这种研究方法呢？钱学森首先看到了人-机结合的可能性。就好像计算机的出现使得计算机科学不仅仅是一门工程技术，而最终会变成新理论的来源地一样。人-机结合的方法在早期似乎也仅仅体现为一种工程技术，但是随着发展，它会带来一种全新的研究方法论的革命。之后，中科院自动化所的戴汝为院士为首的一批科学家开始深入挖掘钱学森的人-机结合思路，并进一步扩展为人-机结合的综合研讨厅体系。目前，该思路已经获得一定的成功。可以说我们中国人自己走出了一条研究复杂系统的道路。<br/><br/>然而，这个思路也有一些不尽人意的地方。首先，该思路缺乏深入的理论支持。它不像holland的复杂适应系统以及SFI学派的一大批计算机模拟试验，它缺乏一种发人深思的理论基础。其次，该思路的一个弊端是采用的研究手段有些落后。因为他们主要采用类似于早期的专家系统、传统人工智能的方法建立知识库、数据库等等，这就使得此类方法没有能很好的区别与传统的决策支持系统。所以，人们首先看到的这种方法更像是一种工程技术而已。<br/><br/>5、严肃游戏<br/>   当我接触到了钱老的人-机结合的思路后，让我感到异常振奋。因为我觉得钱老能在90年代早期就提出了超越时代的思想。他的高瞻远瞩的确很难被一般人理解。然而，我觉得要做到真正的人-机结合，利用类似传统的专家系统、决策支持系统的方法似乎没有更多的新意，人们仍然要面对枯燥的数据。我们都使用过软件，知道最头疼的一件事就是把现实的数据输入到计算机中。因为这个过程太枯燥。<br/>    有什么方法能够把人-机的结合更加自然呢？这个时候，我看到了中国的游戏业正在蓬勃发展。突然意识到计算机游戏的确是一个非常漂亮的能够解决人-机结合的巧妙方法。另外，当我们深入到游戏本身的时候，发现很多计算机游戏与圣塔菲的计算机模拟有很大的相关性。然而，游戏本身考虑了人的因素，它会利用另外一种方法让人把大量的信息输入到计算机世界中，因此，我感觉到这是一种全新的思路。<br/>    正在此时，国外兴起了一股严肃游戏的热潮。越来越多的国外科研人员发现利用游戏的手段可以训练军队、可以治疗疾病、可以模拟管理城市等等。这个思路才方兴未艾。就我看来，这是一个大有可为的领域。另外，游戏本身的思想极其深邃，它可以深入到人的本性。而且有一大批游戏模型非常的简单、直观，就比如中国的围棋，他是一个异常简单的人-机结合系统。因此他给人-机的结合提供了丰富的素材。游戏使得人-机结合变成了富有思想的非工程化的东西。目前，国际游戏界正在为游戏探索一般的理论基础。<br/>    因为现实中最复杂的就是有人参与的复杂系统，利用人-机结合的游戏方式也许是应对这类复杂系统一种有效的研究方法。<br/>