標籤:複雜

複雜系統是具有中等數目基於局部信息做出行動的智能性、自適應性主體的系統。複雜系統是相對牛頓時代以來構成科學事業焦點的簡單系統相比而言的,具有根本性的不同。簡單系統它們之間的相互作用比較弱,比如封閉的氣體或遙遠的星系,以至於我們能夠應用簡單的統計平均的方法來研究它們的行為。而複雜並不一定與系統的規模成正比,複雜系統要有一定的規模,複雜系統中的個體一般來講具有一定的智能性,例如組織中的細胞、股市中的股民、城市交通系統中的司機,這些個體都可以根據自身所處的部分環境通過自己的規則進行智能的判斷或決策。

1簡介

隨著新世紀的鐘聲響起,人類已經步入一個嶄新的千年。在這新千年來臨之際,人類的科學技術不斷進步,一方面科技取得了矚目的成績,並以前所未有的速度改變人們的生活;然而另一方面這也讓更多的人迷惘了,未來的科技究竟何去何從,我們為什麼要努力的發展科技?科學本身將如何發展?
所有的問題都指向了新科學:複雜系統。有人預測,複雜性科學將成為21世紀的科學,因為它不僅僅從科學技術上指明了21世紀的發展方向,而且它給我們提供了一種嶄新的世界觀。完美的、均衡的世界不存在了,取而代之的是複雜性的增長和混沌邊緣的繁榮。自上而下的分解分析方法曾經在幾千年的科學發展中發揮了威力,然而複雜性科學卻提出了一種自下而上的自然湧現方法。數學無疑是人類理性認識自然的有力武器,然而面對龐大的非線性系統,簡單的數學推力不能勝任,複雜性科學開始運用計算機模擬來分析科學對象。

2定義

根據以上的描述,我們可以得到複雜性科學中對複雜系統的描述性定義:複雜系統(complex system)是具有中等數目基於局部信息做出行動的智能性、自適應性主體的系統。複雜系統是一個很難定義的系統,它存在於這個世界各個角落。如此,我們也可以這樣定義它:
1. 不是簡單系統,也不是隨機系統。
2. 是一個複合的系統,而不是紛繁的系統(It's complex system, not complicated.)
3. 複雜系統是一個非線性系統。
4. 複雜系統內部有很多子系統(subsystem), 這些子系統之間又是相互依賴的(interdependence),子系統之間有許多協同作用,可以共同進化(coevolving)。在複雜系統中,子系統會分為很多層次,大小也各不相同(multi-level & multi-scale)。
特徵
1. 智能性和自適應性
這意味著系統內的元素或主體的行為遵循一定的規則,根據「環境」和接收信息來調整自身的狀態和行為,並且主體通常有能力來根據各種信息調整規則,產生以前從未有過的新規則。通過系統主體的相對低等的智能行為,系統在整體上顯現出更高層次、更加複雜、更加協調職能的有序性。
2. 局部信息 沒有中央控制
在複雜系統中,沒有哪個主體能夠知道其他所有主體的狀態和行為,每個主題只可以從個體集合的一個相對較小的集合中獲取信息,處理「局部信息」,做出相應的決策。系統的整體行為是通過個體之間的相互競爭、協作等局部相互作用而湧現出來的。最新研究表明,在一個螞蟻王國中,每一個螞蟻並不是根據「國王」的命令來統一行動,而是根據同伴的行為以及環境調整自身行為,而實現一個有機的群體行為。
另外,複雜系統還具有突現性、不穩性、非線性、不確定性、不可預測性等等特徵。

3研究特點

混沌特點
其次,複雜性系統還具有混沌的特點:一個複雜性系統的複雜行為並非出自複雜的基本結構,而是由許多獨立的甚至相當簡單的單元的相互作用形成的,它的控制力是相當分散的。在分形理論中,分形圖結構相當複雜,層層疊疊,無窮纏繞,有著無窮的嵌套結構和多重自相似性,然而它是由計算機通過確定的演算法得到的,而且這些演算法往往是相當簡單。(如將f(u,v)=z*z(z是複數)在三維空間里作映射就可以得到一個分形圖)。
1987年,洛杉磯新柏利克斯公司(symbolics corporation)的Craig Reynolds在一個人工生命研討會上展出了一個計算機模型,它將若干自動的,類似鳥類的「柏德」隨機的放入到處是牆和障礙物的屏幕環境之中。每一個「柏德」都遵循3個簡單的規則: 1:它儘力與其他障礙物包括其它「柏德」保持最小的距離。 2:它儘力與其相鄰的「柏德」保持相同的速率。 3:它儘力朝其相鄰群的聚集中心移動。這個模型每一次運行的結果都是「柏德」聚集成群。有時「柏德」群甚至能分成更小的群體從障礙物的兩旁飛過,又從障礙物的另一端重新聚集成群。而這些規則中沒有一條這樣說,而只是對每一個單獨的「柏德」發出指令。 由此看來,每個複雜性系統都具有某種動力,這種動力使最簡單的底層的規則產生極其複雜的行為,然而這些行為與決定論不可預測的混沌相差甚遠。分形圖形的結構是複雜的,它總是有無窮的纏繞在裡面,然而它卻雜而不亂,它有內在的秩序,有自相似結構。而事實上,複雜性系統不僅不是不可預測,而是可以預示將來。

超出混沌

複雜性系統除了具有混沌的部分特性,還有著超出混沌的特點:
1:產生複雜行為的眾多的相互作用使每個系統作為一個整體產生了自發性的自組織。 「柏德」聚集成群,原子通過相互化合找到最小的能量狀態。人類為滿足自己的物質交換的需要建立的經濟體制,等等。在所有這些情形中,一組組單個的動因在尋求相互滿足的同時獲得了眾多單個動因永遠不可能具有的集成的特徵;
2:這些複雜的,具有自組織性的系統可以自我調整。柏德」群分成小的群體從障礙物的兩旁飛過,又從障礙物的另一端重新聚集。人類在與世界的接觸中不斷學習,人腦隨之不斷加強或減弱神經元之間的無數的相互關聯,經濟中的價值規律即價格隨價值波動但長期的總的結果使趨於平衡;
3:所有的複雜性系統都可以預示將來。 「柏德」在遇到障礙物分成更小的群體,但之前的聚集狀態預示著它仍然會再次聚集。一個長期的經濟的衰退會使人們消費信心下降,這反過來又預示經濟會進一步衰退。從微小的細菌到所有的生物體,其基因中都含有預測的密碼,以適應某種未曾出現過的新環境。

4應用

複雜性科學一個最現實和最引人注目的應用領域是演化證券學理論,該理論認為股票市場是一個具有複雜性與多面性的複雜適應系統。
股票市場的複雜性主要表現在:
1.宏觀經濟與股市走勢之間存在複雜的非同步相關性;
2.企業價值及其市場估值之間存在複雜的不確定性;
3.股票交易者行為存在複雜的易變性和多變性;
4.公司業績與股價波動之間存在複雜的非線性關係;
5.多空消息與股價漲跌之間存在複雜的非邏輯關係。
……
股票市場的多面性主要表現在:
1。從生物學角度分析,股票交易是對人類本性的博弈;
2.從行為學角度分析,股票交易是對未來預期的博弈;
3.從數學的角度分析,股票交易是對漲跌概率的博弈;
4.從投資的角度分析,股票交易是對企業價值的博弈;
5.從投機的角度分析,股票交易是對股價趨勢的博弈。
……
作為介於生物學和證券學之間的邊緣學科,演化證券學的理論精髓,在於它摒棄了機械論的思維方式和理想化假設,揭示股市運作背後的生物進化邏輯,指出股市波動在本質上是一種複雜多變的「生命運動」,而不是傳統經濟學認為的鐘擺式的「機械運動」,其典型特徵包括:代謝性、趨利性、適應性、可塑性、應激性、變異性和節律性等。這就是為什麼股市波動既有一定規律可循,又無法被定量描述和準確預測的最根本原因。
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