聊聊复杂性科学

王晓钰

2019年11月1日

你为什么来听“复杂性科学”？

  • 这个世界越来越复杂，生意越来越难把握
  • 居然还有一个关于复杂的学科！
  • 所以我们好奇：
    • 我们都想不清楚的复杂问题，科学家怎么进行严肃研究？
    • 对我们有什么启发？

VUCA时代的管理挑战

人工智能时代的范式变革
人工智能时代的范式变革

物演通论看“复杂”

  • “存在度”是“存在”的最基本度量

  • “复杂度”是“代偿”的最基本度量

    • 复杂 = 能力强，本事大
    • 复杂 = 进化、 智能
    • 复杂度=代偿度

  • 存在度递弱==>复杂度递增

  • 人工智能时代，数字化技术已经把我们带到难以理解的复杂社会，称为“智能社会”

提纲

  • 法外说法
    • 复杂性科学发展史
    • 复杂性科学研究团体
    • 圣塔菲研究所
  • 复杂性科学的基础概念
  • 复杂性科学的研究方法
  • 复杂性科学的应用举例
  • 怎样学习复杂性科学

什么是复杂

复杂系统的范例：细胞、胚胎、大脑、免疫系统、中枢神经系统、生态系统、社会结构、政治体系

繁杂vs复杂
繁杂vs复杂

什么是复杂

繁杂 v.s. 复杂
繁杂 v.s. 复杂

什么是简单

  • 变量个数少
简单1
简单1

什么是简单

  • 变量非常多，但仅有少数个体有交互
另一种简单
另一种简单

什么不简单？

  • 中等规模的个体，但是大量互相作用
复杂
复杂

什么是复杂

四大类问题视角理解复杂 复杂的四个象限

什么是复杂

理解复杂
理解复杂

什么是复杂

  • 复杂 不等于 繁杂
  • Complicated：繁杂，数量上的复杂
  • Complex：复杂，本质上的复杂
  • 为了区分，严格用语中用“复杂性”，“复杂性科学”指Complex

提纲

  • 法外说法
    • 复杂性科学发展史
    • 复杂性科学研究团体
    • 圣塔菲研究所
  • 复杂性科学的基础概念
  • 复杂性科学的研究方法
  • 复杂性科学的应用举例
  • 怎样学习复杂性科学

复杂性科学发展史

AI时代的基础理论

工业时代 20世纪初 60年代 AI时代
机械论 系统论 耗散结构论 复杂性科学
还原论 控制论 协同论
线性系统 信息论 突变论

复杂性科学的发展历史

  • 诞生：贝塔朗菲创立一般系统论
  • 第一阶段（研究存在）
    • 一般系统论、控制论、人工智能
  • 第二阶段（研究演化）
    • 具体经验科学：耗散结构理论、协同学、超循环理论
    • 形式科学：突变论、混沌理论、分形理论、元胞自动机理论
  • 第三阶段（综合研究）
    • 打破学科界限，不再分门别类研究

复杂性科学研究团体

  • 德国，哈肯：协同学，激光的发明人
    • 从物理学和化学出发
    • 研究有序结构的形成和演化的机制
    • 描述各种非平衡相变的条件和规律
  • 普利高津的耗散结构理论

国内的研究团体

  • 钱学森，系统科学，运筹学
  • 北京师范大学
    • 方福康(1935-2019)，师从普利高津
    • 张江，集智俱乐部
  • 中国科学院，系统所

圣塔菲研究所

圣塔菲研究所，靠近Alamos实验室
圣塔菲研究所，靠近Alamos实验室

圣塔菲研究所

圣塔菲研究所
圣塔菲研究所

圣塔菲研究所

  • 跨学科研究复杂系统的圣地
    • 1984年由三位诺贝尔奖获得者支持创立
    • 由物理学家、生物学家、免疫学家、心理学家、数学家和经济学家构成跨学科研究
  • 寻求跨越复杂多变的适应性系统的原则
  • 促进知识统一和消除科学文化与人文文化之间的对立

复杂性科学的基础概念

  • 非线性动力学
  • 混沌理论
  • 分形理论
  • 计算理论

简单的线性因果

  • 数学的解释：y=a*x
  • 物理的解释：集体等于个体之和
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非线性动力学的范式

  • 平庸吸引子：
    • 不动点（平衡）、极限环、整数维环面(概周期运动)
  • 奇异吸引子：
    • 非周期混沌系统，无序
奇异吸引子
奇异吸引子

混沌

收敛到不动点
收敛到不动点

混沌

确定的规律，不可预测的结果
确定的规律，不可预测的结果

分形

Fractal_tree
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分形

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即使將曼德博集合放大2000倍,還是會顯示出類似整個集合的精細結構。

举例

  • 海浪的数学建模
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海浪的模型验证

波浪出航空照片
波浪出航空照片

Patterns and Complex Configuration

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最新进展

  • 自组织进化/Adaption/Evolution/Learning
  • 网络科学
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复杂性科学研究方法

仿真与建模

灰度模型
灰度模型

基于个体建模/Agent Based Model

基于智能体出仿真
基于智能体出仿真

大数据分析技术

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好玩的复杂性科学

规模的密码

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企业组织架构是如何形成

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探寻复杂网络的结构

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职业流动网络

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信息在复杂系统中的作用

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怎样学习复杂性科学

图书推荐

《复杂》

从学术界汲取营养

  • 复杂系统大会
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在线学习

https://www.complexityexplorer.org/

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谢谢！

晓钰说
晓钰说