第8章开放的复杂巨系统
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线性化无疑把问题大大简化了，但同时也就把非线性产生的许 多非平庸特性(如自激振荡、分岔、突变、混沌等)给简化掉了。 必须采取全新的简化方法，在保留非线性的前提下寻找描述非 线性的简化方法。 非线性科学就是把非线性当作非线性来研究的科学，也必须在 把非线性当作非线性的前提下进行必要的简化处理。
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第八章 开放的复杂巨系统
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Βιβλιοθήκη Baidu
2019/2/12
介绍钱学森等提出的复杂巨系统理论。
•关于复杂性 •把复杂性当作复杂性处理 •开放的复杂巨系统 •从定性到定量综合集成方法 •综合集成研讨厅体系
第 2页 2019/2/12
一、关于复杂性 1、定量方法的缺陷
传统的理解，简单与复杂是相对的，一旦被认识就变得简单。 现代科学技术的发展表明，不能把复杂性全部归结为认识过程 的不充分性，必须承认存在客观的复杂性，即使已被人们认识并找 到解决办法，它仍然是复杂的。 复杂性研究必须注重各种特定的可以检验的机理，分门别类进 行研究。但单纯用定量化、形式化方法描述和解决复杂性问题只是 对传统还原论方法的修正，不可能使科学方法论实现革命性变革。 反映出复杂性研究的不成熟，尚未找到真正克服现有科学方法论局 限性的有效途径。
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(3)有效复杂性概念 1990年代，盖尔曼提出有效复杂性概念，把它“定义为用来描 述其(指复杂适应系统 )规律性的图式的长度”，仍然属于西方学术 界用定量化、形式化方式刻划复杂性的传统方法，决定了这个概念 只能应用于较窄的范围。
原始复杂性和算法复杂性不能表示通常理解的复杂性(并批评它 们与“复杂性”所指的意思没有多大关系)，反对就复杂性概念来研 究复杂性，主张把复杂性研究同复杂适应系统的研究联系起来。
3)按照层次结构组织起来的系统的动态性质，把复杂性与系统 动力学特性联系起来。
这些思想对其后的复杂性研究起了积极的推动作用。
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(2) 自组织观点 普利高津、哈肯等人用演化的、自组织的观点解释复杂性。 普利高津提出，复杂性存在于一切层次，不同层次的复杂性既 有差别，又有同一性，物理层次已经具备“最低限度的复杂性”。 平衡态、线性关系、可逆过程只能产生简单性，远离平衡态、 非线性关系、不可逆过程是产生复杂性的根源。 复杂性是自组织的产物，在远离平衡、非线性、不可逆的条件 下，通过自发形成耗散结构这种自组织而产生出物理层次的复杂性 ，在此基础上才可能通过更高形式的自组织产生出生命、社会等层 次的复杂性。 认为“物理学正处于结束‘现实世界简单性’信念的阶段”’ ，用复杂性科学表述正在兴起的新型科学。
(1)要跳出从几个世纪以前开始的一些科学研究方法的局限性。
(2)凡是不能用还原论方法处理的或不宜用还原论方法处理的问 题，而要用或宜用新的科学方法处理的问题，都是复杂性问题。从 研究方法上区分简单性与复杂性，是一个很有价值的新观点。 (3) 主张把复杂性作为一类系统属性来对待。他对系统的分类就 是基于复杂性的不同层次而给出的。
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2019/2/12
但有几项试图超越传统的思路，在复杂性探索中有重要启迪作 用，值得稍加讨论。
(1) 分层复杂性概念
西蒙的分层复杂性概念是1962年提出来的。 1)把等级层次结构与复杂性明确联系起来，从4个方面给复杂性 以系统阐述。 2)从系统演化的角度讨论复杂性，论证复杂系统的结构是在演 化过程中“涌现”出来的。
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二、把复杂性当作复杂性处理
科学研究对象从简单性和简单系统转向复杂性和复杂系统，要 求在方法论上实现根本的转变。 经典科学相信客观世界本质上是简单的，复杂性是披在简单性 之上的面纱。因此，在面对复杂的问题时，总是设法把复杂性简化 掉，即把复杂性当作简单性处理，这样处理必然把产生复杂性的根 源简化掉，得到的结果不再能够反映对象的固有特性。 把复杂性当作复杂性处理，是复杂性研究的方法论原则。这并 非否定复杂性研究也需要简化，而是强调存在不同的简化路线或指 导思想。复杂性问题要求性质不同的简化路线，即必须在保留系统 产生复杂性之根源的前提下进行简化。
盖尔曼围绕有效复杂性讨论所提出的种种议论，包含深刻的系 统思想。 上述工作都有助于从某个侧面理解复杂性，但总的来看，复杂 性还不能算作一个严格的科学概念，人们也没有给出一个公认的复 杂性定义。
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2、复杂性研究的方法论
1990年代，钱学森在建立系统学的过程中，逐步认识到复杂性 研究的重要理论和实践意义。
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(4)把分形当作分形处理。 分形有两个基本特征，一是粗糙性(不规则性)，二是自相似性( 部分与整体相似)。
按照经典科学的方法处理，就是选定一个适当的尺度，把小于 这个尺度的一切曲折性、不规则性忽略掉，化复杂的分形图形为至 少是分段光滑的规整图形。这样做固然大大简化了问题，同时也就 人为地消除了它固有的粗糙性和自相似性。
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(4)复杂性研究不能从严格界定复杂性概念开始，应从研究各种 具体的复杂系统入手，寻找解决这些复杂系统的有效方法，不断积 累经验和知识，待条件成熟后再作概括性研究，建立理论体系。 (5) 提出“所谓‘复杂性’实际是开放的复杂巨系统的动力学， 或开放的复杂巨系统学” 。从一开始就把复杂性研究明确纳入系统 科学范围，这是钱学森有别于国外学者的一大特点。
普利高津提出“结束现实世界简单性”的命题，圣菲研究所要 建立复杂性科学，目的都是强调把复杂性当作复杂性处理这个新的 科学方法论原则。
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鉴于复杂性尚无统一定义，我们先就几类特殊的复杂性来分别 说明这个原则。 (1)把非线性当作非线性处理。
经典的简单性科学包含许多非线性问题，基本的处理办法是把 问题线性化。
(2)把远离平衡态当作远离平衡态处理。 经典科学视平衡态为系统的唯一正常状态，把非平衡态理解为 干扰因素造成的非正常状态，力求将平衡态下获得的结论线性地推 广于非平衡态。 普利高津发现，系统在平衡态及其附近只能表现出简单的平庸 行为，在远离平衡态时才能够表现出各种非平庸的复杂行为。 突破平衡态物理学观点的束缚，把远离平衡态当作远离平衡态 处理，创立了耗散结构论，给自组织现象以深刻的理论说明。
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第八章 开放的复杂巨系统
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介绍钱学森等提出的复杂巨系统理论。
•关于复杂性 •把复杂性当作复杂性处理 •开放的复杂巨系统 •从定性到定量综合集成方法 •综合集成研讨厅体系
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一、关于复杂性 1、定量方法的缺陷
传统的理解，简单与复杂是相对的，一旦被认识就变得简单。 现代科学技术的发展表明，不能把复杂性全部归结为认识过程 的不充分性，必须承认存在客观的复杂性，即使已被人们认识并找 到解决办法，它仍然是复杂的。 复杂性研究必须注重各种特定的可以检验的机理，分门别类进 行研究。但单纯用定量化、形式化方法描述和解决复杂性问题只是 对传统还原论方法的修正，不可能使科学方法论实现革命性变革。 反映出复杂性研究的不成熟，尚未找到真正克服现有科学方法论局 限性的有效途径。
第 5页 2019/2/12
(3)有效复杂性概念 1990年代，盖尔曼提出有效复杂性概念，把它“定义为用来描 述其(指复杂适应系统 )规律性的图式的长度”，仍然属于西方学术 界用定量化、形式化方式刻划复杂性的传统方法，决定了这个概念 只能应用于较窄的范围。
原始复杂性和算法复杂性不能表示通常理解的复杂性(并批评它 们与“复杂性”所指的意思没有多大关系)，反对就复杂性概念来研 究复杂性，主张把复杂性研究同复杂适应系统的研究联系起来。
3)按照层次结构组织起来的系统的动态性质，把复杂性与系统 动力学特性联系起来。
这些思想对其后的复杂性研究起了积极的推动作用。
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(2) 自组织观点 普利高津、哈肯等人用演化的、自组织的观点解释复杂性。 普利高津提出，复杂性存在于一切层次，不同层次的复杂性既 有差别，又有同一性，物理层次已经具备“最低限度的复杂性”。 平衡态、线性关系、可逆过程只能产生简单性，远离平衡态、 非线性关系、不可逆过程是产生复杂性的根源。 复杂性是自组织的产物，在远离平衡、非线性、不可逆的条件 下，通过自发形成耗散结构这种自组织而产生出物理层次的复杂性 ，在此基础上才可能通过更高形式的自组织产生出生命、社会等层 次的复杂性。 认为“物理学正处于结束‘现实世界简单性’信念的阶段”’ ，用复杂性科学表述正在兴起的新型科学。
(1)要跳出从几个世纪以前开始的一些科学研究方法的局限性。
(2)凡是不能用还原论方法处理的或不宜用还原论方法处理的问 题，而要用或宜用新的科学方法处理的问题，都是复杂性问题。从 研究方法上区分简单性与复杂性，是一个很有价值的新观点。 (3) 主张把复杂性作为一类系统属性来对待。他对系统的分类就 是基于复杂性的不同层次而给出的。
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但有几项试图超越传统的思路，在复杂性探索中有重要启迪作 用，值得稍加讨论。
(1) 分层复杂性概念
西蒙的分层复杂性概念是1962年提出来的。 1)把等级层次结构与复杂性明确联系起来，从4个方面给复杂性 以系统阐述。 2)从系统演化的角度讨论复杂性，论证复杂系统的结构是在演 化过程中“涌现”出来的。
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二、把复杂性当作复杂性处理
科学研究对象从简单性和简单系统转向复杂性和复杂系统，要 求在方法论上实现根本的转变。 经典科学相信客观世界本质上是简单的，复杂性是披在简单性 之上的面纱。因此，在面对复杂的问题时，总是设法把复杂性简化 掉，即把复杂性当作简单性处理，这样处理必然把产生复杂性的根 源简化掉，得到的结果不再能够反映对象的固有特性。 把复杂性当作复杂性处理，是复杂性研究的方法论原则。这并 非否定复杂性研究也需要简化，而是强调存在不同的简化路线或指 导思想。复杂性问题要求性质不同的简化路线，即必须在保留系统 产生复杂性之根源的前提下进行简化。
盖尔曼围绕有效复杂性讨论所提出的种种议论，包含深刻的系 统思想。 上述工作都有助于从某个侧面理解复杂性，但总的来看，复杂 性还不能算作一个严格的科学概念，人们也没有给出一个公认的复 杂性定义。
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2、复杂性研究的方法论
1990年代，钱学森在建立系统学的过程中，逐步认识到复杂性 研究的重要理论和实践意义。
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(4)把分形当作分形处理。 分形有两个基本特征，一是粗糙性(不规则性)，二是自相似性( 部分与整体相似)。
按照经典科学的方法处理，就是选定一个适当的尺度，把小于 这个尺度的一切曲折性、不规则性忽略掉，化复杂的分形图形为至 少是分段光滑的规整图形。这样做固然大大简化了问题，同时也就 人为地消除了它固有的粗糙性和自相似性。
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(4)复杂性研究不能从严格界定复杂性概念开始，应从研究各种 具体的复杂系统入手，寻找解决这些复杂系统的有效方法，不断积 累经验和知识，待条件成熟后再作概括性研究，建立理论体系。 (5) 提出“所谓‘复杂性’实际是开放的复杂巨系统的动力学， 或开放的复杂巨系统学” 。从一开始就把复杂性研究明确纳入系统 科学范围，这是钱学森有别于国外学者的一大特点。
普利高津提出“结束现实世界简单性”的命题，圣菲研究所要 建立复杂性科学，目的都是强调把复杂性当作复杂性处理这个新的 科学方法论原则。
第 9页 2019/2/12
鉴于复杂性尚无统一定义，我们先就几类特殊的复杂性来分别 说明这个原则。 (1)把非线性当作非线性处理。
经典的简单性科学包含许多非线性问题，基本的处理办法是把 问题线性化。
(2)把远离平衡态当作远离平衡态处理。 经典科学视平衡态为系统的唯一正常状态，把非平衡态理解为 干扰因素造成的非正常状态，力求将平衡态下获得的结论线性地推 广于非平衡态。 普利高津发现，系统在平衡态及其附近只能表现出简单的平庸 行为，在远离平衡态时才能够表现出各种非平庸的复杂行为。 突破平衡态物理学观点的束缚，把远离平衡态当作远离平衡态 处理，创立了耗散结构论，给自组织现象以深刻的理论说明。