复杂系统与复杂性科学
当前复杂系统研究的几个方向
当前复杂系统研究的几个方向中科大复杂性研究小组摘要：复杂系统与复杂性科学，被誉为二十一世纪的科学，是吸引跨学科广泛注意的新型交叉科学。
特别地，最近复杂网络的快速发展，掀起了复杂性科学研究新一轮的高潮。
复杂网络作为复杂系统各组元相互作用的最简单的抽象，对网络结构的研究，有望为理解复杂系统组织演化和功能形成的基本机制提供帮助。
本文以复杂网络为重点，概述了近期相关研究的前沿重点，另外，也介绍了最近复杂系统研究的一些新方向，包括人类动力学和信息物理学。
关键词：复杂系统、复杂性科学、复杂网络、人类动力学、信息物理学中图分类号：N94文献标识码：A0.引言复杂性科学，复杂系统的模型与行为，复杂网络的结构、功能和动力学的研究是从上一世纪末以来所出现的科学研究的新热点。
特别是复杂网络，吸引了国内外越来越多的科学工作者的注意[1]。
这里的研究方法是把各种各样复杂系统简化为节点以及连接节点的边的集合。
节点代表系统的基本单元，边代表各个单元之间的相互作用。
每个节点和每条边的性质都可以加上称为“权重”和“强度”的更多的描述。
对于复杂系统，这是一种合适的、抓住本质的抽象，因此已经取得了许多瞩目的成就。
复杂网络研究的起源可以追溯到数学中的随机图论，而由于物理学家的介入，基于数十年来现代统计物理方法、非线性动力学和复杂性科学所取得的重要新进展，对于复杂网络的研究近年来有重大突破，取得丰硕成果，并广泛应用于可把研究对象看作网络的各个科学技术领域，例如道路交通运输网、航空线网、电力网、互联网、万维网、神经网络、生物中的蛋白－蛋白相互作用网和基因调控网络、各种通讯网络、各种社会网络、科学家合作网、科学期刊引文网，……等等。
通过最近几年来对于各种不同复杂网络的结构、功能和动力学的研究，人们已经对于广泛的复杂系统的行为和基本规律获得前所未有的理解，并在实际的工业技术层面上付诸应用[2-8]。
毋庸讳言，人类对于复杂系统的认识和理解还只是万里长征刚刚走出第一步。
复杂系统及其复杂性科学概述
复杂系统及其复杂性科学概述
什么是复杂系统?复杂系统是指以大量和多种规律性和情境相关的元
素为组成部分的系统，它具有自组织性、非线性性、不可预知性和层次性
等特点。
复杂系统具有多样性、多元性和多强度的特征，是一种复杂的动
态系统，其结构和功能在时间上既不是稳定的也不是静态的，而是多变的。
复杂性科学是一门研究复杂系统的学科，它研究如何应用系统思维来
理解复杂现象，以及如何改善复杂系统以实现高效率和可持续的发展。
复
杂性科学的研究方法不仅关注如何把大量综合数据组织分析，还关注如何
在复杂系统中引入新的变量，改变其结构，改变其行为模式，影响其功能。
随着复杂性科学的发展，现在已经发展出许多理论和工具，可以帮助我们
理解和管理复杂系统，比如网络分析、复杂系统模型、异构系统理论等。
科学涉及复杂系统的许多理论，如动力学、统计学、信息论、自然计算、分布式计算、连接学、自动控制、系统论、理论、复杂网络分析、多
尺度分析、时间序列分析、计算理论等。
这些理论提供了一个系统的框架，用来研究复杂系统的结构、行为和活动，以及它们之间的相互关系。
《复杂系统与复杂性科学》杂志载文统计与分析
关键 词 ：数据统 计 分析 ； 作 者分 析 ；科研 合作
中图分类 号 ： Ｇ ３ ５ ０ 文献 标识 码 ： Ａ
作 者合 作程 度 的 ２个 指标 ， 较高 的指标 体 现较高 的合 作程 度 ， 也 侧面 反 映出刊 物刊 载 内容 学术 交叉 和学 术研
究 的程 度 。
《 复杂 》 作者 合作 度和 合作 率 的统 计 如表 １所示 。 由表 １可 以 可 以看 出 ， ２ ０ ０ ４ ２ ０ １ ３年 ， 《 复杂 》 总 发 文 量为 ４ ６ ５ 篇， 合著 论文 ４ ０ ７ 篇， 合 著率 为 ８ ７ ． ５ ３ ， 作者 合作 度 为 ２ ． ７ ４ ， 独 著论 文 ５ ８篇 ， 独著率 １ ２ ． ４ ７ 。作 者整 体合作 度 和合作 率都 比较 高 ， 说 明《 复杂 》 作者 群有 良好 的合作 精神 和 团队意识 。按照 时间逐 年分 析 ， 合
文 章 编 号 ：１ ０ ０ ６—９ ７ ９ ８ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ ０ ｌ ２ Ｏ一０ ３ ；Ｄ Ｏ Ｉ ：１ ０ ． １ ３ ３ ０ ６ ｌ ＿ １ ０ ０ ６ —９ ７ ９ ８ ． ２ ０ １ ４ ． ０ １ ． ０ ２ ５
《 复杂系统 与复杂性科学》 杂பைடு நூலகம்载文统计 与分析
２ 作 者 的 发 文 量 和 合 著 情 况
在 一确定 的 时域 内 ， 某学 科 的学术 期刊 每篇论 文 的平 均作 者 数 ， 定 义 为该 时 域 内 ， 这一 学 科 学术 期 刊 的 作 者合作 度 。 ｌ ６ 合著 论文 数 占论文 总数 的百分 比为合著 率 。作 者合 作 度 和合 作 率是 文 献计 量 学 中用 来 测 量
复杂系统、复杂性科学目前的问题jake
复杂系统、复杂性科学⽬前的问题jake复杂性科学在刚刚诞⽣的时候曾经取得了突飞猛进的发展，由于以前分散在各个领域的零散思想刚刚集合起来产⽣了不同思想之间的交叉、变异和涌现，因⽽形成了⾮常丰富的成果。
然⽽在这之后的⼗多年期间⽆论是理论的突破还是应⽤⽅法论的突破上都没有形成更⼤的突破。
在这⾥，我尝试从理论和应⽤⽅法论两个⽅⾯来指出复杂系统理论遇到的⼀些主要问题以及可能的有效解决⽅法。
1 理论⽅⾯在《复杂》⼀书中，有⼀章的名称叫作《等待卡诺特》，作者指出，当时复杂性科学所⾯临的情况就象是在热⼒学系统在18世纪⾯临的情况类似，⼈们已经积累了丰富的关于复杂系统的经验，然⽽却没有把这些经验的积累上升到⼀个⼀般理论的⾼度。
然⽽，过了⼗多年，关于复杂系统的⼀般理论仍然没有形成。
要建⽴⼀般复杂系统理论⾸先要解决复杂系统的建模与模型表⽰问题。
⽬前可⽤来充当这类⼀般模型的备选⽅案有如下⼏个：细胞⾃动机模型、受限⽣成系统、⽹络模型。
这三个模型虽然在表⾯上看略有不同，但从计算的⾓度看它们是等价的，也就是它们都⽀持图灵计算机。
可是难点是仅仅有这样的模型还远远不够，更关键的是要解决若⼲理论问题，这包括以下⼏个⽅⾯：关于计算概念的更进⼀步理解随着复杂系统和计算机模拟的深⼊研究，⼈们已经逐渐意识到了计算这个更加根本的概念。
早在20世纪30年代图灵通过建⽴图灵机的模型就已经从理论上解决了计算的本质这个问题。
⽬前⼀切关于复杂系统的计算模拟系统实际上都不会逃过图灵机这个通⽤模型。
实际上⽆论是细胞⾃动机，还是动态⽹络或者其他各式各样的计算系统都与图灵机等价。
因此，⾄少从模型这个⾓度来讲，⼈们已经可以⽤⼀种更加⼀般的视⾓来看待问题。
然⽽，仅仅具有这样的视⾓是不够的。
最原始的图灵机模型仅仅能够完成⼀些机械是的简单运算。
然⽽当我们把若⼲图灵机组成到⼀起构成系统的时候更⾼⼀个层次的图灵机作为系统层的个体出现了，虽然这个⾼层的个体仍然是图灵机，但是它的功能从本质上已经不同于原始粗糙简单的图灵机了。
复杂系统
复杂系统本词条缺少概述图，补充相关内容使词条更完整，还能快速升级，赶紧来吧！复杂系统是具有中等数目基于局部信息做出行动的智能性、自适应性主体的系统。
复杂系统是相对时代以来构成科学事业焦点的简单系统相比而言的，具有根本性的不同。
简单系统它们之间的相互作用比较弱，比如封闭的气体或遥远的星系，以至于我们能够应用简单的统计平均的方法来研究它们的行为。
而复杂并不一定与系统的规模成正比，复杂系统要有一定的规模，复杂系统中的个体一般来讲具有一定的智能性，例如组织中的细胞、股市中的股民、城市交通系统中的司机，这些个体都可以根据自身所处的部分环境通过自己的规则进行智能的判断或决策。
复杂系统简介随着新世纪的钟声响起，人类已经步入一个崭新的千年。
在这新千年来临之际，人类的科学技术不断进步，一方面科技取得了瞩目的成绩，并以前所未有的速度改变人们的生活；然而另一方面这也让更多的人迷惘了，未来的科技究竟何去何从，科学本身将如何发展？我们为什么要努力的发展科技？我们要朝哪个方向发展？所有的问题都指向了新科学：复杂系统。
有人预测，将成为21世纪的科学，因为它不仅仅从科学技术上指明了21世纪的发展方向，而且它给我们提供了一种崭新的世界观。
完美的、均衡的世界不存在了，取而代之的是复杂性的增长和混沌边缘的繁荣。
自上而下的分解分析方法曾经在几千年的科学发展中发挥了威力，然而复杂性科学却提出了一种自下而上的自然涌现方法。
数学无疑是人类理性认识自然的有力武器，然而面对庞大的，简单的数学推理不能胜任，复杂性科学开始运用来分析科学对象。
[1]复杂系统定义根据以上的描述，我们可以得到中对复杂系统的描述性定义：复杂系统（complex system）是具有中等数目基于局部信息做出行动的智能性、自适应性主体的系统。
复杂系统是一个很难定义的系统，它存在于这个世界各个角落。
如此，我们也可以这样定义它:1. 不是简单系统，也不是随机系统。
2. 是一个复合的系统，而不是纷繁的系统（It's complex system not complicated.）3. 复杂系统是一个非线性系统。
复杂系统综述
复杂系统综述1.关于系统的分类通俗的讲系统可以分为三类：简单系统，随机系统，复杂系统。
简单系统，特点是元素数目特别少，因此可以用较少的变数来描述，这种系统可以用牛顿力学去加以解析。
简单系统又是可以控制的，可以预见的，可以组成的。
随机系统：其特征是元素和变量数很多，但其间的耦合是微弱的，或随机的，即只能用统计的方法去分析。
复杂系统：特征是元素数目很多，且其间存在着强烈的耦合作用。
复杂系统由各种小的系统组成，例如在生态系统中，是由各个种群，各种生物组成的。
生态系统是复杂系统的一个最好的例子。
2.复杂系统复杂性科学是在20世纪80年代中期兴起的，主要研究复杂系统和复杂性的一门科学.目前虽然还处于木萌芽状态，但已被有些科学家誉为“21世纪的科学”。
随着复杂性科学的兴起，对复杂系统的研究也越来越受到重视，国内外许多学者正致力于这方面的研究[1]。
2.1 复杂系统的定义复杂系统（complex system）是具有中等数目基于局部信息做出行动的智能性、自适应性主体的系统。
复杂系统是相对牛顿时代以来构成科学事业焦点的简单系统相比而言的，具有根本性的不同。
简单系统它们之间的相互作用比较弱，比如封闭的气体或遥远的星系，以至于我们能够应用简单的统计平均的方法来研究它们的行为。
而复杂并不一定与系统的规模成正比，复杂系统要有一定的规模，复杂系统中的个体一般来讲具有一定的智能性，例如组织中的细胞、股市中的股民、城市交通系统中的司机，这些个体都可以根据自身所处的部分环境通过自己的规则进行智能的判断或决策。
根据以上的描述，我们可以得到复杂性科学中对复杂系统的描述性定义：复杂系统是具有中等数目基于局部信息做出行动的智能性、自适应性主体的系统。
复杂系统有以下特性：1.智能性和自适应性这意味着系统内的元素或主体的行为遵循一定的规则，根据“环境”和接收信息来调整自身的状态和行为，并且主体通常有能力来根据各种信息调整规则，产生以前从未有过的新规则。
复杂系统理论
复杂系统理论
复杂系统理论是系统科学中的一个前沿方向。
它是复杂性科学的主要研究任务。
复杂性科学被称为21世纪的科学，它的主要目的就是要揭示复杂系统的一些难以用现有科学方法解释的动力学行为。
与传统的还原论方法不同，复杂系统理论强调用整体论和还原论相结合的方法去分析系统。
它与传统控制系统的主要区别是：1．模型：系统的模型通常用主体（agent）及其相互作用来描述，或者用演化的变结构描述。
2．目标：以系统的整体行为，如涌现（emergence）等作为主要研究目标和描述对象。
3．规律：以探讨一般的演化动力学规律为目的。
例如，幂律（power low），遗传规则，自组织临界性（Self-Organized Criticality）等。
它强调数学理论与计算机科学的结合。
原胞自动机，人工生命，人工神经元网络，遗传算法等都可看作它的虚拟实验手段。
复杂系统理论还处于萌芽阶段，它可能蕴育着一场新的系统学乃至整个传统科学方法的革命。
复杂性科学一文讲透复杂性科学及其复杂适应系统模型
复杂性科学⼀⽂讲透复杂性科学及其复杂适应系统模型任何⼀个门学科在创⽴初期，都会有不同的声⾳，或⽀持，或反对，或提出⾃⼰的主张。
复杂性科学（姑且叫复杂性研究吧，免得引来⼝⾆之争），⼀个刚刚初具雏形的理论却能在⽣物界、免疫系统、社会、经济、产业、城市等给予共性⽅⾯的⼤尺度解释，可想⽽知⼀些⼈会对之充满热情，⽽⼀些⼈则极⼒反对。
什么是复杂性?这个问题看似简单，其实是最复杂、最难以回答的问题。
复杂性研究之所以产⽣，是因为⼀些研究和⼀些⾼度复杂的⾃然现象、社会发展、经济系统之间具有深刻的相似性。
这个实例包括我们⼤众所熟知的⼤脑、免疫系统、细胞、经济等，说它们相似，并不是说必然存在掌控这些不同系统的唯⼀原理，⽽是说这些系统都表现出“适应性”“类⽣命”“智能性”“⾃发涌现性”的⾏为。
复杂性科学复杂性科学是在现有的学科体系下继续追究终极的⼀个产物，所以它天然的是跨学科的、更是跨尺度的，哪怕是在复杂性科学的圣地：圣塔菲研究所，也⽆法准确的给出复杂性科学的定义；所以，学习复杂性科学，⾸先要“掌握⼀些基础学科的重要道理”，尤其是底层的、决定性的原理，然后再尝试着去从“交叉学科”中的“普遍规律”着⼿，去找到这个普遍规律与重要学科的重要道理之间的联系，才能逐渐打开视野并深⼊实践下去。
然⽽，这种研究⽅式最终⼀定会让我们在研究的过程中“脱实向虚”，最后看起来越来越像⼀个哲学家。
理解复杂性为什么要研究复杂性呢?主要原因是⽜顿机械论时代之后，⼤家已经习惯了“观察--抽象—建⽴范式--分析和预测”的循环。
但领域越来越来细分、范式越来越不稳定，这个时间⼤家惊讶的发现单⼀理论体系下衍⽣出来的范式经常受到跨学科的要素的影响，因此⼤家才⽇益重视“跨学科的底层逻辑”，期待着⼀个更基础、更稳定的底层逻辑的出现，为⼤家建⽴⼀个更稳定的认知范式。
就像互联⽹刚兴起的时候，⼤家最经常提到的⼀个词是“跨界打动”和“能消灭你的对⼿都是你平时看不见的”，其中⼀层意思就是：你现在的⾏业中的商业范式会因为另⼀个⾏业与你所在的⾏业产⽣和交集⽽被推毁。
复杂系统科学与复杂系统理论
复杂系统科学与复杂系统理论复杂系统在生活中随处可见，从社会网络到自然生态系统，从经济系统到生物系统，都存在着复杂的相互作用和非线性关系。
要了解和预测复杂系统的行为，需要掌握复杂系统科学和复杂系统理论。
复杂系统科学是一门跨学科的科学，它涵盖了计算机科学、物理学、数学、生物学等多个学科的知识。
它的基本思想是将系统看作是由许多相互作用的个体组成的，这些个体之间存在着复杂的相互作用和非线性关系。
复杂系统科学着眼于寻找这些系统中的规律和模式，并试图解释和理解它们。
复杂系统理论是研究复杂系统的行为和性质的学科。
它基于复杂性理论，可以帮助人们更好地理解和分析各种复杂系统。
复杂系统理论非常注重系统的整体性、自组织性和演化性。
它认为，系统中的每个部分都不是孤立存在的，而是相互依存，因此需要考虑整体和部分之间的相互作用。
复杂系统科学与复杂系统理论有着很大的交叉关系。
复杂系统科学侧重于探究系统中的各种现象和规律，而复杂系统理论则从理论和方法等层面上来指导和研究这些现象和规律。
复杂系统科学和复杂系统理论的结合，可以为人们提供更好的工具和方法来分析和模拟复杂系统的行为，探究其内在规律和演化趋势。
在实际应用中，复杂系统科学和复杂系统理论已经得到了广泛的应用。
例如，在交通管理方面，复杂系统科学可以帮助人们了解城市道路网络的复杂性和流量变化，以及如何优化交通流。
在经济领域，通过应用复杂系统理论，可以更好地预测市场波动和经济趋势，为政策制定和投资决策提供指导。
总之，复杂系统科学和复杂系统理论的研究，有助于人们更全面地理解各种复杂系统，并提供了相关的工具和方法来分析和模拟这些系统的行为。
随着技术和应用的不断发展，我们相信复杂系统科学和复杂系统理论会在各个领域发挥越来越大的作用，为人类进步和发展做出更大的贡献。
复杂性、复杂系统与复杂性科学(中科院系统所)
2.2 复杂系统的分类 复杂性的种类很多，从不同的角度可 以进行不同的分类。以下是两种分类： （ 1 ）物理（自然系统）复杂性、生物 复杂性、社会复杂性（成思危）； （2）主观复杂性与客观复杂性。
3 . 复杂性科学
3 .1 复杂性科学的定义
复杂性科学就是运用非还原论方法研究复杂系统产 生复杂性的机理及其演化规律的科学。
4.3 结构复杂性学派
（ 1 ）起源与发展：美国 Warfield 教授 1975 年开始研究， 1990年出版了A Science of Generic Design: Managing Complexity Through Systems Design，1994年出版了： A Handbook of Interactive Management。 （ 2 ）复杂性科学的定义：复杂性是指当人们在处理系 统问题由于对所研究问题缺乏足够了解而受挫时，在 人脑中所产生的一种的感觉。 那些认为复杂性只是所研究系统的一种特性的人 们将会面临找出众多不同待研系统的共同特性的挑战。 即使能找到这种特性，也还会遇到诸如他们如何去处 理这些系统而不是仅仅考虑一下，比如：所设计的系 统或模型没有任何可观测的特性，那么，他们将不得 不解释为什么对有些系统有的人能够搞明白而有些人 却一筹莫展。
3.3 复杂性科学的基本原理
(1) 整体性原理。由于复杂性科学的研究对象是 非线性经济系统，传统的叠加原理失效，因此，不能 采用把研究对象分成若干个小系统分别进行研究，然 后进行叠加的办法，而只能从总体上把握整个经济系 统。这一点也很符合系统科学的思想。 (2) 动态性原理。复杂系统必然是动态系统，即 与时间变量有关的系统。没有时间的变化，就没有系 统的演化，也就谈不上复杂性规律。因为“事物总是 发展变化的”。
复杂性、复杂系统与复杂性科学
2.2 复杂系统的分类 复杂性的种类很多，从不同的角度可 以进行不同的分类。以下是两种分类： （ 1 ）物理（自然系统）复杂性、生物 复杂性、社会复杂性（成思危）； （2）主观复杂性与客观复杂性。
2 . 复杂系统
2. 1 复杂系统及其基本特征
目前关于复杂系统的定义也不统一，至少有30多种，代表性的有如下一些： （1）复杂系统就是浑沌系统（浑沌学派）。 （2）具有自适应能力的演化系统（Santa Fe）。 （3）包含多个行为主体（Agent）具有层次结构的系统。 （4）包含反馈环的系统（Stacey）。 （5）不能用传统理论与方法解释其行为的系统（John Warfield）。 （6）动态非线性系统。 （7）客观事物某种运动或性态跨越层次后整合的不可还原的新性态和相互 关系（本体论的复杂性定义）。本体论复杂性还可以分为：（突变论和混沌的 两种）运动复杂性和（分形的和非稳定性的两种）结构复杂性。它们都具有跨 越层次的特征。表现为嵌套、相互连结、相互影响和作用等。 （8）对客观复杂性的有效理解及其表达（认识论的复杂性定义）。认识论 意义的复杂性概念也概括了自然科学和技术科学领域关于用描述长度定义复杂 性的各种概念和涵义，特别是关于“有效复杂性”的涵义。
（2）非周期性与开放性 复杂系统的行为一般是没有周期的。非周期性展现了 系统演变的不规则性，系统的演变不具有明显的规律。系 统在运动过程中不会重复原来的轨迹，时间路径也不可能 回归到它们以前所经历的任何一点，它们总是在一个有界 的区域内展示出一种通常是极其“无序”的振荡行为。 系统是开放的，与外部是相互关联、相互作用的，系 统与外部环境是统一的。开放系统不断的与外界进行物质、 能量和信息的交换，没有这种交换，系统的生存和发展是 不可能的。任何一种复杂系统，只有在开放的条件下才能 形成，也只有在开放的条件下才能维持和生存。开放系统 还具有自组织能力，能通过反馈进行自控和自调，已达到 适应外界变化的目的；具有稳定性能力，保证系统结构稳 定和功能稳定，具有一定的抗干扰性；在同环境的相互作 用中，具有不断的演化能力；受到自身结构功能和环境的 种种参数的约束。
复杂性研究与系统科学
这一原则的表现方式有：
把复杂 性当做 复杂性
第 一 P P T H T T P : / / W W W. 1 P P T. C O M
复杂性科学
1979年，普利高津和斯唐热出版的《新的联盟》中提出了复杂性科学的
复杂系统理论
（1）复杂性 科学属于系统 科学
系统科学与复杂性科学之间不是包 含与被包含的关系，而是交叉关系
系统科学与复杂性科学之间存在 紧密联系
（2）系统科 学是复杂性 科学的一部 分
准确的定位：复杂系统理论属于 系统科学，代表系统科学发展的 新阶段
LOGO
复杂性研究与系统科学
姓名：张洪真 学号：120720081 专业：管理科学与工程
目录
1 2 3 4
复杂性研究概述
复杂性 复杂性科学
复杂系统理论
复杂性研究概述
二战后我们正处于科学发展史上的一个大转折时期，即
经典的机械论科学
（简单性科学）
新兴科学
（复杂性科学）
复杂性研究概述
论文区分了简单性和复杂 性，把复杂性分为两类， 即无组织的复杂性和有组 织的复杂性。
概念。
从学科内容看 各学科中的复杂性
研究，像物理学、 化学、生物学、经 济学等等 各种新兴的跨学科 研究，像可持续发 展、全球化、环境 保护和治理等
复杂性科学
复杂性科学
从广度来看，复杂性研究涉及的是科学的所有分支
从深度来看，复杂性研究带来的是在自然观、 科学观、方法论、思维方式等方面的重大变革， 属于科学系统整体的深层次的变革。
同层次的复杂性。
复杂性科学
复杂性科学复杂性是混沌性的局部与整体之间的非线形形式，由于局部与整体之间的这个非线性关系，使得我们不能通过局部来认识整体。
简介复杂性科学(Complexity Science)兴起于20世纪80年代的复杂性科学(complexity sciences)，是系统科学发展的新阶段，也是当代科学发展的前沿领域之一。
复杂性科学的发展，不仅引发了自然科学界的变革，而且也日益渗透到哲学、人文社会科学领域。
英国著名物理学家霍金称“21世纪将是复杂性科学的世纪”。
复杂性科学为什么会赢得如此盛誉，并带给科学研究如此巨大的变革呢?主要是因为复杂性科学在研究方法论上的突破和创新。
在某种意义上，甚至可以说复杂性科学带来的首先是一场方法论或者思维方式的变革。
尽管国内外学者已经认识到研究复杂性科学的重要意义，然而要想找出一个能够符合各方研究旨趣的复杂性科学的概念还有困难。
虽然当代人们对复杂性科学的认识不尽相同，但是可以肯定的是“复杂性科学的理论和方法将为人类的发展提供一种新思路、新方法和新途径，具有很好的应用前景”。
黄欣荣认为尽管复杂性科学流派纷呈、观点多样，但是复杂性科学却具有一些共同的特点可循：(1)它只能通过研究方法来界定，其度量标尺和框架是非还原的研究方法论。
(2)它不是一门具体的学科，而是分散在许多学科中，是学科互涉的。
(3)它力图打破传统学科之间互不来往的界限，寻找各学科之间的相互联系、相互合作的统一机制。
(4)它力图打破从牛顿力学以来一直统治和主宰世界的线性理论，抛弃还原论适用于所用学科的梦想。
(5)它要创立新的理论框架体系或范式，应用新的思维模式来理解自然界带给我们的问题。
复杂性科学是指以复杂性系统为研究对象，以超越还原论为方法论特征，以揭示和解释复杂系统运行规律为主要任务，以提高人们认识世界、探究世界和改造世界的能力为主要目的的一种“学科互涉”(inter—disciplinary)的新兴科学研究形态。
发展阶段复杂性科学研究主流发展的三个阶段主要是指：埃德加·莫兰的学说、普利高津的布鲁塞尔学派、圣塔菲研究所的理论。
复杂性理论复杂系统
复杂性理论复杂性科学/复杂系统耗散结构理论协同学理论突变论(catastrophe theory)自组织临界性理论复杂性的刻画与“复杂性科学”论科学的复杂性科学哲学视野中的客观复杂性Information in the Holographic Universe“熵”、“负熵”和“信息量”-有人对新三论的一些看法复杂性科学/复杂系统复杂性科学是用以研究复杂系统和复杂性的一门方兴未艾的交叉学科。
1984年，在诺贝尔物理学奖获得盖尔曼、安德逊和诺贝尔经济学奖获得者阿若等人的支持下，在美国新墨西哥州首府圣塔菲市，成立了一个把复杂性作为研究中心议题的研究所-圣塔菲研究所（简称SFI），并将研究复杂系统的这一学科称为复杂性科学（Complexity Seience）。
复杂性科学是研究复杂性和复杂系统的科学，采用还原论与整体论相结合的方法，研究复杂系统中各组成部分之间相互作用所涌现出的特性与规律，探索并掌握各种复杂系统的活动原理，提高解决大问题的能力。
20世纪40年代为对付复杂性而创立的那批新理论，经过50-60年代的发展终于认识到：线性系统是简单的，非线性系统才可能是复杂的；“结构良好”系统是简单的，“结构不良”系统才可能是复杂的；能够精确描述的系统是简单的，模糊系统才可能是复杂的，等等。
与此同时，不可逆热力学、非线性动力学、自组织理论、混沌理论等非线性科学取得长足进展，把真正的复杂性成片地展现于世人面前，还原论的局限性充分暴露出来，科学范式转换的紧迫性呈现了。
这些新学科在提出问题的同时，补充了非线性、模糊性、不可逆性、远离平衡态、耗散结构、自组织、吸引子（目的性）、涌现、混沌、分形等研究复杂性必不可少的概念，创立了描述复杂性的新方法。
复杂性科学产生所需要的科学自身的条件趋于成熟。
另一方面，60年代以来，工业文明的严重负面效应给人类造成的威胁已完全显现，社会信息化、经济全球化的趋势把大量无法用现代科学解决的复杂性摆在世人面前，复杂性科学产生的社会条件也成熟了。
复杂性科学的基本内涵
复杂性科学的基本内涵
复杂性科学是一门相对较新的学科，以复杂性问题为研究对象，探讨复杂系统的内在规律，研究其内紧密相互作用、相互影响关系的特性及其身上所表现出来的不规则性和模糊性内涵。
其基本内涵包括：
一、复杂性科学研究的对象是复杂性的具体表现，如系统的边缘有多种表现形态，而每种形态都有其特殊的内涵实质；
二、复杂性科学以层次分析看系统，从宏观、中观、微观等许多不同层次来描述系统；
三、复杂性系统由简单易控制的子系统组成，而当这些组件的关系发生变化之后，系统会出现复杂的路径、不可预测的表现；
四、复杂性科学探讨的是系统内部的复杂性和有效性，即系统的基本特性和状态，以及它们之间的相互影响和关系；
五、复杂性科学采用非正式的数学方法和模型，探讨复杂性的表现形态和其本质；
六、复杂性科学注重理论与应用结合，因此作为科学家，不仅要关注复杂性的实验研究，而且要针对社会经济实际寻求潜在的应用方向。
复杂系统及其复杂性科学概述
➢ 复杂社会系统：社会泛指由于共同物质条件、经济条 件、信息条件等而相互联系起来的人群、集团、公司、 组织等
人作为子系统参与其中
第6章
6.2 复杂系统的分类
6.2.3 复杂自然系统、复杂工程系统、复 杂社会系统
➢ 系统科学的发展是从研究复杂自然系统，到研究人造 复杂工程系统，再到研究复杂社会系统，即从研究自 然物，扩展到研究人工物，再到研究人类社会发展过 程
➢ 有机系统（organic system）由许多高度特 化的、相互联系紧密的、不同种类的组分组 成的系统
有机系统易于进行功能描述，其中组分的功能是 通过在维持系统处于期望状态中的作用加以定义 和刻画的
典型的是生物体系统
第6章
6.2 复杂系统的分类
6.2.1 多体系统、有机系统、控制系统
➢ 控制系统（cybernetic system）把多体系 统和有机系统结合起来的系统，如神经网络
启示：组织管理者要减少计划和控制，激发自组织
➢ 了解相干环境
组织管理者要了解相干环境，应创造自组织产生的条件，创 造信息凝聚而非仅仅是兴趣共享
➢ 了解产生凝聚的能力
组织管理者最重要的不是组织的集体的力量而是个人产生凝 聚的能力
第6章
6.5 复杂性科学
6.5.3 复杂性科学思想方法的启示
➢ 整体和部分的共同进化
人是一个如此复杂和统一的控制系统，以至于许 多人都不愿意研究由人组合起来的系统
对其他系统的刻画用“行为”表示就足够了，而 对人的刻画用“行为”表示就不成，因为人有意 向性行为
第6章
6.2 复杂系统的分类
6.2.2 非平衡系统、复杂适应性系统、开 放的复杂巨系统
➢ 非平衡系统：由无生命子系统组成的系统，每一个子 系统非常简单，子系统之间的相互作用也简单
数学中的多元复杂性与系统科学的研究
数学中的多元复杂性与系统科学的研究多元复杂性是数学中一个重要而又复杂的领域，它是指在各种不同的数学对象中存在着相互影响和相互作用的情况。
多元复杂性研究的目标是揭示和理解这种复杂性，并进一步将其应用于系统科学的研究中。
本文将从多元复杂性的概念、研究方法以及在系统科学中的应用等方面进行探讨。
一、多元复杂性的概念多元复杂性是指在一个系统中存在多个相互关联的元素，并且这些元素之间的关系和作用是非线性的、不可预测的。
这种复杂性在现实世界中广泛存在，如生物系统、社会网络、金融市场等。
在数学中，多元复杂性可以通过网络理论、图论、随机过程等方法进行建模和描述。
二、多元复杂性的研究方法多元复杂性的研究涉及了许多数学方法和工具。
其中，网络理论是研究多元复杂系统的重要方法之一。
通过构建网络模型，可以揭示系统中各个元素之间的连接和相互作用。
此外，图论和随机过程也是研究多元复杂性的常用方法，它们可以帮助我们从数学的角度来理解和分析系统中的复杂关系。
三、多元复杂性在系统科学中的应用多元复杂性的研究成果在系统科学中有着广泛的应用。
首先，它可以帮助我们更好地理解和分析复杂系统的行为和结构。
通过揭示多元复杂系统中的关键元素和关联关系，可以为决策者提供科学依据，从而优化系统的运行和管理。
其次，多元复杂性还可以应用于风险评估和控制领域，例如金融风险管理和疫情防控等。
通过对系统中各个元素之间的相互作用进行建模和模拟，可以更好地预测和应对风险事件的发生和发展。
四、多元复杂性研究的挑战和展望虽然多元复杂性的研究具有广阔的前景，但也面临着一些挑战。
首先，多元复杂系统的建模和分析过程往往比较困难，需要运用复杂的数学方法和工具。
其次，由于系统中存在的不确定性和非线性特征，多元复杂性的研究结果常常具有一定的随机性。
因此，未来的研究需要进一步完善和提高相关方法的有效性和准确性。
综上所述，多元复杂性在数学中是一个重要的研究领域，并且在系统科学中有着广泛的应用。
复杂系统与复杂性科学
分类号:B J42科学时报/2000年/07月/21日/第004版/综合报道复杂系统与复杂性科学国家自然科学基金委员会举办“复杂系统与复杂性科学”为主题的科学论坛。
从科学发展和国家长远需求的战略高度对“复杂系统与复杂性科学”这一主题及其关键科学问题进行了研讨和论证。
与会专家一致认为,目前的科学发展正处于一个新的转折点,那就是复杂性科学的兴起。
考虑到国际科学研究发展的整体趋势,结合我国在复杂系统与复杂性研究方面的基础,在我国应大力提倡和加强对复杂性科学这个虽还处于萌芽状态,但已被有些科学家誉为是“21世纪的科学”的跨学科的新兴领域的研究。
复杂性科学是指以还原论、经验论及“纯科学”为基础的经典科学正在吸收系统论、理性论和人文精神而发展成的新学科。
目前,国内许多学者对此正在进行探索。
与会专家一致认为:尽管复杂系统的范围很广,涉及自然现象工程、生物、经济、管理、军事、政治、社会等各个方面,但概括起来,目前,复杂性科学研究可分为物理层次、生物层次和社会层次等三个层次来开展研究,同时,还需要开展这三个层次之间的共性的研究,即关于复杂性与复杂系统的理论与方法研究,这对学术创新,并尽快使我国在复杂性科学领域的研究进入国际前沿水平具有战略意义。
通过与会专家的广泛讨论,初步提出了以下几个关键科学问题。
一、复杂系统与复杂性的理论与方法研究复杂性科学研究中的物理层次、生物层次和社会层次等三个层次中的之间的共性问题。
1.复杂系统的动力学与建模的研究2.复杂系统结构、功能与行为的研究3.复杂系统的度量、辨识、预测与评价4.复杂系统的演化、涌现、自组织、自适应、自相似的机理5.复杂系统中的策划与调控6.人-机结合的综合集成7.复杂系统与复杂性研究的典型方法,如:演化计算、元胞自动机、多智能体(M u l t i-A g e n t)等二、物理层次复杂系统的研究1.湍流的复杂性研究2.材料损伤的灾变3.成矿动力巨系统的复杂性及时空结构涌现机制4.自适应生物材料5.火灾系统的动力学演化二、生物层次复杂系统的研究生物层次的复杂系统以脑的复杂性为标志,尤以脑的高级功能活动为典型。
掌握系统科学和复杂性科学的方法对于科学研究有何积极意义（样例5）
掌握系统科学和复杂性科学的方法对于科学研究有何积极意义（样例5）第一篇：掌握系统科学和复杂性科学的方法对于科学研究有何积极意义掌握系统科学和复杂性科学的方法对于科学研究有何积极意义1，理论概念1.1系统是一个系统的基本理论研究的对象和应用程序的开发学科的学科群。
它着重研究的关系和属性的不同类型的系统，揭示其活动的规律，探索系统的各种理论和方法。
系统科学的理论和方法的社会科学从自然科学和工程技术广泛转移。
系统科学与哲学的互动和探索，形成一个系统的基本原理系统科学的哲学问题。
1.2，复杂性科学为研究对象，是指系统的复杂性，超越还原论方法的特点，为了以揭示和解释的主要任务复杂系统的运行规则，提高对世界的认识，探索世界和改造世界。
“主题互文性”（跨学科）的新的科学形态的主要目的的能力。
所以说，在复杂性科学的兴起在20世纪80年代，系统科学发展的新阶段，是当代科学发展的前沿之一。
复杂性科学的发展，不仅导致了自然科学的变化，但也越来越多地渗透到哲学，人文科学和社会科学。
复杂性科学的研究方法的突破和创新。
在某种意义上来说，甚至可以说科学任意的复杂性，是一种方法或思维方式转变。
2，内容分类2.1系统科学，系统思维，综合多学科而形成的一个新的，全面的科学学科。
系统科学，它的发展和现状，可分为狭义和广义的分为两类。
的窄系统科学，一般是指贝塔朗菲的书“一般系统论的开发与应用”系统“科学，数学系统理论，系统技术，系统理念的基础上，从三个方面总结纪律处分制度。
广义系统科学，系统论，信息论，控制论，耗散结构理论，协同学，突变论，运筹学，模糊数学，物元分析，泛系方法论，系统动力学，灰色系统理论，系统工程，计算机科学，人工智能，知识工程，通信的研究和大量的科目，包括最快的一门综合性科学的发展自20世纪中期以来2.2，三个阶段的复杂性科学的主流发展理论是指：埃德加莫兰的学说，普里高津布鲁塞尔学校，圣菲研究所。
第二篇：对于统一台湾问题有何思考关于台湾问题的思考众所周知，台湾是中国的不可缺少的一部分。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第5卷第4期 复杂系统与复杂性科学 Vol .5No .42008年12月 COM P LEX SYSTE M S AND COM P LEX I TY SC I E NCE Dec .2008文章编号:1672-3813(2008)04-0021-08收稿日期:2008-10-10基金项目:国家基础研究计划973项目(2006CB705500);国家自然科学基金(60744003,10635040,10532060,10472116);中国科学院院长基金特别支持项目计划《复杂网络的结构与功能及动力学性质研究》;高等学校博士学科点专项科研基金(20060358065)作者简介:汪秉宏(1944-),男,江西婺源人,教授,中国科学技术大学理论物理研究所所长,主要研究方向为复杂系统理论、复杂性科学、统计物理、计算物理和非线性动力学。
当前复杂系统研究的几个方向汪秉宏1,2,周 涛1,3,王文旭4,杨会杰2,5,刘建国1,3,赵 明1,6,殷传洋7,韩筱璞1,谢彦波1(1.中国科学技术大学近代物理系理论物理研究所复杂系统研究组,合肥230026;2.上海系统科学研究院及上海理工大学复杂适应系统研究所,上海200093;3.瑞士弗里堡大学物理系,瑞士弗里堡CH-1700;4.亚利桑那州立大学电子工程系,美国亚利桑那州85287-5706;5.新加坡国立大学物理系,新加坡119077;6.香港浸会大学物理系,香港;7.南京信息工程大学,南京210044)摘要:复杂系统与复杂性科学被誉为21世纪的科学,是吸引跨学科广泛注意的新型交叉科学。
简要概述了复杂系统研究的几个重要方向,包括网络同步、网络交通流、新一代信息网络的结构和动力学、演化合作博弈、生物网络复杂性、人类动力学和信息物理学。
关键词:复杂系统;复杂性科学;复杂网络;人类动力学;信息物理学中图分类号:N94文献标识码:ASevera l D i recti on s i n Co m plex Syste m ResearchWANG B ing 2hong 1,2,Z HOU Tao1,3,WANG W en 2xu 4,Y ANG Hui 2jie 2,5,L IU J ian 2guo 1,3,ZHAO M ing 1,6,YIN Chuan 2yang 7,HAN Xiao 2pu 1,X IE Yan 2bo1(1.Depart m ent of Modern Physics,I nstitute of Theoretical Physics and Gr oup of Comp lex Syste m,University of Science and Technol ogy of China,Hefei 230026,China;2.I nstitute of Comp lex Adap tive Syste m s,Shanghai Acade my of Syste m Science and University ofShanghai f or Science and Technol ogy,Shanghai 200093,China;3.Depart m ent of Physics,University of Fribourg,Fribourg CH -1700,S witzerland;4.Depart m ent of Electr onic Engineering,A rizona State University,A rizona 85287-5706,US A;5.Depart m ent of Physics,Nati onal University of Singapore,119077,Singapore;6.Depart m ent of Physics,Hong Kong Bap tist University,Hong Kong,China;7.Nanjing University of I nfor mati on Science and Technol ogy,Nanjing 210044,China )Abstract:A s the 21st 2century ’s science,the comp lexity science is attracting wide attenti on fr om the sci 2entific community .I n this paper,we highlight s ome relevant key issues,including net w ork 2based syn 2chr onizati on,traffic dyna m ics on net w orks,structure and evoluti on of inf or mati on net w orks in the nextgenerati on,ev oluti onary cooperating ga me,comp lexity of bi ol ogical net w orks,human dyna m ics and inf o 2physics . 复杂系统与复杂性科学2008年12月Key words:comp lex syste m s;comp lexity;comp lex net w orks;human dyna m ics;inf ophysics1 引言复杂性科学,复杂系统的模型与行为,复杂网络的结构、功能和动力学的研究是从20世纪末以来出现的科学研究的新热点。
特别是复杂网络,吸引了国内外越来越多的科学工作者的注意[1]。
研究方法是把各种各样复杂系统简化为节点以及连接节点的边的集合。
节点代表系统的基本单元,边代表各个单元之间的相互作用。
每个节点和每条边的性质都可以加上称为“权重”和“强度”的更多描述。
对于复杂系统,这是一种合适的、抓住本质的抽象,因此已经取得了许多瞩目的成就。
复杂网络研究的起源可以追溯到数学中的随机图论,随着物理学家的介入,现代统计物理方法、非线性动力学等分析方法被广泛应用于复杂网络的研究工作中,这些方法大大带动了复杂网络的研究工作,并取得了丰硕的成果。
当前,复杂网络已经广泛应用于各个科学技术领域,例如道路交通运输网、航空线网、电力网、互联网、万维网、神经网络、生物中的蛋白-蛋白相互作用网和基因调控网络、各种通讯网络、各种社会网络、科学家合作网、科学期刊引文网等等。
通过最近几年来对于各种不同复杂网络的结构、功能和动力学的研究,人们已经对于广泛的复杂系统的行为和基本规律获得了前所未有的理解,并在实际的工业技术层面上付诸应用[2-8]。
毋庸讳言,人类对于复杂系统的认识和理解还只是万里长征刚刚走出第一步。
对于复杂网络的结构和机理的探究也是方兴未艾,远未穷尽。
当前,人们关注的复杂网络研究课题有:如何对于更广泛的实际复杂系统和大量真实复杂网络的各种统计参量进行实证研究并提取它们的共性?如何建立导致一类网络共性的网络演化模型?如何确定网络上的流动性(例如流行病的传播路径和速度)?如何刻画传输网络对于扰动和袭击的抵抗能力与恢复能力?什么是互联网等通讯网络上的信息发送和信息搜索的最佳策略和方案?各种网络可能具有怎样的级联动力学过程?如何疏解实际通讯网络和交通运输网络的瓶颈堵塞问题?网络的动力学同步如何依赖于其拓扑结构?等等。
基于如上考虑,中国科学技术大学复杂系统研究组近年来围绕以下12个研究课题开展了关于复杂系统及复杂网络的理论与应用的一些研究工作,取得若干初步的成果:1)非线性系统与复杂网络的相互作用、同步及其优化控制理论。
2)网络的级联过程与抗毁性。
3)自然和社会中合作的产生与进化及博弈模型的刻画。
4)人类行为频率间隔分布的实证统计及动力学模型。
5)自驱动个体的群集运动的形成、演化、控制模型。
6)信息物理学。
7)城市交通瓶颈的时空结构演化。
8)基于网络结构的交通流、舆论传播、流行病扩散。
9)新一代互联网的结构、动力学与信息传输协议的可能改进方案。
10)生命复杂系统、生物复杂网络。
11)复杂适应系统。
12)金融物理。
我们的研究方法是:把网络上的交通流、信息流、同步、传播、级联和相应的复杂系统动态演化模型结合起来进行研究。
着重研究了:交通网络和信息传输网络上拥堵形成与传播的机制、交通动力学的微观描述、互联网最佳路由的选择、网络结构的优化设计以及传输增强策略。
希望理解:网络拓扑结构及网络节点局域动力学对级联行为有什么影响?级联动力学过程可否进行预报和控制并应用于抗灾变、抗攻击策略及网络同步性能控制策略的设计?广义同步与复杂系统之斑图有怎样的关系?如何理解生物群体中的部分同步化与间歇同步化现象?为了重现真实复杂系统的统计特征,本文提出一些具有网络结构的复杂系统模型,特别・22・第5卷第4期 汪秉宏,等:当前复杂系统研究的几个方向是提出了复杂适应系统的一些自组织演化模型,例如生物网络模型、大脑功能网络模型、经济统计模型等等。
并对这些模型的协同、博弈和共存行为进行了动力学与统计物理方法的探讨。
以下,分7个专题作较为详细的阐述。
2 关于网络同步的研究迄今为止,虽然还不能得到网络结构与网络同步性质之间精确的数值关系,但已经获得了一些网络的结构特征量对网络同步能力影响的定性结论,利用这些结论,各种各样提高网络同步能力的方法纷纷涌现。
这些方法要么是在网络结构不变的情况下通过调节节点间耦合方式的方法使得网络的同步能力得以提高,要么是在对称耦合情况下通过对网络结构的微扰来实现提高网络同步的目的。
这些研究都基于网络上全同振子的精确同步问题,但在实际系统中,动力学系统往往是非全同的,网络中还有可能存在多种类型的振子,并且真实的网络通常具有群落结构,该结构的存在会使得网络的同步性质更为复杂。
另外,真实的动力学网络更多的是处于部分同步状态,网络中存在多个各自演化的同步簇……,要完成上述问题的解答还需要如下几方面的工作:1)选择有效的同步非全同振子的耦合方式。
2)分析存在多种振子类型的网络的部分同步规律。
3)寻找群落网络的细致同步规律。
4)确定网络的结构与网络的部分同步状态之间的关系。
关于同步方面的研究进展,有兴趣的读者可以参考综述文献[9-11]。
3 关于交通网络及通讯网络上的交通流研究通讯网络,例如互联网、电话网络、点对点网络在当今世界起着极其重要的作用。
随着通讯网络的日益增大,信息交通的拥塞越来越频繁地出现。
在有限资源的条件下如何缓解拥塞,保证信息交通正常和高效地传输成为越来越紧迫的问题。
到目前为止,信息网络这种庞大的复杂系统的动力学特性还未被充分地了解和认识,这是摆在研究人员面前的首要问题。