复杂适应系统理论
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变自己，以便能动的适应环境。 例如：中枢神经系统的神经元，免疫系统的抗体，经济系 统的公司„„ 2.2.3 从适应性行动者的角度定义复杂适应系统
CAS生 成的 动力
大量具有主动性行动者在相互作用中努力地相互适应，寻 找和创建能够相互适应并共同适应外部环境所需要的行为规
则，由这样的行动者整合而成的系统，就是复杂适应系统。
把元素当作适应性行动者， 具有主动性和目的性，能
于没有个性和主动性
的实体，服从物理规 律
没有个性，没有对环境
的适应性
够学习和积累经验，改变
自身行为规则，环境适应 能力
CAS理论通过引入适应性行动者的概念，以行动者作为系统的元素，找到一条客 服上述缺点的道路。
2.2.2 适应性行动者的根本特点
具有主动性，能够感受环境，自我学习，主动的调整、改
概述规律性并能给出预言的图示 （许多竞争者的图示之一）
收集信息，积累 经验
规律的辨识与压缩
过去的资料包括行为及其效果
2.4 CAS的基本特性
聚 特性 机制 集
非线性
流 多样性 标 识
CAS 是 由 适 应 性 主 体 相 互 作用、共同演化并层层涌现 出来的系统。霍兰围绕适应 性主体这个最核心的概念提 出了在复杂适应系统模型中 应具备的七个基本特性。前 四个是CAS 的通用特性, 它 们将在适应和进化中发挥作 用; 后三个是个体与环境进 行交流时的机制和有关概念。
（3）观察这些图示如何与附加信息相结合得出适用于现实世界的结果。
这一整套操作如下图所示：
结 果 （现实世界）
把内部模式与实时信 息结合，描述环境， 预测未来
采取行动， 作用与现实 世界 反馈行动后果的 信息，评价、改 进内部模式
描述、预言、行动 （现实世界） 现有资料 展 开
处理信息，总结研 究，提炼内部模式
2.1.3 适应性产生复杂性的内涵
CAS理论强调子系统具有目的性和主动性，把个体的“适应性”作为 系统必不可少的条件，并由此涌现出具有更强适应性的新层次的主体。 特别是“主动适应性”，是系统整体涌现的根本原因。这也就是“适应 性造就复杂性”的根本含义。
复杂适应系统的核心思想
2.1.4 复杂适应系统的核心思想
三 基于主体的适应性刻画
行动者在获得经验时如何改变系统行为方式，即适应者的行动能力，CAS理论通过 和生物系统的类比并联系社会系统的经验来制定描述框架。具体归结为三个步骤：
第一 建立执行系 统模型
• 刺激——响应模型， 适应者行为遵循该 模型所确定的规则； • 一个探测器、一组 规则、一个效应器 构成一个执行系统；
能源） 二、回声模型的基本框架 在这个基本模型中，主体具有最简单的功能——寻找交换资源的其他 主体，与其他资源进行交流，保存及加工资源。为此，主体要有三个基 本部分： 回声模型中的行动者如下图所以：
他们的功能包括：主动与其他主体接触，同时也与其他主体的接触进行应 答，如果匹配成功则进行资源交流，在自己内部加工和存储资源，如果资 源足够，则繁殖新的主体。在此基础上，我们整个回声模型就成为如下情 况：整个系统包括若干位置；每个位置中有若干主体；主体之间进行交流， 交流资源和信息。
复杂适应系统理论
移动改变生活
复杂适应系统理论
目
录
涌现 圣塔菲的核心理念之一
CAS理论基本观点和核心思想
基于主体的适应性刻画
CAS建模和回声模型
CAS理论总结
移动改变生活
一 涌
现
圣塔菲学派
突变论、混沌 自组织理 论、非线性动 复杂适应系统 理论
（耗散、协同学、力学等系统论 超循环论） 工程系统理论 （控制论、运 筹学）
2.1 CAS理论核心思想—适应产生复杂性
2.1.1 圣塔菲学派对复杂性的研究
复杂性从何 而来？？
盖尔曼
J.J.卡斯蒂
霍兰
圣塔菲学派和钱学森关于复杂性阐释的比较
• 都与系统的层次结构相联系； • 把系统的复杂性和系统的规模联系 起来； • 强调非线性的作用；
相同点
不同点
• • • •
（钱理论）系统的动态性； （钱理论）系统的过程性和阶段性； （圣塔菲）适应性产生复杂性 （圣塔菲）从演化的角度探寻简单 和复杂的关系
内部模型 积 木
供应链复杂适应系统分析
供应链涉及供应商、制造商、零售商、消费者等各类实体及相关的 一系列业务活动，呈复杂的网络结构，因此供应链是一类典型的复 杂系统。它具有以下特点： A
整个组织具有一个鲜明地目标，执行任务并生存下去
B
C D E F G
由大量相互作用的行为主体构成
与包含其他复杂系统的主体环境相互作用 发现，即通过反馈获取有关同环境作用的行为信息 从反馈信息中提炼作为处理外部环境关系时的规则 观察行为带来的反应信息，调整行为适应环境 整个组织内部成员有自身的个体模式 供应 链系 统为 复杂 适应 系统
2.1 CAS理论核心思想—适应产生复杂性
圣塔菲学派把系统分为非适应性和适应性两类，而适应性又分为直接适 应性（自动恒温器）和复杂适应性（社会、经济、自然界、地球生态）。
2.1.2 复杂适应系统的共同特征
有大量的不同组分聚集而成，组分之间存在广泛的相互作用，能够在环 境中学习，积累经验，通过改进自身行为规则而适应复杂多变的环境，从 而在整体上表现出运行的协调性和行为模式的持续性。
1.1 涌现的特性
什么是涌现，霍兰德观点代表了当时的共识：“像涌现这么复杂的问
题，不可能只是服从一种简单的定义，我也无法提供这样的定义。”
按照圣塔菲学着的见解，涌现现象至少具有以下特性：
1. 涌现的普遍性；
2. 涌现的系统性； 3. 涌现的恒新性； 如何研究涌现，CAS理论对你研究涌现由何启示？
为生成的，而非既成的，基于生成论来建立描述复杂性的概念框架；
II. 提出了受限生成过程（CGP）概念，给复杂性的涌现建立普适的描述
框架；
III. 从信息运作的角度考察复杂适应系统的运作；
IV. 与分形论相比，CAS理论对系统生成起点即“微”的刻画不够有力，
但对生成过程的刻画较为丰富。CAS着眼于描述生成过程行动者的学习和适
“我们把系统中的成员称为具有适应性的主体(Adaptive
Agent)，简称为主体。所谓具有适应性，就是指它能够与环
境以及其它主体进行交互作用。主体在这种持续不断的交互 作用的过程中，不断地“学习”或“积累经验”，并且根据 学到的经验改变自身的结构和行为方式。整个宏观系统的演 变或进化，包括新层次的产生，分化和多样性的出现，新的、
吸取
c b b a a （资源来自位置和相互作用） 进攻标识：用于主 动的与其他主体联 系和接触； 防御标识：用于其 他主体与自己联系 时决定应答与否； 仓库：用于存储的 加工资源。
行动者 进攻标识 Tag 防御标识 Tag aaba ccb
aa bbbb ccc 仓库
繁殖 （当仓库存有生成标识副本的足够资源时）
应行为，信息的采集、加工、存储、积累、消除识别等运作多样而复杂。
V.
CAS目前理论来看，整体上处于总结经验、提炼思想、形成洞见的初
期，给出的描述框架带有明显的隐喻性，生物学、经济学的色彩过浓，概
念的界定、原理的阐述都相当的粗糙。总之，CAS理论还不成熟。
图：回声模型中的行动者
三、模型的局限 层次结构是CAS的普遍特征。但是上述模型还不足以表现
各种复杂层次结构的涌现方式，必须加以扩展，使得他能够 模拟从单个”种子”逐渐演变为一个有组织的、复杂的聚集
体的过程。这就要增强行动者的适应能力，扩充模型的机制。
五 CAS理论总结
I.
以往研究的系统是基于构成论的，CAS理论最大的特点是把复杂性视
Leabharlann Baidu
第二 由信用分派 产生适应性
• 引入适应度对规则 的有效性做出评价； • 经验基础上修改适 应度的过程就是信 用分派； • 本质是能够向系统 提供评价和比较规 则的机制；
第三 由规则产生 适应性
• 在已有规则的基础 上如何发现新的规 则 • 基于遗传算法机理， 通过交换和突变等 手段创立新的规则
四 从微观到宏观—回声模型
从信息运作角度看，就是把前面描述的理论框架转换为计算机模型， 把系统运行转换为数据的抽取、组织、传送。由此，建立了回声模型。
这是在系统中主体模型的基础上，建立整个系统的宏观模型。
一、位置和资源 位置：具有一定的环境条件和资源条件。（城市、树林、湖泊）
资源:可以向主体不断的提供所需要的物质和能量。（人力、银行、
2.3 CAS的运作机制
从信息运作的角度来看，CAS的行为是一整套发达的信息运作，包 括信息的获取、加工、压缩、提炼、传送、利用和消除等。按照盖尔 曼的总结，研究CAS主要关注：
（1）信息怎样以数据流的形式到达系统； （2）CAS如何寻找数据流中的规律性，如何把它们从一些偶然的特征中
提取出来，并提炼成可调整的图示；
聚合而成的、更大的主体的出现等等，都是在这个基础上逐
步派生出来的。”
2.2 CAS的基本概念
2.2.1 CAS理论的核心概念——适应性主体或行为主体
为何在CAS系统中引入适应性主体的概念？
控制理论
自组织理论
复杂适应系统 理论
系统最小组分是机械 的或电磁的元件，属
系统元素是物质或分子。 虽然在不停的运动，但
CAS生 成的 动力
大量具有主动性行动者在相互作用中努力地相互适应，寻 找和创建能够相互适应并共同适应外部环境所需要的行为规
则，由这样的行动者整合而成的系统，就是复杂适应系统。
把元素当作适应性行动者， 具有主动性和目的性，能
于没有个性和主动性
的实体，服从物理规 律
没有个性，没有对环境
的适应性
够学习和积累经验，改变
自身行为规则，环境适应 能力
CAS理论通过引入适应性行动者的概念，以行动者作为系统的元素，找到一条客 服上述缺点的道路。
2.2.2 适应性行动者的根本特点
具有主动性，能够感受环境，自我学习，主动的调整、改
概述规律性并能给出预言的图示 （许多竞争者的图示之一）
收集信息，积累 经验
规律的辨识与压缩
过去的资料包括行为及其效果
2.4 CAS的基本特性
聚 特性 机制 集
非线性
流 多样性 标 识
CAS 是 由 适 应 性 主 体 相 互 作用、共同演化并层层涌现 出来的系统。霍兰围绕适应 性主体这个最核心的概念提 出了在复杂适应系统模型中 应具备的七个基本特性。前 四个是CAS 的通用特性, 它 们将在适应和进化中发挥作 用; 后三个是个体与环境进 行交流时的机制和有关概念。
（3）观察这些图示如何与附加信息相结合得出适用于现实世界的结果。
这一整套操作如下图所示：
结 果 （现实世界）
把内部模式与实时信 息结合，描述环境， 预测未来
采取行动， 作用与现实 世界 反馈行动后果的 信息，评价、改 进内部模式
描述、预言、行动 （现实世界） 现有资料 展 开
处理信息，总结研 究，提炼内部模式
2.1.3 适应性产生复杂性的内涵
CAS理论强调子系统具有目的性和主动性，把个体的“适应性”作为 系统必不可少的条件，并由此涌现出具有更强适应性的新层次的主体。 特别是“主动适应性”，是系统整体涌现的根本原因。这也就是“适应 性造就复杂性”的根本含义。
复杂适应系统的核心思想
2.1.4 复杂适应系统的核心思想
三 基于主体的适应性刻画
行动者在获得经验时如何改变系统行为方式，即适应者的行动能力，CAS理论通过 和生物系统的类比并联系社会系统的经验来制定描述框架。具体归结为三个步骤：
第一 建立执行系 统模型
• 刺激——响应模型， 适应者行为遵循该 模型所确定的规则； • 一个探测器、一组 规则、一个效应器 构成一个执行系统；
能源） 二、回声模型的基本框架 在这个基本模型中，主体具有最简单的功能——寻找交换资源的其他 主体，与其他资源进行交流，保存及加工资源。为此，主体要有三个基 本部分： 回声模型中的行动者如下图所以：
他们的功能包括：主动与其他主体接触，同时也与其他主体的接触进行应 答，如果匹配成功则进行资源交流，在自己内部加工和存储资源，如果资 源足够，则繁殖新的主体。在此基础上，我们整个回声模型就成为如下情 况：整个系统包括若干位置；每个位置中有若干主体；主体之间进行交流， 交流资源和信息。
复杂适应系统理论
移动改变生活
复杂适应系统理论
目
录
涌现 圣塔菲的核心理念之一
CAS理论基本观点和核心思想
基于主体的适应性刻画
CAS建模和回声模型
CAS理论总结
移动改变生活
一 涌
现
圣塔菲学派
突变论、混沌 自组织理 论、非线性动 复杂适应系统 理论
（耗散、协同学、力学等系统论 超循环论） 工程系统理论 （控制论、运 筹学）
2.1 CAS理论核心思想—适应产生复杂性
2.1.1 圣塔菲学派对复杂性的研究
复杂性从何 而来？？
盖尔曼
J.J.卡斯蒂
霍兰
圣塔菲学派和钱学森关于复杂性阐释的比较
• 都与系统的层次结构相联系； • 把系统的复杂性和系统的规模联系 起来； • 强调非线性的作用；
相同点
不同点
• • • •
（钱理论）系统的动态性； （钱理论）系统的过程性和阶段性； （圣塔菲）适应性产生复杂性 （圣塔菲）从演化的角度探寻简单 和复杂的关系
内部模型 积 木
供应链复杂适应系统分析
供应链涉及供应商、制造商、零售商、消费者等各类实体及相关的 一系列业务活动，呈复杂的网络结构，因此供应链是一类典型的复 杂系统。它具有以下特点： A
整个组织具有一个鲜明地目标，执行任务并生存下去
B
C D E F G
由大量相互作用的行为主体构成
与包含其他复杂系统的主体环境相互作用 发现，即通过反馈获取有关同环境作用的行为信息 从反馈信息中提炼作为处理外部环境关系时的规则 观察行为带来的反应信息，调整行为适应环境 整个组织内部成员有自身的个体模式 供应 链系 统为 复杂 适应 系统
2.1 CAS理论核心思想—适应产生复杂性
圣塔菲学派把系统分为非适应性和适应性两类，而适应性又分为直接适 应性（自动恒温器）和复杂适应性（社会、经济、自然界、地球生态）。
2.1.2 复杂适应系统的共同特征
有大量的不同组分聚集而成，组分之间存在广泛的相互作用，能够在环 境中学习，积累经验，通过改进自身行为规则而适应复杂多变的环境，从 而在整体上表现出运行的协调性和行为模式的持续性。
1.1 涌现的特性
什么是涌现，霍兰德观点代表了当时的共识：“像涌现这么复杂的问
题，不可能只是服从一种简单的定义，我也无法提供这样的定义。”
按照圣塔菲学着的见解，涌现现象至少具有以下特性：
1. 涌现的普遍性；
2. 涌现的系统性； 3. 涌现的恒新性； 如何研究涌现，CAS理论对你研究涌现由何启示？
为生成的，而非既成的，基于生成论来建立描述复杂性的概念框架；
II. 提出了受限生成过程（CGP）概念，给复杂性的涌现建立普适的描述
框架；
III. 从信息运作的角度考察复杂适应系统的运作；
IV. 与分形论相比，CAS理论对系统生成起点即“微”的刻画不够有力，
但对生成过程的刻画较为丰富。CAS着眼于描述生成过程行动者的学习和适
“我们把系统中的成员称为具有适应性的主体(Adaptive
Agent)，简称为主体。所谓具有适应性，就是指它能够与环
境以及其它主体进行交互作用。主体在这种持续不断的交互 作用的过程中，不断地“学习”或“积累经验”，并且根据 学到的经验改变自身的结构和行为方式。整个宏观系统的演 变或进化，包括新层次的产生，分化和多样性的出现，新的、
吸取
c b b a a （资源来自位置和相互作用） 进攻标识：用于主 动的与其他主体联 系和接触； 防御标识：用于其 他主体与自己联系 时决定应答与否； 仓库：用于存储的 加工资源。
行动者 进攻标识 Tag 防御标识 Tag aaba ccb
aa bbbb ccc 仓库
繁殖 （当仓库存有生成标识副本的足够资源时）
应行为，信息的采集、加工、存储、积累、消除识别等运作多样而复杂。
V.
CAS目前理论来看，整体上处于总结经验、提炼思想、形成洞见的初
期，给出的描述框架带有明显的隐喻性，生物学、经济学的色彩过浓，概
念的界定、原理的阐述都相当的粗糙。总之，CAS理论还不成熟。
图：回声模型中的行动者
三、模型的局限 层次结构是CAS的普遍特征。但是上述模型还不足以表现
各种复杂层次结构的涌现方式，必须加以扩展，使得他能够 模拟从单个”种子”逐渐演变为一个有组织的、复杂的聚集
体的过程。这就要增强行动者的适应能力，扩充模型的机制。
五 CAS理论总结
I.
以往研究的系统是基于构成论的，CAS理论最大的特点是把复杂性视
Leabharlann Baidu
第二 由信用分派 产生适应性
• 引入适应度对规则 的有效性做出评价； • 经验基础上修改适 应度的过程就是信 用分派； • 本质是能够向系统 提供评价和比较规 则的机制；
第三 由规则产生 适应性
• 在已有规则的基础 上如何发现新的规 则 • 基于遗传算法机理， 通过交换和突变等 手段创立新的规则
四 从微观到宏观—回声模型
从信息运作角度看，就是把前面描述的理论框架转换为计算机模型， 把系统运行转换为数据的抽取、组织、传送。由此，建立了回声模型。
这是在系统中主体模型的基础上，建立整个系统的宏观模型。
一、位置和资源 位置：具有一定的环境条件和资源条件。（城市、树林、湖泊）
资源:可以向主体不断的提供所需要的物质和能量。（人力、银行、
2.3 CAS的运作机制
从信息运作的角度来看，CAS的行为是一整套发达的信息运作，包 括信息的获取、加工、压缩、提炼、传送、利用和消除等。按照盖尔 曼的总结，研究CAS主要关注：
（1）信息怎样以数据流的形式到达系统； （2）CAS如何寻找数据流中的规律性，如何把它们从一些偶然的特征中
提取出来，并提炼成可调整的图示；
聚合而成的、更大的主体的出现等等，都是在这个基础上逐
步派生出来的。”
2.2 CAS的基本概念
2.2.1 CAS理论的核心概念——适应性主体或行为主体
为何在CAS系统中引入适应性主体的概念？
控制理论
自组织理论
复杂适应系统 理论
系统最小组分是机械 的或电磁的元件，属
系统元素是物质或分子。 虽然在不停的运动，但