★复杂性科学及方法论研究与应用★

自然辩证法论文

论文题目：复杂性科学及方法论研究与应用

学院：研究生学院

班级：硕研2012-10班

姓名：赵明磊

学号： 2012021042 专业：软件工程

摘要

复杂性科学是研究复杂系统行为与性质的科学，它的研究重点是探索宏观领域的复杂性及其演化问题。它涉及数学、物理学、化学、生物学、计算机科学、经济学、社会学、历史学、政治学、文化学、人类学和管理科学等众多学科。之所以被称为复杂性科学，有很多种理由，其中之一是由于它具有统一的方法论——整体论或非还原论。因此复杂性科学被称为整体论科学或非还原论科学，也有人把它看作是与简单性科学相对立的科学。复杂性科学诞生的标志是一般系统论的创立。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”的新兴科学研究形态。

关键字：复杂性科学、复杂性、复杂系统、方法论、复杂性系统、科学、简单性科学、整体论、非还原论

Abstract

Complexity science is the study of complex system behavior and the nature of science, it emphases of the research is to explore the complexity of macroscopic field and its evolution problem. It involves mathematics, physics, chemistry, biology, computer science, economics, sociology, history, politics, culture, anthropology and management science, and many other subjects. It is called a complexity science, there are many reasons, one of which is because it has a unified methodology -- the theory of the whole or the reductionism. So the complexity science is called the theory of the whole science or non reductionism science, also some people see it as and simplicity science relative made scientific. The birth of complexity science sign is the establishment of the general system theory. Complexity science refers to complexity system as the research object, to transcend the reductionism for methodology characteristics, in order to reveal and explain complex system operation rule as the main task, in order to improve people know the world, explore the world and change the world for the main purpose of the ability of a kind of "subject mutual reference" emerging scientific research form.

Key word: complexity science, complexity, complex system, methodology, complexity system, science , Simplicity science, holism, Non reductionism

前言

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。虽然目前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。

一、复杂性科学研究

复杂性科学主要包括：早期研究阶段的一般系统论、控制论、人工智能；后期研究阶段的耗散结构理论、协同学、超循环理论、突变论、混沌理论、分形理论和元胞自动机理论。限于篇幅，本文只简要介绍协同学、突变论和耗散结构理论。

(一)协同学

协同学(Synergetics)是由德国学者哈肯创立的。协同学是研究有序结构形成和演化的机制，描述各类非平衡相变的条件和规律。协同学认为，千差万别的系统，尽管其属性不同，但在整个环境中，各个系统间存在着相互影响而又相互合作的关系。协同学进一步指出，对于一种模型。随着参数、边界条件的不同以及涨落的作用，所得到的图样可能很不相同；而对于一些很不相同的系统，却可以产生相同的图样。由此可以得出一个结论：形态发生过程的不同模型可以导致相同的图样。在每一种情况下，都可能存在生成同样图样的一大类模型。

(二)突变论

突变论(Catastrophe Theory)的创始人是法国数学家勒内·托姆(Rene Thorn)。突变论是研究客观世界非连续性突然变化现象的一门新兴学科。突变论认为，系统所处的状态，可用一组参数描述。当系统处于稳定态时，标志该系统状态的某个函数就取惟一的值。当参数在某个范围内变化，该函数值有不止一个极值时，系统必然处于不稳定状态。勒内·托姆指出：系统从一种稳定状态进入不稳定状态，随参数的再变化，又使不稳定状态进入另一种稳定状态，那么，系统状态就在这一刹那间发生了突变。突变论还提出：高度优化的设计很可能有许多不理想的性质，因为结构上最优，因而可能存在对缺陷的高度敏感性，产生特别难于对付的破坏性，以致发生真正的“灾变” 。

(三)耗散结构理论

耗散结构理论是普利高津(Pregogine)于20世纪60和70年代创立的普利高津一直在从事关于非平衡统计物理学的研究工作，当他将热力学和统计物理学从平衡态推到近平衡态，再向远平衡态推进时终于发现：一个远离平衡态的非线性的开放系统(不管是物理的、化学的、生物的乃至社会的、经济的系统)通过不断地与外界交换物质和能量，在系统内部某个参量的变化达到一定的阈值时，通过涨落，系统可能发生突变即非平衡相变，由原来的混沌无序状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。这种在远离平衡的非线性区形成的新的稳定的宏观有序结构由于需要不断与外界交换物质或能量才能维持，因此称之为“耗散结构”(dissipative structure)。