《隐秩序——适应性造就复杂性》

方美琪
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《隐秩序》的作者约翰・霍兰是遗传算法和复杂系统的创始人。《隐秩序》的主要内容和大逻辑是:它详细的解释了复杂系统的七个要点、遗传算法和回声模型

 

 

司马贺把约翰・霍兰 看成是复杂性研究的最新进展,也就复杂适应系统方面的权威。 霍兰继承和发展了司马贺的思想。约翰・霍兰是遗传算法和复杂系统的创始人,是密西根大学的心理学、电子工程和计算机科学的教授,获得过麦克阿瑟 研究奖,是桑塔菲研究所的学术指导委员主席之一。 霍兰是那种少有的科学家之一,他们从根本上推动了科学的进步,彻底的改变人类状况。几乎没有一个科学领域或者议题没有受到他关于复杂性科学,特别是复杂适应系统的理论的也就是说他影响了很多的科学领域。约翰・霍兰在《涌现》和《隐秩序》中全面的介绍了复杂适应性系统的理论。下面我们一个个来介绍。

 

《隐秩序》的主要内容和大逻辑是这样的:它详细的解释了复杂系统的七个要点和遗传算法。它还讲了一个回声模型。复杂系统的七个要点,其中有四个特性,三个机制。聚集是它的一个特性,标识是它的一个机制,非线性是它的一个特性,流是它的一个特性,多样性也是它一个特性,内部模型是它的机制,积木块是它的机制。我们再稍微详细的点,来说它们是什么意思?

 

聚集有两个含义,聚集是简化复杂系统的一个标准方法。它一方面能够把相似的事物聚成集。比方说我们说到树,其实不管是梨树、苹果树,我们都统称为树。还有汽车,还有银行等等。这是一方面。。另外一个含义就是说,主体通过联合在一起就生成一个更高一级的整体,比方说手、脚、身体、脑袋变成一个人。

 

标识在信号里头有一小部分,这小部分我们称它作标识。这个标识能够引导信号穿过边界。在不同的复杂适应性系统的研究中间,标识叫的名称是不一样的。比方在蛋白质里我们叫它活性部分,在互联网里我们叫它消息头,在这个分子遗传学或者基序里叫它主题,在语言里我们叫它语法的词尾变化等等。不过它的功能是类似的,都是有引导的功能。在聚集体的形成过程中间,机制是起了一个重要的作用的,标识的是用来识别主体的。聚集体的形成或者说主体的聚集是有选择性的,并非所有的、任意的个体都能聚集。标识引导主体选择性的聚集。比方说蛋白质的信号的小部分就引导它们追随DNA染色体的某一个部分,去“开关”一些基因,引起很复杂的依赖于信号的这种计算和处理。这种基因标识的控制由于激活基因来适应当前的情况,使细胞能够存在于多种多样的环境。类似的标识和边界的这种良好的关系在各种复杂适应系统中间都可以找到。在各种情况下都存在着各种特殊功能的主体。比方说有的生物细胞是送氧气的,有的是负责抵御外敌的,它们去观察信号、注意信号,按照规则来选择、来进行处理。在生物细胞中各种不同的边界,其实就是这个细胞的半可穿透的膜。信号,蛋白质是它的信号,和它的信号的处理就是蛋白质之间的相互作用,这三者就构成了很多非常复杂的系统。其实就是现在的生物系统。

 

非线性就指的是个体自身属性的变化以及个体之间的相互的作用不是遵循简单的线性关系。因为这样,复杂的系统上的行为才难以预测,才会经历曲折的变化过程呈现出丰富多彩的性质和状态。

 

第四个是流。在个体和环境之间存在的物质流、能量流、信息流。在复杂适应系统中间多样性不是偶然的也不是随机的。每个主体都安顿在以这个主体和其他主体相互作用所限定的小生境上。在一个小生境里头有很多这些个体,因此使这个系统产生了多样性。复杂适应系统认为多样性产生的原因在于适应的过程。它是一种动态的过程,它是持续的,它是内聚的。复杂适应系统和其他系统的最重要的区别之一就是组成复杂适应系统的主体是有多样性的。

 

内部模型,主体复杂的内部模型是主体适应性的内部机制和它的精髓的部分。主体的适应性是这样说的:在适应的过程中间,它首先接受外部的刺激然后作出反应,它合理地调整自身的结构,最终结构也变化了。这种结构的变化使得这个主体能够预知再遇到这种情况之后会发生什么样的后果,这样主体就可以适应环境了。

 

积木块就像人往往通过复杂问题分解成为若干简单部分去理解复杂的事物那样,复杂适应性系统的内部模型是用搭积木的方式对那些已经测试过的规则来进行组合成为产生新问题的处理规则。对已有的规则我们可以形象化地称为积木块。它是新规则产生的基础。

 

在《隐秩序》里头,霍兰也介绍了遗传算法。遗传算法是人工智能中间的一个很重要的算法。它是模拟生物体的进化。生物的优劣对环境的适应是由它自身的带有基因性质的染色体所决定的。对于各种各样的主体所组成的系统,不论它主体有些什么样的个性,主体的共性这就抽象的力量了,都使这个主体具有三种能力。一种能力就是时时刻刻可以实施某种行动的能力;第二种能力是对于可能产生的结果进行评分的能力;还有产生新的能力的能力,这个我们称它发现规则。遗传算法的核心思想就是用现行执行的行动的结果的表现来对表现负责。由于染色体可能发生偶然的交叉和变异,所以通过正确的评分来考察它的适应就能产生新的规则。

 

为了在计算机上运行这种遗传算法,主体的表现就用了IF(条件)THEN(执行) ,就是某种条件之下会执行什么样的行动的这样的规则来表示。而对行动的评价就用强度。霍兰很巧妙的利用经济学的一些办法,就是桶列算法来计算强度。在《隐秩序》里霍兰对寻找理论做了一次试尝。他阐明了复杂性系统行为的一般原理,建立了复杂适应系统的回声模型,收获了对适应性主体、遗传算法带有慢的上层和快的下层的双重模型的认识。

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