系统科学概论.ppt

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1、系统科学概论系统科学概论(研究生研究生)中国人民大学中国人民大学 信息学院信息学院 陈禹陈禹20042004 2-62-6 北京北京目目 录录F前言前言:系统科学和系统思维系统科学和系统思维F第一部分第一部分:系统思想的由来和发展系统思想的由来和发展F第二部分第二部分:系统理论的主要思想和内容系统理论的主要思想和内容F第三部分第三部分:系统理论的应用系统理论的应用前言前言:系统科学和系统思维系统科学和系统思维F0.1 新的时代需要新的思维新的时代需要新的思维F0.2 什么是系统和系统科学什么是系统和系统科学F0.3 为什么要学习系统科学为什么要学习系统科学F0.4 如何学习系统科学如何学习系统

2、科学1 新的时代需要新的思维新的时代需要新的思维F我们正处于变化迅速的、人类社会发生根我们正处于变化迅速的、人类社会发生根本性的转变的时期。（从工业时代向信息本性的转变的时期。（从工业时代向信息时代转变。）时代转变。）F传统的、以牛顿力学为典范的近代科学思传统的、以牛顿力学为典范的近代科学思维已经不能适应新的情况。维已经不能适应新的情况。一些实例F环境保护问题F金融危机F大型工程（航天飞机失事）F软件的可靠性FSARSF恐怖主义F现代城市的脆弱性（北美停电）在这个人类社会的大变革中，人类对在这个人类社会的大变革中，人类对于宇宙和社会，以及人类自身的认识也于宇宙和社会，以及人类自身的认识也发生了

3、很大的变化。发生了很大的变化。以牛顿的物理学为基础的近代科学，以牛顿的物理学为基础的近代科学，在二十世纪的大变革面前，暴露出许多在二十世纪的大变革面前，暴露出许多难以适应的弱点，遇到了严重的挑战。难以适应的弱点，遇到了严重的挑战。科学思想的更新已经势在必行。科学思想的更新已经势在必行。技术革命技术革命 VSVS。科学革命科学革命F科学是人类对宇宙，社会和人类自科学是人类对宇宙，社会和人类自身的认识。（包括自然科学和哲学，社身的认识。（包括自然科学和哲学，社会科学会科学 ）。）。F 技术是在科学知识的基础上形成的技术是在科学知识的基础上形成的为人类创造财富和福利的方法和手段。为人类创造财富和福利

4、的方法和手段。近代科学近代科学 VSVS。现代科学现代科学F强调分析。强调分析。F强调量变。强调量变。F强调确定性，否定随强调确定性，否定随机性。机性。F强调一致性，忽视多强调一致性，忽视多样性。样性。F忽视层次之间的质的忽视层次之间的质的差别。差别。F强调综合。强调综合。F重视质变。重视质变。F强调确定性和随机性强调确定性和随机性的对立统一。的对立统一。F承认并重视多样性。承认并重视多样性。F注重层次之间的质的注重层次之间的质的差别。差别。结论新的时代需要新的思维方式，需要新的科学观念。二十世纪的科学史，就是近代科学的观念不断遇到挑战，现代科学逐步建立起来的过程。在这个过程中，系统科学是一个

5、特别重要、具有基础意义的学科。它是现代科学思维方法的重要的组成部分。2 什么是系统和系统科学什么是系统和系统科学F什么是系统？什么是系统？F处处是系统：原子、分子、细胞、生物体、处处是系统：原子、分子、细胞、生物体、生物群体、社会、经济、生态系统、企业、生物群体、社会、经济、生态系统、企业、行业、生物圈、太阳系、银河系等等。没有行业、生物圈、太阳系、银河系等等。没有东西不是系统。东西不是系统。F事实上，系统是一种思维方法，确切的讲法事实上，系统是一种思维方法，确切的讲法是是“用系统的观点看待事物用系统的观点看待事物”，F look something as a systemF什么是系统科学？什

6、么是系统科学？F在自然科学和社会科学各学科最新成果的基在自然科学和社会科学各学科最新成果的基础上，总结人类认识、描述、设计、管理复础上，总结人类认识、描述、设计、管理复杂系统的理念、方法和具体手段的科学。杂系统的理念、方法和具体手段的科学。F相关的学科和领域（联系和区别）：相关的学科和领域（联系和区别）：系统工程系统工程运筹学运筹学管理科学管理科学复杂性研究复杂性研究3 为什么要学习系统科学为什么要学习系统科学F对于信息专业：信息系统工程的理论基础对于信息专业：信息系统工程的理论基础F对于计算机专业：计算机科学的由来和深对于计算机专业：计算机科学的由来和深层应用层应用F对于数学专业：数学方法的

7、新发展对于数学专业：数学方法的新发展4 如何学习系统科学如何学习系统科学FA。结合本专业。思想方法必须体现在具结合本专业。思想方法必须体现在具体的学科领域和问题上。体的学科领域和问题上。FB。体会思想方法，学习认识和分析事物体会思想方法，学习认识和分析事物的思路。的思路。FC。多读书、多上网、多思考。多读书、多上网、多思考。FD。动手上机，做一些实验。动手上机，做一些实验。参考书参考书F许国志主编：许国志主编：系统科学系统科学上海科技教育上海科技教育出版社出版社 F沃尔得罗普：沃尔得罗普：复杂复杂三联书店三联书店F格莱克：格莱克：混沌混沌上海译文出版社上海译文出版社Fwww.santafe.e

8、du第一部分：第一部分：系统思想的由来和发展系统思想的由来和发展1.1。系统科学的范围和方法1.2。系统思想的发展历史1.3。现代系统科学的主要流派1.4。我国系统科学的发展1.1系统科学的范围和方法F什么是系统科学？F在自然科学和社会科学大量实践的基础上，探索和总结认识、描述、理解、设计、管理和控制各种不同类型的复杂系统的方法，为人类的各种活动提供思路和方法。F系统科学研究什么建立若干基本概念,科学的描述方法,寻找系统演化的规律,探索设计、管理和控制的方法。F系统科学的研究方法综合建模、（*）对比借鉴、加深理解、量化分析、（*）使用计算机模拟、（*）对于各学科提供启发、管理和控制（政策建议）

9、。关于建模模型的含义和作用模型的含义和作用 模型(Model)是人们认识和描述客观事物（或系统）的某种思维框架。模型模型的主要作用：的主要作用：在认识系统时筛选信息；在认识系统时筛选信息；在实际行动前指导设计；在实际行动前指导设计；存储和积累以往的经验；存储和积累以往的经验；引导认识的发展和进步。引导认识的发展和进步。模型模型的基本性质：的基本性质：客观性客观性反映现实；反映现实；主观性主观性服务于目标；服务于目标；近似性近似性反映某个方面；反映某个方面；渐进性渐进性不断发展进化。不断发展进化。模型模型的主要范畴：的主要范畴：基本概念基本概念 概念间的关系概念间的关系 描述哪类系统描述哪类系统

10、 反映什么内容反映什么内容 达到什么目的达到什么目的 表达方式表达方式 局限性局限性关于量化分析F从定性到定量，在到定性和定量相结合。F指标体系的重要性。F统计分析的重要性。关于计算机模拟F计算机是系统科学的实验室。F观察世界的三种基本方法：逻辑推理观察归纳实验方法1.2系统思想的发展历史F古代的系统思想亚里士多德卢克莱茨老子庄子屈原柳宗元F近代的系统思想（1）F培根科学的分类、重视实验、以人为本。F参考书：培根论说文集F近代的系统思想（2）F笛卡尔定量分析、系统状态的描述方法、解析几何。F参考书：第一哲学研究冯俊F近代的系统思想（3）F牛顿确定性的强调、连续性的确立、简单化的倾向。F近代的系

11、统思想（4）F康德：演化、发展的内因、星云说。F近代的系统思想（5）F达尔文：演化发展从简单到复杂环境和个体的相互作用F近代的系统思想（6）F恩格斯对于形而上学的批评F参考书：自然辩证法，反杜林论。F现代的系统思想的提出（1）F庞加莱确定性系统可能产生随机的结果,三体问题。F现代的系统思想的提出（2）F吉布斯：偶然性的宇宙观F参考书：人有人的用处F现代的系统思想的提出（3）F维纳，香农信息、控制、反馈。F参考书：控制论信息论F现代的系统思想的提出（4）F普里高津、哈肯自组织、对于个体运动的作用的肯定远离平衡处可能产生新的稳定状态个体的协同作用会形成新的宏观结构F现代的系统思想的提出（5）F洛伦

12、兹：系统对于初值的极端敏感性蝴蝶效应F现代的系统思想的提出（6）F费根鲍姆：非线性科学混沌F现代的系统思想的提出（7）F霍兰：适应性产生复杂性CAS理论1.3现代系统科学的主要流派F系统动力学派（Forrester,DYNAMO)F混沌学派(Chaos,Fractal)F自适应学派（SFI，Holland)F结构学派(Category)F后现代学派现代系统科学的主要流派（一）F系统动力学派（Forrester,DYNAMO)F基本概念：LevelRateF基本思想：流分析基于差分方程F特点：反馈环,非线性关系,延迟,宏观趋势现代系统科学的主要流派（二）F混沌学派（Feigenbaum)F基本概

13、念：Chaos(物理系统的状态)Fractal(数学工具)F基本思想：承认和研究不确定性有序和无序的对立统一F特点：系统状态的描述,分析系统演变的规律现代系统科学的主要流派（三）F自适应学派（SFI)F基本概念：适应CGP（ConstrainedGeneratingProcedure)F基本思想：遗传算法F特点：分析演化的机制现代系统科学的主要流派（四）F结构主义派（CategoryTheory)F基本概念：Category(范畴论)Structure(数学和集合论)F基本思想：同构F特点：静态结构,概念结构现代系统科学的主要流派（五）F后现代主义学派F自从二十世纪三十年代现代系统自从二十世纪

14、三十年代现代系统科学诞生以来，人类对于系统，特科学诞生以来，人类对于系统，特别是复杂系统的认识不断深化，其别是复杂系统的认识不断深化，其发展又经历了三个阶段：发展又经历了三个阶段：以工程系统为主的阶段；以工程系统为主的阶段；以热力学系统为主的阶段；以热力学系统为主的阶段；以生物和社会系统为主的阶段以生物和社会系统为主的阶段。以工程系统为主的阶段以工程系统为主的阶段F代表人物：维纳，冯代表人物：维纳，冯.诺意曼诺意曼F背景：机器背景：机器F主要思想：信息和反馈主要思想：信息和反馈F主要工具：早期的控制论和运筹学主要工具：早期的控制论和运筹学F管理模式：集中控制管理模式：集中控制F系统元素：死的，

15、被动的，没有自身利系统元素：死的，被动的，没有自身利益和目标的对象。益和目标的对象。以热力学系统为主的阶段以热力学系统为主的阶段F代表人物：普里高津代表人物：普里高津,哈肯哈肯F背景：热力学系统，激光等背景：热力学系统，激光等F主要思想：涨落，自组织主要思想：涨落，自组织F主要工具：概率统计方法主要工具：概率统计方法F管理模式：间接控制，场，环境管理模式：间接控制，场，环境F系统元素：具有随机的运动方式，其本系统元素：具有随机的运动方式，其本身仍然是无意识的，死的。身仍然是无意识的，死的。以生物和经济系统为主的阶段以生物和经济系统为主的阶段F代表人物：代表人物：J.HollandF背景：生物和

16、经济系统背景：生物和经济系统F主要思想：适应和学习主要思想：适应和学习F主要工具：计算机模拟，遗传算法主要工具：计算机模拟，遗传算法F管理模式：机制设计，委托代理管理模式：机制设计，委托代理F系统元素：活的，主动的，具有自身利系统元素：活的，主动的，具有自身利益和目标，能够积累经验和学习。益和目标，能够积累经验和学习。第三代系统科学的特点第三代系统科学的特点F研究对象和范围不断扩大。研究对象和范围不断扩大。F研究手段不断改进。（计算机的应用）研究手段不断改进。（计算机的应用）F更加紧密联系实际。更加紧密联系实际。F涉及更深层次的理论问题：涉及更深层次的理论问题：局部局部 VSVS。整体整体确定

17、确定 VSVS。随机随机物质物质 VSVS。精神精神CASCAS理论的产生理论的产生 正是在这样的背景下，SFI 的学者们针对系统科学面对的新问题、新形势，综合了现代科学各方面的成果和启示，提出了复杂适应系统理论（CAS理论），把人们对于复杂系统的理解推向一个新的水平。1.4我国系统科学的发展F控制论（五十年代，工程控制论）F我国系统科学的发展F运筹学（线性规划）F我国系统科学的发展F系统工程（七十年代末）F我国系统科学的发展F复杂性科学（九十年代）附录：我国学术界与附录：我国学术界与SFISFI的交流的交流交流：交流：1.1997.1997年年1111月访问月访问2.19982.1998年年

18、8 8月访问月访问3.20003.2000年年1 1月来访。月来访。4.20004.2000年六月首次学生参年六月首次学生参加加Summer SchoolSummer School5.20005.2000年八月首次联合研年八月首次联合研讨会讨会书籍介绍：书籍介绍：1 1。复杂。复杂2 2。虚实世界虚实世界3 3。隐秩序隐秩序4 4。涌现（。涌现（EmengenceEmengence）SFISFI在复杂性研究方面的工作在复杂性研究方面的工作1994年：JohnHolland“HiddenOrder”1996年：SWARM平台的建立1997年：ASPEN项目的进行1998年：“Emergence”

19、2000年：SFI代表团访问北京中美复杂系统模拟研讨会2000-8的会议会议名称：Modeling of Complex System in China会议时间：2000。8。1417会议地点：Santa Fe,NM,美国.资助者：美国 City Bank.2000-8会议的内容F论文发表:美国:9,F中国:6,F印度:1.F参与人员：美国：15F中国：9F其他：5ComplexSystemSimulationinChina2000.8.14-17SantaFeComplexSystemSimulationinChina2000.8.14-17SantaFeComplexSystemSimul

20、ationinChina2000.8.14-17SantaFe2000-8会议的内容F中方论文:F蒋正华:“中国的可持续发展模型”F“中国股票市场的概念模型”F戴汝为:“手写汉字识别的模型”F郝伯林:“细菌基因的计算复杂性”F杨振中:“石油渗透过程的模拟”2000-8会议的内容F中方论文:F陈禹:“基于主体的微观经济模型”F方美琪:“SWARM平台的应用和汉化”F2000-8会议的内容F美方论文（部分）：F古代文明的形成F人口性别比例的研究F环境的演变F生物界的普遍的尺度规律F股票市场的研究2000-8会议的启示F复杂性研究确有新意。F复杂性研究大有可为。F复杂性研究具有现实的意义。F复杂性研

21、究的重点是建模。F复杂性研究必须用计算机。2000-8会议的后继工作F准备以后的研讨会。F准备较小范围的专题研讨会。F软件平台的推广应用。F学生的交流。小小 结结 总之，系统科学是人类长期以来探索宇宙规总之，系统科学是人类长期以来探索宇宙规律的总结律的总结,它吸收了人类对于自然界和社会观它吸收了人类对于自然界和社会观察和研究的丰富经验察和研究的丰富经验,成为人类思维方法的重成为人类思维方法的重要部分。要部分。特别是二十世纪中叶以来特别是二十世纪中叶以来,现代系统科学的现代系统科学的发展发展,更使人类的思想走向更加成熟、走向更更使人类的思想走向更加成熟、走向更加全面。对于现代社会的所有成员，现代

22、系加全面。对于现代社会的所有成员，现代系统科学的思想都值得认真学习和领会。这对统科学的思想都值得认真学习和领会。这对于我们提高工作水平、应对新时代的挑战，于我们提高工作水平、应对新时代的挑战，是非常必要的。是非常必要的。第二部分：系统科学的主要思想和内容第二部分：系统科学的主要思想和内容2.1。复杂系统的描述状态空间，奇异吸引子和分形2.2。从状态到过程MRCM和IFS2.3。确定性和随机性的辩证关系2.4。复杂性的产生(一)原胞自动机CA2.5。复杂性的产生(二)CAS理论2.6。耗散结构理论和协同学简介2.7。哥德尔不确定性定理2.8。关于网络的一般理论2.9。绳结理论2.10。复杂系统的

23、脆弱性2.1复杂系统的描述状态空间，奇异吸引子和分形1.历史的回顾:早期的天才猜测（神话、但丁）对系统的元素的思考（水、四元素、阴阳五行）对系统的结构的思考（层次之间的区分与联系）对系统演变规律的思考（趋向、动力机制）2.状态空间的概念和方法：从定性到定量 指标体系 状态空间 两种思路：单层次：参数，状态空间 多层次：部分、关系、结构3.几个原则问题的思考 -定量 VS.定性 -动态 VS.静态 -唯象 VS.机制 -层次和黑箱 4。吸引子和奇异吸引子 用点表示状态 用点集表示演变过程 吸引子，趋势和归宿 平常吸引子 奇异吸引子5。混沌和分形 一种特殊的状态，混沌 CHAOS 一种特殊的点集，

24、分形 FRACTAL 分形：豪斯道夫定义 2.2 从状态到过程IFS和MRCM1.基本观点2.IFS产生分形的方法之一3.MRCM最简单的IFS4.Manderbrot集和Julia 集5.算法6.程序实现7.思考问题 1.基本观点F简单的规则，经过多次重复可以产生复杂的结果。F从过程入手可能有助于找到认清复杂性来源的入口。F倍周期分叉。2。IFS产生分形的方法之一 IFS的概念：由相对简单的算法，经过反复叠代产生复杂的点集。（一般来说是分形图案）3。MRCM最简单的IFS(MRCM)Multi Reduction Copy Machine x1=a*x+b*y+e y1=c*x+d*y+f

25、4。Manderbrot 集 和 Julia 集Manderbrot 集 Z(n+1)=Z(n)*Z(n)+C 案例FSirbinsky三角形FManderbrot集合FJulia集合5。实验平台介绍几个实验平台：Think QuestThink Quest fractini Chaos ClubChaos Club 6.算法FMRCMFIfsFManderbrotFJulia7.思考问题F质变的认识F多样性和复杂性F偶然性和必然性2.3 确定性和随机性的辩证关系1.关于确定性和随机性的思考2.随机过程可能产生确定的结果-Chaos Game3.确定过程可能出现混沌的状态-Logistic 方

26、程1.关于确定性和随机性的思考A.随机性和确定性不是截然对立的B.这两者都是永远存在的客观现象C.规律不等于确定性D.对于随机性的研究和认识扩大了人们的眼界2.随机过程可能产生确定的结果-Chaos Game1.概念:带有随机因素的叠代过程2.蒙特卡洛方法3.西尔宾斯基三角形的产生3.确定过程可能出现混沌的状态-Logistic 方程1.虫口模型2.倍周期分叉现象3.程序实现2.4 复杂性的产生原胞自动机CA1.CA的概念:计算机模拟的离散动态系统的一种.（系统科学P117)Acellular automatonisanarrayofidenticallyprogrammedautomata,

27、or“cells”,whichinteractwithoneanother.（DavidG.Green,EnvironmentalandInformationSciences,CharlesSturtUniversity）CA的基本要素FitsSTATEisavariablethattakesadifferentseparateforeachcell.Thestatecanbeeitheranumberoraproperty.FitsNEIGHBOURHOODisthesetofcellsthatitinteractswith.Inagridthesearenormallythecellsph

28、ysicallyclosesttothecellinquestion.FitsPROGRAMisthesetofrulesthatdefinedhowitsstatechangesinresponsetoitscurrentstate,andthatofitsneighbours.例子FImagineaCAconsistingofalineofcellsasfollows:FStates:0or1Fneighbourhood:thetwoadjacentcellsNCNFRules:thefollowinglistshowsthenewstateofacellforeachpossiblelo

29、calconfiguration,i.E.Arrangementofstatesforthecellanditstwoneighbours.Becausetherearetwopossiblestates(0or1)foreachof3cells,thereare23=8rulesrequired.HeretheyareF000-0100-1001-1101-1010-1110-0011-0111-0演变结果FSuppose that we start with just a single cell in state 1.Then here is how the array will chan

30、ge with time(here.denotes 0 for clarity).FTime 0:.1.FTime 1:.FTime 2:.1.1.FTime 3:.1 1 1 .1 1 1.FTime 4:.1.1.1.FTime 5:.1 1 1.1 1 1.1 1 1.FTime 6:.1.1.1.1.2。CA的基本特征:F各元素分布在离散的晶格点上;F 各元素的状态随时间离散地变化;F 每个元素是同质的;平等不可区分遵循同样的规则F 每个元素只和邻居相互影响;F 规则在原则上是确定性的。3。CA的程序实现 CELLAB介绍Fby Rudy Rucker and John WalkerF

31、Rudy Rucker,the author of thirteen books of science-fiction and popular mathematics,is Professor of Mathematics and Computer Science at San Jose State University.FJohn Walker is founder and former president of Autodesk,Inc.Autodesks best-known product is a computer-aided design(CAD/CAM)graphics prog

32、ram called AutoCAD.FCelLab historyF(AmoredetailedhistoryofcellularautomataappearsintheCelLab user guide.)FThefirsteditionofCelLabwasdevelopedbyRudyRuckerandjohnwalkerin1988and1989whenbothwereworkingintheAutodeskresearchlab.FThepackagewastobethefirsttitleintheAutodeskscienceseries,whichwouldusecomput

33、ersimulationtoexploreaspectsofscienceandmathematics.FTheproductwasfirstshippedinJuneof1989atasuggestedretailpriceofUS$59.95,underthenameRudy Ruckers cellular automata laboratory.Rudywentontocompletethesecondtitleinthescienceseries,James Gleicks CHAOS-the softwarewhichusedprogramsdevelopedbyRudyandan

34、otherAutodeskprogrammer,joshGordon,toillustrateaspectsofJamesGleicksbestsellingbook.FCHAOS-the softwareshippedinNovemberof1989.FRudywasworkingonthethirdtitleintheseries,artificial life lab,andjohnwasdevelopingthefourth,home planet,whenAutodesksmanagementdecidedtoclosetheresearchlabandterminatedevelo

35、pmentofthescienceseries.FRudyfinishedartificial life lab,whichwaspublishedasabookplusdiskbytheWaitegrouppressin1993.FJohnreleasedhome planetasafreewareprograminthesameyear,andthecurrentversioncanbedownloadedfromthissite.FThedemiseofthescienceseriesorphanedcellular automata laboratory,whichdisappeare

36、dfromthemarketin1994.FRudyandjohnexploredtheideaofaneweditionwithseveralpublishers,butnoneseemedtobeinterested.Withtheadventoftheworld-wideweb,softwarecanbedistributedataminusculefractionofthecostofpackagedsoftwareinthe1980s,sothisseemedanaturalwaytogetcellular automata laboratorybackintothehandsofc

37、reativepeopleinterestedinexploringmassivelyparallelcomputing.FRe-launchingaprogramdevelopedalmostadecadeagorequiredamodicumofwork;Anewcellularautomatasimulatorthatrunsunderwindowswasdeveloped,theuserguide,originallya265pagebooktypesetusinglatex,wastransformedintoanHTMLdocumentfortheweb,andjavawasadd

38、edtothelanguagesonecanusetodefinecellularautomatarules,beingeversomuchmorewith-itthanPascal,BASIC,andC.FSonowitsfinished,oratleastatlargeagain.Ideally,CelLabwillneverbedone,notaslongasfolkscontinuetouseittoexploretheworldofcellularautomataandsharetheirdiscoverieswithotherpioneersonthisfrontierofcomp

39、uting.4。CA的启示F简单的规则怎样产生复杂性？F局部的规则怎样决定全局的变化趋势和模式？F新的质的多样性和涌现的规律？F大自然演变的节奏是怎样产生的？资料来源（澳大利亚）FOn-line resourcesThegamelifeftp:/life.csu.edu.au/pub/complex/alife/dr-life.zipComplexityon-linehttp:/life.csu.edu.au/complex/Complexityinternationalhttp:/www.csu.edu.au/ci/Complexityvirtuallibraryhttp:/life.csu

40、.edu.au/vl_complex/Searchthewebforrelatedinformationandresources.Complexityvirtuallibrary-cellularautomatahttp:/life.csu.edu.au/vl_complex/0CellularAutomata.htmlFCopyright:DavidG.Green,environmentalandinformationsciences,CharlesSturtuniversity资料来源（美国）FAbout CELLABFAdvanced users can customize the ce

41、llular automata simulator by writing custom evaluators in assembly language for DOS or windows,or as a DLL written in C for the windows-based simulator.资料来源（美国）FTo obtain additional information about CelLab,notification of new releases,and to meet other CelLab users to discuss problems and solutions

42、,tips and tricks,and your experiences with the package,the following internet mailing lists are available.Fcellabfourmilab.Ch Unmoderated list for discussion of any topic related to CelLab.Each message posted to the list is immediately copied to all subscribers.To subscribe,send an electronic mail m

43、essage containing the word subscribe in the message body(not as the subject)to cellab-requestfourmilab.ch.You can receive the same information in periodic digest form by subscribing to cellab-digestfourmilab.Ch,described below,reducing the number of individual messages you receive.Fcellab-digestfour

44、milab.Ch Periodic digest of messages sent to cellabfourmilab.Ch.The digest is updated every several days depending on the amount of traffic received;When traffic grows to a sufficient volume to warrant it,daily digests will be published.Subscribing to cellab-digest instead of cellab dramatically red

45、uces the number of individual messages from the mailing list that arrive in your in-box,albeit at the cost of less timely delivery of information.To subscribe,send an electronic mail message containing the word subscribe in the message body(not as the subject)to cellab-digest-requestfourmilab.ch.2 2

46、。5 5 复杂性的产生复杂性的产生(二二)CAS CAS 理论理论 1。CAS理论的基本思想 2。涌现和CGP的特点 3。特点和应用前景 4。CAS理论的启示1 1。CAS CAS 理论的基本概念理论的基本概念 A。主体 Active Agent,可译为具有主动性的主体，简称主体。它不同于一般的系统理论中的元素、部分、模块、子系统等概念。其特点是：与环境有信息交流和相互作用，并且能够根据这种相互作用的具体情况改变自身的行为规则，以至物理结构。B。刺激响应模型 主体的行为可以用最基本的刺激响应模型来描述：IF()THEN ()C。适应度（Fitness)及其变化 D。主体与环境的交流（资源流和信

47、息流）*两种流物质流和信息流。*主体的二重性每个主体对于其他主体构成环境的一部分。E。受限生成过程（CGP,Constrained Generating Procedure)*对每个个体来说，CGP是适应的具体表现。*对于整个系统来说，CGP是演化过程的具体解释。F。回声模型（ECHO模型）*位置（SITE）*资源产地（SOURCE）2 2。涌现和CGP的特点 什么条件下会出现新的质？即涌现的出现具有什么一般的规律和特征？这是CAS理论试图探索和回答的基本问题。在涌现一书的结尾，Holland总结了以下八个特点。涌现的基本特征F1。涌现现象出现在生成系统中；F2。在这样的生成系统中，整体大于各

48、部分的和；F3。生成系统中的一种典型的涌现现象是，组成部分不断改变的稳定模式；F4。涌现出来的稳定模式的功能是由其所处的环境决定的；涌现的基本特征F5。随着稳定模式的增加，模式间相互作用带来的约束和检验使得系统的功能也在增强；F6。稳定模式通常满足宏观规律；F7。存在差别的稳定性是那些产生了涌现现象的规律的典型结果；F8。更高层的生成过程可以由稳定性的强化而产生。3 3。特点和应用前景与我们已经熟悉的系统工程方法相比，与我们已经熟悉的系统工程方法相比，复杂适应系统（复杂适应系统（Complex Adaptive Complex Adaptive System)System)理论具有三个显著的特

49、点：理论具有三个显著的特点：主动性主动性 灵活性灵活性 可操作性可操作性CASCAS理论的特点之一理论的特点之一主动性主动性传统的系统科学对于事物的主动性考虑不够，因此对于经济、生物、生态等复杂系统的描述和研究显得无能为力。CAS理论则把构成系统的元素的自身的主动性，当作系统发展变化的最根本的动力来源，从而为认识和控制一大类复杂系统提供了思路。CASCAS理论的特点之二理论的特点之二灵活性灵活性由于CAS理论承认层次的相对性，对于层次问题有了新的理解，所以它在应用中具有极大的灵活性。也就是说，它可以从不同的层次去研究和观察复杂系统，给研究者提供了选择的余地。CASCAS理论的特点之三理论的特点

50、之三可操作性可操作性以往的系统科学由于对层次之间的辩证关系考虑不够，因此往往从理论上可以解决，或提出解决问题的方案或算法，然而，由于缺乏可以获得的数据，或者计算复杂性的障碍，事实上无法实施和操作。而CAS理论则通过模拟平台SWARM的建立，为研究者提供了实际的可操作的研究手段。CAS理论的实现Swarm平台F什么是SwarmFSwarm的类库F模拟主体F环境关于建模（MODELING）F模型的定义和功能F社会科学中常用的模型方法计算机模拟的基本概念F模拟可以定义为“通过适当的输入驱动一个模型并观通过适当的输入驱动一个模型并观察相应的输出结果。察相应的输出结果。”Bratley,1987。F模拟