复杂科学前沿

复杂系统的原理和未来，复杂科学研究的是既具有秩序，又不失灵活的系统，这种特性被称为复杂性。

复杂科学前沿

• 认识复杂系统
  • 01 复杂系统：复杂科学在研究什么
    • 1 复杂科学研究的是既具有秩序，又不失灵活的系统，这种特性被称为复杂性。
    • 2 从生物到非生物，再到人类社会，复杂系统比比皆是。
    • 3 复杂系统既能够展现出多种多样的现象，又能够体现背后本质的规律，还能够被我们应用于工程实际问题。这些都是我们研究复杂系统的根本动力。
  • 02 复杂&性&：什么样的系统是复杂系统
    • 1 影响复杂系统灵活秩序性的关键因素,在于系统中个体和个体之间的互动规则。
    • 2 利用幂律关联可以准确地定量判断一个系统是不是复杂系统。
    • 3 幂律关联这个判定工具可以扩展到更多的复杂系统中。
  • 03 涌现：整体的能力不能还原回个体？
    • 1 在复杂系统中，存在着很多异常复杂有趣的宏观现象和规律，而这些现象和规律很难用构成个体的特性加以解释，我们把这类现象称为涌现。
    • 2宏观涌现的微观起源，在于一整套基于局部感知和互动的正反馈机制，从而能够把微观的微弱信号放大到宏观的层面;
  • 04 混沌与非线&性&：规则已知，却不可预测？
    • 1混沌现象是一种由确定的规则所产生的看起来随机的现象。
    • 2 混沌系统之所以看起来混乱，是因为它对初始误差的敏感性，从而导致我们无法准确预测混沌系统的长期行为。
    • 3 初值敏感性的产生机理就在于非线性相互作用的存在。
    • 4复杂系统中，混沌与秩序并存。
  • 05 连接模式：什么样的系统更脆弱
    • 1 不同的连接模式，决定了网络在应对有害冲击的时候，是更稳健还是更脆弱。
    • 2 全球互联系统是一个隧道模式连接更多的系统，在面对病毒、恐慌等危机时存在更脆弱的可能。
    • 3 为了应对危机传播，我们可以采用改变环境、保护大节点以及减少集中度这三种手段。
  • 06 因果倒置：个体是怎样被整体操控的
    • 1个体会决定整体的性质,但是我们现在发现,整体还可以反过来影响微观个体。
    • 2 倒置的因果箭头之所以存在，是因为我们站在系统的视角，可以忽略大量的个体细节信息。
    • 3 因果倒置是复杂系统的一种涌现的结果，它可以为我们解释身边的很多现象提供全新的视角。
  • 07 标度对称&性&：尺度任意缩放，特征保持不变
    • 1 标度对称性是指一个系统的形态、规律等特征,在尺度缩放变换时会保持不变。
    • 2 标度对称性不仅体现在形态的自相似性上，还会在复杂系统的其他方面，比如狮子的捕食轨迹、社会的财富分布上体现。
    • 3 标度对称性之所以普遍存在，是因为它可以最优化某种功能，或通过简单的规则重复而形成。
• 复杂系统的生死
  • 08 负熵流：混乱走向秩序的生命之源
    • 1 开放是给系统带来有序的必要条件，而一般的热力学第二定律只适用于孤立系统。
    • 2 开放系统的热二定律告诉我们，任何宏观的运动过程都会伴随着熵的产生。
    • 3 复杂系统的秩序，来源于负熵流与熵产生的相互竞争。
  • 09 广义生态学：保证运转活力的新视角
    • 1 广义生态学是研究复杂系统的一个重要视角。
    • 2 能量流就是生态系统的负熵流，它不仅维持了所有物种的生存，还能催生新的物种。
    • 3 网站贴吧可以看作是一个广义的生态系统，用户的注意力就是它的能量流。复杂系统要想长期存活，就必须能够稳定地从外界获取能量。那你说，是不是能量越多越好呢?并不是。
  • 10 克莱伯定律：摄入能量维持生命的准则
    • 1 生物体的代谢率受它体重的大小所制约，这被称为克莱伯定律。
    • 2 克莱伯定律之所以会存在，是因为生物体的内表面表现得更像是一个三维几何体。
    • 3我们猜测，广义的克莱伯定律可以适用于其他的复杂系统中，系统对外的开放程度会受限于系统规模的太小。
  • 11 韦斯特方程：生物各不相同，却有统一的生长模式
    • 1 复杂系统虽然不尽相同，但生长模式都遵循着统一的规律，规律就是韦斯特方程。
    • 2 韦斯特方程描述了生物体的生长模式:生物体体重每增加一倍，用于维持生命体活动的能量同时增加一倍，但摄入能量的增加不到一倍，所以维持能量可以快速达到和摄入能量相等，生物体的生长就逐渐停滞了。
    • 3 韦斯特方程这个规律，可能在复杂系统中普遍存在。我们已经验证了它在企业系统中是成立的，只不过企业系统的“能量流”是“现金流”。
  • 12 生命常数：哺乳动物一生的心跳是定值
    • 1 生物有两种生存模式:动作快的心跳也快，但寿命短;动作慢的心跳也慢，但寿命长。
    • 2 动物一生的心跳都是一个常数，为15亿次，这在绝大多数哺乳动物身上都得到了验证。
    • 3复杂系统的存活时间、活动快慢与系统规模之间的数量关系普遍存在。
  • 13 代谢与熵产生：秩序回归混乱的本质原因
    • 1 新陈代谢带来的磨损，是生命体老化和死亡的本质原因。
    • 2复杂系统中普遍存在着新陈代谢，会产生大量的熵，这是复杂系统在一定时间内保持活力的原因，但也注定了复杂系统最终必然衰亡的命运。
    • 3向外扩张是复杂系统逃避死亡的一种办法。
• 复杂系统的进化
  • 14 复杂适应系统：适应性&怎样造就复杂性？
    • 1 在复杂系统中，个体之间的互动方式可以通过相互适应进化而来。
    • 2 如果个体之间的互动规则能发生适应性的变化，复杂系统就具备了适应和进化的能力，成为复杂适应系统。
    • 3 适应性是创造复杂性的一种重要途径，人类社会、经济系统、生态系统会出现多种多样的新现象，都是它们适应能力的体现。
  • 15 广义进化：生物进化的规律怎样迁移？
    • 1 进化不是生物独有的，广义进化的机制也遵从复制、变异和选择。
    • 2 我们可以根据广义进化的这个机制,主动设计具有遗传能力的程序和系统。
    • 3 借助广义进化，复杂适应系统能够实现熵减，维持秩序。
  • 16 自组织临界：为什么会发生“黑天鹅”事件
    • 1 复杂适应系统在长时间尺度上的变化规律，有“长时间的小规模渐变"和“短时间大规模变迁”并存的特性。短时间的大规模变迁，就是黑天鹅事件。
    • 2 沙堆模型定量地模拟了这个过程，沙崩的规模和发生频率，符合数学上的幂律分布曲线，也就是符合“二八准则”。
    • 3 我们可以模仿大坝泄洪的原理，人为地制造释放压力的事件，尽量避免黑天鹅事件的发生。
  • 17 迭代速度：失败了，怎样做可以翻盘？
    • 1 个体的适应性来自于它和其他个体、环境之间高频的互动反馈。从失败的教训中，快速获得反馈信息并及时更正策略，是提高成功可能性的关键。
    • 2 在没有直接反馈的时候，我们可以尽可能地巧妙设计 AB测试以快速获取反馈。
    • 3 失败不是成功之母，高频反馈、快速迭代才是成功之母。
• 复杂系统的跃迁
  • 18 虚拟世界：哪些组织能诞生更高的组织层级
    • 1一个复杂系统展现出自我属性的过程，叫“跃迁”。复杂系统想要实现跃迁，必须先具备内嵌虚拟世界。
    • 2 内嵌虚拟世界可以协助复杂系统完成更复杂的任务，比如位置细胞可以帮助大脑定位，战争模拟系统可以帮助军队预演练习。
    • 3 内嵌虚拟世界还可以帮助复杂系统实现更大规模的相互连接，以此诞生更高的组织层级。
  • 19 自复制：做到什么，就可以超越死亡？
    • 1复杂系统在种群层面超越死亡的方式，是实现自我复制。
    • 2 按冯·诺伊曼的设想，“自复制机器”包括两大部分:一部分是自复制机器的实体，另一部分是这台机器的设计蓝图。这个基本框架不仅能让复杂系统实现自我复制，还能在稍做修改后，让复杂系统进化。
    • 3 企业的数字化转型，就是在计算机上形成虚拟层级，实现企业的自复制。
  • 20 自指：机器人会说“我想”，就具备自我吗
    • 1判断一个复杂系统是不是具备自我的方法,是看它内部是不是有自指结构。
    • 2自指结构既是构成哥德尔不完备性定理的基础,又是自复制机器的逻辑基础。
    • 3 把自指结构当成判断方法有个好处，就是可以把能说出“我想”的机器人，和真正能表达自己的复杂系统区分开。
  • 21 自模拟机器：什么样的系统具有自我意识？
    • 1 意识仿佛一个探照灯，可以照亮外在世界，也可以照亮“意识”自己，照亮自己的探照灯就是自我意识。
    • 2 自我意识的运作可以在很大程度上由一套简单的装置，也就是摄像机和屏幕来进行模拟。在一个模拟器上加上自指结构，可以构造出一套自我模拟系统，这个自我模拟系统可以看作是自我意识的最小逻辑原型。
    • 3 无论一个复杂系统有多大，只要它的内部有自我模拟系统，我们就认为它有了自我意识。
• 圣殿与大师
  • 22 圣塔菲研究所：复杂科学的研究圣地
    • 圣塔菲研究所的运行模式和绝大部分研究机构完全不同:它没有固定的研究主题，只有很少的常驻研究人员，绝大部分研究经费都来自个人捐助和企业赞助。
    • 2在我看来，想要做到跨学科领域的研究，创建一套全新的知识大融合体系，只有这个圣塔菲模式可以完成这个愿景。
  • 23 冯·诺伊曼：探索复杂科学核心问题第一人
    • 1 复杂科学真正的核心问题是“生命的本质是什么”，而生命的奥秘应该处于物质世界和信息世界的交汇处。
    • 2 冯·诺依曼关于“自复制机器”的研究正好在这个领域，触及了生命的本质。他是被人遗忘的复杂科学先驱。
  • 24 普利高津：唯一被诺奖认可的复杂科学研究者
    • 1 普利高津的耗散结构理论，是目前为止唯一一个得到诺贝尔奖认可的复杂科学研究。
    • 2 普利高津开辟了耗散结构理论跨学科应用的先河，也可以说是开创了最早的复杂科学研究。
    • 3 自然科学的概念在跨学科使用时，逻辑框架可以和原本的概念一致，但要找到适合具体问题的变量。
  • 25 韦斯特：给复杂世界找到一条简单规律
    • 1 韦斯特是跨学科研究的典范,他的研究领域从粒子物理到生命科学再从城市科学到公司科学。
    • 2 他能在学科之间切换得游刃有余，有一个独特的研究方法:找最简单直接的变量，研究最明显的大问题。
    • 3 但即便知道这个研究方法，跨学科研究中还是会出现难沟通、进展慢的问题，还需要更多的跨学科研究者一起努力。
  • 26 霍兰德：一个人就是一座圣塔菲研究所
    • 1 霍兰德因为他超前的理论体系，被人们称为“一个人的圣塔菲研究所”。
    • 2 霍兰德创造遗传算法，本来是为了解决传统算法计算过慢的问题。但后来，改进过后的遗传算法，可以用来研究内部互动规则变化的复杂系统。
    • 3 霍兰德的研究涉及领域特别广泛，包括植物学、生态学、物理学、数学等，这些学术经历都是他形成“复杂适应系统”理论的思想来源。
  • 27 钱学森：中国系统科学的奠基人
    • 1钱学森是中国系统科学的奠基人。他把系统科学应用于实践，为我国航天事业的“后来者居上”奠定了重要的基础。
    • 2 在系统科学的理论体系方面，他提出面对宏观复杂巨系统，应该用定性与定量相结合的综合研讨方法论，如今已经被广泛应用。
    • 3 包括钱学森在内的众多复杂科学大师，他们的跨领域研究经历，也许就是“钱学森之问”的重要答案。