2.2 復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)

2.2.1 復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的基本思想

霍蘭在《隱秩序》一書的序言中寫道：

本書討論的中心議題，是近來備受關(guān)注的一個(gè)領(lǐng)域：復(fù)雜性……在寫這本書的過程中，我把重點(diǎn)放在復(fù)雜性的一個(gè)側(cè)面——圍繞“適應(yīng)性”的復(fù)雜性上，這一領(lǐng)域現(xiàn)在被稱為“復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)”……我認(rèn)為，由適應(yīng)性產(chǎn)生的復(fù)雜性極大地阻礙了我們?nèi)ソ鉀Q當(dāng)今世界存在的一些重大問題。

復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的基本思想為：系統(tǒng)中的成員具有適應(yīng)性，它們能夠和所處的環(huán)境以及其他主體進(jìn)行交流，在交流過程中，它們能夠?qū)W習(xí)和積累經(jīng)驗(yàn)，從而幫助它們更好地適應(yīng)環(huán)境。微觀層面上這種主體與環(huán)境、主體和主體之間的交互行為推動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)不斷向前演化，從而在系統(tǒng)的宏觀層面上涌現(xiàn)出復(fù)雜多變的現(xiàn)象。例如，新層次的產(chǎn)生；多樣性的出現(xiàn)；新的、更強(qiáng)大的主體出現(xiàn)；等等。簡(jiǎn)而言之，適應(yīng)性造就復(fù)雜性。

復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)由若干元素組成，系統(tǒng)整體的行為特征是這些元素之間的相互適應(yīng)行為的結(jié)果，而這些行為特征并不簡(jiǎn)單地等價(jià)于各個(gè)元素行為特征的線性矢量和。例如，企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力并不簡(jiǎn)單等于企業(yè)資金、技術(shù)、人員的線性矢量和，即整體的行為特征與個(gè)體的行為存在非線性關(guān)系。

復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，如社會(huì)學(xué)、生命科學(xué)、物理學(xué)、環(huán)境科學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、信息科學(xué)等。計(jì)算機(jī)仿真為復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的研究提供了定性分析與定量分析相結(jié)合的方法，為人類認(rèn)識(shí)世界提供了更好的方法。

2.2.2 復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)中的主體

復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)中有一個(gè)很重要的概念——主體（agent）。主體是一個(gè)運(yùn)行在動(dòng)態(tài)環(huán)境中具有較高適應(yīng)能力的實(shí)體，可以為系統(tǒng)中的一個(gè)元素、一部分或者子系統(tǒng)。復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論認(rèn)為，每個(gè)主體都擁有自身復(fù)雜的內(nèi)部模型（Internal Model），由一系列刺激——反映規(guī)則組成，即IF-THEN規(guī)則模型，它是主體適應(yīng)性的內(nèi)部機(jī)制和精髓。主體在適應(yīng)過程中接受外部刺激，做出反應(yīng)，合理調(diào)整自身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。最終，結(jié)構(gòu)的變化（即內(nèi)部模型）必須使主體能夠預(yù)知再次遇到該情形（或類似的情形）時(shí)會(huì)隨之發(fā)生的后果，主體以此來適應(yīng)環(huán)境。能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)知的是有效的內(nèi)部模型，有效的內(nèi)部模型在進(jìn)化的優(yōu)勝劣汰法則中更容易得到繼承和保持。這種通過內(nèi)部模型來學(xué)習(xí)，從而提高自身的適應(yīng)能力的實(shí)體也叫作適應(yīng)性主體，并具有以下特征：

1）主體是主動(dòng)的、活的實(shí)體，具有自主性

主體能在沒有其他主體直接干涉和指導(dǎo)的情況下自主運(yùn)行，并能控制其內(nèi)部狀態(tài)和動(dòng)作。這是主體區(qū)別于一般系統(tǒng)元素的一個(gè)重要特征，也是多主體建模方法相較于其他建模方法的關(guān)鍵性區(qū)別。主體的這種主動(dòng)性主要表現(xiàn)在它不僅能夠被動(dòng)地根據(jù)環(huán)境的變化做出反應(yīng)，它本身還具有能夠預(yù)測(cè)環(huán)境的機(jī)制——在環(huán)境變化之前就能對(duì)環(huán)境的變化做出判斷，即內(nèi)部模型。另外，“具有適應(yīng)性的主體”的概念把個(gè)體的主動(dòng)性提高到了系統(tǒng)進(jìn)化的基本動(dòng)因的位置，從而成為研究與考察宏觀行為的出發(fā)點(diǎn)。這一思路具有十分明顯的突破性。復(fù)雜性正是在個(gè)體與其他個(gè)體之間主動(dòng)交往、相互作用的過程中形成和產(chǎn)生的。在這里，既沒有脫離整體、脫離環(huán)境的個(gè)體，也沒有抽象的、凌駕于“個(gè)體”們之上的整體。個(gè)體的主動(dòng)性是這里的關(guān)鍵。個(gè)體主動(dòng)的程度決定了整個(gè)系統(tǒng)行為的復(fù)雜性的程度。

2）主體具有社會(huì)性

在復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)中，主體擁有其他主體的信息和知識(shí)，并能通過某種主體通信語(yǔ)言與其他主體進(jìn)行交互、協(xié)同和合作。個(gè)體與環(huán)境的相互影響、相互作用是系統(tǒng)演變和進(jìn)化的主要?jiǎng)恿Α?/p>

3）主體具有反應(yīng)性

一般來說，主體本身具有感應(yīng)器和執(zhí)行器，能夠感知環(huán)境的變化，這與主體的自主性是相輔相成的，可以保證當(dāng)主體對(duì)環(huán)境變化的預(yù)計(jì)與實(shí)際環(huán)境的變化不一致時(shí)，主體能夠迅速感知這一變化，從而采取適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。

2.2.3 基于主體的建模

建立模型是人類認(rèn)識(shí)世界的基本方法，人類對(duì)世界的探索過程，就是建立各種模型表示的過程。隨著人類知識(shí)的不斷積累，建立模型的思想、方法和工具也隨之不斷發(fā)展，從非常原始的靜態(tài)抽象模型，已發(fā)展為邏輯公理體系表征的理論模型，以及高度抽象和形式化的數(shù)理模型。

基于主體的建模方法是一種典型的自頂向下分析、由底向上綜合的建模方式。其基本思路為：通過觀察現(xiàn)實(shí)的復(fù)雜系統(tǒng)，抽象出每個(gè)個(gè)體所遵循的簡(jiǎn)單規(guī)則，在計(jì)算機(jī)中重現(xiàn)這些簡(jiǎn)單的個(gè)體，并使其相互作用，從而觀察計(jì)算機(jī)中的涌現(xiàn)結(jié)果，最后反過來用這些結(jié)果來反映現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。這種建模方式提供了對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)自然描述的能力，它通過對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)中的組成元素的行為及其之間的交互進(jìn)行建模與仿真，通過對(duì)系統(tǒng)微觀個(gè)體的行為描述，達(dá)到描述、刻畫系統(tǒng)宏觀行為的目的。因此，基于主體的建模不僅在靈活性、層次性和直觀性等方面具有優(yōu)勢(shì)，還支持主動(dòng)行為的建模與仿真，提供對(duì)個(gè)體主動(dòng)性的有效描述，通過接受環(huán)境和其他主體的“刺激”，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和刺激信息進(jìn)行處理，對(duì)環(huán)境和其他主體做出反應(yīng)，并修改自身的規(guī)則與狀態(tài)。這種仿真方法適合于對(duì)諸如生態(tài)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)以及人類組織等系統(tǒng)的建模與仿真。通過從個(gè)體到整體、從微觀到宏觀來研究復(fù)雜系統(tǒng)的復(fù)雜性，從而克服復(fù)雜系統(tǒng)難以自上而下建立傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的困難，有利于研究復(fù)雜系統(tǒng)具有的涌現(xiàn)性、非線性等特點(diǎn)。

用基于主體的建模方法研究復(fù)雜社會(huì)現(xiàn)象，可以分為以下4個(gè)步驟：

（1）提出問題，即研究者所希望解答的未知問題。

（2）確定模型的邊界和模型中的主體類型，提出一些假設(shè)，并根據(jù)這些假設(shè)設(shè)計(jì)出概念模型。

（3）選擇合適的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言或開發(fā)工具把概念模型轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)程序。

（4）對(duì)模型進(jìn)行仿真，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。

對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行的分析分為以下3個(gè)方面：

（1）確保模型依照預(yù)先的設(shè)想運(yùn)行，即正確性校驗(yàn)。

（2）檢測(cè)模型能否正確地解釋現(xiàn)象，即模型的效用檢驗(yàn)。

（3）模型的敏感性分析，即當(dāng)模型的一些初始條件參數(shù)發(fā)生細(xì)微變化時(shí)，輸出數(shù)據(jù)對(duì)參數(shù)的敏感性，判斷參數(shù)對(duì)模型的影響，從而根據(jù)分析結(jié)構(gòu)來預(yù)測(cè)社會(huì)現(xiàn)實(shí)。