第一部分 绪论

第一章
引言

科学的目的是使得那复杂而美妙的事情变得简单且易于理解——但不失精彩。

——赫布·西蒙（Herb Simon），
《人工科学》（Sciences of the Artificial）

实际上，科学发现的过程是一系列缘自好奇的旅程。

——阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein），
《自传随笔》（Autobiographical Notes）

适应性社会系统由那些富有思想（尽管不一定出色）的主体之间的相互作用而形成。我们已很难推断此类系统具体起源于什么时候——或许在早期的单细胞生物彼此争夺资源时就已出现，抑或更早，在这颗星球上的早期物质通过化学反应开始自我繁殖的时候。但是，一俟适应性社会系统出现，这颗星球就经历了一个巨大的变化，正如查尔斯·达尔文（Charles Darwin）曾说过的：“（指生命世界）以如此简单的形式开始，从古至今，已演变出各式如此美丽、如此奇妙的物种，而现在演变仍然在继续。”⁽¹⁾确实，当我们处于新千年的起点时，仍时常惊讶于我们所熟知的社会系统所呈现的新的形态——为之欣喜，也为之困惑；不仅如此，我们还参与到精心设计与创造新颖的适应性社会系统——正如计算机网络所呈现的——这一令人羡慕的行列。

一个适应系统要怎样才能转变为复杂适应系统是一个存在争议、尚未解决的问题。基本而言，复杂系统领域在挑战一个基本理念——通过对系统的各个组成部分行为的完全理解来认知系统这个整体。1加1等于2，但要真正领会“2”的含义，我们必须熟知“1”的本质以及“加”的含义。

我们希望能建立一个关于复杂性的科学（尽管“复杂性”和“简单性”对人类的理解而言地位相当，但“复杂性”这个词看起来还是有点措辞不当——尤其是考虑到正是缘于对“简单性”的追求推动了科学事业的发展这一点）。我们并不想因循守旧试图给出复杂系统的定义，因为这样做，难免会重蹈前人难以囊括复杂系统全部内涵的覆辙；此刻，最高法院大法官斯图尔特（Stewart）就一桩涉淫案件的裁决（Jacobellis v.Ohio，1964⁽²⁾）中的言论更能表达我们的观点：“今天，我并不想试图去定义色情资料⁽³⁾到底该包含哪些要素，甚至可能我也根本做不到这一点，但我明白，一旦我看到它（指色情资料），我就知道它是。”

复杂系统领域的研究必须指引着那“缘自好奇的旅程”去努力获得新的发现，“使得美妙而复杂的事情变得简单且易于理解”。我们希望存在一个类似于牛顿运动定律的复杂系统，使得将来有一天出现在我们眼前的计算机模拟程序就像制作托勒密本轮（Ptolemy's epicycles）的机器那般古色古香。然而，即使发现了复杂适应社会系统的基本定律，我们仍不见得就能完成那“缘自好奇的旅程”。牛顿运动定律揭示了这个世界的一个极重要的简单性，我们会为用如此简单的概念就能解释宇宙的运动而振奋，然而新发现所带来的激动与震颤很快就会随着它的推广普及而迅速消退。但是，源于复杂适应系统的定律有着完全不同的特征——了解达尔文进化论（Charles Darwin's theory of evolutionary）决不会有损我们在思量它的涵义与影响时可能涌现的好奇心。

有关社会科学中复杂性的著作最早可追溯到几百年前，1776年出版的亚当·斯密（Adam Smith）的《国富论》是关于这个议题的最早的也是最有系统的代表性著作（参见图1.1）。在过去两个世纪里，经济理论最基本的驱动力之一正是斯密所描述的“看不见的手”（invisible hand），这只“手”引导着利己的主体聚集在一起形成一个不以任一单个主体意图为主导的结构体。尽管关于这只“看不见的手”在理论上已取得很多进展，例如阿罗（Arrow）和德布勒（Debreu）给出的其存在性的简练证明，以及诸多基于假想机制（fanciful mechanisms）所产生的贡献，如瓦尔拉斯（Walrasian）拍卖商，然而我们敢说，这个“看不见的手”背后的真实机理，我们仍然对其了解太少。

确实，过去十年中各种思想和工具的发展已表明，用一个新的科学体系来理解复杂适应社会系统已有可能。虽然我们用理论来阐释社会系统的思路相当广阔，但探寻这些理论的可用工具集却经常或隐或显地制约着我们对理论宏图的实现。当斯密在撰写他所处世界的复杂性时，几乎还没有这样的限制，然而阿罗（Arrow）和德布勒（Debreu）给出的存在性证明则对社会行为施加了诸多约束。对于那些带有意外结果的理论，工具往往会出差错；那些精心设计的计算机程序（或许还伴有优美的图形）或数学推导很少被用于解决一个实际的科学问题——不论它们（指诸如程序和数学推导等工具）的科学基石是什么。当然，整个研究领域都会经历“从改进到科学退化”这么一个不断更替迭代的过程，在其中的每次更替中，一开始都是由一批原创性的、理论性的工作所主导，随后则日益关注对（新研发的）工具的熟练应用上。这一过程常常导致科学“聪明却不明智”。

社会科学家在使用传统的工具时常常（稀奇古怪地）受制于模型系统。因此，已有的模型主要关注要么由很少的、要么由无限多的主体所组成的相对静态的、同质的场景（其中的各个主体要么是无知，要么就是先知），而这些主体所处的系统受时空因素的影响非常少。当然，只要简化是正确的，则这种科学的简化就是可取的。然而，我们希望去认知的系统却似乎介于这两个极端之间。

复杂系统研究中最有力的工具之一是一系列用以探索、开发更加广泛模型的计算技术。利用这些工具，任意数量的异质性主体都能在一个时空受限的动态环境中相互作用。具备调查研究新理论系统的资质显然并不意味着任何科学上的必然性或有效性——这些都必须经过仔细审视新模型“帮助我们理解与预测最为关键的问题”的能力来赢得。

复杂系统科学就研究范围与方法而言，是一个飞速发展的领域。在这方面的兴趣，正如它随后的快速传播一样，已变得相当引人注目（特别是在经济学领域，就像保罗·萨缪尔森[Paul Samuelson，1999，xi]曾说过的，“科学就是后浪推前浪”）。本书既着眼于总结过去的一些重要贡献，同时也拟定了对未来的研究计划。任何此类计划都需要众多科学家的共同努力，我们在此希望能提供足够的见解与实践性指导，以便其他人可以高效地加入该项研究工作。

复杂系统研究涌现出的工具和思想补充了现有的方法，当它们与现有的技术缜密集成时，应能促使我们构建关于系统的更好的理论。本书中的一些讨论围绕如何进行好的科学建模等基本问题而展开。理解好这些问题，对任何想在该领域施展拳脚的人来说是一个必备前提，令人遗憾的是，对建模技术进行过细致讨论的学者实属凤毛麟角。

本书的中心主题“两者之间的兴趣”⁽⁴⁾有两层含义，第一层含义关系到我们用于阐述复杂适应社会系统之核心层面的层次与技术，第二层含义涉及这个领域所属的科学定位。

复杂系统已成为通俗刊物以及快速发展的科学研究领域的宠儿。不幸的是，这在“（依赖于虚无的隐喻之）大众化解释”与“（要求有技术背景之）尖端研究”之间产生了差距。这里我们希望能在隐喻与技术之间提供一个切入点。我们的研究工作侧重于容易理解的简单案例——但仍已包含了深刻的基本见解。这种做法类似于通过研究囚徒困境（Prisoner's Dilemma）或蜈蚣博弈（Centipede game）来学习博弈论。虽然理解博弈论需要有一个非常抽象与专业的基础——如不动点、半连续对应等等——但大部分核心见解都已包含在对这些简单博弈案例的分析中。本着类似的精神，在这里我们将依靠简单模型和例子来传达关键的思想。这些例证将存在于隐喻和抽象数学之间，存在于大众刊物使用的华丽辞藻与具体计算之间。我们将“在两者之间”（in-between）看成是了解研究内容的良好开端，希望它能够赋予读者以能力与兴趣，深入挖掘他们认为合适的研究领域。

我们力争使这本书能同时满足专业学者和富有经验的外行的需求。不论您是试图更好地理解复杂系统内涵及掌握其应用的社会科学领域的研究生或大学教员，还是期望在建模过程中使用社会主体来改善你的模型的工程师，或者是对政治、经济以及商业感兴趣想更深入地了解复杂性的原因与影响的人士，都能从本书中切实受益。

最终，对复杂系统的研究焕发了在常规科学边界之间的兴趣。

复杂系统的研究对介于不同领域之间的内容都存在着兴趣，如生物学、经济学、物理学以及计算机科学等。诸如组织性、适应性以及健壮性等问题都跨越了这些研究领域。例如，当生物学家在考虑细胞如何形成、经济学家在研究公司起源、物理学家在观察原子的排列方式以及计算机科学家在建立机器网络时，都会引发组织性问题。

复杂系统的研究对建模中通常采用的那“两个极端之间”的情况充满兴趣，我们要研究具有少量（相对于无穷多）主体的模型，而不是具有一个或两个或无穷多个主体的模型。我们想了解的主体既不是非常聪明也不是极其无知，而是处在这两者中间的某个位置。

复杂系统的研究对介于静止与完全混沌之间的状态饶有兴趣。世界不是倾向于完全固化或随机的，而是以这两者之间的某种状态存在。我们想知道生产系统何时出现、为何出现以及它何以持续存在。

复杂系统的研究对介于控制和无政府状态之间的状态存在着兴趣。我们发现在没有当权者集中控制的系统中的组织与活动仍具有健壮的模式。我们有各种各样的自治体——针对控制和无政府状态而言，比如人体和蜂巢——这些自治体经历长期的发展后仍能维持一个可识别的形式与行为，即使它们的组成部分在存活的时间上远远低于它们自身。

复杂系统的研究对介于连续与离散之间的情形存有兴趣。当我们在连续与离散之间转换时系统的行为常常出人意料。许多系统并不能在这两个领域间平缓变动，而是显示出截然不同的行为模式，尽管从外面看起来它们是如此的“接近”。

复杂系统的研究还对系统中通常细节之间的情形颇有兴趣，我们需要在世界上找到那些受细节影响较小的特征，在这些特征中，大量类同的结构、行动等都可导致普遍的同一性。

复杂系统科学以及它探索“两者之间兴趣”的能力与现代世界中最紧迫的一些问题特别相关。我们面临许多机遇与挑战——全球化、可持续发展、反恐以及预防流行性疾病等等都是复杂的。这些领域都有不同的参与者，他们彼此动态交互并获得海量反馈信息。理解并最终驾驭这种复杂性需要各个科研领域的研究者持续且富有想象的努力。

肯尼思·博尔丁（Kenneth Boulding）这样总结科学，科学是由“关于现实世界可测的或部分可测的想象”所组成。复杂系统科学不是科学研究的新思路，而是纵情放飞科学梦想的新方式。

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(1)　原句为“from so simple a beginning endless forms most beautiful and most wonderful have been，and are being，evolved”，出自达尔文的《物种起源》一书的最后一句。——译者注

(2)　作者此处给出的Jacobellis v.Ohio应是参考文献（事实上是美国最高法院1964年的一个裁决），但在书末的参考文献列表找不到此项。——译者注

(3)　原文为“shorthand description”，根据Jacobellis v.Ohio的上下文即知指的是“hard-core pornography”。——译者注

(4)　原文是“The Interest in Between”，这里的两者指两个极端，作者本意是强调对“两种极端之间的状态”感兴趣。这里的所指的“极端”在前文已有交代——例如，模型关注“要么由很少的、要么由无限多的主体……”这些主体“要么是无知、要么就是先知”，等等，可参考此段之前的第四段。——译者注