圣塔菲研究所与复杂性系统科学分形和混沌是对非线性系统的数学表达，但在现实世界中，我们所面临的系统较之混沌理论研究中描述的系统要复杂得多，人们对系统科学的目光最终都聚焦到了复杂性系统科学的研究上。年，受诺贝尔物理奖获得者、夸克之父盖尔曼提议，以来自洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家为主，共24位科学家在新墨西哥州建立了圣塔菲研究所，致力于复杂系统科学的研究。盖尔曼认为，“我们所要致力于研究的是跨越科学不同学科的大整合，有些领域如分子生物学、非线性科学、认知科学等领域已经开始了，而这个新的研究所的任务就是要促使其诞生”。从此，圣塔菲成为全世界复杂性系统科学研究者的圣地。圣塔菲研究所认为：“复杂性产生于任何多个主体交互、相互适应以及主体适应环境的系统，这些交互和适应在宏观层面产生系统演化过程和常见的令人惊奇的涌现行为，复杂性科学试图找到能够在这样一些不同的物理、生物和社会等系统中，导致这种复杂性的共同机理。”圣塔菲研究所陆续产生了一大批系统复杂性领域相关的科学家和知名的著作，其中影响最大的当属霍兰以及他提出的复杂适应系统理论。洛伦茨的奇异吸引子复杂适应系统理论霍兰是圣塔菲研究所的常驻科学家之一，他在研究城市、蚁群、生态、胚胎、神经网络、人体免疫系统等复杂系统的基础上，拨开重重迷雾，提炼出了众多复杂系统演化过程中的一般性因素，即系统内部众多独立的要素的相互作用，使复杂系统作为一个整体产生了自发性的自组织，成为一种能够自主应对外界变化的自适应主体（Self-adaptiveAgent）。年，他提出了复杂适应系统理论（ComplexAdaptiveSystems，简称CAS）。复杂适应系统理论将系统当作自适应主体，具有通用的4种特性和3种机制。构成了复杂系统内部的“隐秩序”，成为推动复杂系统演化的动力。4种特性包括：1.聚集，它有两种含义，一是指简化复杂系统的一种方法，我们常把相似的事物聚集成类，就好比面向对象方法中的类的抽象过程；二是指复杂系统组成的过程，各个底层模块分层次不断聚集，从而最终形成复杂系统本身。2.非线性，复杂系统的聚集过程不是相同个体的数量累积，而是有复杂的交互过程，因此复杂系统必须是非线性的，非线性导致了混沌。3.流，流是指系统内部信息、能量的流动，流是系统演化的动力之源。4.多样性，多样性是复杂系统不断适应外界变化带来的必然结果。3种机制包括：标识，这是聚集过程中为区分不同中间实体而被赋予的特征。内部模型（机制），指复杂系统内部的关联关系与模型机制，知晓了内部模型，我们才能对复杂系统行为进行建模和预测；积木，指系统的构成元素，可按照层次和颗粒度进行区分。自适应主体的适应性，是指它能够与环境及其它主体进行交互作用。主体在这种持续不断的交互作用的过程中，不断地“学习”或“积累经验”，并且根据学到的经验改变自身的结构和行为方式，推动整个宏观系统的演变或进化，包括新层次的产生，分化和多样性的出现，新的、聚合而成的、更大主体的出现等。因此，霍兰在其著作《隐秩序》中提出了“适应性造就复杂性”的论断。模拟达尔文生物进化论的自然选择，以及遗传学机理的生物进化过程的计算模型，霍兰提出了遗传算法，实现了计算机模拟的自进化过程，因此被称为遗传算法之父。遗传算法揭示了时间尺度上系统代系之间的演化规律，而复杂适应系统理论揭示了规模尺度上复杂系统的演化规律。大自然的适应性进化以非洲大量出现不长牙的大象为例，介绍复杂适应系统理论在大自然进化中的作用机制。通常情况下，非洲大象的公象和母象都长象牙，象牙除了在生活上辅助觅食外，还肩负着在打斗中保护自身的作用，因此长有象牙的大象生存能力较强，在自然选择下数量较多，仅存在少量因变异而未长象牙的大象，等同于象群中的残疾象。然而最近人们发现，在非洲的莫桑比克出现了没有象牙的母象占多数的情况。因为长年战乱，*人屠杀长有象牙的母象，反而使因变异不长象牙的母象更能生存下来，久而久之就改变了大象种群的基因。没有象牙的非洲母象又把这一基因传给下一代，它们生出的孩子大部分又是没有象牙的非洲母象。这样母象没牙的基因就这么一代代传了下来，最终没牙的母象从少数变成了多数，这就是象群系统为适应人类的行为而做出的适应性改变。地球是我们人类和动物共同生存的家园，我们应站在人与自然共同组成的复杂适应系统的角度来重新审视自身的行为，做到和谐共处。
约翰·H·霍兰
总结分形与混沌一方面从几何和代数的角度对非线性系统的演化进行了描述，为开展复杂系统研究提供了数学基础；另一方面分形与混沌代表了自然界的普遍规律，为人们认识自然提供了全新的、客观的视角。复杂适应系统理论在规模尺度上揭示了复杂系统适应外部变化、不断演化的动力机制，而遗传算法则从时间尺度上揭示了复杂系统代系演化过程中的动力机制。非线性与复杂性更加接近系统的本质，并将系统科学推进到复杂性系统科学的新高度。马克思指出，“哲学家们只是用不同的方式解释世界，而问题在于改变世界”。研究系统科学，不仅是为了更好地认识我们所处的客观世界，更重要的是指导我们如何改造世界。制造和使用工具是人类进化过程中的重要里程碑，人们也通过使用工具来改造自然，形成一系列技术。人类在使用技术、大规模改造自然的过程形成了工程的概念，而为了更好地管理工程过程，人们总结经验发展出了系统工程方法，而工具的制作和工程的实施又需要有科学作为依据和指导。那么科学、技术、工程之间的关系到底怎样，人们又如何从系统科学研究过渡到系统工程研究，我们后续继续开展分析。大家可以搜索官方淘宝/微店：舰船知识杂志社，咨询订阅《舰船知识》！同时，为了回馈读者朋友们的支持，即日起在淘宝或微店下单金额满元的读者，将赠送价值元的人民海*成立70周年纪念信封一套！
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