点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:用“复杂系统科学”解决复杂问题
首页> 科普频道> 科普阅读 > 正文

用“复杂系统科学”解决复杂问题

来源:上观新闻2021-12-19 07:58

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  ■北京师范大学系统科学学院教授 陈清华

  瑞典皇家科学院将2021年诺贝尔物理学奖授予三位物理学家,以表彰他们“对我们理解复杂物理系统的开创性贡献”。世界是复杂的,一些学者正致力于去揭示复杂现象背后的简单机制。比如美国波士顿的新英格兰复杂系统所所长巴尔-扬教授,这位复杂系统领域的卓越科学家,近期出版了《解困之道:在复杂世界中解决复杂问题》(以下简称《解困之道》)。

  《解困之道》关注两个问题:困难来自什么?如何解决?回答是:困难来自复杂,要利用复杂系统科学来解决复杂问题。巴尔-扬的复杂系统科学思想框架,围绕如下5个基本点展开:尺度、复杂度、复杂度曲线、为什么要复杂、如何复杂。核心是“复杂度曲线”。

  尺度。我们观察事物、分析关系、解决问题都是在一定尺度上进行的。想了解病毒的致病机理,要依靠显微镜,而要了解宇宙,就必须使用天文望远镜。有时,我们研究事物不需要穷尽所有尺度,可以只在我们感兴趣的尺度上去研究。但更多时候,我们需要跨尺度观察和思考,特别是当系统各单元存在一定关联时。因此要有系统观、大局观,要了解整个系统的特征。

  复杂度。复杂度是对复杂程度的量度。这里说的“复杂”,强调的是可能的状态。一团毛线,曲里拐弯,但如果其状态每次都一样,完全不变,观察一次就可以预知任意的将来,那么它一点也不复杂;而抛起来的硬币,我们无法确切地知道落下后哪一面朝上,这就要比杂乱但确定的毛线更复杂。事物的状态越多,可能性越平均,其复杂程度就越高。一个等概率出现6种可能的骰子,复杂度要比一个等概率出现正反两面硬币的复杂度要高;灌上水银、密度不均匀的骰子,要比没有灌水银、密度均匀的骰子复杂度低。一个人,若在状态和行为上存在很大的不确定性,就会让人感觉复杂而难以捉摸。

  复杂度曲线。复杂度依赖于尺度。同一事物,我们观察得越仔细,就会深入越微观的结构,得到的信息越多,复杂程度就越大。极目远眺一个人,只能看到一个轮廓,这是大尺度的观察。离得近一些,做中等尺度的观察,可以知道其性别以及一些动作,有更多的信息,复杂度高一些。再近一些,可以获得小尺度的信息,例如五官的样子、喜怒哀乐等,复杂度就更高。对同一系统进行观察及描述,复杂度和尺度是此消彼长的关系。以尺度为横坐标、复杂度为纵坐标描绘出来,就是单调递减的复杂度曲线。有三种典型的系统对应着形态迥异的复杂度曲线。第一种是随机系统,把杂乱无章的气体分子放在一起,它们的行为完全独立,这个系统在微观上很复杂,但尺度高一些,复杂度就迅速下降到很小,复杂度曲线非常陡峭;第二种是相干系统,如一发炮弹,所有单元的行为完全一样,这个时候复杂度不会随着尺度发生变化,有水平的复杂度曲线;第三种是相关系统,如一个企业,系统的单元(个人)不完全一致也不完全独立,在越来越大的尺度上(个体员工、员工组合、项目组、部门、整个企业)能呈现出丰富的行为模式,复杂度曲线缓慢而降。第三种系统在中观尺度上会比前两种有更高的复杂度,我们周边大部分都是这样的复杂系统。

  为什么要复杂。艾斯比提出了必要多样性法则———为了保证有效性,系统必须足够“复杂”得和环境一样,这样系统才能对于环境的交互进行合适的应答。若环境需要系统有100种不同的应答,而这个系统只有10种可能行为,那么它对于环境而言是无效的。巴尔-扬教授将其扩展到多尺度上,认为需要在每个交互尺度上有足够的复杂度进行应答。以当前新冠肺炎疫情的防控为例,它就是一个多尺度的任务,蔓延到全国,就需要全国尺度的应对;蔓延到全世界,就需要国家间的合作以进行世界尺度的应对。

  如何复杂。这就是如何创建有效的复杂系统。适当地搭配单元可以获得具有不同复杂度曲线的系统,以达到某种多尺度上的功能要求。优秀的组织者善于将不同的人搭配在一起,而公司的组织结构也是为了解决如何满足社会对产品和服务的需求而设计。但一个人为精确设计的系统,其复杂度终究会受限于设计者本身的复杂度。随着世界更加复杂,所需要解决的问题也越来越复杂,终将超出任何设计者的能力。解决这个复杂度的需求与供给之间矛盾的方法“开明进化工程”,其主旨是设定基本规则、减少制约,基于系统内部不断的合作和竞争,通过“进化”而逐步演化出有效的(达到需要复杂程度的)系统。充分利用市场竞争与合作,就可以演化出极其复杂的物流系统,以满足一个城市的生活保障。

  自古而今,中国有很多运用系统科学知识应对复杂性难题的成功经验,巴尔-扬教授对此极为赞叹,他说自己的很多思想来自中国古代朴素的系统观,希望《解困之道》能给大家带来一些灵感。

用“复杂系统科学”解决复杂问题

《解困之道:在复杂世界中解决复杂问题》

[美]亚内尔·巴尔-扬 著

沈忱 译

上海科技教育出版社

[ 责编:战钊 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 迎接英雄回家

  • 上海首条穿越长江的轨道交通工程实现全线轨道贯通

独家策划

推荐阅读
当AI成为企业的核心生产力,工业时代延续百年的科层制必然走向瓦解,一套全新的、适配AI时代的组织规则正在被重新书写。
2026-04-22 14:19
2026年“5·18国际博物馆日”,首都博物馆将推出年度重磅展览——“玉米·黄金·美洲豹:玛雅与安第斯古代文明大展”,约800件珍贵文物将亮相,带观众走进美洲古代文明。
2026-04-22 09:41
中国气象局日前发布首批珍贵一级气象档案名录。中国气象局气象档案馆收藏的“1885—1944年猴矶岛海关气象月总簿”、天津市气象档案馆收藏的“1890—1931年英租界工部局工程处测候所气象统计表”、辽宁省气象档案馆收藏的“1951年中央人民政府人民革命军事委员会气象局全国气象工作会议合影(照片)”等59组气象档案被纳入首批珍贵一级气象档案名录。
2026-04-22 09:40
环节动物是地球上物种最丰富、生态分布最广的动物门类之一。现生的环节动物传统上分为多毛类(如沙蚕和浮蚕)、寡毛类(如蚯蚓)和蛭类(如蚂蟥)。
2026-04-22 09:39
近年来,随着人工智能、机器人等技术的飞快发展,我国自主研发的人形机器人“行者泰山”“天工”“青龙”等频频“破圈”。
2026-04-22 09:31
《报告》展望,未来10年,我国粮食和重要农产品综合生产能力将显著增强,多元化食物供给体系将更加完善,农产品供需将迈向高水平动态平衡新阶段。
2026-04-22 09:29
记者从生态环境部获悉:近日,我国在酒泉卫星发射中心用长征四号丙运载火箭,成功将高精度温室气体综合探测卫星发射进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。
2026-04-21 10:34
中医药是中国古代科学的瑰宝,凝聚着中华民族几千年来的健康养生理念及实践经验。“十五五”规划明确提出,要“推进中医药传承创新”,法治作为治国理政的基本方式,能够为中医药传承创新提供坚实保障。要充分发挥法治的固根本、稳预期、利长远作用,以高水平法治赋能中医药传承创新,让中医药这一千年瑰宝在时代浪潮中焕发新的生机与活力,为健康中国建设注入强劲动能。
2026-04-21 10:31
当下,春播春管自南向北次第展开,正是决定一年收成的重要时节。广袤田畴上,各地各部门抢抓农时促生产,科技气息漫遍阡陌,一幅生机盎然的春景图全面铺展。向科技要产能,以智慧启春耕,农业新质生产力在田野间落地生势,成为做好春播春管的底气。
2026-04-21 10:29
网络上针对牛奶到底能不能空腹喝的讨论从不曾停止。如果你空腹喝牛奶后,半小时到两小时内出现腹胀、肚子咕咕叫、排气、腹泻,那很可能是乳糖不耐受。空腹喝牛奶不会“伤胃”,反而可能“养胃”。
2026-04-21 10:26
安徽合肥的科大国盾量子技术股份有限公司内,展出了各类量子移动安全应用产品。合肥近年来不断强化“沿途下蛋”机制,通过企业、资本、科技的融合,助力大科学装置诞生科技成果,并让其孵化走向市场。
2026-04-21 10:25
正值春耕关键期,河南滑县的万亩麦田里,种粮大户不再需要徒步巡查耕地,只需轻点手机,卫星遥感图便将田块边界、墒情分布与作物长势清晰呈现。
2026-04-20 09:51
在苏州大学江苏省先进负碳技术重点实验室,纳米科学技术学院博士生郁操正操作X射线光电子能谱仪,分析一块特殊的测试样品。张晓宏表示,学校将继续深化“学术大师+创新团队”模式,完善交叉课程体系,培养出更多能服务地方产业、对接国家战略、为新质生产力助力的拔尖创新人才。
2026-04-20 09:47
绿色设计不仅是实现碳达峰、碳中和目标的关键工具,更是推动产业转型升级、培育新质生产力的源头性驱动力。“十五五”规划纲要明确提出:“鼓励企业提高绿色设计和制造水平,降低产品全生命周期能源资源消耗和生态环境影响。
2026-04-20 09:44
当前,全球具身智能产业进入从实验室研发到产业化落地的关键跃升期,成为大国科技博弈的重点领域。具身智能产业横跨人工智能、高端制造、新材料、电子信息等多元领域,唯有系统集成、协同创新才能释放最大效能。
2026-04-20 09:43
飞机即将着陆,一位怀抱婴儿的年轻妈妈突然求助——她头晕、想吐。这本书是谭先杰沉淀十多年的健康传播实践心得,也是他投身医学科普以来,对“如何做好健康科普”进行的系统性梳理。
2026-04-20 09:54
4月10日,国家网信办、国家发展改革委、工业和信息化部、公安部、市场监管总局联合公布《人工智能拟人化互动服务管理暂行办法》,自2026年7月15日起施行。”  郑庆华表示,同济大学正在推进人工智能伦理、算法治理与安全测评研究,重点攻坚用户极端情境识别、情感边界引导、未成年人身份识别等关键技术。
2026-04-20 09:47
4月19日7时30分,2026北京亦庄半程马拉松暨人形机器人半程马拉松鸣枪开跑,人形机器人与人类跑者同时从起点出发。也有专家提醒,人形机器人正步入以场景落地为核心的攻坚期,大规模量产与普及仍面临诸多挑战。
2026-04-20 09:45
记者16日从中国科学院国家空间科学中心获悉,来自该中心等单位的科研人员,通过三维数值模拟首次揭示,月球内部的金属月核在“感受”到太空磁场突变时,会像电磁感应一样产生感应电流和感应磁场,这股力量会挤压月球周围的太阳风,在月球两侧边缘形成一道特殊的“压缩带”。这项研究不仅揭示了月球导电内核在太阳风与月球相互作用中的重要作用,也为未来探测月球内部结构提供了新依据。
2026-04-17 10:30
据中国载人航天工程办公室消息,北京时间2026年4月17日01时36分,经过约5.5小时的出舱活动,神舟二十一号乘组航天员张陆、武飞、张洪章密切协同,在空间站机械臂和地面科研人员的配合支持下,圆满完成空间碎片防护装置安装、舱外设备设施巡检等任务。
2026-04-17 10:30
加载更多