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

  • 习近平出席中法企业家委员会第七次会议闭幕式并致辞

  • 大江南北传法治音——国家宪法日普法教育全景图

独家策划

推荐阅读
为何CCER可以抵消碳排放?这里不得不提到中国的碳市场。在这样一个市场里,碳减排量可以像日常商品一样被交易。
2025-12-04 10:13
近日,中国科学院院士、中国科学院分子植物科学卓越创新中心(以下简称分子植物卓越中心)研究员林鸿宣团队与上海交通大学研究员林尤舜团队、广州国家实验室研究员李亦学团队合作,种出了“不怕热”的水稻。
2025-12-04 10:03
科学家发现了一种可以在63摄氏度下存活的单细胞变形虫,创造了真核生物的耐热纪录。拉森火山国家公园以冒泡的酸性湖泊和炽热的地热池而闻名,但该变形虫却来自一条pH中性的“热溪流”。
2025-12-04 10:04
根据我国风电光伏基地规划布局方案,至2030年,这些新能源基地总装机规模将达4.55亿千瓦,大约相当于20个三峡水电站的总装机容量——“沙戈荒”生态环境脆弱,一旦遭到破坏,恢复难度大,大规模建设光伏风电发电基地可能会影响当地的植被、土壤和水资源等。
2025-12-04 10:01
光明日报北京12月3日电 记者张胜日前从生态环境部获悉,该部与国家能源局近日联合发布3项针对海陆油气田的温室气体自愿减排项目方法学。这是全国温室气体自愿减排交易市场首次将支持范围扩充到油气开采领域,通过市场机制破解油气甲烷回收利用难题。
2025-12-04 09:58
布局“未来产业”,“十五五”规划建议为什么“点名”量子科技、生物制造等6项产业?如何挖掘中国未来产业的应用价值?
2025-12-03 09:52
记者从工业和信息化部获悉:截至10月末,我国5G基站总数达475.8万个,比上年末净增50.7万个,占移动基站总数的37%。
2025-12-03 09:44
利用美国宇航局“毅力”号火星车捕捉到的声音和电信号,法国科学家提出了火星存在闪电的证据。
2025-12-03 09:41
11月30日,内蒙古自治区乌海市,我国装机规模最大的半固态锂电池电网侧独立新型储能项目成功并网。
2025-12-03 09:34
近日,由中国科学院院士、中国科学院青藏高原研究所研究员丁林领衔的大陆碰撞与高原隆升团队,系统梳理了青藏高原隆升的历史细节。
2025-12-03 09:28
建设教育强国,基点在基础教育。 特别值得一提的是,我校教师创新性地构建了以跨学科项目学习为核心、贯通小初高认知发展,融合科学家精神、工程师思维与设计师视角的科学教育“PRIDE项目式课堂”模式。 此外,科学教育联合培养共同体,也是学校科技教育的有力支撑。
2025-12-02 10:09
今年12月2日是第十四个全国交通安全日,相关部门将围绕“文明交通 礼行天下”主题开展一系列活动。”  公安交管部门提醒:重载车辆、新手驾驶人等慢速群体尽量使用右侧车道通行,减少因较大速度差导致交通拥堵或事故。
2025-12-02 10:08
作为国内单机容量最大、效率最高燃气机组,与传统燃煤机组相比,应急调峰能力大幅提升,能源利用更高效。其碳排放强度仅为百万千瓦燃煤机组的40%,且几乎不产生颗粒物和二氧化硫,从源头减少污染。
2025-12-02 10:08
近日,法国空中客车公司与欧盟航空安全局相继发布声明,要求全球约6000架空客A320系列飞机紧急停飞维修。“此次事件的核心原因是受到单粒子翻转的影响,同时也暴露出航空电子设备对高空飞行环境中太阳辐射影响应对不足。
2025-12-02 10:07
转录组测序显示,受体植物中茉莉酸信号通路被激活;高效液相色谱-质谱检测证实,受体植物根系中茉莉酸及活性衍生物JA-Ile含量增加。”  该团队发现,茉莉酸甲酯处理能模拟菌根网络介导的互作效应,激活植物茉莉酸通路,改变根际微生物组,富集有益菌。
2025-12-02 10:06
中国科学技术大学教授潘建伟、朱晓波、彭承志、龚明等与山西大学教授梅锋等合作,基于可编程超导量子处理器“祖冲之二号”,首次在量子体系中实现并探测了高阶非平衡拓扑相。
2025-12-01 09:33
在距离海平面千米的深海,阳光无法抵达,海水冰冷,压力极大。然而,在环境极端的“海底沙漠”中,却生长着形态各异、结构复杂的深海珊瑚,构建起生机勃勃的海底“秘密花园”。
2025-12-01 09:32
推动科技创新和产业创新深度融合,是加快发展新质生产力、建设现代化产业体系的内在要求,也是塑造高质量发展新动能新优势的战略抉择。
2025-12-01 09:23
红小豆又名赤豆、小豆,是中国老百姓餐桌上一种颇受欢迎的杂粮,但科学家对其基因组的了解还不够深入。
2025-12-01 09:23
在“梦想”号问世之前,中国科学家想要开展深海大洋钻探研究,只能“借船出海”。
2025-12-01 09:22
加载更多