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

  • 多彩活动迎接教师节

  • 最大直径高铁盾构机“领航号”完成二次始发

独家策划

推荐阅读
一般来说,人力资源社会保障部每年会征集一批新职业信息,对征集到的新职业建议,按照相关工作要求和程序进行筛选确定。”谷俊明说,兼具古法制香功底、香文化讲解与体验教学能力的复合型香艺人才不断成长,将推动古老香文化焕发生机。
2026-09-10 09:52
当今地球正处于冰室气候背景下,大气二氧化碳(CO2)浓度不断上升,全球气候变暖加剧。这意味着初始火山升温之后,天文轨道的胁迫作用增加了高纬度太阳辐射,进而加速了冰盖的融化和冻土层的解冻。
2026-09-10 09:47
灶台、吊柜、换鞋凳、智能床、坐式淋浴器……这个展区被布置成一个家一般的样板间。护理床边,一台人形照护机器人伸出机械臂,托起人体模型的腿,模拟辅助卧床老人活动肢体。
2026-09-10 09:39
实验结果显示,嫦娥五号月壤中不同矿物的弹性模量分布范围较广,不同矿物间的弹性模量差异显著,呈橄榄石>辉石>钛铁矿>尖晶石>斜长石的次序,其中斜长石的弹性模量明显偏低。进一步分析发现,无论矿物来自地球、月球还是陨石,不同来源的矿物在微观变形过程中的响应机制可能遵循某种共性的内在规律,相关机理仍有待进一步深入研究。
2026-09-10 09:35
再过10多天就是农历秋分,第九个中国农民丰收节也将如约而至。联欢活动庆丰收板块,将举办城乡群众庆祝丰收的联欢活动,打造农民唱主角、百姓共联欢的丰收文艺盛宴,呈现荆楚农民唱响赞歌、分享喜悦的丰收景象。
2026-09-10 09:30
费马大定理是过去半个世纪最负盛名的数学成果之一。
2026-09-09 09:04
当前,世界百年变局加速演进,新一轮科技革命和产业变革深入发展,人工智能作为引领时代变革的关键技术,正在重塑生产方式、生活方式和国际竞争格局,蕴藏着造福全人类的巨大潜能。
2026-09-09 08:56
文物科研工作长期建立在小范围观察、小样本归纳、小视角判断的认知链条上,高度依赖研究者的个人禀赋与经验积累。
2026-09-09 08:55
最近一个月,郭守敬望远镜再次令世界瞩目:为4万余颗贫金属红巨星精确测距,找到9个超高速星候选体,构建了近10万颗恒星的AI标注数据集。
2026-09-09 08:51
磷是植物生长必需的大量营养元素,可土壤里的磷大多“锁”在难溶的矿物和有机质里。土壤并不缺磷,植物却常常“够不着”。
2026-09-09 08:48
9月7日,工业和信息化部印发《信息通信行业发展“十五五”规划》,其中提到,“探索太空算力技术前瞻研究”。
2026-09-09 09:21
手机为什么突然集体涨价?答案不在手机行业
2026-09-09 09:13
慕思以“焕活芯生,越睡越懂你”为主题发布年度新品。
2026-09-08 21:10
金星没有卫星。但预印本平台arXiv近日公布的一项模拟研究显示,它在近20亿年的时间里可能拥有过一颗卫星,直到最后将其吞噬。厘清这一过程,有助于了解金星过去的宜居性。
2026-09-08 10:19
近日,生态环境部、科技部、中国人民银行、国务院国资委、金融监管总局等五部门联合印发《关于推动生态环境领域科技创新多元化投入的指导意见》。
2026-09-08 10:13
近日,由中国科学院紫金山天文台、国家天文台、清华大学等组成的研究团队,利用“中国天眼”(FAST)、南非MeerKAT射电望远镜和加拿大—法国—夏威夷光学望远镜,首次在银河系一个古老疏散星团的潮汐尾中直接识别出一颗脉冲星。
2026-09-08 10:04
日前,在国家科技传播中心举办的“新天工开物”科技成就发布会上,曹新有带来了三粒麦种——“济麦22”“济南17”“济麦44”,它们种出的麦子,可不止香在嘴里。
2026-09-08 10:03
北京大学城市与环境学院彭书时、物理学院沈路路研究团队联手国内外合作者首次阐明了甲烷“平台期”的维持机制:排放在涨,只是大气里清甲烷的“清洁队”恰好扩编了。
2026-09-08 10:02
从丝绸、茶叶、瓷器、中药,到酿造、工艺美术、文房四宝,这些文化底蕴深厚的中华传统特色产业均属于历史经典产业。
2026-09-07 17:14
延续已久的“手工科研”模式正在被一种全新的力量改写。
2026-09-07 16:44
加载更多