復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論

1、移動(dòng)改變生活移動(dòng)改變生活目 錄涌現(xiàn) 圣塔菲的核心理念之一CAS理論基本觀點(diǎn)和核心思想CAS建模和回聲模型基于主體的適應(yīng)性刻畫CAS理論總結(jié)復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論工程系統(tǒng)理工程系統(tǒng)理論（控制論、論（控制論、運(yùn)籌學(xué)）運(yùn)籌學(xué)）自組織理自組織理（耗散、協(xié)同學(xué)、（耗散、協(xié)同學(xué)、超循環(huán)論）超循環(huán)論）突變論、混沌突變論、混沌論、非線性動(dòng)論、非線性動(dòng)力學(xué)等系統(tǒng)論力學(xué)等系統(tǒng)論圣塔菲學(xué)派圣塔菲學(xué)派復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論理論一 涌 現(xiàn)1.1 涌現(xiàn)的特性l什么是涌現(xiàn)，霍蘭德觀點(diǎn)代表了當(dāng)時(shí)的共識(shí)：“像涌現(xiàn)這么復(fù)雜的問(wèn)題，不可能只是服從一種簡(jiǎn)單的定義，我也無(wú)法提供這樣的定義?！眑按照圣塔菲學(xué)著的見(jiàn)解，涌現(xiàn)現(xiàn)象至少具有以下

2、特性：1.涌現(xiàn)的普遍性；2.涌現(xiàn)的系統(tǒng)性；3.涌現(xiàn)的恒新性；l如何研究涌現(xiàn)，CAS理論對(duì)你研究涌現(xiàn)由何啟示？2.1.1 圣塔菲學(xué)派對(duì)復(fù)雜性的研究2.1 CAS理論核心思想適應(yīng)產(chǎn)生復(fù)雜性蓋爾曼J.J.卡斯蒂霍蘭復(fù)雜性從何而來(lái)？ 都與系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)相聯(lián)系； 把系統(tǒng)的復(fù)雜性和系統(tǒng)的規(guī)模聯(lián)系起來(lái)； 強(qiáng)調(diào)非線性的作用；相同點(diǎn) （錢理論）系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性； （錢理論）系統(tǒng)的過(guò)程性和階段性； （圣塔菲）適應(yīng)性產(chǎn)生復(fù)雜性 （圣塔菲）從演化的角度探尋簡(jiǎn)單和復(fù)雜的關(guān)系不同點(diǎn)圣塔菲學(xué)派和錢學(xué)森關(guān)于復(fù)雜性闡釋的比較 圣塔菲學(xué)派把系統(tǒng)分為非適應(yīng)性和適應(yīng)性兩類，而適應(yīng)性又分為（自動(dòng)恒溫器）和（社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、自然界、地球生態(tài)）。

3、2.1.2 2.1.2 復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的共同特征復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的共同特征 有大量的不同組分聚集而成，組分之間存在廣泛的相互作用，能夠在環(huán)境中學(xué)習(xí)，積累經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)改進(jìn)自身行為規(guī)則而適應(yīng)復(fù)雜多變的環(huán)境，從而在整體上表現(xiàn)出運(yùn)行的協(xié)調(diào)性和行為模式的持續(xù)性。2.1.3 2.1.3 適應(yīng)性產(chǎn)生復(fù)雜性的內(nèi)涵適應(yīng)性產(chǎn)生復(fù)雜性的內(nèi)涵 CAS理論強(qiáng)調(diào)子系統(tǒng)具有目的性和主動(dòng)性，把個(gè)體的“適應(yīng)性”作為系統(tǒng)必不可少的條件，并由此涌現(xiàn)出具有更強(qiáng)適應(yīng)性的新層次的主體。特別是“主動(dòng)適應(yīng)性”，是系統(tǒng)整體涌現(xiàn)的根本原因。這也就是“適應(yīng)性造就復(fù)雜性”的根本含義。2.1 CAS理論核心思想適應(yīng)產(chǎn)生復(fù)雜性2.1.42.1.4 復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)

4、的核心思想復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的核心思想“我們把系統(tǒng)中的成員稱為具有適應(yīng)性的主體(Adaptive Agent)，簡(jiǎn)稱為主體。所謂具有適應(yīng)性，就是指它能夠與環(huán)境以及其它主體進(jìn)行交互作用。主體在這種持續(xù)不斷的交互作用的過(guò)程中，不斷地“學(xué)習(xí)”或“積累經(jīng)驗(yàn)”，并且根據(jù)學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)改變自身的結(jié)構(gòu)和行為方式。整個(gè)宏觀系統(tǒng)的演變或進(jìn)化，包括新層次的產(chǎn)生，分化和多樣性的出現(xiàn)，新的、聚合而成的、更大的主體的出現(xiàn)等等，都是在這個(gè)基礎(chǔ)上逐步派生出來(lái)的?！睆?fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的核心思想2.2.1 CAS理論的核心概念適應(yīng)性主體或行為主體u為何在CAS系統(tǒng)中引入適應(yīng)性主體的概念？ 2.2 CAS的基本概念控制理論系統(tǒng)最小組分是機(jī)械的或

5、電磁的元件，屬于沒(méi)有個(gè)性和主動(dòng)性的實(shí)體，服從物理規(guī)律系統(tǒng)元素是物質(zhì)或分子。雖然在不停的運(yùn)動(dòng)，但沒(méi)有個(gè)性，沒(méi)有對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性自組織理論復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論把元素當(dāng)作適應(yīng)性行動(dòng)者，具有主動(dòng)性和目的性，能夠?qū)W習(xí)和積累經(jīng)驗(yàn)，改變自身行為規(guī)則，環(huán)境適應(yīng)能力CAS理論通過(guò)引入適應(yīng)性行動(dòng)者的概念，以行動(dòng)者作為系統(tǒng)的元素，找到一條客服上述缺點(diǎn)的道路。2.2.2 適應(yīng)性行動(dòng)者的根本特點(diǎn) 具有主動(dòng)性，能夠感受環(huán)境，自我學(xué)習(xí)，主動(dòng)的調(diào)整、改變自己，以便能動(dòng)的適應(yīng)環(huán)境。 例如：中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元，免疫系統(tǒng)的抗體，經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的公司2.2.3 從適應(yīng)性行動(dòng)者的角度定義復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng) 大量具有主動(dòng)性行動(dòng)者在相互作用中，尋找和創(chuàng)建

6、能夠相互適應(yīng)并共同適應(yīng)外部環(huán)境所需要的，由這樣的行動(dòng)者整合而成的系統(tǒng)，就是復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)。CAS生成的動(dòng)力 從信息運(yùn)作的角度來(lái)看，CAS的行為是一整套發(fā)達(dá)的信息運(yùn)作，包括信息的獲取、加工、壓縮、提煉、傳送、利用和消除等。按照蓋爾曼的總結(jié)，研究CAS主要關(guān)注：（1）信息怎樣以數(shù)據(jù)流的形式到達(dá)系統(tǒng)；（2）CAS如何尋找數(shù)據(jù)流中的規(guī)律性，如何把它們從一些偶然的特征中提取出來(lái)，并提煉成可調(diào)整的圖示；（3）觀察這些圖示如何與附加信息相結(jié)合得出適用于現(xiàn)實(shí)世界的結(jié)果。這一整套操作如下圖所示：2.3 CAS的運(yùn)作機(jī)制結(jié) 果（現(xiàn)實(shí)世界）描述、預(yù)言、行動(dòng)（現(xiàn)實(shí)世界） 現(xiàn)有資料 展 開 概述規(guī)律性并能給出預(yù)言的圖示（

7、許多競(jìng)爭(zhēng)者的圖示之一） 規(guī)律的辨識(shí)與壓縮過(guò)去的資料包括行為及其效果處理信息，總結(jié)研究，提煉內(nèi)部模式反饋行動(dòng)后果的信息，評(píng)價(jià)、改進(jìn)內(nèi)部模式把內(nèi)部模式與實(shí)時(shí)信息結(jié)合，描述環(huán)境，預(yù)測(cè)未來(lái)采取行動(dòng)，作用與現(xiàn)實(shí)世界收集信息，積累經(jīng)驗(yàn) 特性機(jī)制多 CAS 是由適應(yīng)性主體相互作用、共同演化并層層涌現(xiàn)出來(lái)的系統(tǒng)?；籼m圍繞適應(yīng)性主體這個(gè)最核心的概念提出了在復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)模型中應(yīng)具備的七個(gè)基本特性。前四個(gè)是CAS 的通用特性, 它們將在適應(yīng)和進(jìn)化中發(fā)揮作用; 后三個(gè)是個(gè)體與環(huán)境進(jìn)行交流時(shí)的機(jī)制和有關(guān)概念。2.4 CAS的基本特性A整個(gè)組織具有一個(gè)鮮明地目標(biāo)，執(zhí)行任務(wù)并生存下去B由大量相互作用的行為主體構(gòu)成由大量相互

8、作用的行為主體構(gòu)成C與包含其他復(fù)雜系統(tǒng)的主體環(huán)境相互作用與包含其他復(fù)雜系統(tǒng)的主體環(huán)境相互作用D發(fā)現(xiàn)，即通過(guò)反饋獲取有關(guān)同環(huán)境作用的行為信息發(fā)現(xiàn)，即通過(guò)反饋獲取有關(guān)同環(huán)境作用的行為信息E從反饋信息中提煉作為處理外部環(huán)境關(guān)系時(shí)的規(guī)則從反饋信息中提煉作為處理外部環(huán)境關(guān)系時(shí)的規(guī)則F觀察行為帶來(lái)的反應(yīng)信息，調(diào)整行為適應(yīng)環(huán)境觀察行為帶來(lái)的反應(yīng)信息，調(diào)整行為適應(yīng)環(huán)境G整個(gè)組織內(nèi)部成員有自身的個(gè)體模式整個(gè)組織內(nèi)部成員有自身的個(gè)體模式供應(yīng)鏈涉及供應(yīng)商、制造商、零售商、消費(fèi)者等各類實(shí)體及相關(guān)的一系列業(yè)務(wù)活動(dòng)，呈復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此供應(yīng)鏈?zhǔn)且活惖湫偷膹?fù)雜系統(tǒng)。它具有以下特點(diǎn)：供應(yīng)鏈復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)分析 刺激響應(yīng)模型，適

9、應(yīng)者行為遵循該模型所確定的規(guī)則； 一個(gè)探測(cè)器、一組規(guī)則、一個(gè)效應(yīng)器構(gòu)成一個(gè)執(zhí)行系統(tǒng)； 引入適應(yīng)度對(duì)規(guī)則的有效性做出評(píng)價(jià)； 經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上修改適應(yīng)度的過(guò)程就是信用分派； 本質(zhì)是能夠向系統(tǒng)提供評(píng)價(jià)和比較規(guī)則的機(jī)制； 在已有規(guī)則的基礎(chǔ)上如何發(fā)現(xiàn)新的規(guī)則 基于遺傳算法機(jī)理，通過(guò)交換和突變等手段創(chuàng)立新的規(guī)則三 基于主體的適應(yīng)性刻畫 行動(dòng)者在獲得經(jīng)驗(yàn)時(shí)如何改變系統(tǒng)行為方式，即適應(yīng)者的行動(dòng)能力，CAS理論通過(guò)和生物系統(tǒng)的類比并聯(lián)系社會(huì)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)來(lái)制定描述框架。具體歸結(jié)為三個(gè)步驟：從信息運(yùn)作角度看，就是把前面描述的理論框架轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)模型，把系統(tǒng)運(yùn)行轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)的抽取、組織、傳送。由此，建立了回聲模型。這是在系統(tǒng)中

10、主體模型的基礎(chǔ)上，建立整個(gè)系統(tǒng)的宏觀模型。一、位置和資源位置：具有一定的環(huán)境條件和資源條件。（城市、樹林、湖泊）資源:可以向主體不斷的提供所需要的物質(zhì)和能量。（人力、銀行、能源）二、回聲模型的基本框架在這個(gè)基本模型中，主體具有最簡(jiǎn)單的功能尋找交換資源的其他主體，與其他資源進(jìn)行交流，保存及加工資源。為此，主體要有三個(gè)基本部分：回聲模型中的行動(dòng)者如下圖所以：四 從微觀到宏觀回聲模型 吸取 c b b a a （資源來(lái)自位置和相互作用） 繁殖（當(dāng)倉(cāng)庫(kù)存有生成標(biāo)識(shí)副本的足夠資源時(shí)）圖：回聲模型中的行動(dòng)者圖：回聲模型中的行動(dòng)者行動(dòng)者aabaccb進(jìn)攻標(biāo)識(shí) Tag防御標(biāo)識(shí) Tagaabbbbccc倉(cāng)庫(kù)他們

11、的功能包括：主動(dòng)與其他主體接觸，同時(shí)也與其他主體的接觸進(jìn)行應(yīng)答，如果匹配成功則進(jìn)行資源交流，在自己內(nèi)部加工和存儲(chǔ)資源，如果資源足夠，則繁殖新的主體。在此基礎(chǔ)上，我們整個(gè)回聲模型就成為如下情況：整個(gè)系統(tǒng)包括若干位置；每個(gè)位置中有若干主體；主體之間進(jìn)行交流，交流資源和信息。：用于主動(dòng)的與其他主體聯(lián)系和接觸；用于其他主體與自己聯(lián)系時(shí)決定應(yīng)答與否；用于存儲(chǔ)的加工資源。三、模型的局限層次結(jié)構(gòu)是CAS的普遍特征。但是上述模型還不足以表現(xiàn)各種復(fù)雜層次結(jié)構(gòu)的涌現(xiàn)方式，必須加以擴(kuò)展，使得他能夠模擬從逐漸演變?yōu)橐粋€(gè)有組織的、復(fù)雜的聚集體的過(guò)程。這就要增強(qiáng)行動(dòng)者的適應(yīng)能力，擴(kuò)充模型的機(jī)制。I.以往研究的系統(tǒng)是基于構(gòu)成論的，CAS理論最大的特點(diǎn)是把，而非既成的，基于生成論來(lái)建立描述復(fù)雜性的概念框架；II.提出了概念，給復(fù)雜性的涌現(xiàn)建立普適的描述框架；III.從考察復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的運(yùn)作；IV.與分形論相比，CAS理論對(duì)