复杂适应系统：理论与应用
颜泽贤 2009/04/19

    复杂性研究，极有可能成为本世纪的一门重大课题。以研究复杂性著称的已成为全美最优秀的五大研究所之一的美国圣菲研究所(Senta Fe Institute，简称SFl)的研究者们将复杂性科学列为21世纪的科学，他们对此作了十分乐观的估计。圣菲成员、计算机仿真专家约翰•L•卡斯蒂(John L• Casti)说：复杂系统的理论家们正处在与伽利略时代的物理学家们相近的位置上。正是伽利略的努力，为牛顿建立简单系统的理论铺平了道路。不幸的是，复杂系统理论仍在等待它们的“牛顿”。[1]这种估计固然过于乐观，但也反映了一种趋势。经过数十年的努力，人们在这一领域确实取得了一定的成就，建立起一批相对成熟的理论。目前国外对复杂系统研究的学者和成果越来越多，并初步形成了混沌学派、系统动力学学派、结构复杂性学派、复杂适应系统学派和后现代学派等不同的学派。[2]我国以钱学森先生为首的学者对开放复杂巨系统的研究，可以称为“综合集成学派”。
    复杂适应系统(Complex adaptive system，简称CAS)理论是复杂性研究中的热门课题，近几年取得了相对成熟的理论成果。但我们发现，不同的学者所进行的CAS研究，其理论框架并不相同。有如早一拨的普里高津、哈肯们都将自己的理论奉为“自组织”理论一样，这大概反映了一门新兴学科初创时期的内在必然性。
    在几种有代表性的CAS理论中，学术界公认，“CAS”这一概念的提出并建立了比较成熟的理论，应是SFI指导委员会主席之一、遗传算法的发明人约翰•H•霍兰(John H•Holland)。 1994年，在SFI成立10周年所举行的乌拉姆系列讲座的首次报告会上，霍兰提出了关于CAS的比较完整的理论。另一位是因发现夸克而获得诺贝尔奖的盖尔曼(M• Gell—Mann)，他作为SFI的创始人，也提出了有别于霍兰的 GAS理论。英国学者拉尔夫•斯泰西(Ralpb D•Stacey)为了将复杂性科学的理论观念“映射”到组织行为和管理中去，也较详细地阐发了CAS理论，从而提供了一种用复杂性科学方法来审视组织管理的全新理念。
    CAS理论的提出，对复杂性研究无疑是一大贡献，它为人们认识和研究复杂系统提供了一种新的思路和新的方法。由于其思想新颖和富有启发，该理论提出不久，即在学术界产生了较大影响。众多的学者从不同角度和不同学科出发来研究CAS，从理论和应用两个层面探讨复杂系统的行为规律、深层机制和应用前景。
    一、CAS理论的核心观念
    所谓复杂适应系统，是指由大量的按一定规则或模式进行非线性相互作用的行为主体所组成的动态系统。行为主体通过“学习”产生适应性生存和发展策略，导致CAS进行创造性演化。
    复杂适应系统有别于一般系统和复杂系统，关键在“适应”。
    1.CAS理论的核心思想——适应性造就复杂性
    霍兰在《隐秩序》一书的序言中开宗明义地指出：“本书讨论的中心议题，是近来备受关注的一个领域：复杂性。……在写这本书的过程中，我把重点放在复杂性的一个侧面——围绕‘复杂适应系统’研究。”[3]正因如此，霍兰把“适应性造就复杂性”作为《隐秩序》一书的附标题，突出了其CAS理论的核心思想。当然，造就复杂性的因素可能是多方面的，所以霍兰强调适应性仅仅是造就复杂性的一个“侧面”，即适应性仅是产生复杂性的机制之一，并不排除还会有其他的产生复杂性机制。然而由适应性产生的复杂性，即所谓CAS确实是普遍存在的而又十分重要的复杂系统，对它们缺乏研究会“极大地阻碍我们去解决当今世界存在的一些重大问题”。基于此， CAS理论无疑是复杂系统研究中的一个重要理论。
    2.CAS理论的核心概念——适应性主体或行为主体
    既然适应性造就复杂性，在复杂适应系统中“适应性”自然是一个核心概念。霍兰将生物学中适应性术语的范围扩大，把学习与相关过程也包括进来。尽管不同的CAS过程具有不同的时间尺度，但适应的概念可以应用于所有的CAS主体。所谓适应，就是个体与环境之间的主动的、反复的交互作用。
    任何系统包括CAS都是由大量元素组成的。霍兰认为它们应该是主动的元素(active element)，于是借用了经济学中的主体(agent)一词，斯泰西则用“行为主体”概念。从元素到主体，并不仅仅是一个简单的名称变换，而是在观念上有明显的突破性。主体概念加上适应性概念成为“适应性主体’’或“行为主体”，把CAS组成单元的个体的主动性提高到了复杂性产生的机制和复杂系统进化的基本动因的重要位置。“在CAS中，任何特定的适应性主体所处环境的主要部分，都由其他适应性主体组成，所以任何主体在适应上所作的努力，就是要去适应别的适应性主体”。[4]因此，主体与主体之间的相互作用、相互适应成为CAS生成复杂动态模式的主要根源。
    二、CAS的演化理论
    CAS理论研究的主要目的在于探讨CAS的演化过程、演化性质和演化机理。
    1.CAS演化的基本过程——混沌边缘突现隐秩序
    首先，只有当系统处于混沌边缘，才进入敏感相变区。所谓混沌边缘，指一个CAS运行在有序和无序之间的相变过程中出现的有界不稳定性的一种形态。这就是说，只有当行为主体运行在既稳定又不稳定的空间时，系统方能不断地产生变异和新奇。故混沌边缘也可称之为创造性空间。
    其次，混沌边缘突现隐秩序。说混沌边缘是创造力的源泉，是指系统并不是按事先特意设计的程序去产生新的秩序，而是CAS在系统运行中，通过一种内在的自发自组织过程，产生一种动力学行为，突现秩序，这就是所谓隐秩序。换言之，在混沌边缘，行为主体间进行的交互作用会产生任何行为主体都没有事先预料到的模式。突现事件本身就意味着既不可能预见行为主体间交互作用产生的总体输出，也不可能从总模式中推导出行为主体的行为。
    第三，其内在运作情形是隐性模式与显性模式的辩证运动过程。任何CAS都是由大量的按一定模式进行非线性相互作用的行为主体组成的动态系统。行为主体的模式有个体模式和共享模式，显性模式和隐性模式之分。所谓显性模式是规范行为主体或系统对当前基本任务的认识并驱使其实现的一系列规则或符号系统。即显性模式主要执行系统中合法的任务(故称合法系统)，它导致行为主体表现为同一、服从与重复的行为。因此，受显性模式驱使的合法系统使系统趋于统一。隐性模式是指系统中不是用来构成驱使完成其当前基本任务的那部分规则或符号系统。行为主体在合法系统中相互作用时，往往通过非正式渠道而建立起另一种网络，它们作为合法系统的影子(故称影子系统)，其主体相互作用产生各自的规则，这些规则实质上并不执行系统当下的主要任务，因而称为隐性模式。受隐性模式驱使的影子系统使系统趋于多样化。系统的共同演化过程是隐性模式破坏显性模式以产生突现结果的自组织创新和重构过程。
    2.CAS演化的内在动力——不稳定源与稳定源的辩证运动。
    处于混沌边缘的CAS存在三种不稳定源和三种稳定源。
    三种不稳定源为：
    a.初值敏感性：当CAS运行在混沌边缘时，环境的微小变化都能被正反馈放大到足以使系统的演化过程发生巨大变化的程度。
    b.竞争：共同演化的系统之间存在相互竞争，它们使系统不可能处于某种形式的平衡态。竞争的动力学具有破坏稳定的本质。另外，交叉复制也部分地具有竞争性。
    c.隐性模式带来的创新张力：系统的隐性模式总试图替代维持系统当前稳定的显性模式，这种具有相反任务的两个模式之间的紧张对立，也激发了系统的学习过程。
    三种稳定源为：
    a.抑制：由于系统内存在的负反馈和定型化，使系统有一种内在的抑制力，它基本上能够使系统不对微小的变化作出过于敏感的反应。
    b.合作：合作的稳定力量主要来源于系统内在的自组织能力，即系统通过合作和学习来适应环境的变化。另外竞争的动力学虽主要起破坏稳定的作用，但它也能给系统带来稳定，因为行为主体为了在竞争中生存下来，可能改进它们的合作策略，使每个个体的生存建立在其他个体的生存之上。这就是定型化或者锁定。
    c.显性模式对新张力的规避：CAS存在着自适应的危险性。当行为主体已经具有很高的适应性，其操作模式十分有效时，即当显性模式遇不到任何挑战时，复杂学习这种功能就会退化，原先的一种学习行为就会变成一种直觉反应，从而退化为一种技能行为，排除在主体的“意识”之外。因此，学习过程的一些缺陷也可以给系统带来稳定。
    三种稳定源和三种不稳定源构成了CAS的矛盾运动。稳定与不稳定、竞争与合作、显性模式与隐性模式、变化与不变化之间矛盾的辩证统一是推动CAS演化发展的动力。正是这种辩证地运动过程，不断地打破和重新确定系统中稳定和不稳定的矛盾平衡状态，防止系统被禁锢在局部和暂时的最优状态，从而使系统处在不断地发展变化之中。
    3.CAS演化的基本性质——关于因果性和预测性。
    复杂系统的行为在某些方面是可预测的，在另一些方面是不可预测的；在一些事件中，因果关系可能是明晰可辨的，而在另一些事件中，因果关系链条很可能在复杂的相互作用中出现断裂。
    一般来说，CAS的总体形式、总类特征是可以预测的。比如，一旦我们知道了系统控制参数的条件，我们就能够预测它的动力学，解释其发生的原因。我们也能预测，自组织会发生在混沌边缘的相变过程中，而且会产生一些突现形式。然而，其具体形式是无法预测的，因为系统总是可能出现意想不到的新奇形式，这正是系统创新的基础。
    必须指出，这种预测不是建立在因果分析之上的，而是建立在特定类型模式的重复出现的经验基础之上的。因此，有两种预测，一种预测需要知道因果关系，这要依靠分析推理能力；而另一种预测依靠模式识别，即类比和知觉推理能力，这就是所谓隐喻。
    三、CAS理论研究的基本方法
    1. 隐喻
    霍兰认为，隐喻在复杂适应系统研究中起关键作用，丰富的隐喻和类比，是创造性科学的核心。所谓隐喻，是将一些差别较大的经验领域融合成一个单一的形象或符号，通过想象和象征直观地理解不同经历、不同背景的个体对象。霍兰在为《隐秩序》一书所写中文版序言中，对隐喻方法作了极高评价。他指出：“自泰勒斯开始，我们沿着演绎、符号数学和科学理论的方向走过了漫长的道路。然而，这些方法对激发创造性过程的隐喻想象增加了约束。”他主张：“真正综合两种传统——欧美科学的逻辑、数学方法与中国传统的隐喻类比相结合——可能会有效地打破现存的两种传统截然分离的种种限制。在人类历史上，我们正面临着复杂问题的研究，综合两种传统或许能够使我们做得更好。”[5]
    2. 计算机技术
    SFI研究工作的一大特点是高度重视应用计算机技术来研究复杂性问题。一方面，他们确实进行了一些开创性工作，在许多问题上取得了一些进展，这种科学研究的现代手段和方法值得借鉴。但另一方面，从科学方法论上看，计算机手段是否是唯一的方法?值得探讨。既然还原论方法解决不了复杂性问题，那么仅依靠计算机技术能否解决复杂性问题呢?这实质上涉及到“量化”功能的方法论评价问题。对于此，盖尔曼曾表述过一个深刻而形象的观点，他说：“我们要适度重视难于量化的价值。经济学家有时遭到人们的讥讽，说他们用卖淫的价格来测度爱情的价值”。[6]这说明量化方法包括计算机技术并不是万能的科学方法。所以，期望完全依靠机器来解决复杂性问题，至少目前恐怕行不通。反之，如果依靠机器完全能解决的问题，那恐怕也不是复杂性问题。解决复杂性问题，还是要走人机结合的道路，这大概是我国“综合集成学派”在方法论上的出发点。
    四、CAS理论的应用
    CAS理论虽处于初创并在不断完善之中，但其基本思想已在众多学科中得到应用，如在经济、生态、认知、管理等科学研究中，都较成功地运用了CAS理论的基本思想和基本方法。尤其是将CAS理论应用于组织管理方面，国内外学者作了大量的富有成效的工作。
    首先，人们对现行的组织管理理论进行了分析批判。斯泰西认为，我们现行用以审视组织管理的思想框架和观察方式，其中相当一部分是牛顿学派的思想家们的机械论模型。在这种思维方式的影响下，以往的理论方法都断定成功的组织是那些趋于稳定平衡状态以适应各自市场、社会、政治环境的系统。在具体的管理中，往往通过制定包罗万象的行动计划，通过设定目标、平衡运行、逻辑增量行为等方法，来控制组织系统的运行。这样就产生了诸多的管理学派和数不清的管理“秘诀”。
    然而事实是，人们总是走马灯式地把一个个“救世秘诀连同它的制定者一并抛弃，迫不及待地去试用下一个“秘诀”，接着又是另一个……。这说明以往的组织理论与现实系统严重不符，必须以一种新的思维方式和新的理论框架来重新解释组织生活。
    这一新的思维方式和理论框架就是复杂性科学。“复杂性科学给我们带来了最重要的价值，因为它提供给那些倾向于在显性模式与隐性模式的张力中产生组织创新变化的人们一种新类推理和隐喻方法。”[7]
    组织就是CAS，组织中的个体就是行为主体。当组织系统处在混沌边缘的创造性空间时，同样具有新奇性和创造性。通过稳定不稳定、竞争合作、放大抑制等一系列辩证地矛盾运动推动组织系统演化发展，其具体形式本质上是不可预测的。这个共同演化的过程实质上就是组织中的隐性模式破坏显性模式以产生突现结果的自组织创新破坏和重构过程，即组织具有复杂的学习方式。
    基于CAS理论的新的组织理论框架，并不是给人们提供一种新的具体管理方法和组织秘方，但它比应用一个成功秘诀更基本、更富挑战性。在某种意义上可以说，它是关于组织理念和思维方式上的一次观念变革。在理解组织管理上，基于CAS的组织理论范式同当前尚居支配地位的稳定平衡范式相比，可称得上是一次范式革命。
    
    参 考 文 献
    
    1.约翰•卡斯蒂：《虚实世界》，序，上海科技教育出版社，1998年12月版。
    2.John N.Warfield，Twenty Laws of Complexty：Science Applicable in Organizations，System Research and Behavioral Science，16，3-40，1999.见成思危：系统科学、系统工程与管理，《系统科学与工程研究》第15页，上海科技教育出版社，2000年10月版。
    3.约翰•霍兰：《隐秩序》，序言，上海科技出版社，2000年8月版。
    4.同3，第10页。
    5.同3，中文版序。
    6.[美]M•盖尔曼：《夸克与美洲豹》，第319页，湖南科技出版社， 1999年4月版。
    7.[英]拉尔夫•斯泰西：《组织中的复杂性与创造性》，第235页，四川人民出版社，2000年8月版。
    (颜泽贤 华南师范大学)