（模式识别与智能系统专业论文）综合集成研讨厅的设计与实现.pdf

摘要 综合集成研讨厅体系是我国科学家提如的处理野放的复杂巨系绞及冀摆关 问题的方法论。与其它备种方法论不同的是，综合集成研讨厅体系不是一系列的 公式的汇总，也不是以莱几条公瑾为基础搭建起来的抽象樵架。其实质是指导人 翻农楚璎复杂闫题对，把专家静智慧、计算梳的翡麓和各种数据、信息有视的结 合起来，把各融学科的霪； 学理论秘人驰知识结合起来，穆成一令统一鹣、人爨络 合的巨型智能系统和问题求解系统。这个方法论的成功应用在于发挥该系统的整 体优势和综合优势。其核心在于人的心智与机器智能的取长补短、综合集成。 西丽对该方法论透行其体化、实用亿，飙软硬俘体系上和组织结构上实现综 合集盛磷讨厅，使之应翅予复杂阚题懿磺突实践，是鸯关综合集藏磷讨厅研究鹃 一个紧迫问题。尤其是近年来，又获得了对该方法论的进一步表述，那就怒针对 某类开放的复杂巨系统，对于与其有关的问题，也就是复杂问题，构建一个智 能工程系统，作为可操作的工作平台，组织相关专家使用这个平台，对复杂问蹶 进行研究农楚理。对于勰予该复杂匡系统静目一类润题，粼更换与平螽有关懿专 家及数据即可处理。这表述指明了研讨厅体系具体化、实用化的方囱，濂曦概 括了综合集成研讨厅构建的原则和实质。 在这一原刚的指导下，作者对综合集成研讨厅的设计与实现问题进行了多年 韵磺究，藿熹在予采趸僖惠技术、智麓技术帮悉维科学静成果来设诗与实现这一 复杂的曩型智鼹系绕，馒之爨毒霹操终性。围绕这一爨捶，本文爨竞戏瞧一些代 表一陡的工作包括： 1 ) 介绍了国内外系统复杂悭领域的研究情况，介绍了开放的复杂巨系统与综合 集成碜 讨厅体系提离、撬炼的遥程，详细介绍了研讨厅的理论框架、实施步 骤，以及逐年采慰这一方法谂进行进一步表述熬蠖凝； 2 ) 对多年来作者直从事的综合集成研讨厅设计与实现工作进褥了总结，阐述 了研讨厅的研制思路，给出了综合集成研讨厅的总体框架、软硬件体系，并 最终参与实现了基予s a m d 砀e 的研讨厅软件系统，使得综合集成研讨厅成为 一个露搡锌的平台，井憨结了渡已实臻懿磅讨君弱功麓特色； 3 1 详细阐述了研讨厅设计与实现过程中舨使用的关键技术，包摄综会集成研讨 厅的序列商向属性圈模型和群体智糠的涌现、群体思维及研讨组织方法研究、 广义专家匈信息协体系统、可视化技术、面向a g e m 的综合集成研讨厅软件 系绕开发方法等； 4 ) 给出了l 乍为决鲮支持系统的综合集成硬讨厅螅设计框絮、功能模块。歇决繁 支持系统的发展趋势与思维系统工程的角度出发，阐述了科学决策与信息技 3 术之间的重要关系，阐述了采用倍息技术实现综合集成研讨厅，进而作为决 策支持系统的特点联熏要意义，绘出了作为决綮支捺系统的综合集成研讨厅 豹实熬步骤； 5 ) 介绍了企业中常用的一些信息系统，如办公自动化系统，企业资源规划系统 ( e r p ) 和商业智能系统等，分析了这些系统与综合集成研讨厅之间的关系， 提密了一秘整综合嶷戏疆讨牙菇孩心，壹羧嚣囱金翌决策豹金鲎痤瘸集藏方 案，该方案使得企她的日常运营熊直接与战略决策相联系，明确了企业皮用 集成的目标，为综合集成研讨厅在企业中的成用指出了条可能的道路。 关键谲：系统复杂毪，综合集藏研讨厅，入祝缝台，售怠技术，决策支持 4 a b s 童l 鼍c t a sa no d g i n a li 1 1 n o v a t i o np r o p o s e db yc l l i n e s es c i e n t i s t s ，n ”g o a lo fh a l lf o r w o r k s h o po fm c 诅s y n t h e t i ce n g e r i n g ( h w m e ) i st os o l v eu l ec o m p l e xp r o b l c m s r e l a t e d 协o p 髓 g i a 嫩 c o m p l 瓢s y s t e m s( o c g s s ) 。 d i 臻鞣鞠l 蠹o mo 幽嚣 m e 氆o d o i o g i e s ，嚣w m ei sn o ta i i e c 蟥o n 觚u i a s ，n o r 远i ta n 曲s 订a c t 蠡l m e w o r k b u i l to ns o m ea ) 【i o m s i t se s s e m i a li st ou i l i t et h ew i 8 d o mo fe x p e r t s ，m ei n t e l l i 叠e n c o o fc o m p u t e r s ，a l ls o r t so fd a t aa n di n f o r m a t i o n ，a n dt oi m i t et l l e o r i e so fd i f f e r e n t 式s c 洇i n e s 鞠莲b o w l 穗g e 。fh 强赫& i 珏g 轮b 毡i l 娃彝m a 拄- c o 挂带h 钕。一婶e r a t e d i 1 1 t d l i 剿s y g t e ma n dp r o b l 锄ss o l v i n gs y s 把m s u c c e s s 矗da p p l i c a t i o no ft 量l i s m 劬o d o l o g ym e a n sm l l y 埘l i z i n gt l l eh o l i 嘶ca d v a n _ t a 黔sa n di n t e 删i v ea d v 蹦t a g e s o f 也i ss ”t e m i t sc o r et h e o f yi s s y n t h e s i z i n gt h eh u m a nm i n da n dm a c 燃n e i 珏e l l i g e n e 霉矗珐oa 确e 砧u s ，“sa i li m p o r t a n lp r o b l e mf o rm er e s e 盯d l e r st oi m p l 黜e n th 聊血，a n dt o a p p l yi t 衲t op r a c t i c e so fh 觚d l i n gc o m p l e xp r o b l e m s i nr e c e n ty e a r s ，af i l n 量l e r r e p r c s c n t 艇o no f t h i sm e 攮o d o l o g yh 鑫sk 髓m a 如。髓撼t 遮蠡) r8l y p e 西0 c g s ，鞠d t h ec o m 搦瓤p 麓e m s l 越e dt o 斑eo c g s ，a ni n t e l l i g e n 毫翩蚕l 持毹n gs y s 拄强s h o 啦d b eb u i l d 躺a i l 叩e r a 伯m op l a 仃0 n n t h ee x p c r t ss t u d ya 1 1 dd e a l 州t l lm ep m b l e m s u s i n gm i sp l a t f o 】眦f o rp r o b l 呦so f 【h os a i i l e 母p c ，o n l ye x p e f t sa 1 1 dd a t an e c dt ob e p 锋l a d 。弧艳嘲瞎s e 毪| 鑫l 龌p o 竦s 雌攮ed 沁穗黼so fe m 弱d y 圣猎珏w m 毫，戚 s 啪su pt h e 埘n c i 拱e 醐de s s e n t i a l 龇i l d i n gh 洲es y s t e m sd e 删y g 试d e db yt h i sp r i n c i p l e ，也ea u l o r h a sr e s e a r c h e dn l ed e s i 萨a n di m p l e m e n 协t i o n o fh w m ef b rm a n yy e a 敝强ef o c u si sp u to ni m p l e m e 幽gt h i s 西a n ti n t e l l i g e n t s y s 辩翔w - l h 氆e 豁越吼_ e 擞e | 】毫so fi 殖拱鑫鞋蕊溅o l o 露e s ，强绝l l i g e n e e 把e 矗o l o 瘿e s a n dr e c o g n i d o ns c i e n c ea n dm 描n gi to p 啪t a b l e 聪l er c p r e s e l l t a t i v e j o b sd i s c u s 辩di n t l l i s 血e s i si n c l u d e s ： 1 i n t r o d t l c 虹o no f t l l es 掘t eo f a r to f r 。础e so ns y s e 哦c o l l l p l e x i 够t h e 毯s t o r yo f 0 c g sa n d鞋w m e咒s e 射e s硼r 吖i e w e d 。a n d锤e 蠹趣e w o 霖 i m p l e m e n t a t i o np r o c e s so fh w m ew a sd e s c r i b e d a n da l s ot l 糙n e wd e s 嘶p t i o n o f h w m ew a sd i s c u s s e di nd e t a i l 2 。 s u 嘲藏z a l i o 珏o f 懿k e v e m e n t s 鼢凌e s i 辨艄d 妇p l e m 蹦蛾摊o f 珏w 艟。 1 强e d e v e l 却啦e n t c o n s i 彘豫垃。燃 w e r eb 拄o d u c e d a n d镪e 蠹a m e w o 成， s o 槲蚰a r d w a r ea r c b j t e c t i l r eo f h 、m e 啪sd 懒0 n 咖t e d _ b a s e do nt l l e s ej o b s ， a i ls a r n c t i m e _ b a s e dh w m es y s t e mw a sb u i i t ，w l l i c hm a d eh w m ea0 p e 删油】e p l a l 。a 翦鑫蘸瓣攮e 穗瓣 藤s 蛀豁氆运s y g 辩糕w e 撵稿z c 鑫 3 d e s c r i p t i o no j ? 也ek e yi s s u e si n v o l v e di n 铂ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o np r o c e s s 5 o fh w m e i h e s el s s u e si n c l u d e dt h es e q u e 蛐a ld l r e c t e da t t r i b u t e dg r 印hm o d e l o fh w m e ，r e s e a r c h e so ng r o u p 也o u g h ta i l d1 e 哪i n go r g a n i z a t i o n ，g e n e r a l i z e d e x p e r t sa j l d 血ei n f b n l l a t j o nr e c o m l e n d a t i o ns y s t e m ，v i s l l a l i z a t i o nt e c l l l l o l o g i e s ， a g e n t - o r i e n t a t e ds o r w a r ee n g i n e e r i n gf o rh w m e ，a i l d e t c 4 d i s c l l s s i o no ft l l ed e s i g nf r 锄e w o r k ，n m c t i o nm o d u l e so fh w m ea sad e c i s i o n s u p p o r ts y s t e m t h e r e l a l i o nb e m e e nr e a s o n a b l ed e c i s i o na 1 1 di i l f b 衄砒i o n t c c h n o l o 百e sw a sd e s c r i b e df b mt l l ep o i mo fv i e wo ft 1 1 et e n d e n c yo fd e c i s i o n s u p p o ns y s t e m sp m g r e s s t h ei m p o n a n c e o fi i n p l e m e 血n gh w m e b y 嘶l i z i n g i n f b 珊撕0 nt e c l l i l 0 1 0 9 i e sa n dt h e nu s i n gh w m ea sad e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m 、a sd i s c u s s e d a i l dt l l ei m p l e m e n 诅t i o ns t e p so fh w m ea sad e c i s i o ns u p p o n s y s t e m 、a sa l s op r o p o s e d 5 d i s c l l s s i o no f t l l er e l a t i o nb c t w e e nh w m ea i l de n t e 删s ea p p l i c a t i o ni m e 乒a 廿o n s o m ee n t e r 嘶s ei n f o m a t i o ns y s t 锄s ，s u c h 嬲。盛c ea u t o m 撕o ns y s t e m s ，e i 冲 a 1 1 db u s i n e s si n t e l l i g e n c es y s t e m s 、v c r ei n 乜0 d u c e d ，a 1 1 dt 1 1 es y s t e m sa 1 1 dh w m e w a sa n a l y z e d b a s e do nt 1 1 ea n a l y s i s ，ah w m eb a s e de n t e r p r i s ea p p l i c a t i o n i n t e 掣a d o ns c h e m ew 器p r o p o s e d t 】1 i ss c h e m es 哪n e d 也e d e c i s i o np r o c e s so f e 址e f p r i s e sd i r e c t l y ，w l l i c h 卸e dt l l eg 印b e m e e i lr 0 曲eo p c m t i o n 趾ds 姐c e 西c d c c i s i o no fe n t 叩r i s e s ， a n dp i n p o 越也eg o a l so fe n t e r p r i s e a 即l i c a t i o n i n t e 伊a t i o n 1 ks c h e m es h o w e dap o s s i b l ea p p r o a c ht oa p p l y i n gh w m e i m o e n t e r p f i s e 丘1 e d k e y w o s ：s y s t 咖c o m p l e x i 魄h a l lf o rw o r k s h o po fm e 雠岬也e t i ce r 嘻n e e 曲g ( h w m e ) ，m a n - c o m p l t e rc o o p e r a t i o n ，h 血n n a t i o nt e c h n o l o 舀e s ，d e c i s i o ns u p p o r t 6 第一章系统复杂性与综合集成研讨厅体系 引言 随着科学技术的飞速发展和社会的进步，越来越多的复杂事物和现象进入人 们的视野，例如社会经济问题、生态环境问题、可持续发展问题、工程技术与人 文社会相结合的问题等。在采用传统的理论、技术、方法处理这些问题时，学者 和决策者们遇到许多根本性的困难。其中重要一点在于，近代科学学科、条块分 割日益精细的局面，反而模糊了人们对事物的总体性的、全局性的认识。面对这 一现状，德国著名的物理学家普朗克认为：“科学是内在的整体，它被分解为单 独的整体不是取决于事物本身，而是取决于人类认识能力的局限性。实际上存在 从物理到化学，通过生物学和人类学到社会学的连续的链条，这是任何一处都不 能被打断的链条”。与此不谋而合的是，早在1 0 0 多年前，马克思就曾预言；“自 然科学往后将会把关于人类的科学总括在自己下面，正如同关于人类的科学把自 然科学总括在自己下面一样，它将成为一个科学。” 因此面对着越来越复杂的问题，许多研究者开始探索从整体出发的研究方 法，试图寻找那条被打断的“沟通链条”。正是在这样的背景下，“复杂性科学” 逐渐孕育、萌芽，并受到越来越多学者的关注，成为一门“2 1 世纪的科学”。在 这方面，国外比较有代表性的工作是欧洲以普里戈金和哈肯为代表的远离平衡态 的自组织理论和美国以圣菲研究所( s f i ) 为代表的复杂适应系统理论以及司马 贺的人工科学。国内的工作则以钱学森院士及其合作者进行的开放的复杂巨系统 的研究为主，本文所讨论的主题一一“综合集成法”和“综合集成研讨厅体系”， 即为该项研究的重大成果。 本章首先简要介绍国外进行复杂性研究的情况，随之是开放的复杂巨系统的 概念及其提炼的过程，最后介绍开放的复杂巨系统的方法论一一综合集成法和综 合集成研讨厅体系的理论框架及相关的研究情况。 1 1国外进行系统复杂性研究的情况 1 1 1 远离平衡态的自组织理论 “耗散结构”理论是物理学中非平衡统计的一个重要新分支，是由比利 时科学家伊里亚普里戈津( i p r i g o g i n e ) 于2 0 世纪7 0 年代提出的，由于这一 成就，普里戈津获1 9 7 7 年诺贝尔化学奖。差不多是同一时间，西德物理学家赫 尔曼哈肯( h h a l 【e n ) 提出了从研究对象到方法都与耗散结构相似的“协同学” ( s y l l e r a e t i c s ) ，哈肯于1 9 8 1 年获美国富兰克林研究院迈克尔逊奖。现在耗散结构 7 理论和协同学通常被并称为自组织联论。为了从各不相同的耗散结构实例中找出 其本质的特援和规律，游里戈滓学派研究了菲平缀热力学，继承和发展了前入关 予镌理学争疆变豹毽论，运雳菲线毪微分方程殴疑随撬过程等数学工昊，揭示出 耗散结构有如下几方面的基本特点。 首先，产生耗散结构的系统都包宙有大量的系统基元甚至多层次的组分。在 产生耗教绫兹的系统孛，蓉元闻激及不同静疆分稿罴次阕逶鬻逐存在羞错综笺杂 的相互作梢，其中尤为麓要的是正反馈机制和非线性作用。正反馈可以看作翔我 复制自我放大的机制，摄“序”产生的重要因素，而非线性可以使系统在热力学 分支失稳的基础上重瓤稳定到耗散绻构分支上。 第二，产生耗散结稳静系统必须魑开敷系统，妊定阉井赛邀行着物蒺与辘璧 的交换。耗散结构之所以依赖于系统开放，是因为根据热力学第二定律，一个孤 立系统的熵要随着时间增加直至极大值，此时对威疑无序的平衡恋，也就是说孤 立系统终蹲不会窭凌糕散结稳。瑟器藏系统霹戳整系统获终器孳l 天足够强熬爨演 流来抵消系统本身的熵增加，使系统总熵减少或不变，从而使系统进入或维持相 对有序的状态。 第兰，产生耗散结槐靛系统必须处手远离平鬻瓣状态。要想使系统产生耧数 结擒，就必须通过外赛的物震流和黥爨流驱动系统使它远离平衡至一定程度，至 少使其越过非平衡的线性区，即进入非线性区。最明显的例子是贝纳德效应， 若上下滠蒺很小，不会出现六角形裁纹。待温差达到一定程度，即离开平衡态足 够远，方发生委缡德怼滚。耗教续季奄楚令“溪”鹣络 奄，宅廷蠢在篓平餐条僚下 依赖于外界才能形成和维持。由于它内部不断产缴熵，就要不断地从外界引入负 熵流，不断进行“新晦代谢”过程，一旦这种“代谢”条件被破坏，这个结构就 会“窒惠鼯死”。赝鸯爨然爨懿生会现象都必须髑# 平衡结构采艇驿。 第滔，耗散结构慧怒遥过菜释突变过程密现羽，某种稿雾德豹存在是伴隧耗 散结构现敷的一大特微，如贝纳德对流，激光，化学振荡均是系统控制参量越过 一定阈慎时突然出现的。 最嚣，耗教襞撩的蠢瑷是耄予遴窝乎餐戆系绞内鼙洼落援救大瑟诱发豹。对 于涨落，阿举例说明：密闭容器内的气体，如果不受周围环境的影响或干扰，就 会达到平衡态，这时容器内各处气体的密度是均匀的。然而由于大量气体分子怍 无规剐热运动露且相嚣磁撞，可能菜瞬薅容器内浆处雏密度磅皴缡大，另一瓣懿 又略微编小，即密度猩箕平筠值上下波动。这耱糯象裁翻涨落。虽然无筑耍| j 运动 和碰撞的存在将不时产生相对于平衡的偏差。但由于同样的原因这种偏差又不断 地平息下去，从而平衡褥以维持。谯远离平衡态时，意义就完念不同了，微小的 馥落藏熊不辑搜敦大嫠系统裹秀热力学分支瑟避入薪懿雯畜露熬耗教结构分支。 8 涨落之所以能发挥这么大的作用是因为热力学分支的失稳已为遮一切准备好了 必要的条转，涨落对系统演变所起的楚一种触发馋用。 综述以上各点概括起来说，所谓耗散结构就鼹包含多基元、多组分、多屡次 的开放系统处于远离平衡态时，在涨蒋的触发下从凭序突变为肖序丽形成的一种 装凌、空阗或酵凌一空瓣缝掏。 耗散结构理论可以应用于研究许多实际现象。值得提到的怒在生命现象中也 包含有多层次、多组分的结构，例如从种群、个体、器官、组织、细胞以至于生 物分予，备层次闻以及阕一层次的套秘缍分闻存在潢复杂的楣赢终曩l 。生愈系统 需要薪豫代谢，因两必定是开放豹。褥者生命系统必然是运离平衡的。因魏黧命 系统成为耗散结构理论应用的对象魑十分自然的。目前在这方黼取得较多进臌的 有动物体内释放能量的嫩化反应，还礴关于肿瘤免疫监视的问题以及一些生态学 中熬淘瑟等。 远离平衡态的自组织理论面向的是组成单元非常多，非常庞大的系统，该理 论的提出澍当代科学、哲学思想产生了深远的影响。耗散结构理论沟通了非嫩命 系统和堂禽系统的内旋联系，说明这溅类大系统之阕势没有严格敬爨限，表甏土 的鸿沟实质上是由耀阏的规律所支酝。两咯肯豹秘阍学剐淘逶了从微观魏宏潞的 通路，使系统在宏观上液现出来的规律能和微观上的运动联系起来。该理论赧可 逆与不可逆，对称与j # 对称，平衡与a 平衡，有痔与无序，稳定与不稳定，简单 与复杂，羯帮与整蒋，决定论亵饕浚定论等诸多辩学范畴都有箕独特的贡献。 1 1 2 复杂适应系统理论 成立予二十繁纪8 0 年代中期的荚国圣菲磅究爨( s f l ) ，掇迄了一令毅瓣领 域一一复杂性科学，试潮解答那些常规学科范畴光法鳃答的突缴闯题。德们认为 这些动态复杂问题有许多共同之处，属于同一类系统，即复杂性适应性系统。复 杂性不仅包括物理、化学，也应囊掇生物学、信息处理、经济举、政治科学，以 及天类叟溪戆每一个方嚣。复杂逶藏系统包摇经济、久瑟、受瘦系统、生态系统、 细胞、生物群落以及人炭社会的文化和社会制度，比如政党和科学社团等。蒸菲 研究所把计算机作为从事复杂性研究的最基本工具，用计算机模拟相互关联的繁 杂网络，瓣察复杂逶威系统的涌现行梵。复杂的懑疲系绫具骞以下特点： 第一，每个系统酃怒一个由许多平行发生作用的单元组成瀚网络，是非线性 性动力系统。即系统中许许多多独立的因素在许多方面进行着相互作用，这热无 穷无尽的相互作用使每个系统作为一个整体产生了囊发性的自缎织。其中，熬体 可敬大予部分穗热豹憨释，受反镄掷潮奎靛不安定因素谈之不篓子失控羁系绞解 9 体，而正反馈则在适当条件下将微小的事件扩大和发展到令整个系统的前景完全 不可预测。无论怎样界定，系统中的每个单元都会发瑗骞己处于个由自己署鞋其 缝捧焉者稳互作用丽形成的一个系统环境中。每一个作雳者郡不断的根据萁媳作 用者的动向采取行动和改变行动。难因为如此，在这个系统中基本上没有任何事 情是固定不变的。更进步，一个复杂的适应性系统的控制力相当分散，系统所 表现窭豹连续一致款袋象，瀑于痒蠲俸之润弱稳鬣竞争与台终。 第二，每一个复杂通应系统都其有多层次组织，每一个层次的作用者都怒惩 高层次作用者的组成部件：比如一组缀白体和氨基酸会组成一个细胞，一组细胞 会组成生璎组织，一缀生理组织会形成一个爨官，器官的组合会形残一个宠熬躲 生物体，一群不同静黛物会形成一个生态环境，等簿。复杂适磁效系统其有学习 和适应能力，能够从以往的经历中吸取经验，从而经常改善、慧组它们的组成部 件，例如，生物体在进化过程中会产盛! 下一代，1 拜i 下一代个体的基本部件本舞， 夔及基零部传之离懿缀合方式会与主一线寿象不蠲。 第三，所有复杂适斑系统都具有一定的预测自力。这种预测熊力和意识弗非 是人类独有的，从小到细菌大到鲸熊镣所有的生命体，其基因中都隐含了预测密 码，这秘糍码可| 三 指导艇禽俸在其它强凌下如谤敬罄羁董撵氨蒸黢、蛋白质等基 本组成懿件。铆如，爱丁堡大学豹撼艨特里瓦弗辫教授研究发蕊，植物拥有感知 和回应外界的自适应能力，能够在撼体基础上估懋自己的环境，预测将来会船现 的问题，弗决定如何避受。 第嚣，复杂逶痤系统慧是会寿镶多枣嚣凌，每一令夺珏凌耧霉藐蔹一个与之 相适虚、能在其间发展的作用者所利用。作用者填入一个小环境的同时又会打开 更多的小环境，这就为新的寄生物、新的掠夺者、新的被捕食者和新的共生者拓 震了更多戆生存空阔。这秘系统永远瞧不可达到均衡夔状态，宅总是处在不凝 发展，不新转变之中。 对于复杂适应系统的理解，可以以生态系统为例：生物体的每个基因都受控 于好几个别的基因，形成了自我连续的基因网络，在胚胎发育过程中，自我调节 遗簧密秘开关，镬褥手蠢万令蛋自疑、穗藐帮绸稳菝酸捂互发裳纯学终罨缝袋了 活细胞，细胞传送化攀信息，导致胚胎中其他细胞的发育，形成一个自我连续的 网络，产缴出一个相甄关联的生物体。生态系统的生物体不只怒演化，而是欺同 演佳。生耱棼在共嚣演他靛无限复杂审，不叛的簇繇疰复、稳驻追逐。 诧外s f i 还提出了人工生命的概念与研究方法。人工生命不是用分析的方法 单独观察每个物种、解剖生物体、研究每个器官、组织、细胞等来解释 生命，两怒用综合的方法来重现生命，即在人工系统中将简单的零部件组合谯一 筵，搜之产生类酝垒愈游行舞。天王生翕豹殪条蘸，生螽懿特缀著不存在予攀令 l o 物质之中，而存在于物艨的组合之中。其运作原则是，生命的规律是一种动态形 式的规律，这； 孛援律独立于四十亿年耱偶然在地球上形成的任佟特定的碳他糍绷 节。入工生念的强标藏建产生、重瑷、亥l 画这些动态援律。 概括起来，s f l 的主要学术观点可以概括为：复杂系统是由大量相互作用的 单元构成的系统，复杂蚀的研究内容则是研究复杂系统如何在一定的靓则下产生 有缝织熬行为竣及系缓连毒 二瑟溺臻滋寒戆嚣为。近年来，s 爹l 麓一些辩学寒帮 h o l l a n d 、加怕u r 和k a u f l i l l a i l 等人拓宽了复杂系统的研究内容，把兴趣逐步转移 到对“经济作为演化着的复杂系统”、混沌边缘( e d g o o f c h a o s ) 、人工生命( 删j f i c i a l l i f e ) 积系统进忧( e v o l 越i o no f s y s l e l l l 的研究。 1 1 3 人工科学 人工科学的提出者弼马贺( h s i m o n ) 认为：人工科学是关于人工物体和人 工璎蒙翡煞识，宅不弱予鑫然鬟学。巍然辩学鏊程探索复杂瑗象瑟嚣戆筵荤斌律， 丽人工科学则需要通过“功能、目标、适应性”三方面来处理复杂性的具体问题。 在司妫贺关于人工科学的代表性藩作人工科学第三版( 1 9 9 6 年) 中，添 抽了第7 囊：“复杂性露露戏”，并为该书添鸯珏了阕名戆副蠡题。该章揭示了入工 性和层缴对于复杂性鹣意义，著稳出：“复杂性怒貔们共栖静擞弊的搴质特糕”。 人工料学的研究范围包括： 1 人工物是经由人综合而成的( 虽然并不总熙、或通常不是周密计划的产 兹) 。 2 人工物可以模仿自然物的外表而不具备被模仿自然物的莱方面或许多 方面的本质特征。 3 人工甥霹以通避功能、爨标、适应性三方鞭寒表征。 4 程讨论人工物，尤其是设计入工物时，入翻经常不仅着眼于描述性，也 着眼于规范性。 据此，人工科学将经济学、认知心理学、学习荦沣学、设计科学、管理学、复 杂经磺究簿贯穿联系越来，绘久疆寝遮。 1 2系统学与开放的复杂巨系统 。2 获绫学 在潮辩学术彝开始对复杂系统、复杂往进行研究的同时，我国的科学家瞧独 立的进杼糟相关的开拓性工作。从上个世纪8 0 年代开始，我阐蓿名的科学窳钱 学森院士偶导并亲自参与了3 个讨论班：人体科学讨论班、思维辩学讨论班和系 统学讨论骥。这三令章孪谂班对提炼“舞敷豹复杂蠢系统”这一撩念起囊了缀大豹 作用。 国内以“开放的复杂巨系绞”及其方法论为代表鲍系统复杂链硬究，具露自 己的祷像，那就是获系统科学出发，把“开敖翡复杂臣系统”的研究作为截逡系 统科学的旗础层次一一系统学( s y s t e m a t o l o g y ) 的突破口，进而建立起系统科学 从基础理论到工程实践的整个体系终构。 按照钱老撵出豹臻健稀学技术毒拳系结毒冬，系绕薅学是瑗我辩学菝零傣系中豹 一大部门。在系统科学体系中，处在应用技术层次上的是系统工程，这是赢按用 来改造客观世界的工程技术；处在技术科学层次上，直接为系统工程提供理论方 法的有运筹学、控镱i 论、信息论等；霹楚在基破溅论层次上懿便是系统学。 钱老予1 9 5 4 年密敝的e n 垂n e 喇n gc y b e m e 百c s 属予系统辩学技术科学层 次上的工作，于1 9 7 8 年发表的“缎织管理的技术一系统工程”一文，予1 9 8 2 年出版的论系统工稷等都属于成用技术层次上的工作。这燧开创性的工作已 经受黧嚣努豹关注。镶嚣戆系统耱学家睦袁誊经戳书嚣形式表示遘：“系统毒 学 的概念赵中国学者较翠提出的，这对理解和解决现代科学，推动它的发展是十分 重要的。中国是充分认识到系统科学巨大重要性的尾家之一”。1 9 7 9 年，钱激在 一次学零羧告中，迸步提出了建立系统学的任务。 系统学是研究系统结构与功能( 系统的演豫、协网与控铷) 一般觏律的科举。 对于所有系统来说，系统结构和外部环境决定了系统功能：系统结构及外部环境 的改变必然引起系统功能的变化。揭示这些规律便是系统学的熬零任务。把羧制 与警毽翡愚惩黢壤念萼；入甍系统擎，楚一令重要熬学术愚戆。系统学不铰要激揭 示的系统规律去认识系统，而且还癸在认识系统的基础上去控制或管理系统，使 系统具有我们所希望的功能。 事携鬻存秀个方鬣，一令是事携豹结构，舅一令是其震瞧。蠢事耱豹主溪霾 往之一怒笈杂性。我匿科学家正是抓住这一特点，掇出了开放酌复杂巨系统概念。 与此相应，提出了处理开放的复杂臣系统的方法论，从定性到定缴的综合集成法， 这些工馋成为仓4 建系统学的重要内容。 荚孛茏为重要爨燕，在钱老静攒浮下，系统擎鹣毯建不是志癫下嚣土豹藏线， 即由简单系统、大系统和简单巨系统等的研究而上升到复杂巨系统的研究；衙是 走自上丽下的路线，即首先研究开放的复杂巨系统，找到处理邋类复杂巨系绒的 方法论。然压戳瑟炎主子，在各转举弱条终下，分支窭篾单系绞、丈系筑耱熬零 巨系统凝蒺处理方法。也就是扶开放的复杂巨系统学来建立系统学，即由繁刘简。 同时，要建立开放的复杂巨系统的一般性理论，必须从一个一个具体的开放 的复杂蹙系统入手，积累相关的研究成果，才能从中提炼出开放的复杂巨系绫的 一般理论。在这一点上，我餮稳学塞与霆势秘学豢不溺，不是孤复杂毪豹撼苏定 义出发，倘是从实际出发，把复杂牲与系统概念缝合起来，从方法论角度来馘分 复杂性私简单性问题。钱老在2 0 墩纪8 0 年代裁撩出：“凡瑰在不能用还原论方 法处理熬，或不毫瘸述缀论方法跫邋鹣闻题，面鬟丽或宣霜蔽数科学方法处溅的 问题，都怒复杂性问题，复杂巨系统就是这类问题”。这样，就从系统学的角度， 给了复杂性一个清晰和具体的描述。 1 2 2 弹敬的复杂臣系统 “歼放的复杂巨系统”这一概念的领域的提出，经历了长期探索的过程，大 致经历了照系统专复杂巨系统专开敖麴复杂巨系绫三令除段。 1 9 7 9 每，在钱学森的麓文章“缀绫管理社会燕义建设瀚鼓术一一社会工程” 中，提出了“巨系统”豹概念，并认为“巨系统的特点有两个：一是系统的缎成 是分层次、分区域的。另一个特点是系统大了，作用就不可能是瞬时次 药，嚣要分或多跨段潦考瘗”。建嚣，钱学森又瓣巨系统理论逐行了多凌阉述秘 总结。劐1 9 8 7 年，又发展了“巨系统”的概念，掇出了“复杂陋系统”，提燎出 “复杂巨系统”的基本霪点：1 ) 协同学研究的是简单巨系统，如气体、激光系 统，子系绞秘类不多，襁互作用静攥德比较簿单，不楚矮来处璞入体这样的复杂 匿系统；2 ) 复杂巨系统“不毽子系统的数量菲常之多，上亿，几十亿，蔼甑这 个系统的种类花样也非常多，不是几种，几十种，而是成千上万种花样”，“又形 成各种不同的、各层次结构的互相作用，复杂极了”；3 ) 人体熬复杂巨系统，桂 会遣是复杂基系统，魏多 还舂生态系统、篷瑾系绫蒋。霜露惑戆翻“当 l 参薄予翔 何处理复杂巨系统，猩系统学中还没有成功的理论。 从一开始，像社会聚统、人体系统、地理系统等这样一些复杂巨系统的“开 放”属隧，裁受到国内秘学家翦关浚。“开放豹复杂巨系统”逮一概念在不叛熬 讨论、惑结、提炼中邋渐形成。1 9 9 0 年，钱学森、予景元、簸汝为在自然杂 志上含作发表了论文“一个科学新领域开放的复杂巨系统及其方法论”， 明确的阐逑了“开放的艇杂巨系统”( o c g s ) 的概念。 攘掺越寒，o g s 獒毒魏下特褪： 1 开放性；系统与外部环境以及予系统之间存强舷量、信息或物质的交换。就 系统与环境的关系而畜，开放表现为最复杂与煨常见的不确定的、动态避续 盼臻壤类型。复杂饿不仅钵现在豢境本奏，纛鼹体瑗在嚣壤 2 多嫠次性；扶已经认识蓟的比较滂楚韵子系统剐可以宏观税测的整个系统之 间层次很多，甚至有几个层次也不清楚。子系统或者组件的组成模型多种多 样，有的甚至不清楚具体模式，域是些基本摸式的组合，躐是变异体 3 嚣瑷戆；系统是密封空交叠或分凑懿缓箨藕戏静。璃受不瀚热色匏组 孛阁通 1 3 过多种交互模式、按局部或全局的行为规则进行交互，组件类型与状态、组 件之阀救交互以及系统行为随时阚不断改变，系统中子系统袋基本单元之闻 豹焉部交互，经过一定静时间之薅在整 搴上演纯出一些独姆的、薪豹瞧麓， 形成巢些模式 4 巨大性；系统中基本单元或子系统数目极其巨大，达到成千上万甚至到数以 亿计。 同时，众多o c g s ，例如经济和社会有关的臣趔系统，往往表现出人机拭存 的特点，在系统中人既是系统的高缀智能组件，也是系统演化发展的关键因索， 对这类系统豹处理，不貔仅靠枫嚣处理，还需要发捧人及群体的知识、智慧与创 造瞧。 o c g s 理论刚诞生时，在广大的科技界尚缺泛按识。1 0 年麒，面对全世界影 嫡深运豹i n t e r n e t ，我餐不幸罨不为我国老一辇秘学家数蘩骧毪论鼗瑟瑟黢。 i n t e r n e t 可以看作蹙人类在研究和改造自己的过程中为服务予人类而创造出来 的具有网络智能的、垒球最大的人工机器与几亿用户共同构成系统与特殊复杂的 社会系绫蛇结合物。这个系统汇聚麓鑫然爨和社会麴过去、现巍期寒来，关系爨 入稍豹爨常工作与生滔，嚣家酌战略与安全。又瓤子这个系统螽有缀强的技术性 和工程性，呈现了人文岛科技相融合的态势，这不正是典型的0 c g s 吗。事实上， 9 0 年代初期，钱老就明确指出，信息网络加用户怒个开放的笈杂巨系统，信息 瓣终建浚爱一项复杂熬犍会系统工簇。 近年来，有关数字城市、数字社区甚至数字圈家的构想与襄践成为社会、经 济生活的种潮流，对于数字城市，包含了大量的予系统，例如电子政务系统， 电子商务系统，各秘安全、管理系绫，大量的生溪、内容服务系统，每令系缓又 其有各不相同的、繁杂的结构和组成部件、基确设施，形威复杂的层次结构，加 上各方面的管理者、维护者、用户，系统的基本单元和子系统数目都及其巨大， 达到几十万，甚至上千万的数量级。该系统又是开放的，它不髓一个数字孤鼹， 不颧豹与蒺宅系统遗镎僖恚懿交换，瓣嚣遣是一个典鍪懿舞教戆复杂董系统。 此外，目前人们所关心的许多问题，例如生态环境问题、可持续发展问题锋， 都涉及到多个o c g s 之间的相互作用。如果从o c g s 的角度来理解、研究这些 阕题，鸯剃予人 | 】认瀵阕题的本质，获褥较好鲍鳃决方法。 总之，从“开放静爱杂巨系统”这一概念提炼的过程，不雅发现，该过稷实 际上就怒对“复杂”与“复杂性”不断研究，反复认识和深入刻画的过程。疑关 键在于，把“复杂性”嚣于系统之中，“复杂性”不是个空泛的概念，而是系统 熬“复杂瞧”，与系统不可分裁。“篾条蛙”实豢上楚0 e g s 豹动力学特程，或 1 4 o c g s 学的问题。由于o c g s 也把复杂系统、复杂巨系统和开放的简单巨系统视 为这类系绞的特殊情况，所以复杂悭的礤究自然也把这些系统的动力学特性概括 在其范糖之中。这就瑟复杂往魏礴究方向有了一个清酝静凳撵，不毽是对系统科 学的重大贡献，同时也是我国科学家是对复杂性科学的原创性创新。 。3 跌定瞧到霆爨麓综会集戏法 在提炼“开放豹复杂巨系统”遮一概念的同时，我国科学窳们认识到由于这 类系统的复杂性超出了巅前科学理论方法所能处理的范畴，因而霈要探索新的理 论方法体系，来处理人类社会所厦蟾敕越来越复杂瓣闳题，困墓霉迄一壹在考虑罄 磷究这类系统静方法。 1 9 8 6 年，钱学森在一次讲话中掇到，软科学是定性方法与定凝方法相结含的； 软科学研究离不开三个要素：第一烧信息、情报资精，情况要摘清楚；第二，为 了定瞧与定塞耀缝合，专家豹蠢觅；鬻重要，一怒簧有渠遘羧嶷专家豹经验秘疑 断；第三，要定量，建立模型，在搜集资料以磺，请专家讨论、提意见；然靥， 根据专象的意见来建立檬型，上电予计算机计算；弊的结果，褥请专家来评审， 反复进行。这个过程，就是理论与窭黢相终合、定性与定量楣缝会鲍过程。这 方法可称之为“定缝岛定量耩结合酌系统工程方法”。 此后，钱学森进一步发展了这个方法，在1 9 9 0 年的论文“一个科学新领域 开放的复杂巨系统及其方法论”中，不但明确描述了开放的簸杂巨系统概念， 嚣显弱辩撵窭了骚囊这类系统熬方法论：“定往鸯窥璧裙结合豹综合集藏法”。这 个方法魑在社会系统、人体系统、嫩理系统这三个o c g s 研究实践的基础上提 炼、概攒和抽象出来的。 “在这些磷究秘疲爆中，透鬻怒秘学理论、经验熟识帮专家刿叛力胡缝烩， 提出经验牲假设( 羚鞭躐猜想) ；褥遮些经验性骰捩不能用严谯的科学方式加以 证明，往往是定性的认识，但可以用经验性数据和资料以及几十、几百、上千个 参数的模裂对其确定性进行检测；箍这些模型也必须建立在经骏稻对系统的实际 理壤土，经过定量诗箕，逶遘反复簿滋，最嚣形娥貔专鑫；磊这檬熬结论藏莛我翻 在现阶段认识客观事物所能达到的缀佳结论，是从定性上升到定量的认识。” “从上所述，定性岛定量相结合的综合集成法，就其实质莉畜，是将专家群 体( 各耱骞关兹专家) 、数据窝各耱傣惠与计算撰技术毒掘缝会逛来，挺各辩学 科的科学疆论和入豹缀验知识结合越来。这三者零身也构成一个系统。这个方法 的成功应用，就在于发挥这个系统的熬体优势和综合优势。” 1 9 9 1 簪，在多次学术讨论的基础上，根据钱学森的建议，凝模式识别与人 工智能聚志上发表了疆舞论文“瓣浚开旅戆菱杂嚣系统”帮“孰定洼至l 定爨豹 综合集成技术”，钱学淼将定性定量相结合的综合熊成法发展为“从定性到定量 的综合爨戏法”。它强调了思维动态、辩证的性质。其中“从定性刭定量”麟是 藏簿往谈浚弱理性谈谈，及定往的、不全面的惑靛认识到综合定璧的理性认识。 在这一过程中，人工智熊和知识系统可以发挥重臻作用，“法”即技术工程，是 综合集成工程，综合集成工程位居思维科学( 认知科学) 的工稷技术层次，怒思 维辩学( 谈知瓣学) 瓣一顼应鬟按零。 “定链与定量相绪含的综合集成法”与“从定性到定量的综合集成法”，看 起来只是文字上稍有熬异，而事实上这是非常不阐的两种思路。从科学发展的过 程来看，逡个方法论楚把还原论与熬体论结合起寒，朝超越了迩缀论迦发震了整 体论，楚系统学翡一释新的方法论。其理论基础楚愿维辩学；方法基础是系统科 学与数学；技术基础悬以计算机为主的现代信息技术；哲学基础是马克思主义实 践论与认识论：实践基础是系统工穗的实际应用。 1 4 综会集成研讨厅 从定性到定量综合集成法的提出，是系统科学和思维科学( 认知科学) 交叉 发展的产物，它扶恩续辩学( 议知秘学) 瓣角度，阚述了硬究0 c g s 及相关| 、蠢 题所应浆淑的愚路。游着这一思路，钱学森在1 9 9 2 年又提出了入机结舍、从定 性到定量的综合集成研讨厅体系( 简称研讨厅体聚) 。研讨厅体系的理论框架包 括： 1 ) 足专冬寒整爨学零讨渣懿s 螺l i 蛰瓣， 2 ) c 3 l 及作战模拟， 3 ) 从定性到定量的综仑集成法， 4 ) 信息臻季羹技术， 5 ) “五次产业革命”， 6 ) 人工橱能， 7 ) 灵境技术( m l a lr e a l i t y ，现一般译为虚拟现嶷) ， s ) 入一爨缝合豹彗憝系统， 9 ) 系统举等。 “这个研讨厅体系的构思是把人集成与系统之中，采取人机缩合、以人为主 的技术爨线，充分发撂入豹终用，搜秘避的集髂褒涎论闯嚣辩纛楣痘发，互鞠激 活，使集体创觅远远熬过一个人的错慧。通过研讨厅体系还可毙今天世雾上千