（电路与系统专业论文）金融市场的家族效应及结构化特征的实证研究[电路与系统专业优秀论文].pdf

摘要 摘要 诞生于上个世纪8 0 年代的复杂性科学，主要研究系统涌现整体功能大于部 分功能之和的特性。目前，复杂性科学的研究已经涉及到越来越多领域：金融 市场、生物医学工程、地质，网络等等。金融系统作为一个典型的复杂系统， 吸引了众多的学者前来研究。在过去的4 0 多年里，传统金融理论在描述价格波 动行为时与实际市场之间存在差距，研究学者们发现了众多与传统理论不相符 的“异常现象”，这些现象的发现已经动摇了在线性均衡框架下形成的金融理 论的基石有效市场假说。 本文从金融市场的统计特性出发，分析金融时间序列的波动特性和结构化 特征，揭示了金融市场中的潜在规律性，并从一个新的角度展示金融市场并不 完全有效。另外，通过对真实股市中若干股价时间序列的分析处理，发现股票 之间的局部超家族效应，从而为以后对金融市场的预警提供一定的帮助。论文 主要研究以下几个方面： 1 、成熟金融市场s & p 5 0 0 、n a s d a q ，d j i a 的股价时间序列只考虑趋势变 化的情况下分析其波动特性，发现这些成熟的金融市场，在特定的时间内每种 趋势变化出现的概率非常相似。 2 、基于波动特性的分析结果，在只考虑价格波动中出现上升和下跌两种情 况下( 忽略了持平的情况) ，对产生的二元符号序列进行自回归模型分析进行定 阶，利用有限阶的条件概率分析该二元符号序列，到得具有明显的结构化特征， 从一个新的角度验证了金融市场并不完全有效。同时对比了成熟的金融市场结 构化特征和新兴的金融市场结构化特征，得出它们投资行为的特点。 3 、首次将超家族的概念引入到金融市场中，通过金融时间序列品质因子和 信息熵推的计算，发现金融市场中确实存在局部超家族效应，并且发现在不同 的历史时期，品质因子或者稽会随着经济的变化而发生相应的变化，这样的结 果必然会为金融市场的预警产生一定的现实意义。 本文从对金融时间序列的分析中揭示和发现了一些的现象，这些现象不论 在理论上还是实际应用中都有比较大的作用和意义，金融市场是一个复杂的系 摘要 统，更多有意义的现象等待着我们的研究和发现 关键词：复杂性科学金融复杂性有效市场假说超家族效应信息熵品质因子 波动特性结构化特征 a b s t r a c t a b s t r a c t c o m p l e x i t ys c i e n c ew a sb o mi nt 1 1 e 19 8 0 s ，w h i c hi san e wi r i t e r d i s c i p l i n a r y s c i e n c ea n ds t u d yt h ew h o l ec h a r a c t e r i s t i c so ft h es y s t e ma n dd e m o n s t r a t et h ef 妇趣r e s ， w 1 1 i c ht h e 允n c t i o no ft h es y s t e mi sg r e a t e rt h a nt 1 1 ew h o l e 如n c t i o no fa 1 1p a r t so ft 1 1 e s y s t e m 。a tp r e s e n t ，m er e s e a r c ho fc o m p l e x i t ys c i e n c eh a si n v o l v e dm o r e 锄dm o r e a r e a s ：t h ef i n a l l c i a lm a r k e t s ，m eb i o n l e d i c a le n g i n e e r i n g ，g e o l o g y ，m en e t 、o r k ，a i l ds o o n a st h e 丘n a n c i a l m a r k e t sp l a ya 1 1i n c r e a s i n g l yi m p o r t a i l tm l ei ne c o n o 商c d e v e l o p m e n t ，m a n ys c h o l a r sh a sb e e na t t r a c t e dt os t u d yi nt h i sa r e a h o 、v e v e r ，m e t r a d i t i o n a l 行n a n c i a l t h e o r i e s ，、h j c hh a v ear e i g no ft h ep a s t4 0y e a r si 1 1d e s c 曲i n gt h e b e h a v i o r so fp r i c ef l u c t u a t i o n s ，a r ed i s c o v e r e dg r e a td i s t i n c t i o n 州t ht 王1 a to ft h cr e a l m a r k e t a1 a 唱ea m 伽mo f ”a b n o 肋a lp h e n o m e n a ”h a v eb e e nf o u l l ds i n c e19 8 0 s ， i n c o n s i s t e n tw i t ht h et l l a d i t i d n a lt h e o r i e s w h i c hh a v es h a k e nt h e 如n d 锄e n t a lo f f i n a n c i a lt h e o r i e sf o m e d 吼d e rm el i n e a ru i l i f b 册缸i i n e 1 h ee 伍c i e n tm 州t h y p o t h e s i s f r o mt h es t a t i s t i c a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h ef i m n c i a lm a r k e t s ，t 1 1 ev o l a t i l i t ) r c h a r a c t e r i s t i c sa n dt h es t m c n 】r alc h a r a c t e r i s t i c so fm et i m es e r i e so fm ef i n 觚c i a l m a r k e t sa r ea n a i y z e di nt h i sp a p e r ，w h i c hr e v e a lt h ep o t e n t i a ii a wo f 血ef l m a n c i a i m a r k e t sa n dd i s p l a ym a tt h ef i n a n c i a lm a r k e ti sn o t 向1 l ye 航c t i v e 舶man e w p e r s p e c t i v e i nt h eo t h e rh a f l d ，t h es u p e 加i l i e se 彘c ti s r e v e a 】e dt l 妁u 曲龇 a j l a l y s i so ft h ed i 仃e r e n ts t o c kp r i c e ，c h o s e nf r o mt h er e a lm a r l k e t t h es u p e 血m i l i e s e 丘e c tw i l lp r o v i d eas t r o n gs u p p o nt om ep r e w a m i l l go ft h ef i n a l l c i a lm 酞e t s a sa r e s u l t ，s e v e r a lp r o d u c t i o n so f9 0 0 dt h e o r e t i c a lv a l u e sa i l dp r a c t i c a lm e a l l i n g sa r ea s f o i l o w s t oa n a l y z et h ev o l a t i l i t yc h a r a c t e r i s t i c so ft h et i m es e r i e so ft h es & p5 0 0 ，m e n a s d a q ，t h ed j i ao ft h em a t u r ef i n a n c i a lm a r k e t s ，o n l yc o n s i d e r i n gt h ec h a i l g i n g t r e n d s t h e nw ef i n dt h a tt h ep r o b a b i 王i t yo fe a c hc h a n g i n gt r e n d so fe a c hs t o c ka r e v e d ，s i m i l a ra tt h es a m et i m ei nt h e s em a t u r ef i n a l l c i a lm a r k e t s b a s e d0 nt h er e s u l t so fa n 出y s i so fv d j a t m t yc h a r a c t e r i s t i c s ，o n l yc o n s j d 嘶n g 也e i i l a b s t r a c t r i s ea n df a l lc i r c u m s t a n c e so f 两c en u c t u a t i o n s ( i g i l o r e du n b i a s e d ) ，t h ec h a n g i n g t r e n d so fb i n a r ys e q u e n c e sa r ea n a l y z e dw i t ht h ea u t o r e 酽e s s i v em o d e l - w eo b t a j n t h el i n e a rm o d e lc h a r a c t e r i s t i c s a n dt h r o u 曲al i m i t e do r d e ro fc o n d i t i o n a l p r o b a b m t ya n a l y s i s o ft h eb i n a 巧s e q u e n c e s ，t h es t o c ki n d e x1 1 a sar e m a r k a b l e s t m c t u r a lf e a t u r e t h i sa n i c l ei sf r o man e wp e r s p e c t i v et 0r e v e a lt h a tt h ef i n a n c i a l m a r k e ti sn o tc o m p i e t e l ye n e c t i v e ，a j l db yc o m p a r i n gm es t 九l c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c so f t h es t o c ki n d e xo ft h e d e v e l o p i n ga n dd e v e l o p e dm a r k e t ， w ef i n dt h a tt h e c h a r a c t e r i s t i c so fn l e i ri n v e s t m e n tb e h a v i o r t h o u 曲t h ec a l c u l a t i o no ft h eq u a l i t yf a c t o ra 1 1 dt h ei n f b 啪a t i o ne n t r o p ygv a l u e o ft h et i m es e r i e so ft h e 矗n a n c i a lm a r k e t s ，w ef i r s t l yi n t r o d u c et h ec o n c e p to ft h e s u p e r f a m i l i e se 仃e c tt ot h ef i n a n c i a im a r k e t sa n df i n d t h a tt h ef i n a n c i a lm a r k e t sd o e x i s ti nt h el o c a ls u p e r f a m i l i e se f j f e c t i nt h ed i f r e r e n th i s t o r i c a lp e r i o d s ，t i l eq u a l i t ) ， f a c t o ra n dgv a l u e sw i l lc h a n g ea st h ee c o n o m ya n dm ec o r r e s p o n d i n gc h a n g e s t h e s u p e r l a m i l i e se f f e c tw i l lp r o v i d eas t r o n gs u p p o r tt ot h ep r e - w a n l i n go ft 1 1 ef - m a n c i a l m a r k e t s w er e v e a la n dd i s c o v e rs o m ep h e n o m e n ao ft h et i m es e r i e sa 1 1 a l y s i so ft h e f i n a n c i a lm a r k e t si nt h i sp a p e r ，w h i c ha r eq u i t er o l ea n ds i g l l i f i c a l l c eb o t hi nm e o r y a n dp r a c t i c a la p p l i c a t i o n t h ef l n a n c i a lm a r k e ti sac o m p l e xs y s t e m ，w h o s em o r e m e a n i n g 如lp h e n o m e n a a r ew a i t i n gf o ro u rr e s e a r c ha n dd i s c o v e 移 k e yw o r d s ：c o m p l e x i t ys c i e n c e ，f i n a l l c i a lc o m p l e x i 吼 e f f i c i e n tm a r k e t h y p o t h e s i s ，s u p e r f 砌i l i e se 脏c t ， i n f 0 衄a t i o ne n t r o p y ，q u a i i t yf a c t o r v 0 i a t i i i t ) r c h a r a c t e “s t i c s s t r u c t u r a lf e a t u r e i v 中国科学技术大学学位论文原创性和授权使用声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作 所取得的成果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任 何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究 所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。 本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学 校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 作者签名： 年月日 第一章绪论 1 。1 复杂性科学 第一章绪论 随着科学技术的飞速发展和社会的不断进步，越来越多的复杂事物和现象 进入人们的视野，例如生态、环境、可持续发展等社会经济问题。学者和决策 者们采用传统的理论、技术和方法处理这些问题时，遇到许多根本性的困难。 其中重要的一点在于：近代科学学科划分过细，从而模糊了人们对事物总体性、 全局性的认识。德国著名物理学家普朗克( p i a i l c k ) 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。实际上存在从物理学到化学、从生物学和人类学到社会学的连续链条，这 是任何一处都不能被打断的链条。” 面对这一现状，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“链条”。正是在这样的背景下，复杂性科学开始孕育、萌芽，并 快速发展。如今，复杂性科学研究方兴未艾，被誉为“2 1 世纪的科学”。 1 1 。1 复杂性科学的起源 复杂性科学是系统科学发展的新阶段。在对系统科学的研究中，人们认识到 系统大于其组成部分之和，系统具有层次结构和功能结构，系统不断发展变化， 不断与环境做物质、能量和信息的交换，系统在远离平衡的情况下也可以稳定 ( 耗散结构) ，确定性的系统可以表现出随机的行为( 混沌) ，而随机性的系统也 可以表现出确定的行为( 突现) 。这些发现对传统的以还原论为代表的研究方法 造成了巨大的冲击。复杂性和复杂系统就是在这种背景下提出来的。 复杂性科学的起源地是维也纳。1 9 2 8 年贝塔朗菲( b e r t a i a n 厨) 完成了描述生 物有机体系统的毕业论文。在此之前的若干年，怀特海( a l 能dn o 砒w 1 1 i t e h e a d ) 在科学和现代世界上以“有机体的哲学”文，描述了相类似的见解，自 此以后的2 0 年，在这方面做出重要贡献的人及其著作有：马卡洛兹( m c c u l l o c h ) 和匹兹( p i n s ) 的神经网络、冯诺依曼( v o nn e 啪a r u l ) 的元胞自动机和复杂性 以及维纳( w e i n e r ) 的控制论。到了5 0 年代以后，普利高津( p r i g a g i n e ) 的耗散结 】 第一章绪论 构以及哈肯( h a k e n ) 的协同学对复杂性科学的研究都做出了重要的贡献( 戴汝 为，1 9 9 7 ) 。到了7 0 年代，关于复杂系统的理论又有了新的发展：混沌( c h a o s ) 、 孤立子( s 0 1 i t o nt h e o r v ) 和曼得布洛特( m a n d e l b r o t ) 的分形( f r a c t a l ) ，这些都从不 同的角度丰富了复杂系统的内涵。从9 0 年代开始，人们开始真正研究“什么是 复杂系统 以及“如何度量复杂系统 等问题，人工智能的手段( 神经网络、 演化计算) 也被引入到其中。特别值得一提的是美国新墨西哥州的圣塔菲研究 所( s a n t af ii n s i t u t e ，s f i ) ，他们主要采用计算机仿真的方法，致力于复杂性科学 的各种有关部分工作，使复杂性科学的研究进入一个新的阶段。 1 1 2 复杂性科学在国内外的研究现状 国外关于复杂性的研究，很早的时候就己经开始了。人工智能与认知心理学 研究的先驱、中科院外籍院士、诺贝尔经济学奖获得者司马贺( s i m o n ) 于1 9 6 9 年首次出版人工科学一书。该书的最后一章题目为“复杂性的构造 ，作 者谈到：“在科学和工程中，对系统的研究的活动越来越受到欢迎。它受欢迎的 原因，与其说是适应了处理复杂性的知识体系与技术体系的任何大发展的需要， 还不如说是它适应了对复杂性进行综合和分析的迫切需要”。 第一次世界大战后、爆发了对复杂性科学的早期研究，所用的题目是：整体 论( h 0 1 i s m ) ，创造性进化( c r e a t i v e e v o l u t i o n ) ；在第二次世界大战后所出现的题目： 信息( i n f o m a t i o n ) ，控制论( c y b e m e t i c s ) ，一般反馈系统( g e n e t a lf e e d b a c k s v s t e m ) ；近年来爆发了复杂性研究的第三次热湖，主要题目是：突变理论 ( c a t a s t r o p h et h e o 巧) 、复杂性和混沌( c o m p l e x i t ) ra n dc h a o s ) 、复杂性和演化 ( c o m p i e x i t ya n de v 0 1 u t i o n ) 、遗传算法( g e n e t i ca l g 撕t h m s ) 、元胞自动机( c e l l u l a r a u t o m a t a ) 、人工生命( a i t i f i c i a l “f e ) 和开放复杂巨系统( o p e nc o m p l e xg i a n t s y s t e m s ) 等等。与复杂性研究密切相关的若干课题可归纳如下： 1 、整体论与还原论 2 、控制论与一般系统论 3 、复杂性方面当前的兴趣 4 、复杂性与混沌 5 、在突变和混沌世界中的合理性 6 、复杂性与进化 2 第一章绪论 7 、遗传算法 8 、元胞自动机和生命游戏 以上是1 9 9 6 年司马贺教授所做的归纳。 圣塔菲研究所是由三位诺贝尔奖获得者于1 9 8 4 年成立的，他们分别是夸克 理论创建者盖尔曼( g e l l m a n n ) ，凝聚态物理学家安德森( a n d e r s o n ) 、物理经 济学家阿罗( 如w ) 。集中了一批不同领域、不同学科的青年科学家，开展跨 学科、跨领域的研究，他们称作复杂性研究，这里既有自然界复杂性，也有人 类社会以及人自身的复杂性。并提出了复杂适应系统的概念，如生命系统、免 疫系统、生态系统、人脑系统、经济系统等。1 9 9 2 年，沃德罗普( w a l d r o p ) 出 版了c o m p l e x i t ) 卜一t h ee m e r g i n gs c i e n c e a tt h ee d g eo fo r d e ra i l dc h a o s 。作 者在这本书中描述了美国圣塔菲研究所关于复杂性的研究情况。圣塔菲的成立 成为复杂性科学研究的一个新的里程碑。圣塔菲研究所是现在最有影响力的复 杂科学研究学派之一，它每年在世界各地举办一次圣塔菲研究所的暑期学校， 向世界各地的从事复杂性研究的优秀研究生宣传他们的工作，同时所有学生也 在会议上汇报他们的研究方向和想法。 除了圣塔菲研究所之外，还有很多学者在进行复杂性和复杂系统方面的研 究。现在全世界对复杂系统的研究过程中已经形成了很多学派，仅在美国，就 已经形成了5 个学派：系统动力学学派、适应性系统学派、混沌学派、结构基础 学派、暖味学派。 在我国，关于复杂性的研究是系统科学的研究发展起来的。1 9 8 1 年我国著 名科学家、中科院院士钱学森提出了三个崭新的科学技术大部门：系统科学、思 维科学和人体科学。1 9 9 0 年自然杂志第一期发表了钱学森、于景元、戴汝 为三人署名的一篇论文“一个科学新领域开放的复杂巨系统及其方法论 ， 第一次提出了开放复杂巨系统的概念。并从2 0 世纪8 0 年代到9 0 年代先后提出了 具体研究复杂性与复杂系统的方法：“从定性到定量综合集成方法 以及“从定 性到定量综合继承研讨厅体系”，并把运用这套方法的集体称为总体设计部。 1 9 9 1 年1 月，在中科院张焘等同志的倡议下，并得到一些老科学家的热情支 持，由院长周光召主持，举行过一次“复杂性科学学术讨论会”。之后又召开 过多次主题为复杂性的“香山会议 。2 0 0 1 年6 月在中国矿业大学举行了“首届 全国管理复杂性研讨会 ，2 0 0 2 年8 月在上海交通大学召开了“全国第二届复杂 性科学学术讨论会，。这几次会议对推动国内关于复杂性科学的研究起到了 3 第一章绪论 积极作用。 近年来，复杂性科学的研究己经吸引了国内不同领域、不同学科的专家开 展跨领域、跨学科的研究工作。大到经济系统、生物系统，小到军事系统、电 力系统等等均已成为人们重要的研究对象。复杂性的研究报告已经占据了很多 学科会议的一席之地。从2 0 0 4 年起，圣塔菲研究所除了在每年在国外举办一次 暑期学校之外，还特意在中国大陆开办一次暑期学校，吸引中国以及东南亚地 区的优秀研究生参加，由此可见，中国的复杂性研究已经引起世界的关注。 1 1 3 复杂性科学的研究意义 尽管复杂性科学的研究涉及到科学的方方面面，但是作为其研究对象的复杂 系统都有一些共同的特点，就是在其变化无常的活动背后，会呈现出某种捉摸 不定的秩序，其中演化、涌现、自组织、自适应、自相似被认为是复杂系统的 共同特征。简单地说，复杂系统般具有以下特征： 1 、复杂系统的各个组成部分之间相互联系，而且联系十分复杂。复杂系 统都是由许多子系统组成的，各子系统之间相互作用、相互影响，形成复杂的 关系网。 2 、复杂系统与环境之间不断地进行物质、能量、信息方面的交换。孤立 的系统是不会出现复杂性的。普利高津的耗散结构理论指出，外界能量的不断 输入是自组织结构出现的必要条件，而且自组织现象是复杂系统的重要标志之 一o 3 、在空间上，复杂系统具有宏观的稳定性和微观的不稳定性。比如人这 个复杂系统，人作为一个整体，是相对稳定的，但人体细胞不断地进行新陈代 谢，在六个月内，组成人的原子几乎会全部更新，所以从微观上来看，人这个 系统又是不稳定的。 4 、在时间上，复杂系统具有短期的不变性和长期的变化性。同样以人为 例子，如果观察时间以分钟、小时、天为单位，人这个复杂系统可以认为不变 的。但是以年、十年为单位来观察，人的身体会生长衰老，人的行为模式会因 学习积累而改变。从这个角度来看，人这个系统又是不断改变的。 5 、 复杂系统的行为既不是完全确定的，也不是完全随机的。即使由完全 确定性个体组成的系统也可以表现出随机的行为( 混沌) ，而由完全随机性个体 4 第一章绪论 组成的系统也可以表现出确定的行为( 突现) 。 研究复杂性科学就是研究复杂系统的上述特征，通过对上述特征的研究、了 解、利用、构造一个现实中的系统。 1 2 复杂性与复杂系统 复杂性寓于系统之中，是系统的复杂性。把复杂性和复杂系统结合起来， 也便于从系统科学的角度研究复杂性。 1 2 1 复杂性 复杂性研究的范围很广，几乎涉及到科学的方方面面、各个领域，是一门 新兴的学科。正是由于这门科学还处在萌芽阶段，对复杂性科学的研究又分别 从不同科学分支领域中各自发展起来，由于角度各异，所以各学科的研究者们 对复杂性的定义往往存在明显的分歧。由于科学界对复杂性科学的研究才刚刚 开始，导致对这个问题的答案可以说是众说纷纭。 下面罗列了当前科学界对复杂性定义的几种有代表性的观点： 圣塔菲研究所的科学家先后运用自组织、混沌、涌现、自适应复杂系统这 些概念来研究复杂性。他们认为“事实上，所有的复杂系统都有一种能力，能 使秩序和混沌达到某种特别的平衡，在这个我们称之为混沌边缘的平衡点 上，系统的组成分子从来不会真正锁定在一个位置上，但也从来不会分解开来， 融合在混沌之中。 “复杂、适应性、混沌边缘的骚动，这些一再出现的主题光芒四射，越来 越多的科学家相信，其中的奥妙不止于它们彼此之间的相似之处，而掀起这个 运动的神经中枢，是名叫圣塔菲研究院的智库。” 他们相信，圣塔菲研究所正在构架的理论是第一个能替代牛顿以来，主宰 科学的线性、还原论想法的严谨方案，而且这个方案能充分解释今日世界的种 种问题。 司马贺教授的看法是：复杂性是我们生活的世界，以及与其共栖的系统关键 特征。 著名科学家钱学森对复杂性的看法是：复杂性是开放的复杂巨系统的动力 5 第一章绪论 学特性。 法国学者莫兰( m o r i n ) 指出，“虽然自然科学曾经在出发点和制定的公设 上是完全决定论的，但是它现在已经发现了随机性和无序性，并企图吸收它们”。 而一旦“把有序和无序的概念联系起来，在它们的互补、竞争、对抗中 进行 思索，我们就会发现，恰恰就在人类的常识中蕴藏着通向复杂性的“玄机”。 莫兰基于他对事物“看三眼”甚至“看四眼 的观点，从“常识中发现诸多 通向复杂性的途径显然，这是产生于内在世界的复杂性。 1 2 2 复杂性与复杂系统 复杂适应系统( c o m p l e xa d a p t i v es y s t e m ，c a s ) 就是这类系统的结构能适应 环境的变化，调整自身结构，从而涌现出新功能。如生物体系统的演化。这里， 运用了混沌对初始边界条件的异常敏感性，通过自组织调整自身结构，导致系 统演化涌现。 系统科学是从事物的整体与部分，全局与局部以及层次关系的角度来研究 客观事物的( 包括自然的、社会的以及人自身) 。能反映事物整体与部分、局部 与全局以及层次关系的最重要的基本概念是系统。 复杂巨系统如生物系统、人体系统、人脑系统、地理系统、社会系统、星 系统等。社会系统是最复杂的系统了，又称作特殊复杂巨系统，这些系统又都 是开放地和外界环境有物质、能量和信息的交换，所以又称作开放的复杂巨系 统。一般可以从复杂系统的如下性质去理解复杂性 1 、层次性。复杂系统内部至少具有若干层次，组成系统的元素本身也是复 杂系统，形成“系统子系统子系统 的层层嵌套结构。系统层次的划 分有多种依据，如可根据组织形式将人体系统分成细胞组织器官 系统( 呼吸系统、消化系统等) 人体等层次，按空间尺度可将客观世界分为 渺观一一微观一一宏观宇观等层次 2 、整体性。整体大于各组成部分之和，具有完全不同于元素的性质。每个 层次发局部都不能说明整体，低层次的规律不能说明高层次的规律。整体性根 源于元素的非线性联系，要求在研究复杂系统时采用整体论方法，不能完全依 赖于经典科学所采用的分析还原方法。 3 、多样性。一是系统元素的多样性，不但处于不同层次的元素往往具有完 6 第一章绪论 全不同的结构、功能，同一层次的不同元素也有着差异程度不一的属性空间。 二是元素间联系方式的多样性，元素之间、不同层次的元素之间相互关联、相 互作用，作用的方式是多种多样。系统的多样性意味着某个元素载有的其他元 素的信息较少，给研究带来很大困难，是造成主观复杂性的重要因素多样性决 定人们在研究和描述复杂系统时必须从多个维度进行。 4 、开放性。所谓开放性是指系统边界与外部环境的相互作用。系统不断与 外界环境交换物质流、能量流、信息流，并最终向更好的适应环境的方向发展 变化。许多复杂系统的外部环境本身也是一个复杂系统。 5 ，动态演化。系统随时间而变化，经过系统内部以及系统与外部环境间的 相互作用，不断适应、调节，通过自组织作用，经过不同的阶段和不同的过程， 向更高级的有序化发展，涌现出独特的整体行为和特征。系统的演化是由底层 元素诱发，越低层的元素越活跃。当有少量元素变化时，系统整体不发生大的 变化，体现出鲁棒性。但当有大量元素改变行为时，系统稳定性被破坏，向另 一种状态演化。因此，系统演化具有阶段性，呈现出渐变与突变相交替的过程。 1 2 3 复杂性研究与科学方法论 1 9 9 5 年科学美国人杂志上的一篇文章“复杂性研究的发展趋势一从 复杂性到困惑”。作者霍根( h o r g a l l ) 对圣塔菲研究所的工作进行了综述和评 价，似乎复杂性研究陷入了困境，不知如何进行下去。实际上这里所涉及的实 质问题是方法论和方法问题。 既然还原论处理不了复杂性和复杂巨系统的问题，那么研究复杂性和复杂 巨系统的方法论和方法到底是什么? 这里先区分一下方法论和方法，方法论是 关于研究问题所遵循的途径和线路，在方法论指导下是具体方法问题。同样的 方法论的指导下方法也不一样，可能有多种方法，如果方法论部队，具体方法 再好，也解决不了根本问题。从近代科学到现代科学，还原论方法发挥了重要 的作用，在自然科学中取得了巨大成就。它所遵循的途径就是把事物分解成局 部或者低层次事物来研究，以为低层次或者局部事物弄清楚了，高层次或者整 体事物也就清楚了。如果低层次或者局部仍然不清楚，还可以继续分解下去， 直到把整个问题弄清楚为止。 物理学、化学、生物学基本上就是按照这种方法论发展起来的，取得了巨 第一章绪论 大的成就。按照这种方法，人类在物质结构上的研究已经达到了夸克层次，在 生物科学上也已经认识到了基因层次。科学的发展还可以继续这样走下去，还 会取得新的成就。 诺贝尔物理学奖获得者李政道在2 0 0 0 年“科学世界“的前沿热点话题卷首 语中写道“总结二十世纪物理学的发展，可以简单地说，它着重简化、归纳。 我们相信找到了最基本的粒子就会了解大物质的构造，这个方向使我们取得了 巨大的成功，可是，到了二十世纪中叶，我们发现不是光知道基本粒子就能够 完全了解整个宇宙，对称与不对称的矛盾，看不见的夸克、暗物质、类星体都 在基本粒子之外。我猜想二十一世纪的方向要整体统一，微观的基本粒子要和 宏观的真空构造，大型的量子态都结合起来，这些很可能是二十一世纪的研究 目标。 李政道先生在新世纪来临之际对科学发展方向的展望从一个侧面反映了目 前科学界所面临的问题，在方向上具有重大的科学意义。 现代科学技术的发展，向还原论提出了挑战，圣塔菲研究所的科学家也认 识到还原论方法处理不了复杂性的我呢提，才提出复杂性研究。盖尔曼曾经说 过：“对高度复杂的非线性系统，系统整体行为并不是简单的与部分行为相联 系，要有勇气广泛地从各个方面关注整体的状况，而不是个别方面的细节 。 安德森也讲“将一切事物还原成简单的基本规律的能力，并不意味着我们有能 力从这些规律来重新宇宙，当面对尺度和复杂性的双重困难时，构筑论假设就 破坏了。大量复杂的基本粒子的集体，并不等于几个粒子性质的简单外推 。 一般系统论的提出，是想从整体上研究问题，所以我们称其为整体论方法， 但限于当时的科学技术水平，整体论方法并没有真正发展起来。 著名科学家钱学森，在2 0 世纪8 0 年代曾明确提出“凡现在不能用还原论 方法处理的，或者不宜用还原论方法处理的问题，而要用新的科学方法处理的 问题，都是复杂性问题，复杂巨系统就是这类问题”。 科学发展方向上，复杂性研究体现了现代科学技术发展的综合性、整体性 的趋势。 2 0 世纪3 0 年代，普朗克讲了段颇具哲理的话“科学是内在的整体，它被分 解为单独的个体，不是取决于事物本身，而是取决于人类认识能力的局限性， 实际上存在着从物理到化学，通过生物学和人类学到社会学的连续链条，这是 任何一处都不能打断的链条 。 8 第一章绪论 盖尔曼在夸克与美洲豹简单性与复杂性的奇遇一书中也说“研究 已表面，物理学、生物学、行为科学，甚至艺术和人类学，都可以用一种新的 途径把它们联系在一起，有些事实和想法初看起来风马牛不相及，但新的方法 却很容易使他们发生关联”。 1 3 经济复杂性金融市场的研究 在经济领域存在着大量内部蕴涵复杂性现象的系统，典型的如交易市场和 股市等。以股市为例，其中包含为数众多的股民、机构、上市公司以及管理者， 他们在股市中扮演不同的角色，起着不同的作用。单就某个个体而言，他的参 与目的、投资策略、思维方式往往并不复杂，也比较容易分析：但是在这些众多 的股市参与者的共同作用下，股票市场从整体上呈现了与单个参与者完全不同 的性状。我们不可能从个体入手，将个体的特征、性质累加组合得到股市整体 的特征和性质。股票市场作为市场经济下主要的资本资源流通控制工具，在宏 观经济中占有重要的作用。它具有复杂系统的几个特点： 开放性：股票市场在现代经济中处于枢纽地位，处于复杂的环境当中，受到 各种外部环境的影响。系统本身及其子系统与周围的环境之间有各种各样及其 复杂的交换。 复杂性：在股票市场这个大系统中有大量的子系统而且种类繁多，各子系统 之间有交互作用。子系统内部还存在着大量的各个不同的个体，系统内部个体 之间、不同系统内部的个体之间也存在复杂的相互影响。如此种种就形成了股 市内部的错综复杂的关系。 层次性：从己经认识得比较清楚的子系统到可以宏观观测的整个系统之间 层次很多，甚至有多少层次也不清楚。股市的整体运行趋势千变万化，绝非通 过研究个体行为并简单相加可以解释的，近年来的研究表明在股市中存在着典 型的混沌、分形等非线性现象，其中包含着明显的复杂性。因此股市作为一个 有代表意义的经济系统，被公认为是一个复杂系统。本文就是以股票市场作为 研究复杂系统的依托，研究金融复杂系统的复杂性特征及其演化特性。 9 第一章绪论 1 3 1 演化经济学 长期以来，新古典经济学一直占据着西方经济学界的主流地位，2 0 世纪7 0 年代以来，西方经济学界在经济理论上开始陷入持久的危机，而这场危机的主 体正是新古典经济学。许多经济分析与预测、解释、评价或界定经济变化过程 有关。因此可以认为。评价一个经济学理论是否适当应当主要由它对如下这些 现象的说明来评定，例如企业和整个行业对市场情况的外生变化的反应，或者 说它怎样说明创新的来源和结果。新古典理论倾向于以特定的方式论述第一个 问题，而忽视或机械地论述第二个问题。新古典经济学理论受缚于其利润最大 化和均衡这些经典假设，下面作出具体的说明。 第一，在说明行为和事件的特点时缺乏描述上的现实主义。正统理论顽强 地固守它的极端的抽象，迫使经济学与对它能有很大价值的信息来源和真知灼 见。 第二，还原论。新古典经济学遵循经典科学之方法，把复杂的经济整体还 原为部分之和，以至于长期以来，新古典经济学不存在一个宏观经济分析结构。 第三，决定论哲学观。新古典理论通过给定参数的结构( 给定偏好、技术和 制度) ，通过系统各部分之间可描述的关系，排除了随机和偶然因素，以一种决 定论的过程对随机的经济过程加以处理。面对着不确定性和变化这些事实，它 把巨大的解释力量归结偏好和主观概率的精细的、假设的结构。随着复杂系统 研究的开展，以及一系列跨越学科之间界线的学术交流活动的开展，生物学和 物理学等自然科学的革命性进展也给经济系统研究带来了新的思想，并促进了 新的经济理论的兴起，新的经济学科演化经济学( e v 0 1 u t i o n a 巧e c o n o m i c s ) 在2 0 世纪8 0 年代诞生了，它的诞生标志了经济学理论发展崭新的阶段。演化经 济学是一门借鉴生物进化的思想方法和自然科学多领域的研究成果，研究经济 现象和行为演变规律的学科。它将技术变迁看作众多经济现象背后的根本力量， 以技术变迁和制度创新为核心研究对象，以动态的、演化的理念来分析和理解 经济系统的运行与发展。演化经济学是2 0 世纪8 0 年代以来现代西方经济学创新 的一个重要理论分支，演化经济学己成为当今国外经济学界最热门、最前沿的 研究领域其实，演化思想早就存在于经济理论之中，但演化经济学作为一个独 立的理论分支的出现应归功于熊彼特( s c h u m p e t e r ) 对创新过程的研究。熊彼特的 经济发展理论把创新看作是经济变化过程的实质，强调了非均衡和质变，认为 1 0 第一章绪论 资本主义在本质上是一种动态演进的过程。借用生物学，他把不断地从内部彻 底变革经济结构，不断地毁灭旧产业、创造新产业称作“产业突变”，认为这 种创造性毁灭过程是资本主义的基本事实，这种观点非常类似于生物学中古尔 德( g o u l d ) 等“间断均衡”的生物进化理论。熊彼特经济发展的质变可以是渐近 的，也可以是非连续的。与马绍尔( m a r s h a l l ) 不同，熊彼特认为，自然界确实 能发生飞跃，非连续的质变导致系统形态发生整体的转变。演化经济学思想的 真正形成应归功于纳尔逊( n e l s o n ) 和温特( w i n t e r ) 。纳尔逊和温特合作并由美国 哈佛大学出版社于1 9 8 2 年出版的经典著作经济变迁的演化理论是演化经济 学形成的一个重要标志。 从纳尔逊和温特的那本著作发表以来，大量的经济学家致力于演化经济理 论的研究。多西( d o s i ) ，费里曼( f r e e m a l l ) ，纳尔逊等人就各自的研究主题和 研究方法出版了关于演化理论的论文和专著。经济演化理论的最终确立是自然 科学革命性进展的结果。 演化经济理论的涵义首先是指从生物学那里借用了基本的思想经济的 “自然选择”思想，而“组织遗传学”的某些演化经济理论大量借喻了生物进 化论中的一些概念和思想，在经济学中，和生物系统一样，演化主要是两种机 制推动的，一个是创新机制，通过系统的创新产生多样化；一个是选择机制， 即在这些多样化中进行系统筛选。创新体现在惯例中，并与激发惯例变化的机 制相关联。选择机制是指，经济系统的制度背景( 更一般的基本运行环境) 会有 利于某些惯例，而不利于另一些惯例，因此，选择将改变习惯的扩散以及个人。 总之，演化经济学的主要议题是解释经济变迁，它把经济看成一个演化的复杂 系统，该系统是开放的，系统演化的结果是难以预测的，影响系统演化的基本 因素包括：系统内部成员之间的差异性和易变性。系统的选择机制，这个选择 机制受到内部压力和外部环境的影响。 演化经济理论分析框架具有如下三个特征：第一，理论分析表述为一个动 态的演化过程，研究某一变化着的系统的运行，或解释某一系统为何及如何到 达目前这一状态。第二，理论解释既包括随机性又具有系统筛选机制，系统的 演化结果既有一定的不确定性，在很大程度上又是带有因果性的。第三，通过 系统筛选机制生存下来的特征具有一定的规律性，因而很多变量( 特征) 在相对 较长的时间内有着一个非常清楚的轨迹或模式和组织的行为方式。2 0 世纪9 0 年 代以来，演化经济学理论在有关技术创新的研究领域得到了广泛应用。学者们 第一章绪论 针对学习、模仿等技术扩散过程，经验的渐进积累过程以及学习模式等问题构 建了演化模型，并由此建立了从微观范畴到宏观领域的技术创新理论；此外， 演化经济理论在社会规则和制度的起源与变化、经济演化过程中路径依赖现象、 技术的变化及其对人口和社会福利的影响、经济行为主体的行为动机及其理解 等几个方面的研究也从