复杂适应系统理论

1、移动改变生活移动改变生活目 录涌现 圣塔菲的核心理念之一CAS理论基本观点和核心思想CAS建模和回声模型基于主体的适应性刻画CAS理论总结复杂适应系统理论工程系统理工程系统理论（控制论、论（控制论、运筹学）运筹学）自组织理自组织理（耗散、协同学、（耗散、协同学、超循环论）超循环论）突变论、混沌突变论、混沌论、非线性动论、非线性动力学等系统论力学等系统论圣塔菲学派圣塔菲学派复杂适应系统复杂适应系统理论理论一 涌 现1.1 涌现的特性l什么是涌现，霍兰德观点代表了当时的共识：“像涌现这么复杂的问题，不可能只是服从一种简单的定义，我也无法提供这样的定义。”l按照圣塔菲学着的见解，涌现现象至少具有以下

2、特性：1.涌现的普遍性；2.涌现的系统性；3.涌现的恒新性；l如何研究涌现，CAS理论对你研究涌现由何启示？2.1.1 圣塔菲学派对复杂性的研究2.1 CAS理论核心思想适应产生复杂性盖尔曼J.J.卡斯蒂霍兰复杂性从何而来？ 都与系统的层次结构相联系； 把系统的复杂性和系统的规模联系起来； 强调非线性的作用；相同点 （钱理论）系统的动态性； （钱理论）系统的过程性和阶段性； （圣塔菲）适应性产生复杂性 （圣塔菲）从演化的角度探寻简单和复杂的关系不同点圣塔菲学派和钱学森关于复杂性阐释的比较 圣塔菲学派把系统分为非适应性和适应性两类，而适应性又分为（自动恒温器）和（社会、经济、自然界、地球生态）。

3、2.1.2 2.1.2 复杂适应系统的共同特征复杂适应系统的共同特征 有大量的不同组分聚集而成，组分之间存在广泛的相互作用，能够在环境中学习，积累经验，通过改进自身行为规则而适应复杂多变的环境，从而在整体上表现出运行的协调性和行为模式的持续性。2.1.3 2.1.3 适应性产生复杂性的内涵适应性产生复杂性的内涵 CAS理论强调子系统具有目的性和主动性，把个体的“适应性”作为系统必不可少的条件，并由此涌现出具有更强适应性的新层次的主体。特别是“主动适应性”，是系统整体涌现的根本原因。这也就是“适应性造就复杂性”的根本含义。2.1 CAS理论核心思想适应产生复杂性2.1.42.1.4 复杂适应系统

4、的核心思想复杂适应系统的核心思想“我们把系统中的成员称为具有适应性的主体(Adaptive Agent)，简称为主体。所谓具有适应性，就是指它能够与环境以及其它主体进行交互作用。主体在这种持续不断的交互作用的过程中，不断地“学习”或“积累经验”，并且根据学到的经验改变自身的结构和行为方式。整个宏观系统的演变或进化，包括新层次的产生，分化和多样性的出现，新的、聚合而成的、更大的主体的出现等等，都是在这个基础上逐步派生出来的。”复杂适应系统的核心思想2.2.1 CAS理论的核心概念适应性主体或行为主体u为何在CAS系统中引入适应性主体的概念？ 2.2 CAS的基本概念控制理论系统最小组分是机械的或

5、电磁的元件，属于没有个性和主动性的实体，服从物理规律系统元素是物质或分子。虽然在不停的运动，但没有个性，没有对环境的适应性自组织理论复杂适应系统理论把元素当作适应性行动者，具有主动性和目的性，能够学习和积累经验，改变自身行为规则，环境适应能力CAS理论通过引入适应性行动者的概念，以行动者作为系统的元素，找到一条客服上述缺点的道路。2.2.2 适应性行动者的根本特点 具有主动性，能够感受环境，自我学习，主动的调整、改变自己，以便能动的适应环境。 例如：中枢神经系统的神经元，免疫系统的抗体，经济系统的公司2.2.3 从适应性行动者的角度定义复杂适应系统 大量具有主动性行动者在相互作用中，寻找和创建

6、能够相互适应并共同适应外部环境所需要的，由这样的行动者整合而成的系统，就是复杂适应系统。CAS生成的动力 从信息运作的角度来看，CAS的行为是一整套发达的信息运作，包括信息的获取、加工、压缩、提炼、传送、利用和消除等。按照盖尔曼的总结，研究CAS主要关注：（1）信息怎样以数据流的形式到达系统；（2）CAS如何寻找数据流中的规律性，如何把它们从一些偶然的特征中提取出来，并提炼成可调整的图示；（3）观察这些图示如何与附加信息相结合得出适用于现实世界的结果。这一整套操作如下图所示：2.3 CAS的运作机制结 果（现实世界）描述、预言、行动（现实世界） 现有资料 展 开 概述规律性并能给出预言的图示（

7、许多竞争者的图示之一） 规律的辨识与压缩过去的资料包括行为及其效果处理信息，总结研究，提炼内部模式反馈行动后果的信息，评价、改进内部模式把内部模式与实时信息结合，描述环境，预测未来采取行动，作用与现实世界收集信息，积累经验 特性机制多 CAS 是由适应性主体相互作用、共同演化并层层涌现出来的系统。霍兰围绕适应性主体这个最核心的概念提出了在复杂适应系统模型中应具备的七个基本特性。前四个是CAS 的通用特性, 它们将在适应和进化中发挥作用; 后三个是个体与环境进行交流时的机制和有关概念。2.4 CAS的基本特性A整个组织具有一个鲜明地目标，执行任务并生存下去B由大量相互作用的行为主体构成由大量相互

8、作用的行为主体构成C与包含其他复杂系统的主体环境相互作用与包含其他复杂系统的主体环境相互作用D发现，即通过反馈获取有关同环境作用的行为信息发现，即通过反馈获取有关同环境作用的行为信息E从反馈信息中提炼作为处理外部环境关系时的规则从反馈信息中提炼作为处理外部环境关系时的规则F观察行为带来的反应信息，调整行为适应环境观察行为带来的反应信息，调整行为适应环境G整个组织内部成员有自身的个体模式整个组织内部成员有自身的个体模式供应链涉及供应商、制造商、零售商、消费者等各类实体及相关的一系列业务活动，呈复杂的网络结构，因此供应链是一类典型的复杂系统。它具有以下特点：供应链复杂适应系统分析 刺激响应模型，适

9、应者行为遵循该模型所确定的规则； 一个探测器、一组规则、一个效应器构成一个执行系统； 引入适应度对规则的有效性做出评价； 经验基础上修改适应度的过程就是信用分派； 本质是能够向系统提供评价和比较规则的机制； 在已有规则的基础上如何发现新的规则 基于遗传算法机理，通过交换和突变等手段创立新的规则三 基于主体的适应性刻画 行动者在获得经验时如何改变系统行为方式，即适应者的行动能力，CAS理论通过和生物系统的类比并联系社会系统的经验来制定描述框架。具体归结为三个步骤：从信息运作角度看，就是把前面描述的理论框架转换为计算机模型，把系统运行转换为数据的抽取、组织、传送。由此，建立了回声模型。这是在系统中

10、主体模型的基础上，建立整个系统的宏观模型。一、位置和资源位置：具有一定的环境条件和资源条件。（城市、树林、湖泊）资源:可以向主体不断的提供所需要的物质和能量。（人力、银行、能源）二、回声模型的基本框架在这个基本模型中，主体具有最简单的功能寻找交换资源的其他主体，与其他资源进行交流，保存及加工资源。为此，主体要有三个基本部分：回声模型中的行动者如下图所以：四 从微观到宏观回声模型 吸取 c b b a a （资源来自位置和相互作用） 繁殖（当仓库存有生成标识副本的足够资源时）图：回声模型中的行动者图：回声模型中的行动者行动者aabaccb进攻标识 Tag防御标识 Tagaabbbbccc仓库他们

11、的功能包括：主动与其他主体接触，同时也与其他主体的接触进行应答，如果匹配成功则进行资源交流，在自己内部加工和存储资源，如果资源足够，则繁殖新的主体。在此基础上，我们整个回声模型就成为如下情况：整个系统包括若干位置；每个位置中有若干主体；主体之间进行交流，交流资源和信息。：用于主动的与其他主体联系和接触；用于其他主体与自己联系时决定应答与否；用于存储的加工资源。三、模型的局限层次结构是CAS的普遍特征。但是上述模型还不足以表现各种复杂层次结构的涌现方式，必须加以扩展，使得他能够模拟从逐渐演变为一个有组织的、复杂的聚集体的过程。这就要增强行动者的适应能力，扩充模型的机制。I.以往研究的系统是基于构成论的，CAS理论最大的特点是把，而非既成的，基于生成论来建立描述复杂性的概念框架；II.提出了概念，给复杂性的涌现建立普适的描述框架；III.从考察复杂适应系统的运作；IV.与分形论相比，CAS理论对