非平衡系统、复杂适应性系统与开放的复杂巨系统探讨

北京师范大学姜璐教授等认为，目前研究较多，有了较多的规范方法，已经取得一定成就的有3类复杂系统：非平衡系统、复杂适应性系统、开放的复杂巨系统。这3类系统都包含了大量的子系统，子系统在组成系统时，系统整体都会涌现出新的性质。人们对这3类系统的研究结果，体现了人们在子系统构成系统的层次关系上对复杂性的研究结果。

（1）非平衡系统。非平衡系统多指由无生命的子系统所组成的系统，每一个子系统非常简单，多是分子、原子、离子等，子系统之间的相互作用一般也比较简单。人们采取远离平衡的自组织理论（耗散结构论、协同学等）来讨论系统的演化。自组织理论是以物理学中的统计物理为基础发展起来的，它要求系统满足统计物理的各态历经、局域平衡等基本假设。自组织理论讨论系统在远离平衡的开放的条件下，当系统内子系统之间的非线性相互作用达到某一阈值时，各子系统独立的运动将会被与子系统协同的统一集体运动所代替，从而使系统呈现出有序的结构的现象。通过对此类系统的讨论，我们发现，系统整体性质的涌现是所有子系统统一协同作用的结果，这种协同作用只有在一定阈值条件下才能涌现。一旦出现了整体的协同作用，也就标志着系统新性质的涌现。用于讨论这类系统的理论比较完善，有较强的数理基础和有较好的数学工具，也得到了比较可信的结果。

（2）复杂适应性系统。美国圣菲研究所以生物体为背景建立的复杂适应性系统模型是近年来研究得比较多的另一类系统，它将生物体的生长繁殖、遗传变异，以及对环境的适应等生物演化性质条理化、规范化，建立用计算机模拟的子系统的演化机制，使之类似于生物体。人们试图讨论由这样的子系统所组成的系统整体，在一定的外界条件下的演化性质。这类系统的子系统与平衡系统中的子系统（分子、离子等）不同，它具有一定的智能。计算机的使用给此类系统的讨论带来很大便利，计算机可以描写子系统的局域演化规则，给出对个体遗传、变异、学习、适应等表达形式，由大量子系统组成的系统性质在计算机中就可显示出来，它可以反映种群的发展、稳定存在、消亡等各种复杂的行为。它在模拟生物种群、生态系统、经济系统等演化中取得较多成果。由于此类系统中的子系统具有一定的智能，因此它不仅在解决实际问题的方面有广泛的应用，还对系统科学的发展有着很重要的意义，我们可以预计今后此方面的研究会有较大的发展。(www.xing528.com)

（3）开放的复杂巨系统。开放的复杂巨系统是由我国钱学森、于景元、戴汝为3人在1990年《自然杂志》第1期发表的论文《一个科学新领域：开放的复杂巨系统及其方法论》中首先提出的。开放的复杂巨系统是研究由人组成的最复杂系统演化问题的一类模型系统。此系统中的子系统是人，其演化机制目前还不清楚。研究由大量演化机制尚不清楚的子系统所组成的系统的性质，当然非常困难。钱学森提出从定性到定量的综合集成方法，在方法论的层次给出了解决问题的办法，具体采用人-机对话的科学研讨厅体系。目前在分析、讨论实际问题上取得了一定效果，但在理论研究上困难还较多，人工智能、思维科学、脑科学等方面的研究将会有助于开放的复杂巨系统问题的研究。