复杂系统

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2013年5月26日 (日) 13:22Jake讨论 | 贡献的版本

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复杂系统(Complex System或Complex Systems)通常是指那些由相对简单的个体通过较强的相互作用而形成的具有涌现特征的整体。所谓的涌现特征则是指系统整体层次展现出来的、无法还原为个体简单因素的特征或规律。因此,简单地说,复杂系统就是具有“整体大于部分之和”,或者“1+1>2”特性的系统。

特别声明,由于复杂系统、复杂性等名词目前已被各个学科、各个专业的人广泛使用,而不同的人对它的界定、解读又有很大的出入。因此,这篇文章仅代表作者本人的观点。 
Jake讨论) 2013年5月19日 (日) 22:08 (CST)

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简单系统、随机系统与复杂系统

复杂系统是相对牛顿时代以来构成科学事业焦点的简单系统相比而言的,两者具有根本性的不同。简单系统通常具有少量个体对象,它们之间的相互作用比较弱,或者具有大量相近行为的个体,比如封闭的气体或遥远的星系,以至于我们能够应用简单的统计平均的方法来研究它们的行为。而复杂并不一定与系统的规模成正比,复杂系统要有一定的规模,但也不是越大越复杂。其关键在于个体之间的相互作用,如果系统规模适中,但是彼此相互作用很强,那么该系统也会体现出一定的复杂性

根据以上的描述,我们可以得到复杂性科学中对复杂系统的描述性定义:复杂系统是具有中等数目,具有较强相互作用的系统。如下图所示:

(a)简单(b)随机(c)复杂

说明: a)简单系统,特点是元素数目特别少,因此可以用较少的变数来描述,这种系统可以用牛顿力学去加以解析。

b)无组织的“复杂”系统:其特征是元素和变量数很多,但其间的耦合是微弱的,或随机的,即只能用统计的方法去分析。热力学研究的对象一般就是这样的系统。

c)有组织的复杂系统:特征是元素数目很多,且它们之间存在着强烈的耦合作用。

值得指出的是,首先,这里给出的划分仅仅是一种定性的,很多概念具有一定的模棱两可性。例如,元素数目多少算少或者多?没有一定的准则。再例如,元素之间的相互作用多强才算强?所以,读者并没有必要局限在其字面的意思。其次,近年来统计物理作为一种强有力的分析手段与工具被广泛地应用到了复杂系统之中,并得到了一定的有意义的结论。因此,并不能否定统计和热力学方法在复杂系统研究中的作用。但是,可以肯定地是,对于复杂系统的研究与传统的平衡态而力学系统有着很大的差异。

复杂系统特征

虽然系统科学与复杂性科学已经提出多年,但是至今仍然没有一个清晰的界定何为复杂性研究。不同的学者运用不同的方法都揭示出了复杂系统所具有的若干特性之一。而更多的研究则是贴上了复杂系统的标签。因此,在此我们并不试图清晰界定复杂系统、复杂性研究的边界,而是给出一个特性的列表,以便读者能够具有更清晰的认识。


普适性

涌现性

适应性

非线性

开放性与流动性

自相似

自指性

非局域性与网络

临界性

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