读《复杂》之“复杂是什么

    «复杂»作者梅拉妮·米歇尔，这是一本系统论述复杂系统的科普书籍。

本书论述复杂系统理论以动力学、混沌和预测，信息，计算，进化四个部分为基础，然后又以复杂系统将这四个主题联系起来。

复杂系统是什么？有两种定义：

复杂系统是由大量组分组成的网络，不存在中央控制，通过简单运作规则产生出复杂的集体行为和复杂的信息处理，并通过学习和进化产生适应性。

复杂系统是具有涌现和自组织的行为系统。

在自然界存在许多复杂性系统范例，比如昆虫群落，免疫系统，大脑和经济。

蚂蚁群落由成千上万的蚂蚁组成，完成复杂的工作，建筑巢穴，寻找食物，抵抗入侵者。但单只蚂蚁却极其简单，群体数量不多的蚁群也无法生存。蚂蚁依靠释放化学信号，对其它蚂蚁传递信号，当信号的总强度达到一定程度时，会导致其它蚂蚁采取行动，并同样释放化学信号。没有中央控制，依靠发送信号和信号指导行动的规则，简单的蚂蚁组成智能群体。

大脑是复杂的系统，由简单的神经元组成。神经元由细胞体，接收信号的树突，发送信号的轴突组成。当树突收到足够多的信号就会激发神经元，并通过轴突传出电信号。和蚁群一样，简单的神经元以简单的规则组成了复杂的大脑。

免疫系统，由不同的细胞组成，在没有中央控制的情况下，依靠信号传递和控制，产生复杂的行为，并不段地自适应。免疫细胞中的白细胞可以识别入侵者，如细菌，并发出警报，激发淋巴细胞；被激发的淋巴细胞会产生抗体，抗体会识别入侵者，并在全身搜寻和猎杀入侵者。另外与入侵者匹配越高的免疫细胞，会产生越多的后代，使身体对入侵者产生免疫力。免系统也是由简单的免疫细胞组成，没有中央控制，依靠信号传递和处理，以及自适应，产生复杂的系统。

以上的现象的共性作为对复杂系统做了总结的依据，由此产生了对复杂性的第一种定义。

那么对第一种定义更高度的总结，产生第二个定义：具有涌现和自组织的行为。复杂系统具有有组织的行为而没有中央控制，称之为自组织。由简单规则产生难以预测的复杂行为，称之为涌现。复杂性科学的核心问题就是“涌现和自组织行为是如何产生的?" 接下来将在动力学、混沌和预测，信息，计算，进化这四个科学主题中寻找答案。