《复杂》梅拉妮·米歇尔2020-2-18

一、什么是复杂

文章中用蚁群打比喻。单只的蚂蚁几乎没有智商同伴之前扣简单分泌信息素来沟通。但是如果上百万蚂蚁自意思，组成一个整体，形成具有“集体智能”的“超生物”，整个蚁群构建结构复杂。具备“逢山开路，遇水架桥”的本命，比如过不去河，那就抱团而过。集体的力量创造的蚁穴更惊人，有育婴室，垃圾房，各类功能房间，复杂程度连人类建筑师都叹为观止。

复杂系统的共性：1、复杂的集体行为；2、信号和信息处理；3、适应性

什么是复杂系统？

1、复杂系统是有大量组分中组成的网络，不存在中央控制，通过简单运作规律产生出复杂的集体行为和信息处理，并通过学习和进化产生适应性。

2、具有涌现（由于简单规则以难以预测的方式产生出复杂行为）和自组织行为的系统。

二、复杂系统研究的背景和历史

1、动力学、混沌和预测

动力学：太阳系，心脏，大脑，气候等都是动力系统，亚里士多德认为地面上的运动与天上的不同，不同物质组成的物体运动方式也不一样。伽利略用自由落体实验驳斥了亚里士多德的观点，科学革命发生。牛顿创建了三大定律和外有引力，描绘了一幅“钟表宇宙”的图景：设定好初始状态，然后就遵循这三条定律一直运行下去。

“测不准原理”和混沌学：20世纪出两个重要发现，第一个海森堡的“准不测原理”，证明不可能在准确测量粒子的同时，又准确测量其动量。第二个是混沌学“对初始条件的敏感依赖性”，最典型的例子就是蝴蝶效应。

2、信息和计算

香农信息量定义为接收者在接收信息时体验到的平均惊讶度。信息可以通过信息的任何单位，可以使一个字母，一个词，一句话等等。

希尔伯特归纳的三个问题，25岁哥德尔解决了两个，23岁的图灵剞劂了第三个问题，发明了图灵机，后来成为电子计算机的蓝图。

3、进化和遗传

达尔文提出，生命进化是通过自然选择早就的。孟德尔发明了遗传律。此两个共同形成后来的“现代综合”，在20世界30-40年代得到了进一步发展，并形成了伺候50年被生物学家普遍接受的一系列进化原则。

关于度量复杂性。作者给出了一些列的度量方法。

三、计算机中的声明和进化

1、冯·诺依曼和自复制自动机

冯·诺依曼给出了第一个能自我复制的机器完整的设计：技能作为执行的指令，又作为这些指令使用的数据。

2、遗传算法

机器可以做到复制自身，但如何变异，霍兰德进行遗传算法（GA）研究，期待的输出是特定问题的解。比如编写一个程序控制机器人在办公室收纳工作，可以委托遗传算法替你将这个程序演化出来。GA在不断改进适应度，直至达到最优解。比如《指环王：王者归来》用GA生成逼真的动画马匹，机器人罗比的进化。

四、大写的计算

1、元胞自动机，每个元胞都根据领域的状态来选择开关，是最理想化的复杂系统，结构完全不同于计算机，被戏称“非冯·诺依曼体系结构”。生命游戏，数学家康威发现了一种简单的两状态通用图灵机，也能进行通用计算。沃尔夫勒姆，初等元胞自动机。

2、粒子计算，将元胞自动机的行为用粒子进行描述能帮助理解其如何编码信息和进行计算。比如植物气孔网络，气孔打开可以进行关河作用个，但也会导致水分蒸发。

3、生命中的信息处理。举例蚂蚁如果遇到事务就会返回蚁穴，留下作为信号的化学物质——信息素。其他蚂蚁发现了信息素就会沿着轨迹前进。如果蚂蚁找到食物，信息素的轨迹会增强，反之会消失。

4、计算机模型：理想模型，囚徒困境

五、网络

1、网络科学

小世界，哈弗大学教授米尔格兰姆做了一场信件试验，发现在送达的信件中，发信人平均经过5个熟人就送到了收信人的手中，成为“六度分隔”。

网络思维，意味关注的不是事物本身，而是事物之间的关系。

小世界网络，经常表现出高度的集群性。

无尺度网络，90年代，谷歌提出了革命性的思想——网页排名，对网页搜素结果进行排序。万维网具有度分布和中心节点结构，并且在不同尺度下具有不变性。1）相对较少的节点具有很高的度，2）节点连接度的取值范围很大，3）自相似性，4）小世界结构。

2、真实世界的网络：大脑，基因调控网络，代谢网络，流行病，生态与食物网

3、比例之谜（空）

4、进化，复杂化：物种形态多样性的主要来源不是基因，而是打开和关闭基因的基因开关。

MM:科学探索勇往直前，一浪拍一浪。对复杂一词，有复杂的关联思维。