
螞蟻在組成群體時為何會表現出如此的精密性和具有目的性?數以億計的神經元是如何產生出像意識這樣極度復雜的事物?是什么在引導免疫系統、互聯網、全球經濟和人類基因組等自組織結構?這些都是復雜系統科學嘗試回答的迷人而令人費解的問題的一部分。
理解復雜系統需要有全新的方法.需要超越傳統的科學還原論,并重新劃定學科的疆域。借助于圣塔菲研究所的工作經歷和交叉學科方法,復雜系統的前沿科學家米歇爾以清晰的思路介紹了復雜系統的研究,橫跨生物、技術和社會學等領域,并探尋復雜系統的普遍規律,與此同時,她還探討了復雜性與進化、人工智能、計算、遺傳、信息處理等領域的關系。
復雜性研究是在解決什么問題?作者以平實的語言,從研究理論與實踐成果兩方面介紹了復雜性研究的基本思想。
這也是一本涉及跨學科的新領域科學著作,很適合我們深入了解這個新領域的主要動向。
2018年新版的《*推動叢書》全新設計了版式和封面,簡約個性,提升了閱讀體驗,讓科普給你更多想象。
隨書附贈價值39.6元由汪潔、吳京平掰開揉碎,帶你懂科學好書的《經典科普解讀課》6折券。
米歇爾深入淺出地介紹了復雜系統的基本概念,完美地揭示了來自計算的關鍵思想是如何統一看似無關的現象?!髅伞とR文(simon A Levin)
這本書終出觀了!多年來人們一直不斷問我,他們應該到哪里學習復雜性理論的基礎?,F在我有答案了:讀米歇爾的書。它思路清晰、通俗易懂,無論是對于支持者還是反對者,它都觀點中立。她是工作在前沿的科學家,同時又是一流的闡釋者?!稄碗s》一書是了解這個讓人興奮的領域的*途徑?!返傥摹に雇屑哟模⊿teven wtrogaz),康爾大學應用數學講座教授,《同步》(Sync)的作者
米歇爾的著作介紹了重要的復雜性研究,詳細闡釋了對從許多復雜系統中涌現出的共性的研究,可讀性極強,范圍涵蓋混沌、信息論、計算、進化、遺傳學、社會學到生命本身。《復雜》一書顯然是這個領域*好的通識讀本?!R克·佩格爾(Mark Pagel),英國雷丁大學(Reading University)生物學教授圣塔菲研究所客座教授
米歇爾以一種深入淺出的方式帶我們領略了內涵廣泛的復雜性科學。從混沌理論到元胞自動機再到網絡,米歇爾活潑而富有思想的筆調既讓人愉悅,又發人深省?!嚳稀の执模―uncan watts),雅虎研究院基礎研究科學家,康奈爾夫學社會學教授
第一章 復雜性是什么(部分)
一些思想是由簡單的思想組合而成,我稱此為復雜;比如美、感激、人、軍隊、宇宙等。
——洛克(John Locke),《人類理解論》(A,Essay Concerning Human Understanding)
巴西:亞馬孫雨林
幾十萬只行軍蟻(army ant)在行進。沒有誰掌控這支軍隊,不存在指揮官。單個螞蟻幾乎沒有什么視力,也沒有多少智能,但是這些行進中的螞蟻聚集在一起組成了扇形的蟻團,一路風卷殘云,吃掉遇到的一切獵物。不能馬上吃掉的就會被蟻群帶走。在行進了一天并摧毀了足球場大小的濃密雨林中一切食物后,螞蟻會修筑夜間庇護所—由工蟻連在一起組成的球體,將幼蟻和蟻后圍在中間保護起來。天亮后,蟻球又會散成一只只螞蟻,各就各位進行白天的行軍。
專門研究螞蟻習性的生物學家弗蘭克斯(Nigel Franks)寫道,“單只行軍蟻是已知的行為最簡單的生物”,“如果將100只行軍蟻放在一個平面上,它們會不斷往外繞圈直到體力耗盡死去”。然而,如果將上百萬只放到一起,群體就會組成一個整體,形成具有所謂“集體智能(collective intelligence)”的“超生物(superorganism)”。
這究竟是怎么回事呢?雖然科學家們已經很熟悉蟻群的習性,但集體智能的產生機制依然是個謎。就像弗蘭克斯所說,“我研究了布氏游蟻(E.burchdli,一種常見的行軍蟻)很多年,我發現,對它們的社會結構了解得越多,對其社會組織的疑問就會越多?!?br>
行軍蟻是許多我們認為“復雜”的自然和社會系統的縮影。螞蟻、白蟻以及人類這樣的社會生物會聚集在一起,共同形成復雜的社會結構,從而增加種群整體的生存機會,目前還沒有人確切地知道其背后的機理。類似的還有,免疫系統如何抵抗疾病,細胞如何自組織成眼睛和大腦,經濟系統中自利的個體如何形成結構復雜的全球市場。最為神秘的是,所謂的“智能”和“意識”是如何從不具有智能和意識的物質中涌現出來的。
這些正是復雜系統所關注的問題。復雜系統試圖解釋,在不存在中央控制的情況下,大量簡單個體如何自行組織成能夠產生模式、處理信息甚至能夠進化和學習的整體。這是一個交叉學科研究領域。復雜一詞源自拉丁詞根plectere,意為編織、纏繞。在復雜系統中,大量簡單成分相互纏繞糾結,而復雜性研究本身也是由許多研究領域交織而成。復雜系統專家認為,自然界中的各種復雜系統——比如昆蟲群落、免疫系統、大腦和經濟——之間,具有許多共性。下面我們來一一了解。
昆蟲群落
社會性昆蟲群落提供了極為豐富而神奇的復雜系統范例。例如,一個蟻群可能由數百只乃至上百萬只螞蟻組成,單只螞蟻其實都相對簡單,它們受遺傳天性驅使尋找食物,對蟻群中其他螞蟻釋放的化學信號作出簡單反應,抵抗入侵者,等等。然而,任何一個在野外觀察過蟻群的人都會意識到,雖然單只螞蟻的行為很簡單,整個蟻群一起構造出的結構卻復雜得驚人,而且這種結構明顯對群體的生存極為重要。它們使用泥土、樹葉和小樹枝建造出極為穩固的巢穴,巢穴中有宏大的通道網絡,育嬰室溫暖而干爽,溫度由腐爛的巢穴材料和螞蟻自身的身體控制。一些種類的螞蟻還會將它們的身體相互連在一起組成很長的橋,從而可以跨越很長的距離(對它們來說很長),通過樹干轉移到另一蟻穴(圖1.1)??茖W家們對螞蟻及其社會結構進行了細致的研究,但現在仍然無法徹底弄清它們的個體和群體行為:螞蟻的個體行為如何形成龐大而復雜的結構,螞蟻之間如何相互通訊,蟻群作為整體如何適應環境變化(比如天氣變化和受到攻擊)。生物進化又是如何產生出個體如此簡單、整體上卻如此復雜的生物?