复杂系统研究的发源地 (复杂系统研究方法)

admin 2024-11-13 56 0

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复杂系统研究的发源地——圣塔菲研究所

这些年来,把社会科学和自然科学结合起来研究一些复杂系统,研究一些历史经济现象的成果越来越多。

甚至很多成为畅销书了,例如《枪炮、病菌与钢铁:人类社会的命运》的作者贾雷德·戴蒙德,是一个加利福尼亚大学洛杉矶分校医学院生理学教授,也是美国国家科学院院士,以生理学开始其科学生涯,进而研究演化生物学和生物地理学,这本书就是从地理环境出发,从而对人类历史演进的原因进行解释,例如财富和权利为何是如此分配,我们在当下是如何经历的,为何不是以另一种方式?历史为什么不能是另一种样子等。

前段时间还有一本畅销书叫《规模-复杂世界的简单法则》,作者试图通过物理科学和数学的思想、概念、范式,构建一个可以解释生物体大小、城市规模大小、公司规模大小等高度复杂系统的,具有通用性的“规模法则”。

作者杰弗里•韦斯特(Geoffrey West)是享誉全球的复杂系统科学领军人物,并在2006年被《时代周刊》评选为全球最具影响力100人,他是个著名的理论物理学家,曾担任顶尖的复杂系统研究机构——圣塔菲研究所的所长。

圣塔菲研究所是在1984年,由多位诺贝尔奖获得者发起,其中有诺贝尔物理学奖得主马瑞·盖尔曼(Murray Gell-mann)和菲利普·安德森(Philip Anderson),诺贝尔经济学奖获得者肯尼斯·阿罗(Kenneth Arrow)。

他们会同一批从事物理、经济、理论生物、计算机科学的著名研究人员,在美国墨西哥州的圣塔菲伊苏区中一个租来的女修道院中组建了圣塔菲研究所。

圣塔菲的创始人们意识到,科学和社会所面临的大多数挑战性、令人激动、深远的问题,都处于传统学科的边界之间。

包括,生命的起源,有关生物体、生态系统、流行病或社会的创新、增长、金华和系统韧性的一般性原则,自然界和社会中的网络动力学,医学和计算科学中的生物学研究范式,生物学和社会中的信息加工,能量和动力学的相互关系,社会组织的可持续性等。

圣塔菲研究所致力于复杂适应性系统的跨学科研究,包括物理、计算、生物和社会系统,在国际上被公认为“复杂系统跨学科研究的正式发源地”,发挥着核心作用。

圣塔菲研究所的文化在于创造一个开放的、催化性的环境,把聪明人聚集在一个相互扶持、相互促进、充满活力的环境中,并让他们彼此能够自由互动和交流,就将自然而然产生很多思想火花,从而将高度多样化的思维融合在一起,为实质性、深度的合作做好准备。

这个研究所有以下几个特点: 一是不设系别或正式小组,而是有着努力推动长期、创造性、跨学科的研究的文化,涵盖了数学、物理、生物医学、社会和经济等各个领域。

二是人员来源的多样性和动态性。

长期教员较少,但是有100名左右的外部研究人员,都在别的机构任职,每个人每隔一段时间都会来圣塔菲研究所待上几周。

三是几乎没有层级结构,同时在这里的人员规模不大,每个人都很容易认识其他人。

四是相互交流非常频繁,可供研讨的公共区域非常多,可以边吃午餐,边即席研讨,考古学家、经济学家、社会学家、古生物学者、量子计算专家、在金融市场工作的物理学家等可以每天互动交流,相互交谈,共同思考。

圣塔菲研究所第一个重大项目就是由前面提到的物理学家菲利普·安德森(Philip Anderson)和经济学家肯尼斯·阿罗(Kenneth Arrow)共同发起,旨在从复杂系统的视角去解决经济学的基础性问题,例如非线性系统、统计物理学和混沌理论如何为经济学理论提供洞见,在1989年就创建了早期研究小组,尽管现在这种学科组合已经不再罕见,但在当时是前所未有的,一个诺贝尔物理学奖和诺贝尔经济学奖合作,被称为“科学史上最为奇怪的组合之一”。

复杂系统研究的发源地 (复杂系统研究方法)

复杂性思维之《规模》

现在社会整体趋势而言是越来越复杂和不连续性,也就对应着不可预测。

那么我们如何才能找到暂时的正确给自己笃定的力量呢?《规模》这本书给了我们一些启示。

《规模》给我们的是一种思维方式,也就是从宏观世界中用一种统一框架下去解决一些具象的问题,比如快速城市化、经济增长和全球可持续发展,以及对癌症、新陈代谢、衰老和死亡的产生原因等各个领域问题的理解。

从这个意义上来看,也就是说我们必须掌握一些基本的数据或者概率, 用数据思维和概率思维来提升我们决策的能力 。

书中的结论虽然是归纳法的形式形成的,但是也有逻辑推导。

比如生物的底层逻辑是代谢率,生命的过程是能量输入、新陈代谢以及熵增的过程,如何才能量化这些系统互相作用?能量是我们生存的基础,在数量上是通过代谢率体现的,即维持一个生物体存活一秒所需的能量总量。

对我们人类而言,每天需要大约2 000卡路里的食物热量,这仅相当于90瓦特的代谢率,与一只标准的白炽灯灯泡的电功率相当。

但是在能量的转化中,热力学第二定律是不可违背的,即每当能量转化为有用的形式时,同时也会产生“无用”的能量作为副产品:一些我们“不期待的后果”总是以难以获取的无序热能或不可用的物质形式不可避免地产生出来。

生物遵循的规律是代谢率规模法则又称作克莱伯定律,该定律适用于所有种群,包括哺乳动物、鸟类、鱼类、甲壳动物、细菌、植物和细胞。

类似的规模法则适用于所有生物数量和生命史特征,包括增长率、心率、进化速率、基因组长度、线粒体密度、大脑灰质、寿命、树木高度,甚至树叶的数量。

它们都是“幂律”,并且指数都是1/4的整数倍,经典的例子便是代谢率的3/4。

因此,如果一只哺乳动物的体重增长一倍,它的心率便会下降25%。

不管是生物、公司还是城市都具有一个共同的特点——高度复杂,由大量独立成分组成,都通过不同时空层次上的网络化组织相互联系,不断进化。

网络化有具体的也有抽象的比如社交网络、生态系统等等。

但是生物和公司会死亡,城市为什么几乎不会死亡呢? 这就涉及到规模缩放与复杂性:涌现、自组织和系统韧性。

所谓规模缩放指的是一个系统在规模发生变化时如何做出响应。

如果规模扩大一倍,一座城市或者一家公司会发生什么呢?或者,如果规模缩小一半,一栋建筑物、一架飞机、一国经济、一只动物又将如何呢? 比如城市,所有城市的基本特征,即社会活动和经济生产率将随着人口规模的扩大而系统性提高。

这一伴随规模扩大而出现的系统性“附加值”奖励被经济学家和社会学家称作“规模收益递增”,而物理学家则会使用更加时髦的术语——“超线性规模缩放”。

具体的数据是随着人口规模的变化而按比例缩放,以近似1.15的超线性指数变化。

也就是说城市的规模缩放指数约为0.85。

我个人认为城市之所以几乎不会灭亡,是因为它是一个完全的开放系统,熵减的速度大于熵增,城市是创新而非规模经济霸权胜出的代表。

而生物和公司都不是完全开放体。

比如生物,每个生物个体都是一个自适应的复杂系统,典型的复杂系统是由无数个个体成分或因子组成的,它们聚集在一起会呈现出集体特性,这种集体特性通常不会体现在个体的特性中,也无法轻易地从个体的特性中预测。

例如,你远远不是组成你肌体的细胞的集合体那么简单;同样,你的细胞也远远不是组成它们的分子的集合体那么简单。

生物的规模缩放指数约为0.75。

公司的规模缩放指数约为0.8。

那么我们如何以更全面,更整合的方式来思考事物呢?首先复杂系统有如下规则:1、整体大于其组成部分的简单线性总和,而且整体通常也与其组成部分存在极大的不同。

也就是说部分之间遵从简单规则的互动产生了1+1>2的效果,这种现象叫做涌现行为。

2、许多复杂系统并没有中央控制,他们都是去中心化,自组织、自适应的生态体系。

3、要警惕幼稚地将系统拆分为相互独立的组成部分。

此外,系统一个组成部分的小小不安或许会给其他组成部分带来重大的影响。

4、按规模缩放从小到大的增长通常伴随着从简单向复杂的进化过程,同时也能保持系统的基本要素或基石不发生变化或被保存下来。

这也就提示我们越是基础的越牢固,我们可以去寻找变化中的不变的要素。

那么,如何思考呢?要用系统的观点来思考,这也就是说首先我们要有整体观,系统观,其次要能透过现象看本质,深度学习U型思考,迭代认知结构,行万里路,读万卷书,不断打破假设,建模,重塑自我。

大城市依托作用是啥意思啊?

大城市的“依托作用”是指大城市作为经济和社会发展的中心,对周边地区和城市产生的积极影响和支持。

具体来说,大城市的依托作用表现在以下几个方面:经济依托作用:大城市作为经济中心,能够吸引更多的资金、人才和资源,形成产业聚集效应,带动周边地区的经济发展。

人口依托作用:大城市吸引了大量的人口流入,为周边地区提供了人口资源,促进了就业和人口流动。

教育依托作用:大城市拥有更多高水平的大学和研究机构,吸引了更多优秀的教育资源和人才,为周边地区提供了更好的教育服务和支持。

文化依托作用:大城市作为文化中心,能够吸引更多的文化活动和资源,为周边地区提供更多的文化服务和影响。

综上所述,大城市的依托作用主要是通过其作为中心城市的经济、人口、教育和文化等方面的优势,对周边地区产生积极的影响和支持。

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