涌现:从混沌到有序
作者: (美)约翰·霍兰 著,陈禹 等译,方美琪 / 8741次阅读 时间: 2009年11月04日
来源: 上海科学技术出版社 标签: 混沌 涌现
涌现:从混沌到有序 作 者:(美)约翰·霍兰 著,陈禹 等译,方美琪 校
出 版:上海科学技术出版社 2006-7
书 号:9787532383894
原 价:¥28.00元
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内容简介

本书作者是当今最具有创新意识的思想家之一,本书也是对涌现现象进行深入探索的第一部著作。在本书中,作者比较了显示涌现现象的不同系统和模型,展现了它们之间共同的规则或规律,讲述了从“蕴含着规范、能够生成像巨大的红杉和普通的雏菊那样复杂而独特结构”的微小种子,到能够通过自学习在西洋跳棋游戏中让设计者一败涂地的计算机;从能够修建桥梁、跨越深沟和驾驭树叶之舟在溪流上航行的蚁群,到诗人充满感情的创作等涌现现象的具体表现。
涌现的概念(即整体大于其各部分之和)简单得令人惊讶,然而它在科学、商业以及艺术等诸多领域中都具有极深的寓意。本书中,作者用深入浅出的描述向我们生动地阐明:涌现的理论能够预言许多复杂的行为,同时也给予我们关于生命、智慧和组织的很多启示。

作者简介

约翰·霍兰(John Holland)是美国密歇根大学心理学教授和电子工程及计算机科学教授,麦克阿瑟会及世界经济论坛的会员,作为“遗传算法之父”而闻名于世。他也是《隐秩序:适应性造就复杂性》这部具有突破性贡献的著作的作者。

书摘
当杰克把一粒种子种到地里时,一棵美丽的蔓藤葡出现了,慢慢地它变为一棵成熟的巨大的葡萄树。在孩提时代,我们往往觉得杰克奇妙的豆苗和日常其他类似的事物,如秋天的落叶、发芽的种子都是不可思议的。长大以后,这些有关种子的奇妙现象仍然令我们着迷。一些小而结实的种子竟能够长成巨大的红杉、日常的雏菊和豆苗这样复杂和独具特色的结构!这些正是涌现现象的体现:复杂的事物是从小而简单的事物中发展而来的。现在我们已经知道,是种子里的基因使生化作用按照某种规则一步步地展开,从而决定了有机体的成长和发育。但是,对于这个复杂的过程,我们目前仅仅弄清楚了其中的一些片段。实际上,只有完全弄清楚基因是通过怎样的一系列相互作用,使得一粒种子或一个受精卵逐步发育成一个成熟的有机体,我们才能算真正了解基因和染色体。总之,我们只有弄清楚涌现现象,才会真正弄清楚生命和有机体本身。

当我们研究其他与上述生物发育似乎毫不相关的领域,例如棋类游戏时,会发现类似的涌现现象,它以另外一种形式展现在我们面前。当一系列规则确定之后,就会形成一种非常复杂的游戏。 国际象棋就是由简单的二十几条规则限定的,然而,经过了几百年精心研究之后,人类至今还是能够不断地在游戏中发现新的走法。就像小小的种子成长为各式各样复杂的生物体一样,为数不多的一组游戏规则会衍生出极其复杂的棋局。

在其他不同的领域中也有类似的情况,如牛顿万有引力定律或者麦克斯韦描述电磁现象的方程,它们与游戏的定义有着许多共同之处。牛顿定律与麦克斯韦方程相当于游戏的“规则”,由这些规则限定的“运动”能够利用数学工具推导出来。在观察这些运动的过程中,我们又能发现新的方程;利用新发现的方程,再加上各种数学方法,就能预测出事物发展变化的趋势。这就像在游戏中,我们可以揭示由创始者允许的所有可能的结果。牛顿不会想到他的定律将会导致“引力助推器”的发明,从而使人类可以借助其他行星的引力将空间探测器抛到其他外层行星的轨道上;麦克斯韦也不会预料到,他的方程会帮助人们研制出精巧的电子控制系统,而这种控制系统是制造现代电子设备绝对必要的条件。就像杰克的豆苗一样,这些方程揭示了无数的奇迹。实际上,我们对整个物质世界的理解,大部分都是从少数基本的方程出发的,而这些方程的核心则是以牛顿和麦克斯韦理论为基础。
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译后记

陈禹 方美琪

经过多方共同努力,《涌现》一书的中文译本终于完成了。作为译校者,我们感到由衷地高兴,因为终于在世纪之交完成了萦绕在心头多年的一桩心事。为此,我们衷心地感谢在该书翻译和出版过程中,付出了辛勤劳动的学生、同事、同行、编辑、校对以及从各种意义上给我们帮助和支持的所有朋友。
翻译本书的缘由,可以从近期和长期两种意义上来阐述。
自从沃尔德罗普的《复杂》一书的中文译本问世以后,圣菲研究所(SFI)的名字,在中国逐渐为人所知。特别是在系统科学和系统工程领域,关于SFI的研究兴趣与日俱增,几乎可以说兴起了一股对复杂性研究的热潮。然而,除了作为报告文学的《复杂》之外,一直没有SFI正式的学术著作在中国翻译出版,这不能不说是一个很大的缺憾。
1997年底,我们中的一个——陈禹访问了SFI,带回了一批书。按照SFI所长戈德伯格教授的建议,我们首先选择了约翰·霍兰教授的《隐秩序》一书开始翻译(该书由周晓牧副教授和当时的硕士生韩晖同学翻译,我们两人审校)。该书主要介绍了复杂适应系统理论(CAS)的基本思想。
由于翻译的难度和其他种种原因,那本书的进度比较慢。1998年暑假,我们中的另一个——方美琪参加成思危教授带领的代表团访问了SFI,又带回了一批书,其中包括这本《涌现》。这本书在某种意义上是前一本的续篇。在这本书中,霍兰教授进一步发展了CAS理论,以受限生成过程(CGP)为中心,介绍了SFI在研究复杂系统运动规律方面的最新进展。坦率地说,这几年来,我们一直被SFI的研究工作深深吸引。它的开创性的研究思路、它的跨学科的广阔视野、它的开放的研究氛围、它的理论联系实际的研究方针,特别是与信息技术的密切结合以及开放的软件平台,无一不给我们以启发和激励。因此我们决定立即动手翻译这两本书,希望通过这两本书,为国内有兴趣研究现代系统科学和SFI的学术界朋友,提供比较直接的参考材料。现在这两本书将几乎同时问世(《隐秩序》已在2000年年底问世),确实是了却了一桩心愿。
然而,上面讲的还只是近期的原因,我们决心翻译这两本书还有更长期的原因。由于从事信息管理和信息系统的教学与科研工作,我们从20世纪80年代初期就参与了系统科学与系统工程界的许多学术活动,逐渐对系统思想产生了浓厚的兴趣。从实际工作和理论研究两方面我们深深体会到,对于21世纪的人类社会,系统科学与系统思想将是一种不可缺少的方法论工具,人类面临的种种问题,无一不与复杂系统有关。研究和掌握复杂系统的特性与发展的规律,是学术界面临的最重要的课题之一。这决不是理论上的、象牙塔里的冷门题目,而是与人类社会经济密切相关的、现实意义非常鲜明的紧迫课题。
然而,究竟什么是系统思想和系统方法?至今还不是十分清楚。光说某某事是复杂的系统工程远远不够,还要真正拿出思路与方法来。以维纳的控制论为代表,早期的系统工程在工程管理、科学研究等方面取得了巨大的成就,然而当用到生物、社会、经济等类型的系统时就遇到了困难,正如维纳本人早就预言过的。20世纪六七十年代,普里戈金、哈肯等人在热力学系统的背景下,研究系统的自组织和演化,给系统论带来了新的思路与方法。一时间,“新三论”成为人们关注的热点。然而,热力学系统中的元素虽然具有自身的运动规律,终究还只是具有盲目随机运动的、死的个体。这些方法用于社会和生态系统也遇到了困难(如定量社会学等)。所以,究竟什么是系统方法?复杂系统(如社会、经济、生态系统)的发展变化规律究竟是什么?一直是我们冥思苦想、迫切希望得到启发和回答的问题。正是在这种意义上,SFI的工作很自然地成为我们关注的焦点,因为它强调把系统的元素看作是活的、有主动性的、具有适应能力的个体,这恰恰回答了上述问题。所以,从我们看到((复杂》的英文版开始(大约是在1994年),我们就一直在关注着SFI的研究工作,SFI的网站成为我们这个研究群体每周必看的几个网站之一。
总之,出于近期和长期的种种原因,我们对这两本书的翻译倾注了大量心血,因为我们认为这对中国学术界来说是一件十分需要、十分有益的事。希望它们的出版能够有益于学术界和社会。
和上一本书不同,考虑到这种新兴的交叉学科所特有的翻译困难(这也是上一本书的教训),我们采取了先由硕士生翻译一遍,然后由我们两个人分工,一个人统稿,一个人校对,力求保证质量。然而,即使是这样,我们还是深感力不从心。作为一门刚刚出现的新学科,许多词的译法都没有先例,这是造成困难的主要原因。同时,霍兰教授学识渊博,天文、地理、诗歌、文学无所不谈,也使我们感到难以跟上他的思路。作者为了通俗,还引用了一些对西方人来说是妇孺皆知的常识,这更是造成了困难。例如,书中多次提到的西洋跳棋的许多有关术语就是这样。
因此,尽管我们确实是作了很大努力,但是肯定会有许多地方词不达意,以至存在错误的理解。我们真诚地希望得到广大读者的批评指正。
参加翻译工作的硕士生有:
任□(第九章,第十章)
谷明洋(第一章,第二章,第三章前半部)
罗毅(第三章后半部,第四章)
付征(第五章,第六章)
丁浩(第七章,第八章,序言)
孙秀明(第十一章,第十二章)
丁浩和任□还校阅了全部清样。在这本书翻译的过程中,许多同行对于我们的工作给予了热情的关心和支持,特别是中国人民大学苗东升教授、上海理工大学车宏安教授、北京师范大学姜璐教授、航天部710所于景元教授、国防科技大学谭跃进教授。两年中与他们的切磋和交流,对于这一工作的完成产生了非常直接的推动作用。对于以上各位,以及不可能一一列出的其他朋友,我们再次表示由衷地感谢。

陈禹 方美琪 2000年7月于北京



目录

序言
第一章 启程之前
 走向何方
 模型
 研究道路上的困难
 取得的进展
第二章 游戏与数字
 西洋跳棋和神经网络
 模型中的秘密
 棋类游戏及规则
 数字
 积木块
 计算机模型
第三章 地图、对策论和计算机建模
 博弈和对策论
 涌现——初露端倪
 动态模型
 计算机模型——进一步的研究,
第四章 西洋跳棋
 困难何在
 塞缪尔是如何做的
 对走法的估价
 由估价到策略
 学习的过程
 使学习过程运转起来
 需要注意的问题
 权重改变引起的涌现结果
 小结
第五章 神经网络
 神经元的特征
 为神经元建模
 固定阈值的神经元网络
 区别与局限
 有关神经元的更多特征
 带环路的网络
 无限期的记忆
 三角形的识别——一个例子
 综合
 对比
 继续前进
第六章 普适理论
 基于主体的模型
 计算机的参与
 涌现和非线性
 普适理论的基本要求
第七章 受限生成过程
 机制
 相互作用和连接
 元胞自动机
第八章 西洋跳棋程序和其他受限生成过程模型
 塞缪尔的西洋跳棋程序
 中枢神经系统模型
 复制猫
第九章 变易
 具有可变结构的受限生成过程模型
 示例
 遗传算法和可变结构的受限生成过程模型
 关于涌现的进一步理解
第十章 层次描述和还原方法
 层次
 如何组装元胞自动机
第十一章 隐喻和创新
 科学中的创新和创造
 对隐喻的初步探讨
 隐喻和模型的关系
 创新的培育
 小结
 诗歌和物理学
第十二章 结束语
 作为总结的“结束语”
 作为继续研究起点的“结束语”
 综合
 关于涌现的进一步研究
 涌现的目标
 涌现研究的远期目标
参考文献
索引
译校者后记

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