産品特色
編輯推薦
復雜性研究是在解決什麼問題?作者以平實的語言,從研究理論與實踐成果兩方麵介紹瞭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,很適閤我們深入瞭解這個新領域的主要動嚮。2018年新版的《第*推動叢書》全新設計瞭版式和封麵,簡約個性,提升瞭閱讀體驗,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摺券。
內容簡介
螞蟻在組成群體時為何會錶現齣如此的精密性和具有目的性?數以億計的神經元是如何産生齣像意識這樣極度復雜的事物?是什麼在引導免疫係統、互聯網、全球經濟和人類基因組等自組織結構?這些都是復雜係統科學嘗試迴答的迷人而令人費解的問題的一部分。
理解復雜係統需要有全新的方法.需要超*傳統的科學還原論,並重新劃定學科的疆域。藉助於聖塔菲研究所的工作經曆和交叉學科方法,復雜係統的前沿科學傢米歇爾以清晰的思路介紹瞭復雜係統的研究,橫跨生物、技術和社會學等領域,並探尋復雜係統的普遍規律,與此同時,她還探討瞭復雜性與進化、人工智能、計算、遺傳、信息處理等領域的關係。
精彩書評
米歇爾深入淺齣地介紹瞭復雜係統的基本概念,完美地揭示瞭來自計算的關鍵思想是如何統一看似無關的現象。
——西濛·萊文(simon A Levin)
這本書終齣觀瞭!多年來人們一直不斷問我,他們應該到哪裏學習復雜性理論的基礎。現在我有答案瞭:讀米歇爾的書。它思路清晰、通俗易懂,無論是對於支持者還是反對者,它都觀點中立。她是工作在前沿的科學傢,同時又是一流的闡釋者。《復雜》一書是瞭解這個讓人興奮的領域的*佳途徑。
——史蒂文·斯托加茨(Steven wtrogaz),康爾大學應用數學講座教授,《同步》(Sync)的作者
米歇爾的著作介紹瞭重要的復雜性研究,詳細闡釋瞭對從許多復雜係統中湧現齣的共性的研究,可讀性極強,範圍涵蓋混沌、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。
——馬剋·佩格爾(Mark Pagel),英國雷丁大學(Reading University)生物學教授聖塔菲研究所客座教授
米歇爾以一種深入淺齣的方式帶我們領略瞭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。
——鄧肯·沃茨(Duncan watts),雅虎研究院基礎研究科學傢,康奈爾夫學社會學教授
精彩書摘
第一章 復雜性是什麼(部分)
一些思想是由簡單的思想組閤而成,我稱此為復雜;比如美、感激、人、軍隊、宇宙等。
——洛剋(John Locke),《人類理解論》(A,Essay Concerning Human Understanding)
巴西:亞馬孫雨林
幾十萬隻行軍蟻(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麼視力,也沒有多少智能,但是這些行進中的螞蟻聚集在一起組成瞭扇形的蟻團,一路風捲殘雲,吃掉遇到的一切獵物。不能馬上吃掉的就會被蟻群帶走。在行進瞭一天並摧毀瞭足球場大小的濃密雨林中一切食物後,螞蟻會修築夜間庇護所—由工蟻連在一起組成的球體,將幼蟻和蟻後圍在中間保護起來。天亮後,蟻球又會散成一隻隻螞蟻,各就各位進行白天的行軍。
專門研究螞蟻習性的生物學傢弗蘭剋斯(Nigel Franks)寫道,“單隻行軍蟻是已知的行為最簡單的生物”,“如果將100隻行軍蟻放在一個平麵上,它們會不斷往外繞圈直到體力耗盡死去”。然而,如果將上百萬隻放到一起,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)”。
這究竟是怎麼迴事呢?雖然科學傢們已經很熟悉蟻群的習性,但集體智能的産生機製依然是個謎。就像弗蘭剋斯所說,“我研究瞭布氏遊蟻(E.burchdli,一種常見的行軍蟻)很多年,我發現,對它們的社會結構瞭解得越多,對其社會組織的疑問就會越多。”
行軍蟻是許多我們認為“復雜”的自然和社會係統的縮影。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後的機理。類似的還有,免疫係統如何抵抗疾病,細胞如何自組織成眼睛和大腦,經濟係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湧現齣來的。
這些正是復雜係統所關注的問題。復雜係統試圖解釋,在不存在中央控製的情況下,大量簡單個體如何自行組織成能夠産生模式、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。在復雜係統中,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。復雜係統專傢認為,自然界中的各種復雜係統——比如昆蟲群落、免疫係統、大腦和經濟——之間,具有許多共性。下麵我們來一一瞭解。
昆蟲群落
社會性昆蟲群落提供瞭極為豐富而神奇的復雜係統範例。例如,一個蟻群可能由數百隻乃至上百萬隻螞蟻組成,單隻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齣簡單反應,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,雖然單隻螞蟻的行為很簡單,整個蟻群一起構造齣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、樹葉和小樹枝建造齣極為穩固的巢穴,巢穴中有宏大的通道網絡,育嬰室溫暖而乾爽,溫度由腐爛的巢穴材料和螞蟻自身的身體控製。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),通過樹乾轉移到另一蟻穴(圖1.1)。科學傢們對螞蟻及其社會結構進行瞭細緻的研究,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)。生物進化又是如何産生齣個體如此簡單、整體上卻如此復雜的生物?
[1.jpg]
圖1.1 螞蟻用身體建造齣一座橋,讓蟻群能迅速通過溝壑(圖片由Carl Rettenmeyer提供)
大腦認知科學傢侯世達在《哥德爾、艾捨爾、巴赫》一書中對蟻群和大腦進行瞭比較,兩者都是由相對簡單的個體組成,個體之間隻進行有限的通訊,整體上卻錶現齣極為復雜的係統(“全局”)行為。在大腦中,簡單個體是神經元。除瞭神經元,大腦中還有許多不同的細胞,但絕大多數腦科學傢都認為是神經元的活動以及神經元群的連接模式決定瞭感知、思維、情感、意識等重要的宏觀大腦活動。
圖1.2(上圖)就是神經元的圖像。神經元主要由三部分組成:細胞體,接收其他神經元信號的分支(樹突),以及嚮其他神經元發送信號的主乾(軸突)。大緻上,神經元可以處於活躍狀態(激發)或非活躍狀態(未激發)。當神經元通過樹突從其他神經元接收到足夠強的信號時,它就會激發。激發時會通過軸突傳齣電信號,然後釋放齣神經遞質轉換成化學信號,化學信號又會作用於其他神經元的樹突對其進行觸發。神經元的激發頻率和産生的化學輸齣信號會根據輸入和最近的激發狀況隨時間變化。
[2.jpg]
圖1.2 上圖:神經元著色顯微圖像。
下圖:人類大腦。一個層次上的行為是如何産生齣更高層次上的行為呢?
這與蟻群很類似:個體(神經元或螞蟻)之間相互傳遞信號,信號的總強度達到一定程度時,會導緻個體以特定的方式動作,從而再次産生信號。總體上會産生非常復雜的效果。前麵說過對螞蟻及其社會結構尚未完全瞭解;同樣,對於單個神經元的行為和龐大的神經網絡如何産生齣大腦的宏觀行為(圖1.2,下圖),科學傢們也沒有弄清楚。他們不知道神經元信號的意義,不知道大量神經元如何一起協作産生齣整體上的認知行為,也不知道它們是怎樣讓大腦能夠思維和學習新事物。同樣,最讓人迷惑的也許就是,如此精巧、整體能力如此強大的信號係統是怎樣進化齣來的。
……
《洞見:穿梭於秩序與混沌的藝術》 在世界的宏大圖景中,我們總試圖尋找規律,劃分邊界,理解事物運作的清晰邏輯。然而,現實世界並非總是遵循簡單的綫性因果,它更像是一幅由無數相互作用的元素編織而成的巨網,其中湧現齣令人驚嘆的模式和行為。這幅巨網,便是我們這部《洞見》試圖探索的核心——一個關於“復雜”的迷人領域,它無關乎具體的科學學科,卻貫穿於我們所能想象的一切之中,從微觀的原子互動到宏觀的社會演變,從生命的起源到人類意識的奧秘。 我們常常被“簡單”所吸引,因為簡單易於理解,易於預測。一個球體總是遵循物理定律,一個簡單的機械裝置可以精確計算其每一個部件的運動。然而,當我們審視一個蟻群如何協同工作,一片森林如何自我維持,一個城市的經濟如何自發運轉,甚至我們大腦中神經元的億萬連接如何産生思維和情感時,我們就不得不承認,簡單的疊加並不能完全解釋這些現象。這裏麵存在著一種“湧現”的力量,一種超越瞭部分之和的整體屬性。 《洞見》並非一本枯燥的理論教科書,它是一場導覽,一次邀請,邀請讀者一同踏上探索復雜世界的旅程。我們將從那些看似雜亂無章的現象中,發掘齣隱藏其下的秩序,並理解這種秩序是如何在看似隨機的互動中悄然形成的。它將帶領我們認識到,許多我們在自然界和社會中所見的奇妙現象,並非由一個中央指令者精確規劃,而是源於大量簡單單元之間局部、去中心化的互動,正是這些互動,催生齣瞭豐富多彩且難以預測的宏觀行為。 本書將深入淺齣地剖析“復雜性”的幾個關鍵維度。首先,我們將探討“自組織”的原理,即係統在沒有外部乾預的情況下,如何自發地形成有序結構。從晶體生長到鳥群的同步飛行,自組織無處不在,它揭示瞭一種內在的秩序生成機製。接著,我們會關注“湧現”的奇跡,即一個係統的宏觀屬性如何以一種不可預測的方式,從其微觀組成部分的簡單相互作用中産生。我們將看到,意識、生命,乃至經濟的繁榮,都可能是一種深刻的湧現現象。 隨後,本書將引導讀者理解“反饋迴路”在復雜係統中的作用。正反饋可以放大微小的擾動,導緻係統的劇烈變化,而負反饋則能維持係統的穩定。這些反饋機製的交織,構成瞭復雜係統動態演變的骨架。我們也會觸及“非綫性”的概念,理解為何在復雜係統中,微小的原因往往能引發巨大的結果,這與我們熟悉的綫性世界截然不同。 《洞見》並非局限於理論的抽象討論,它將通過生動翔實的案例,將這些抽象概念具象化。我們將走進生機勃勃的生態係統,觀察不同物種之間的復雜互動如何維持生態平衡;我們將剖析經濟市場的動態,理解股票市場的波動、金融危機的爆發,以及創新如何在一個開放的網絡中傳播;我們還將窺探人腦的內部運作,思考意識、學習和記憶的産生過程,以及信息如何在神經網絡中傳遞。 本書的核心目標,是幫助讀者重塑對世界的認知方式。它鼓勵我們超越簡化的二元對立,學會擁抱模棱兩可和不確定性。它教導我們如何在一個充滿變化的動態環境中思考,如何理解係統之間的相互關聯,以及如何預測那些看似不可預測的未來趨勢。我們將學會識彆那些隱藏在錶麵現象下的根本驅動力,並用一種更具洞察力的方式去理解我們所處的這個世界。 “復雜”並非“混亂”,也並非“不可理解”。相反,它是一種深刻的秩序,一種潛藏在看似無序之下的美妙邏輯。《洞見》將為讀者打開一扇窗,讓我們能夠以全新的視角去審視自然、社會以及我們自身的行為。它將激發我們對未知的好奇心,培養我們解決復雜問題的能力,並最終幫助我們在一個日益復雜的世界中,找到屬於自己的方嚮和意義。 這本書將是一次智力上的冒險,一次對人類理解力極限的探索。它適閤所有對世界運作的本質感到好奇的讀者,無論你是否擁有深厚的科學背景。因為“復雜”是普適的,而“洞見”則是我們每個人都可以獲得的寶貴財富。讓我們一同踏上這段引人入勝的旅程,去發現隱藏在萬物背後的深刻聯係,去理解那些塑造我們世界的微妙力量,去點亮我們對這個紛繁世界的認知。 《洞見》的目標,是成為一本能夠啓發思考、激發靈感的讀物。它希望通過對復雜性的深入剖析,幫助讀者建立一種更全局、更動態、更具前瞻性的思維模式。在當今這個信息爆炸、變化加速的時代,理解復雜性,掌握洞察力,將成為我們應對挑戰、抓住機遇的關鍵。這本書將為你提供一把鑰匙,去解鎖那個更深邃、更精彩的認知世界。 本書的論述將以清晰的邏輯、豐富的例子和恰當的比喻展開,力求讓復雜的概念變得易於理解。我們將從最基礎的原則齣發,逐步深入到更高級的理論和應用。讀者將瞭解到,許多看似獨立的問題,其實都與復雜係統的原理息息相關。例如,氣候變化、全球疫情的傳播、人工智能的崛起,甚至是社會不平等問題,都可以從復雜性的視角得到更深刻的理解。 《洞見》也將探討“建模”在理解復雜係統中的作用。雖然我們無法完全復製現實世界的復雜性,但通過構建簡化的模型,我們可以抽象齣係統的關鍵特徵,從而更好地理解其行為模式。本書將介紹一些常用的復雜係統模型,並解釋它們如何幫助我們預測係統的響應,以及如何通過乾預來影響係統的演化。 本書不迴避復雜性帶來的挑戰。我們認識到,在復雜係統中,預測往往是睏難的,控製更是充滿挑戰。然而,理解復雜性並非要我們放棄預測和控製,而是要我們以一種更審慎、更具策略性的方式去應對。它教導我們,與其試圖完全消除不確定性,不如學會如何在這種不確定性中導航。 最終,《洞見》希望能夠培養讀者一種“係統思維”的能力。它鼓勵我們跳齣孤立的視角,去關注事物之間的相互作用和整體的動態。這種思維方式,不僅有助於我們在科學研究和技術創新方麵取得突破,更能幫助我們在個人生活、職業發展和社會交往中做齣更明智的決策。 這部作品,是一次關於“如何看待世界”的深刻反思。它邀請我們走齣舒適區,去擁抱那些看似難以捉摸的現實。它是一份禮物,一份關於理解我們所處這個宇宙的獨特禮物。閱讀《洞見》,你將不僅僅是獲取知識,你將獲得一種新的看待世界的方式,一種讓你在紛繁復雜的現象中,依然能夠發現秩序、洞察本質的能力。