李東濤

濟(jì)南軍區(qū)青島第一療養(yǎng)院中醫(yī)科，山東 青島 266071

復(fù)雜性科學(xué)[1](Science of Compledty)是一門研究復(fù)雜性和復(fù)雜系統(tǒng)的新興的邊緣、交叉學(xué)科。國外有學(xué)者稱復(fù)雜性科學(xué)是科學(xué)史上繼相對論和量子力學(xué)之后的又一次革命[2]，國內(nèi)成思危教授認(rèn)為它是系統(tǒng)科學(xué)發(fā)展的一個新階段[3，4]，戴汝為院士稱其為“21世紀(jì)的科學(xué)”。近年有關(guān)的學(xué)術(shù)會議和論文發(fā)表數(shù)量急劇增加，相關(guān)的研究在國內(nèi)外掀起了熱潮?？傊脚d未艾，引起了國內(nèi)外越來越多學(xué)者的關(guān)注。復(fù)雜性科學(xué)打破了線性、均衡、簡單還原的傳統(tǒng)范式，而致力于研究非線性、非均衡和復(fù)雜系統(tǒng)帶來的種種新問題。復(fù)雜性科學(xué)的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了科學(xué)的縱深發(fā)展。使人類對客觀事物的認(rèn)識由線性上升到非線性、由簡單均衡上升到非均衡、由簡單還原論上升到復(fù)雜整體論。因此，我們認(rèn)為復(fù)雜性科學(xué)的誕生標(biāo)志著人類的認(rèn)識水平步入了一個嶄新的階段，將是科學(xué)發(fā)展史上又一個新的里程碑。

復(fù)雜性研究最早的起源可以追溯到20世紀(jì)上半葉，1928年貝塔朗菲（Von Ber talanf fy）完成了描述生物有機(jī)體系統(tǒng)的畢業(yè)論文。自此以后的20年，在這方面做出實(shí)質(zhì)性貢獻(xiàn)的人及其成果為：McCul-loch和Pitts的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、馮·諾依曼（John Von Neuman）的元胞自動機(jī)（cel lular automata）和維納的控制論。上個世紀(jì)50年代到70年代，普里高津提出了耗散結(jié)構(gòu)理論，溝通了非生命系統(tǒng)和生命系統(tǒng)的內(nèi)在聯(lián)系，說明這兩類大系統(tǒng)之間并沒有嚴(yán)格的界限，表面上的鴻溝是由相同的規(guī)律所支配的。耗散結(jié)構(gòu)的理論是對系統(tǒng)宏觀性質(zhì)的研究，還沒有和系統(tǒng)的微觀性質(zhì)聯(lián)系起來。與普里高津同時代的哈肯的協(xié)同學(xué)則溝通了從微觀到宏觀的通路，使系統(tǒng)在宏觀上表現(xiàn)出來的規(guī)律能和微觀上的運(yùn)動聯(lián)系起來。遠(yuǎn)離平衡態(tài)的研究是歐洲復(fù)雜性研究的代表，但是從目前的情況來看，普里高津和哈肯所研究的系統(tǒng)特性仍屬于“簡單巨系統(tǒng)”特性的范疇，可以直接用統(tǒng)計學(xué)等定量工具進(jìn)行處理。當(dāng)這些方法運(yùn)用到更復(fù)雜的系統(tǒng)中時，遇到了根本性的困難。1984年，在諾貝爾獎獲得者蓋爾曼（Gel l Mann）等人的發(fā)起與鼓動下，一批物理學(xué)家、理論生物學(xué)家、經(jīng)濟(jì)學(xué)家和計算機(jī)專家及其它學(xué)科的研究人員聚集于美國新墨西哥州的圣塔菲組織了一個松散的研究團(tuán)體，稱為圣塔菲（Santa Fe）研究所。其前期的主要學(xué)術(shù)觀點(diǎn)可概括為：復(fù)雜系統(tǒng)是由大量相互作用的單元構(gòu)成的系統(tǒng)。復(fù)雜性的研究則是研究復(fù)雜系統(tǒng)如何在一定的規(guī)則下產(chǎn)生有組織的行為。近年來，圣塔菲研究所的一些科學(xué)家拓寬了復(fù)雜性的研究內(nèi)容，把興趣逐步轉(zhuǎn)移到對混沌邊界的研究上?？傮w來看，圣塔菲研究所認(rèn)識到復(fù)雜性研究的困難在于不能用傳統(tǒng)的方法來處理復(fù)雜系統(tǒng)所涉及的問題，并提出了復(fù)雜性科學(xué)這一概念。迄今圣塔菲研究所在復(fù)雜性科學(xué)研究方面所涉及的主要內(nèi)容有：復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)、非適應(yīng)系統(tǒng)(如元胞自動機(jī))、標(biāo)度、自相似、復(fù)雜性的度量。其中復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)是圣塔菲研究所集中研究的對象，而且復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論也是第三階段復(fù)雜性科學(xué)的主要成果。

1 復(fù)雜性

在復(fù)雜性科學(xué)研究中，復(fù)雜性是客觀事物的一種屬性，是客觀事物跨越層次的、不能夠用傳統(tǒng)的科學(xué)理論直接還原的相互關(guān)系。復(fù)雜性與簡單性是相對應(yīng)的。簡單性一向是現(xiàn)代自然科學(xué)的一條通則。許多科學(xué)家相信自然界的基本規(guī)律是簡單的。愛因斯坦曾是這種觀點(diǎn)的突出代表。雖然復(fù)雜現(xiàn)象比比皆是，但人們還是努力要把它們還原成更簡單的行為主體（Agent）或過程。當(dāng)然的確有不少復(fù)雜的事物或現(xiàn)象，其背后確實(shí)存在簡單的規(guī)律或過程。但是，另一方面也存在大量的事物和現(xiàn)象不能用簡單的還原論方法進(jìn)行處理。事實(shí)上，簡單性與復(fù)雜性是客觀事物的兩種不同表現(xiàn)形式?！皬?fù)雜性必須用復(fù)雜性的方法來研究”。

2 復(fù)雜系統(tǒng)

目前關(guān)于復(fù)雜系統(tǒng)的定義還很不統(tǒng)一，至少有30多種，如：復(fù)雜系統(tǒng)就是混沌系統(tǒng)（混沌學(xué)派）；復(fù)雜系統(tǒng)是具有自適應(yīng)能力的演化系統(tǒng)(圣塔菲)；復(fù)雜系統(tǒng)是包含多個行為主體(Agent)具有層次結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)；復(fù)雜系統(tǒng)是包含反饋環(huán)的系統(tǒng)(Stacey)；復(fù)雜系統(tǒng)是任何人不能用傳統(tǒng)理論與方法解釋其行為的系統(tǒng)(John War f ield，約翰.沃菲爾德)；復(fù)雜系統(tǒng)是動態(tài)非線性系統(tǒng)。

對指導(dǎo)中醫(yī)學(xué)研究而言，我們認(rèn)為，復(fù)雜系統(tǒng)是具有自適應(yīng)能力的演化系統(tǒng)，即有反饋環(huán)，又包含行為主體(Agent)及層次結(jié)構(gòu)，而且是非線性系統(tǒng)。每一個層次的行為主體(Agent)對更高層次的作用者來說都起著建設(shè)磚塊的作用。能夠吸取經(jīng)驗(yàn)，從而經(jīng)常改善和重新安排它們的建設(shè)磚塊。所有復(fù)雜的適應(yīng)性系統(tǒng)都會預(yù)期將來。這種預(yù)期都基于自己內(nèi)心對外部世界認(rèn)識的假設(shè)模型之上，也就是基于對外界事物運(yùn)作的明確的和含糊的認(rèn)識之上。能夠隨著系統(tǒng)不斷吸取經(jīng)驗(yàn)而被檢驗(yàn)、被完善和被重新安排。

3 復(fù)雜性科學(xué)

3.1 復(fù)雜性科學(xué)的概念

我們認(rèn)為：“運(yùn)用非還原論方法研究復(fù)雜系統(tǒng)產(chǎn)生復(fù)雜性的機(jī)理及其演化規(guī)律的科學(xué)”可以作為復(fù)雜性科學(xué)的定義。簡單地說，復(fù)雜性科學(xué)就是運(yùn)用非還原論方法研究復(fù)雜系統(tǒng)的科學(xué)。

3.2 復(fù)雜性科學(xué)的基本原理

總結(jié)目前的研究成果，我們認(rèn)為復(fù)雜性科學(xué)的基本原理主要有以下一些：

(1)整體性原理 由于復(fù)雜性科學(xué)的研究對象是非線性系統(tǒng)，傳統(tǒng)的疊加原理失效，因此，不能采用把研究對象分成若干個小系統(tǒng)分別進(jìn)行研究，然后進(jìn)行疊加的辦法，而只能從總體上把握整個系統(tǒng)。

(2)動態(tài)性原理 復(fù)雜系統(tǒng)必然是動態(tài)系統(tǒng)，即與時間變量有關(guān)的系統(tǒng)。沒有時間的變化，就沒有系統(tǒng)的演化，也就談不上復(fù)雜性規(guī)律。

(3)時間與空間相統(tǒng)一原理 復(fù)雜性科學(xué)不但研究系統(tǒng)在時間方向上的復(fù)雜演化軌跡，而且還試圖說明系統(tǒng)演化的空間模式。一般說來，系統(tǒng)中非線性關(guān)系所導(dǎo)致的渾沌可以認(rèn)為是一種時間演化軌跡，同時也可以用分形來描述系統(tǒng)長期演化后的空間模式。這兩種描述通過奇怪吸引子的分?jǐn)?shù)維和李雅普諾夫指數(shù)等概念相關(guān)聯(lián)。

(4)宏觀與微觀相統(tǒng)一的原理 復(fù)雜性科學(xué)認(rèn)為，經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的宏觀變量大的波動可能來自于組成系統(tǒng)的一些元素的小變化。因此，為了探討復(fù)雜系統(tǒng)宏觀變量的變化規(guī)律，必須研究它的微觀機(jī)制。但由于非線性機(jī)制的作用，又不能將系統(tǒng)進(jìn)行分解，所以說必須將宏觀與微觀相統(tǒng)一。

(5)確定性與隨機(jī)性相統(tǒng)一原理 復(fù)雜性科學(xué)理論表明：一個確定性的系統(tǒng)中可以出現(xiàn)類似于隨機(jī)的行為過程，它是系統(tǒng)“內(nèi)在”隨機(jī)性的一種表現(xiàn)，它與具有外在隨機(jī)項(xiàng)的非線性系統(tǒng)的不規(guī)則結(jié)果有著本質(zhì)差別。對于復(fù)雜系統(tǒng)而言，結(jié)構(gòu)是確定的，短期行為可以比較精確地預(yù)涵，而長期行為卻變得不規(guī)則，初始條件的微小變化會導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行軌跡出現(xiàn)巨大的偏差。

3.3 復(fù)雜性科學(xué)所涉及的幾個主要概念

(1)自組織（Sel f-organization） 從系統(tǒng)論的觀點(diǎn)來說，“自組織”是指一個系統(tǒng)在內(nèi)在機(jī)制的驅(qū)動下，自行從簡單向復(fù)雜、從粗糙向細(xì)致方向發(fā)展，不斷地提高自身的復(fù)雜度和精細(xì)度的過程。這一過程是適應(yīng)性的，使得系統(tǒng)能夠更好地應(yīng)付或處理它們的環(huán)境。

(2)突現(xiàn)(Emergence) 突現(xiàn)是指復(fù)雜系統(tǒng)中的行為個體(Agent)根據(jù)各自行為規(guī)則相互作用所產(chǎn)生的沒有事先計劃但實(shí)際卻發(fā)生了的一種行為模式。正如安德森所指出的那樣，復(fù)雜系統(tǒng)“每個復(fù)雜的層面都會出現(xiàn)全新的特征。每個階段都需要全新的法則、概念和普遍化，需要與上一階段同樣多的靈感和創(chuàng)造性?！痹诿恳粋€階段，新形成的結(jié)構(gòu)會形成和產(chǎn)生新的突然出現(xiàn)的行為表現(xiàn)，如心智是一個突現(xiàn)的特征。

(3)混沌邊緣(Edge of Chase) 這是指一個復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行在有序和無序之間的相交過程中出現(xiàn)的有界非穩(wěn)定性的一種形式。是復(fù)雜系統(tǒng)的層次的行為中，系統(tǒng)的元素從未完全鎖定在一處，但也從未解體到騷亂的地步。這樣的系統(tǒng)既穩(wěn)定到足以儲存信息，又能快速傳遞信息。這樣的系統(tǒng)是具有自發(fā)性和適應(yīng)性的有生命的系統(tǒng)，它能夠組織復(fù)雜的計算，從而對世界做出反應(yīng)?；煦绲倪吘壘褪巧凶銐虻姆€(wěn)定性來支撐自己的存在，又有足夠的創(chuàng)造性使自己名副其實(shí)為生命的那個地方，是復(fù)雜系統(tǒng)能夠自發(fā)地調(diào)整和存活的地帶。進(jìn)化似乎永遠(yuǎn)都導(dǎo)向混沌的邊緣。系統(tǒng)是通過對環(huán)境的適應(yīng)而到達(dá)混沌的邊緣。

(4)人工生命(al i fe) 人工生命是用綜合的方法來理解生命，用計算機(jī)、或也許是機(jī)器人等新型媒介來探索生物學(xué)領(lǐng)域的各種發(fā)展的可能性。人工生命研究演衍出了三個偉大洞見：①有生命的系統(tǒng)似乎總是自下而上地、從大量極其簡單的系統(tǒng)群中突現(xiàn)出來?！拔覀儚挠嬎銠C(jī)模擬復(fù)雜的物理系統(tǒng)中獲得的最為驚人的認(rèn)識是：復(fù)雜的行為并非出自復(fù)雜的基本結(jié)構(gòu)?！按_實(shí)，極為有趣的復(fù)雜行為是從極為簡單的元素群中突現(xiàn)出來的?！雹讷@得類似生命行為的方法，就是模擬簡單的單位，而不是去模擬巨大而復(fù)雜的單位。是運(yùn)用局部控制，而不是運(yùn)用全局控制。讓行為從底層實(shí)現(xiàn)出來，而不是自上而下地做出規(guī)定。做這種實(shí)驗(yàn)時，要把重點(diǎn)放在正在產(chǎn)生的行為上，而不是放在最終結(jié)果上。③從生命的特點(diǎn)在于組織，而不在于分子這一點(diǎn)上來說，生命有可能不僅只是類似計算機(jī)，生命根本就是一種計算法。在此之所以介紹人工生命概念，是出于我們?nèi)缦碌恼J(rèn)識：中醫(yī)學(xué)從某種意義上講，也可以被視為一種人工生命。

4 生物系統(tǒng)的復(fù)雜性研究

人們普遍認(rèn)為，生物的復(fù)雜性和非生物的復(fù)雜性是兩類不同的復(fù)雜性，前者的復(fù)雜性程度比后者要高得多，而且有質(zhì)的不同。生物復(fù)雜性有三個特點(diǎn)，其一是在復(fù)制生物結(jié)構(gòu)的過程中，存在指令和控制，并由此展現(xiàn)出生長性和自適應(yīng)性；其二是生物具有無雙性，這導(dǎo)致不同層次、不同類群，甚至不同個體生物的復(fù)雜性，顯示有很強(qiáng)的個性，這是在生物學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用數(shù)學(xué)方法的一個難點(diǎn)；其三是生物復(fù)雜程度的超巨性，這也使得生物復(fù)雜性難以量化。研究表明，許多生物體中存在混沌現(xiàn)象，兔嗅覺識別的過程、穴位的紅外輻射、人的腦電信號、大鼠的心動周期信號、健康人的心搏、兒童的心理周期都具有混沌特征。另外，不少醫(yī)學(xué)研究者將混沌理論應(yīng)用于疾病的研究，對心臟病、精神病、癲癇病、糖尿病等疾病的發(fā)生機(jī)理、診斷與控制方法以及疾病的傳播過程進(jìn)行了具有實(shí)踐意義的探討。

5 復(fù)雜性科學(xué)對中醫(yī)學(xué)研究的啟示

中醫(yī)學(xué)研究的對象是人體，由于人體是復(fù)雜巨系統(tǒng)，所表現(xiàn)的各種疾病也極其復(fù)雜，在此，在應(yīng)對復(fù)雜的人體與復(fù)雜的疾病，中醫(yī)也經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜的漫長過程，不斷重復(fù)著經(jīng)驗(yàn)━規(guī)則━臨床驗(yàn)證━更新經(jīng)驗(yàn)━更新規(guī)則循環(huán)往復(fù)不斷完善與發(fā)展起來的，中醫(yī)的辨證論治是以由歷代醫(yī)學(xué)的臨床經(jīng)驗(yàn)為建筑材料堆砌起來的復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)。中醫(yī)學(xué)應(yīng)用“寒則熱之，熱者寒之，虛則補(bǔ)之，實(shí)則瀉之”等基本規(guī)則。但在臨床上，針對不同情況，往往可以做得很細(xì)化，如要考慮藥物的產(chǎn)地、患者所處的地域、所處背景等人文社會情況，而針對這些情況，也有要應(yīng)用不同的規(guī)則。中醫(yī)與新興的復(fù)雜性科學(xué)，其起點(diǎn)是不同的，中醫(yī)是針對人體的復(fù)雜巨系統(tǒng)出現(xiàn)的偏頗，糾偏補(bǔ)缺，而達(dá)到整體的協(xié)調(diào)；而復(fù)雜性科學(xué)是從還原論出發(fā)，研究多個行為主體(Agent)通過自組織，在形成不同層次結(jié)構(gòu)時，所涌現(xiàn)的的新的特征。但這并不能掩蓋中醫(yī)學(xué)的復(fù)雜性特征，如朱時清院士認(rèn)為，中醫(yī)的自組織自相似與復(fù)雜性科學(xué)的特征吻合；西醫(yī)注重物質(zhì)實(shí)體，中醫(yī)重視協(xié)調(diào)，生物復(fù)雜系統(tǒng)最重要的特點(diǎn)各組分關(guān)系高度協(xié)調(diào)。喬宇認(rèn)為中醫(yī)的理論基礎(chǔ)是“整體論”，可以說中醫(yī)屬于復(fù)雜性科學(xué)。中醫(yī)學(xué)的理論體系本身就是一個開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)，中醫(yī)的哲學(xué)思想基礎(chǔ)即“陰陽五行系統(tǒng)”，陰陽五行模型體現(xiàn)了復(fù)雜系統(tǒng)的非線性特征。中醫(yī)臟腑理論與復(fù)雜性科學(xué)相通，診療方法與復(fù)雜性科學(xué)相通，辯證施治的意象說屬于近代科學(xué)模式識別。以分子水平來看，作為自然藥物的每一種中藥也都是一個復(fù)雜系統(tǒng)，一味中藥往往具有很多不同效用，而當(dāng)多味中藥以不同的搭配組成方劑，則又是一個不同的復(fù)雜系統(tǒng)。因此可以說，人體是一個復(fù)雜系統(tǒng)，與之相對應(yīng)的中醫(yī)藥診療體系是一個開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)。

關(guān)于研究方法，宋琳莉等提出用系統(tǒng)思維代替中醫(yī)整體思維與形象思維、本能思維。潘國鳳等認(rèn)為應(yīng)以系統(tǒng)論與還原論相結(jié)合的復(fù)雜性科學(xué)研究中藥。白云靜等提出整體性思維與還原性思維逆向?qū)拥扔^點(diǎn)。中醫(yī)學(xué)研究可以借鑒的研究方法有：復(fù)雜性適應(yīng)系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)挖掘，從定性到定量的綜合集成法，模型構(gòu)建、人工智能等。

關(guān)于從定性到定量的綜合集成法是從上世紀(jì)80年代中期開始的。1986年開始，在錢學(xué)森指導(dǎo)的“系統(tǒng)學(xué)”討論班，對有關(guān)復(fù)雜系統(tǒng)的一些問題進(jìn)行了探討。經(jīng)過5年的探討與實(shí)踐后，于80年代末，把對系統(tǒng)的研究加以拓廣，提煉出開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)的概念，并總結(jié)概括了處理開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)的方法論，形成了“從定性到定量的綜合集成研討廳體系”的構(gòu)思，把復(fù)雜系統(tǒng)的研究推上了一個新的臺階。并從概念上弄清楚了“復(fù)雜性”問題，得出如下結(jié)論：“復(fù)雜性”實(shí)質(zhì)上是開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)的動力學(xué)特性。由于開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)也把復(fù)雜系統(tǒng)、復(fù)雜巨系統(tǒng)和開放的簡單巨系統(tǒng)作為特殊情況，所以復(fù)雜性的研究自然也把這些系統(tǒng)的動力學(xué)特性概括在其范疇之中。這就對復(fù)雜性的研究方向有一清晰的把握。綜合集成研討廳體系是處理開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)的方法論，從思維科學(xué)的層次來看，它又是思維科學(xué)的一項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)。它的構(gòu)思是把專家們和知識庫、信息系統(tǒng)、各種人工智能系統(tǒng)、計算機(jī)象作戰(zhàn)指揮廳那樣組織起來，形成一個巨型的人機(jī)結(jié)合的智能系統(tǒng)，共同作用于復(fù)雜問題的求解。從對綜合集成研討廳體系的構(gòu)思，我們可以看出，與歷史上其它方法論不同的是，綜合集成研討廳體系不是一系列公式的匯總，也不是以某幾條公理為基礎(chǔ)搭建起來的抽象框架。它的實(shí)質(zhì)是指導(dǎo)人們在處理復(fù)雜問題時，把專家的智慧、計算機(jī)的高性能和各種數(shù)據(jù)、信息有機(jī)地結(jié)合起來，構(gòu)成一個統(tǒng)一的、強(qiáng)大的問題求解系統(tǒng)。因此，從軟／硬件體系上和組織結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)，使之能真正應(yīng)用于復(fù)雜問題的研究實(shí)踐顯得尤為重要。我們對證候研究的研究，借鑒了從定性到定量的綜合集成研討廳體系的研究方法，取得了一定的成果。

[1]宋學(xué)鋒．復(fù)雜性、復(fù)雜系統(tǒng)與復(fù)雜性科學(xué)[M]．中國科學(xué)基金，2003(5)：262－269.

[2]Waldrop M.復(fù)雜：誕生于秩序與混沌邊緣的科學(xué)[M]．陳玲，譯．北京：三聯(lián)書店，1997，1－7.

[3]成思危，馮英艷．復(fù)雜性科學(xué)探索[J]．北京：民主與建設(shè)出版社，1999，1－8．

[4]成思危．復(fù)雜科學(xué)與系統(tǒng)工程[J]．管理科學(xué)學(xué)報，1999，12(2)：1－6．