馬健文

【摘要】復雜性科學與大數(shù)據(jù)技術(shù)誕生于本世紀之交的科技革命，復雜性科學和大數(shù)據(jù)技術(shù)相繼出現(xiàn)。大數(shù)據(jù)技術(shù)被一些學者認為是復雜性科學的技術(shù)實現(xiàn)，復雜性科學是大數(shù)據(jù)技術(shù)的理論表述。大數(shù)據(jù)應用于復雜性科學研究已成熱議，然而大數(shù)據(jù)技術(shù)是否符合復雜性科學理論的全部特質(zhì)還需要細致的考量。這里從理論和技術(shù)兩方面入手，以前者為主。理論上，通過比對二者的特征差異進行考量。技術(shù)上，分析具體實踐應用難題。

【關(guān)鍵詞】大數(shù)據(jù) 復雜性科學 線性與非線性 可逆性與不可逆性 路徑依賴

一、復雜性科學概述

早期自然哲學伊始，人類就不曾停下探尋世界本原的腳步，盡管各家對世界本原的構(gòu)成之物眾說紛紜，但無一例外都贊同有所謂的世界本原的存在。按照尋求本原的方法論傳統(tǒng)，哲學家們得出了比較貼近近代物理學的說法。認為物質(zhì)可以無限制的拆分成更小的構(gòu)成部分，直到最小的世界本原。這種哲學思想就演變?yōu)楹髞淼倪€原論的科學方法。

復雜性科學是系統(tǒng)科學理論的分支學科，系統(tǒng)科學理論源生于貝塔朗菲的“一般系統(tǒng)論”。正如哲學家西蒙（ H Simon）闡明的那樣，“一般系統(tǒng)論”在經(jīng)過一個良好的開端后，因缺乏來自具體科學成果的供給也開始走向死亡。正因如此，哲學家和系統(tǒng)學家開始為系統(tǒng)科學理論尋求新的出路，于是作為一種新的發(fā)展方向的復雜性科學誕生?！皬碗s性的概念，它指的是復雜系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)系和外部關(guān)系的某種基本性質(zhì)，并著重從信息、描述和計算的角度來研究這些性質(zhì)。例如系統(tǒng)元素及其關(guān)系的多樣性，這些聯(lián)系或關(guān)系的纏結(jié)性、非線性、多層級性和非對稱性，以及這些關(guān)系處于有序與混沌之間的邊緣性都指的是復雜性。”

若采取比較容易的理解方法，可以從與之相對的牛頓的機械還原論入手，牛頓認為物質(zhì)是由微小粒子通過機械線性疊加而成，世間萬物均可以如此分成更細微的事物，直到構(gòu)成世界的最小微粒。牛頓的理論學說建立在決定論的簡單性原則上，經(jīng)典力學認為線性疊加態(tài)是萬物固有模態(tài)。然而隨著現(xiàn)代科學的演化，這種線性思維越來越多的暴露問題。簡單系統(tǒng)在現(xiàn)有宇宙系統(tǒng)中只占少部分，物質(zhì)更多的是處于復雜系統(tǒng)當中。簡單系統(tǒng)的線性思維在面對有機生命現(xiàn)象和主體自我意志系統(tǒng)之時往往無能為力，因為傳統(tǒng)的機械力學將構(gòu)成事物的各部分視為孤立靜止的要素。

傳統(tǒng)還原論認為事物具有線性疊加性，因而可以通過仔細探究這些細小的部分，來達到了解整體的目的。這種窺斑見豹的思維方式對近代科學探索大有裨益，但在隨后的深入研究中遭遇瓶頸。由此萌生了復雜系統(tǒng)的思維路徑，轉(zhuǎn)向與牛頓機械還原論相對的學科走向。

為了避免傳統(tǒng)還原論科學的局限性， 復雜性科學依照整體論和非還原論的方法論。復雜系統(tǒng)具有中等數(shù)目并基于局部信息做出的行動智能型、自適應性主體系統(tǒng)。簡單系統(tǒng)各部分具有均衡性，而復雜系統(tǒng)中的個體具有智能性，且其中一部分的變化并不能引起整體比例性的變化。能夠精確預測月食時間，但卻無法精確預測天氣現(xiàn)象的事例充分表明了這一點。相比前者，后者的系統(tǒng)內(nèi)部不是線性疊加的，而是局部自適應和不均衡的，因而機械還原論的方法不再具有適用性。

二、大數(shù)據(jù)時代的思維方式

大數(shù)據(jù)時代的到來，引發(fā)各個領(lǐng)域不同程度的變革。大數(shù)據(jù)帶給現(xiàn)今人類社會算法的革新以及認知的變革。這表現(xiàn)為三個方面：第一，由隨機抽樣采集到研究全體數(shù)據(jù)的變革。第二，由力求高精準到找尋大致范圍的變革。第三，由熱衷因果關(guān)系到追求相關(guān)關(guān)系。

（一）隨機抽樣采集到研究全體數(shù)據(jù)

大數(shù)據(jù)處理技術(shù)來源于信息爆炸產(chǎn)生的計算超負荷的技術(shù)難題，后受商業(yè)利益驅(qū)動，而逐漸發(fā)展為一種互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)模式。

算法問題的解決使得無法得到理論證明得到了充分的數(shù)據(jù)支持。大數(shù)據(jù)思維，開始將問題納入量化維度。理念的變革帶來數(shù)據(jù)運用方式的變革，原有少量抽樣數(shù)據(jù)的信息獲取方式被遍取式的數(shù)據(jù)測量模式所取代。這不僅能夠?qū)挿喝娴墨@取信息，還可以幫助提升信息的精準度，使得事物細節(jié)充分顯現(xiàn)。

（二）高精準到找尋大致范圍

數(shù)據(jù)總量的提升固然能將想要把握的事情進行更加細致的描摹，但數(shù)據(jù)的海量性勢必造成數(shù)據(jù)的參差性。這種摻雜進來的細微瑕疵難以導致最終結(jié)果的大范圍變動，因而適當放寬結(jié)果的精準度不會在根本上顛覆研究的結(jié)果。這種方法與建立在小數(shù)據(jù)基礎上的精確技術(shù)不同，海量的數(shù)據(jù)樣本的采集使得小的讓步與犧牲成為可能。

（三）因果關(guān)系到相關(guān)關(guān)系

從找尋因果關(guān)系轉(zhuǎn)向探索相關(guān)關(guān)系是人類思想變革的一個重要飛躍，因果關(guān)系模型歷來是哲學學者爭論的焦點，黑天鵝理論使得因果關(guān)系確證性受到極大沖擊，進而使科學的真理性問題備受爭議議。大數(shù)據(jù)時代的來臨，為各領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的思考方式，一場由熱衷因果關(guān)系到追求相關(guān)關(guān)系的認識變革悄然發(fā)生。從追問“為什么”到追問“是什么”，復雜性系統(tǒng)十分經(jīng)濟的解決著社會所面臨的問題。

在具體科學實踐中，因果關(guān)系的找尋十分艱難，現(xiàn)在大數(shù)據(jù)所提供的新的思維方式節(jié)省了探究因果關(guān)系的步驟。人們轉(zhuǎn)到因循相關(guān)關(guān)系路徑，不再過分重視事物緣由，然而這不意味著拋棄因果關(guān)系，而只是將相關(guān)關(guān)系作為一種更加便利、快捷、經(jīng)濟的思考途徑。相關(guān)關(guān)系也許不能準確告知事件的發(fā)生原因，但卻能夠為事件的發(fā)生及其走向提供重要的跡象?！霸谠S多情況中，這種提醒的幫助作用已經(jīng)足夠巨大?！毕嚓P(guān)關(guān)系雖然給予了解決問題的新啟示，但相關(guān)性思維能否抵消掉復雜性科學中獨立個體的自適應情境始終是認知有效性討論的一大障礙。

盡管相關(guān)關(guān)系的思維方式與復雜性科學的理論內(nèi)核存在著高度相似性，但能否將大數(shù)據(jù)思維用于復雜性科學問題的解決還需要通過具體應用實踐中理論特性的比對來加以考證。

三、大數(shù)據(jù)用于解決復雜性科學

（一）大數(shù)據(jù)解決復雜性科學的淺層合理性

復雜性科學與大數(shù)據(jù)技術(shù)誕生于本世紀之交的科技革命，二者理論、特征、思維和歷史進程上均有較大關(guān)聯(lián)。從科技史的角度來說，科學與技術(shù)的發(fā)展不具有同步性，呈現(xiàn)為交互的推動模式?？茖W理論倚賴先進技術(shù)的檢驗，技術(shù)沿革能夠帶來驗證方式的精確化，同時填補理論漏洞甚至破解理論困境。同時，技術(shù)領(lǐng)域的進展，有時以科學理論為誘因，以科學理論導引新技術(shù)。

也正因為復雜性科學和大數(shù)據(jù)技術(shù)出現(xiàn)時間的歷史相繼性，一些學者將大數(shù)據(jù)視為復雜性科學的技術(shù)實現(xiàn)；相應的，將復雜性科學視為大數(shù)據(jù)的理論表述。此種意義上可將二者視為系統(tǒng)性理論的不同分支，但這不能成為大數(shù)據(jù)理論適用于復雜性科學的理由。

就特性而言，二者確有高度契合性，但深入的研究分析便可以發(fā)現(xiàn)其中的嚴重分歧。如果未經(jīng)深入探究與思考，鑒于大數(shù)據(jù)與復雜性科學的特征的相似性，很容易就過于樂觀的認為可以將大數(shù)據(jù)的技術(shù)用于解決復雜性科學問題。然而，這種技術(shù)應用目前不但在實踐環(huán)節(jié)毫無進展，在理論本身也是存在巨大問題，理論上大數(shù)據(jù)能否用于解決復雜性科學問題很需要業(yè)內(nèi)學者的關(guān)注與探究。

（二）大數(shù)據(jù)解決復雜性科學的深層理論缺憾

正如前文提及的那樣，就大數(shù)據(jù)技術(shù)能否運用于解決復雜性科學問題需要細致的考量分析。從二者比較明顯突出的特征差異著手，可以初步的得出一些理論與技術(shù)不協(xié)調(diào)、不適用的結(jié)論。這樣的分析研究對于調(diào)整復雜性系統(tǒng)理論的研究路徑具有重要意義，對于大數(shù)據(jù)的技術(shù)革新，還有復雜性系統(tǒng)理論的匹配技術(shù)的探索有很強的推動力。

大數(shù)據(jù)與復雜性科學在三組特征的比對中可發(fā)現(xiàn)明顯差異，這樣的差異性、不相適應性可以表明大數(shù)據(jù)技術(shù)應用于復雜性科學的障礙，而且這種差異性、不相適應性表現(xiàn)出一種無法顛覆的理論本質(zhì)上的缺憾。這三組差異特征分別是可逆性與不可逆性；線性與非線性；路徑依賴原則與均勻彌散化原則。下面從這三個方面進行分析討論。

（1）不可逆性與可逆性?！鞍l(fā)現(xiàn)自己處在一個可逆性和決定論只適用于有限的簡單情況， 而不可逆性和隨機性卻占統(tǒng)治地位的世界之中”。[ 伊·普里戈金、伊·斯唐熱：《從混沌到有序》[M]，曾慶宏、沈小峰譯，上海：上海譯文出版社，2005年，第26頁。]因此，“物理科學正在從決定論的可逆過程走向隨機的和不可逆的過程”。近代物理學還原論的無限可分原則以及局部性原則沒有把時間與空間納入科學探究的考察范圍，以至于走向了極端，并認為數(shù)學模型可以將宇宙中的一切事物進行量化計算。但這種論斷隨著宇宙學的發(fā)展而不斷遭到打擊。

宇宙學熵熷理論的創(chuàng)立使得各門學科誕生了新的理論研究模型，通過反證法，熱力學三大定律的不可逆性被廣為接受。于是在簡單系統(tǒng)之外又發(fā)展出了復雜系統(tǒng)，正因復雜系統(tǒng)的不可逆特性以及它與簡單系統(tǒng)的截然對立性，使得復雜性科學受到越來越多的關(guān)注。新興的大數(shù)據(jù)技術(shù)作為數(shù)據(jù)的堆疊并不存在時間先后的壁壘，大數(shù)據(jù)尋找數(shù)據(jù)與事物關(guān)聯(lián)性的作法排除了因果性中的的前后相繼性。由此，可以簡單推斷出大數(shù)據(jù)計算技術(shù)的可逆性特征，所以大數(shù)據(jù)對復雜性系統(tǒng)做出的逆向預測是無法得到驗證的，因而也無法作為結(jié)論來進行進一步推演。

大數(shù)據(jù)時代海量數(shù)據(jù)運算的現(xiàn)實特性能夠模糊計算過程同時達到理想結(jié)果。如若世界本真的按照因果原則進行演化，那么大數(shù)據(jù)技術(shù)不僅無法為多因一果以及多果一因的情勢提供解讀路徑，而且數(shù)據(jù)處理過程也因呈現(xiàn)黑匣狀態(tài)而無法得到認知。正如查爾斯·漢迪所說：“你不能認為未來是過去的延續(xù)……因為未來將會不同。這確實有必要拋開在過去所用的方式，以適應未來。”

（2）非線性與線性。這一組特征與上一組有著巧妙的聯(lián)系性，線性原則與可逆原則可以視作是在不同方面對同一事物的表達。一個系統(tǒng)遵從線性原則，那么它亦是可逆的。如果一個現(xiàn)象是可逆的，那么它必遵循線性原則，二者互為充要條件。所謂的線性原則就是把構(gòu)成整體的各部分視為不具自主性的部分，研究其中的一部分便可得知整體情況。

復雜性系統(tǒng)是非線性的，它不具有簡單的加和性，而大數(shù)據(jù)技術(shù)中的每個數(shù)據(jù)都是獨立的構(gòu)成單元具有線性疊加性。雖然大數(shù)據(jù)也可以通過擴大數(shù)據(jù)總量來模擬非線性特征，但大數(shù)據(jù)技術(shù)的本性是線性的。用本性為線性的大數(shù)據(jù)技術(shù)去解決非線性的復雜性系統(tǒng)科學是荒謬的。對于非線性系統(tǒng)而言，所有微小的差別在系統(tǒng)中都會經(jīng)歷路徑的非線性放大。但大數(shù)據(jù)技術(shù)卻無法做到這一點，盡管可以創(chuàng)造出一個相似的數(shù)學模型并模擬出非線性放大形式，但是無法確定這個數(shù)據(jù)非線性放大路徑，如果計算出的輸出結(jié)果與復雜性系統(tǒng)的現(xiàn)象相契合，那也只不過是“小”概率事件。

（3）均勻彌散化與路徑依賴。復雜性系統(tǒng)大多只具有局部有序性，這也是近代物理學可以運用線性原則來進行預測的原因，而在大布局上呈現(xiàn)混沌，宇宙學中的熵熷和大爆炸理論模型就是很好的例證。復雜性系統(tǒng)通過各部分的自適選擇從而達到均勻的彌散化。大數(shù)據(jù)技術(shù)，如上所說是無法進行事先路徑選擇的，不過這與大數(shù)據(jù)路徑依賴的特征并不矛盾。運用大數(shù)據(jù)進行預測需要事先設定一個合理的模型，其實就是為這些數(shù)據(jù)的計算輸出設計一個運行路徑，在這之后數(shù)據(jù)按照路徑進行分布性的預測。值得注意的是，數(shù)據(jù)、路徑、輸出結(jié)果，在模型建立之初就已被確定，其結(jié)果輸出需參照以上變量。而復雜性系統(tǒng)的各個部分均具有自適性，并進行著不可逆的非線性運動。若想將大數(shù)據(jù)技術(shù)應用于復雜性科學，那么路徑選擇難題將是無法逾越的障礙。

經(jīng)過一系列特征差異的比較，大數(shù)據(jù)技術(shù)作為解決復雜性科學的新方法無論在理論上還是技術(shù)層面，都存有適配性難題。從哲學層面來講，大數(shù)據(jù)用于解決復雜性系統(tǒng)科學的方法有兩種：其一是基于大數(shù)據(jù)技術(shù)，建立能夠匹配適應復雜性系統(tǒng)的新型輸出模型；其二是無限擴大路徑選擇方案的樣本，用海量的數(shù)據(jù)選擇來盡可能囊括事件發(fā)生的可能性。以上兩種解決方案各有其弊端，以大數(shù)據(jù)模型為根基建立新型自適性模型要跨越兩種模型的范式差異。第二解決方案的實現(xiàn)需要建立在大數(shù)據(jù)技術(shù)運算能力的革新，就目前的運算水平與速度來講，還難以達到如此高的樣本處理能力。

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