1.2 复杂系统的本质

我们从复杂性的历史和来源可知，这个世界的本质就是复杂的，所以认识世界、改造世界的根本任务就是要科学地认识和解决复杂性问题。复杂系统的共性特征是什么，复杂性科学有统一的理论吗？我们从复杂系统科学的发展历史可知，从“老三论”到“新三论”，没有统一的物理学理论，混沌和熵增才是这个世界的本质，而如何描述这个混沌的世界呢？

随着技术的进步，运用复杂系统认识和改造客观世界的实践越来越多地出现在我们面前。复杂系统从定量上讲，系统模型是高维、高阶的，具有多输入、多输出的特点；从定性上讲，系统具有非线性、外部扰动性、结构与参数的不确定性和涌现性，有复杂和多重的控制目标和性能指标。具体地说，复杂系统一般具有的特性没有统一说法，本书借鉴笔者在《从降维解析到映射升维——复杂工程系统原理探索》一书中，基于大量国防武器装备体系的实践，对复杂系统特性的总结归纳，即九种特性[2]，供大家参考。

1.系统性

系统性也称作整体性，是指复杂系统的各个部分构成了一个有联系的整体，共同达成特定的、子系统的部分无法完成的整体性目标，体现了系统的“1+1＞2”的特性。

2.规模性

规模作为系统的一个属性时，一方面规模的扩大会增加系统的复杂性；另一方面，系统的规模也不会无限地扩大，在系统其他属性的约束下，而呈现出一定的规律性。复杂系统的规模庞大，维数很高，子系统的数目、变量的数量巨大。

3.层次性

从系统的定义来说，系统是具有层次嵌套的，复杂系统往往可分解为多层次结构。层次性又与涌现性互为因果，因为涌现特征总是系统从低层次指向高层次的，都是低层次所不具备的发生“质变”生出的新特性。

4.非线性

复杂系统中的非线性因素往往是由一定数量（或大量）非线性元件（或子系统）的组合及其相互作用而产生的，本质上不同于线性元件的组合及其相互作用。实际上，复杂系统中的非线性因素（内部及环境的因素）及它们之间的相互作用是形成复杂性的重要条件。

5.涌现性

系统之所以能成为系统，必须有它的整体性特征，这些是系统的各成员部分所不具备的，在这里称作涌现性。对于复杂系统来说，其涌现性尤为突出，且不易被人们完整认识，即复杂系统常具有尚未被认知的涌现性，也就是隐性的秩序。

6.不确定性

按照系统科学里的混沌理论，非线性确定系统本质上是混沌的，但混沌是局部的不确定性与整体的确定性的辩证统一，也就是个体的扰动与整体的稳定的辩证统一。

7.次优性

由于复杂系统中往往存在多个目标，且相互影响，系统的控制目标往往不可能有唯一解，导致控制目标在寻优的过程中，只能达到“次优”或“满意”的程度，所以复杂系统更多地应该是方向的引导，而不是精确的控制。

8.自组织性

自然复杂系统内部的有序结构或这种有序结构的形成过程是由系统成员之间自发形成的，是系统内部各成员遵循的规律的综合涌现，比如大自然的繁衍生息。人造复杂工程系统的设计，就是要构建有利于系统成员联系的有序结构，并制定有利于系统稳定和效能实现的演化规则。

9.有机性

复杂系统的成员不仅是相互联系的，而且随着成员系统之间复杂的交互关系的不断作用，在整体上往往表现出一定的有机特性。在系统的外界环境发生改变时，复杂系统通过内部的调节和规则的变换，维持相对的稳定性，从而表现出一定的有机适应能力，类似于有机生命体的自适应能力。

从复杂系统的本质特性的总结分析可以看出，九个特性的共同属性都或多或少地指向了生命有机。

在从夸克进化到智能时代的过程中，复杂系统经历了两次质的跨越，一次是从无机到生命有机的跨越，另一次是从动物本能到人类精神的跨越。这两次跨越把复杂性分为四个层次（见图1.1）：一是无机的自然物质系统，它的演化发展遵守的是自然界中的物理与化学规律，如热力学第二定律、耗散结构、协同演化等，称之为“自组织复杂性”；二是工程物质系统，是人类对自然物质系统进行了功能改造，虽然未改变其物质特性，但赋予了它们新的功能，系统的功能自从其建立的那一刻起，它的演化发展便开始了其熵增的过程，所以称之为“功能熵增复杂性”；三是生命有机系统，它的演化发展遵循的是以目的为导向的自适应性，如达尔文的物竞天择的进化论，霍兰的复杂适应系统理论等，称之为“自适应复杂性”；四是社会系统，是由人的精神世界共同构筑的社会系统，它的演化发展取决于群体内个体的心理活动，归根到底是个体在处理事情时的决策博弈过程，称之为“决策博弈复杂性”。

这四个层次之间具有递进关系，如生命有机系统是以无机系统为基础的，任何生物体都是由基本元素构成的，而社会系统的基础是以人为基本单元的生命有机系统。

需要特别指出的是，随着智能技术的蓬勃发展和广泛应用，工程物质系统里设备的无人化、智能化趋势显著，而生命有机系统随着穿戴设备和人机融合的发展，也越来越与工程物质系统密不可分了，这使原有的复杂性划分的无机和有机的界面呈现模糊和跨界。如何使生命有机系统的自适应特性赋予工程物质系统，改造其原有的熵增的特性为逆熵，构建工程物质系统的自适应性机制，使其突破无机与有机的界限而具备生命体的特性，这就是本书研究的宗旨（见图1.2）。