CAS理论的基本概念

CAS理论的基本概念

系统中的个体一般称为元素、部分或子系统。复杂适应系统理论采用了主体这个词（具有适应能力的个体），是为了强调它的主动性，强调它具有自己的目标、内部结构和生存动力。Agent这个词本来是经济学中的用语，表示代理人或代理商的意思。霍兰借用这个词，明显地表示：经济系统是他建立CAS理论时心目中的主要背景之一。

围绕主体这个核心的概念，霍兰进一步提出了研究适应和演化过程中特别要注意的7个有关概念：聚集、非线性、流、多样性、标识、内部模型和积木。这7个概念可以分为两组：前4个为一组，描述个体的某种特性，它们在适应和进化中发挥作用；后3个为一组，描述个体与环境进行交流时的机制。

1．聚集（aggregation）

主要用于个体通过“黏着”（adhesion）形成较大的所谓的多主体的聚集体（aggregation agent）。由于个体具有这样的属性，它们可以在一定条件下，在双方彼此接受时，组成一个新的个体——聚集体，在系统中像一个单独的个体那样行动。

在复杂系统的演变过程中，较小的、较低层次的个体通过某种特定的方式结合起来，形成较大的、较高层次的个体，这是一个十分重要的关键步骤。这往往是宏观形态发生变化的转折点。然而，对于这个步骤，以往的、基于还原论的思想是很难加以说明和理解的。

事实上，聚集现象在许多系统中都存在。例如，在生物界中，共生现象越来越多地得到重视和研究。近年来，人们发现，在一些高等生物体内存在着许多独立的低等生物。这些低等生物完全是独立的个体，按照自身的规律生存和发展。它把高等生物体内的条件作为自己的生存环境，进行着物质、能量与信息的流通与处理，例如人体细胞中的线粒体：一方面，它们是完整意义下的、独立自主的生物；另一方面，在长期的演化过程中，它们必须也只能在人体内这种环境中生存。如果按传统意义下的系统元素去理解，则这两方面的矛盾将是无法解决的。因为，在传统的思维框架中，部分或元素是“死的”、被动的和没有自己的目的与意志的；如果它有自己的目的、意志和主动性，那就只会对系统起瓦解作用。这就把上述的两个方面绝对地、不可调和地对立起来、割裂开来。生物界的事实告诉我们，这种思维方式是不符合客观实际的。托马斯（L. Thomas）以许多生动的共生体的事例说明了这方面的情况。如果我们把目光转向社会生活，那么这种例证又可以增加许多。个人与社会，雇员与企业，以及企业集团的形成等，都反映了不同层次的主体之间的有效的协调和共生。

聚集这个概念正是归纳与反映了复杂系统在这方面的行为特征。由于承认了个体的主动作用，由于克服了在整体与局部之间非此即彼的、绝对的对立，CAS理论提供了理解与描述上述现象的新视角。聚集不是简单的合并，也不是消灭个体的吞并，而是新的类型的、更高层次上的个体的出现；原来的个体不仅没有消失，而是在新的更适宜自己生存的环境中得到了发展。这就是后面将要讲到的“黏着”的意义。

聚集的概念对于层次的理解也提供了有益的启发。层次之间是有质的差别的。把层次之间的差别仅仅理解为量的差别，是一种常见的误解。然而，层次之间的质的差别究竟是怎样涌现出来的？在这里，聚集也起了关键的作用。

2．非线性（nonlinearity）

个体以及它们的属性在发生变化时，并非遵从简单的线性关系，特别是在个体和系统或环境的反复的交互作用中，这一点更为明显。近代科学之所以在许多方面遇到了困难，重要原因之一就是它把自己的眼界局限于线性关系的狭窄范围内，从而无法描述和理解丰富多彩的变化和发展。CAS理论认为个体之间的相互影响不是简单的、被动的、单向的因果关系，而是主动的“适应”关系。以往的“历史”会留下痕迹，以往的“经验”会影响将来的行为。在这种情况下，线性的、简单的和直线式的因果链不复存在，实际的情况往往是各种反馈作用（包括负反馈和正反馈）交互影响的、互相缠绕的复杂关系。正因为这样，复杂系统的行为才会如此难以预测；也正因为这样，复杂系统才会经历曲折的进化过程，呈现出丰富多彩的性质和状态。

CAS理论把非线性的产生归之于内因，归之于个体的主动性和适应能力。这就进一步把非线性理解为系统行为的必然的、内在的要素，从而大大丰富和加深了对于非线性的理解。正因为如此，霍兰在提出具有适应性的主体这一概念时，特别强调其行为的非线性特征，并且认为这是复杂性产生的内在根源。

3．流（flow）

在个体与环境之间，以及个体相互之间存在着物质流、能量流和信息流。这些流的渠道是否通畅，周转迅速到什么程度，都直接影响系统的演化过程。

自古以来人们就认识到各种流的重要性，并且把这些流的顺畅当作系统正常运行的基本条件。例如，中医所谓的“气”“血”，就是典型。通则健康发展，不通则生百病。又如，信息系统工程对信息流的分析和设计，也是从流的分析入手，去认识和理解复杂系统。越复杂的系统，其中的各种交换（物质、能量和信息）就越频繁，各种流也就越错综复杂。所以，复杂适应系统理论把对于各种流的分析，当作一个值得注意的重要问题。

4．多样性（diversity）

在适应过程中，由于种种原因，个体之间的差别会发展与扩大，最终形成分化，出现多样性，这是CAS的一个显著特点。多样性的概念目前已经在许多领域中得到了广泛的使用，这是一个很大的进步。

长期以来，人们误以为世界的统一性就意味着单一性。经过20世纪科学的多方探索，人们已经开始承认多样性并且认真地面对它了。生物的多样性已经成为国际论坛上的热门话题，已经以国际公约的形式表达了人们的共识。文化的多样性也已经得到了越来越多的认同。系统复杂性的重要内涵之一就是个体之间的差别、个体类型的多样性。当前的复杂性研究着眼于个体类型多种多样的情况，CAS理论则进一步研究这种多样性是怎样产生的，即研究分化的过程。霍兰指出，正是相互作用和不断适应的过程，造成了个体向不同的方向发展变化，从而形成了个体类型的多样性。从整个系统来看，这事实上是一种分工。如果和前面讲到的聚集结合起来看，这就是从宏观尺度上看到的系统结构的“涌现”，即所谓自组织现象的出现。

5．标识（tagging）

为了相互识别和选择，个体的标识在个体与环境的相互作用中是非常重要的，无论在建模中，还是实际系统中，标识的功能与效率是必须认真考虑的因素。

标识的作用主要在于实现信息的交流。流的概念包括物质流、能量流和信息流，起关键作用的是信息流，信息流对物质流与能量流起支配作用。在以往的系统研究中，信息和信息交流的作用没有得到足够的重视。这是对于复杂系统行为的研究难以深入的原因之一。CAS理论把信息的交流和处理作为影响系统进化过程的重要因素加以考虑。强调流和标识就为把信息因素引入系统研究创造了条件。

现在大家都承认，信息是人类社会经济生活中的基本要素之一。然而，在复杂系统中，它是怎样发挥作用的呢？对此一直没有深入的研究，以前的系统研究中缺乏对于信息流的具体机制的思考。标识的意义就在于提出了个体在环境中搜索和接收信息的具体实现方法。

在经济学中，由于承认了信息的不平衡、不对称，深入研究了信息和信息流的作用，使得经济学研究的方法与深度有了突破性的进步，产生了新的经济学分支——信息经济学。可以预见，在复杂系统的研究中，对信息和信息流的深入研究，必将对系统科学的发展产生积极的作用，开辟新的思路。

6．内部模型（internal models）

每个个体都是有复杂的内部机制的。对于整个系统来说，这就统称为内部模型，它是有层次的。

7．积木（building blocks，亦译为构件）

复杂系统常常是在一些相对简单的构件的基础上，通过改变它们的组合方式而形成的。因此，事实上的复杂性往往不在于构件的多少和大小，而在于原有积木的重新组合。

内部模型和积木的作用在于加强层次的概念。客观世界的多样性不仅表现在同一层次中个体类型的多种多样，还表现在层次之间的差别和多样性。当我们跨越层次的时候，就会有新的规律与特征出现。这样一来，我们需要深入考虑的就是这样一些问题：怎样合理地区分层次，不同层次的规律之间怎样相互联系和相互转化。内部模型和积木的概念就是用来回答这些问题的。概括地说，它们提供了这样一条思路：把下一层次的内容和规律，作为内部模型“封装”起来，作为一个整体参与上一层次的相互作用，暂时“忽略”或“搁置”其内部细节，而把注意力集中于这个积木和其他积木之间的相互作用和相互影响上，因为在上一层次中，这种相互作用和相互影响是关键性的、起决定性作用的主导因素。了解计算机技术的读者不难看出，这种思想与计算机领域中的模块化技术以及近年来广为传播的“面向对象的方法”是完全一致的。

霍兰在他的报告中，用了大量例子来解释这些概念在各种领域中的用处。通过这7个方面的表述，主体的特点就充分表现出来了：它是多层次的、与外界不断交互作用的、不断发展和演化的、活生生的个体。这就是CAS理论思想的独到之处

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