说明：OCR自《自然辩证法通讯》2000年6期，87-92页，仅向杂志社，作者、责任编辑致谢！本文比较长，分三个网页刊出。--编者
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复杂性的根源

尽管不能苛求现在就给出符合科学规范的复杂性统一定义，却应该也能够探讨它同简单性之间的定性区别。办法之一是讨论复杂性的根源。

源于系统规模的复杂性。

系统组分的数目代表系统的规模、在一定范围内，规模增大不足以造成现有方法无法处理的复杂性。复杂性的形成需要足够的系统规模，规模巨大就会带来描述和处理的困难，小系统或大系统的方法无济于事。简单系统不存在源于规模的复杂性，具有足够规模（圣塔菲要求系统有中等规模，钱学森要求达到巨系统规模）是产生复杂性的必要条件，但不是充分条件，即使巨系统也不一定是复杂系统。

源于系统结构的复杂性。

组成成分的多样性和差异性造成组分之间相互关系的多样性和差异性，是系统复杂性的根本源泉。对于产生复杂性，结构效应比规模效应要紧得多。因为组分的差异越大，把它们整合起来的难度就越大。特别地，等级层次结构是复杂性的主要根源之一，复杂性研究者几乎都强调这一点。只有元素和整体两个层次的系统必定是简单的，被当作非等级层次结构；在元素层次上不能完成全部整合任务，需要经过不同层次逐级整合才能最终形成系统整体，因而在元素与系统整体之间还有中间层次的系统，才是等级层次结构。复杂性只可能出现于等级层次结构的系统中。层次越多，越容易产生复杂性。按照盖尔曼对简单性和复杂性的词源学考察，英文“简单性”的原意是“只包含了一层”，复杂性一词来源于“束在一起”；作为简单性的反概念，复杂性应有“非止一层”即多层次的含义[3]。把多样性或多个层次束缚在一起就是系统，它的词义隐含了复杂性来源于层次结构的观念①。

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①据霍甘记载，盖尔曼在提倡以plectics一词代替complexity一词时曾指出：“这个词源于印欧语系‘plec’一词，其含义为‘简单性与复杂性的共同基础’，因此，‘plectics’就具有‘探寻简单与复杂之间的关系，尤其是探寻具有复杂结构的事物行为背后的简单原理”的含义。（《科学的总结》．311页)《夸克与美洲豹》一书探讨的正是简单性如何 在演化中通过增加结构因素而产生复杂性。
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源于开放性即环境的复杂性

封闭系统没有复杂性，复杂性必定出现于开放系统。家务机器人被当作复杂系统，其复杂性并非来自系统规模或结构，而是来自环境——家务劳动的多样性和极不规则性。但对外部环境开放也不是产生复杂性的充分条件。即使外部环境对系统的影响不能忽略，只要和以近似地当作对系统的干扰、摄动因素看待，或者系统行为可以归结为输出对输入的响应关系，就还是简单系统，用传统的封闭系统模型加摄动的方法，或者黑箱方法，足以有效地处理。只有当外部环境对系统的作用不再允许当作干扰、摄动，而是系统自身特性的有机构成成分，封闭系统加摄动方法或者黑箱方法都失效，这种系统必然呈现某种复杂性。开放性也是复杂性的重要根源，系统与环境相互关系的复杂性是系统复杂性的重要表现。

源于动力学特性的复杂性

动力学因素可以忽略不计的系统，或者动力学因素可以作为静态模型的干扰因素来对待的系统，一定是简单系统。动力学过程可能产生无穷的多样性、差异性、丰富性、奇异性（包括分叉、突变、混饨等）、创新性，是产生复杂性的重要机制，复杂性只能出现于动力学系统，复杂性一定是某种动力学特性。动力学因素是产生复杂性最重要的物理学根源。但动力学因素也不是产生复杂性的充分条件，许多动力学系统（如经典控制论和运筹学处理的系统）还是简单系统。

源于非平衡态的复杂性

平衡态不可能产生复杂性，处于平衡态的系统都是简单的。非平衡态也不一定产生复杂性，所谓近平衡态的系统特性原则上可以使用平衡态的处理方法，或加以小的修正。复杂性只能出现于远离平衡态，在这种条件下系统通过自组织形成耗散结构，即自组织地产生出复杂性。复杂系统必定是处于平衡态的系统、耗散结构才具有最小的复杂性。物理化学层次的耗散结构还不可能具有生物复杂性，但只有具备了这种最小复杂性，才可能进化出更高级的生物复杂性。

源于不可积性的复杂性

保守的可积系统没有复杂性，复杂性只能出现于不可积系统。但弱不可积系统，即近可积系统，与可积系统没有定性区别，用可积系统加不可积性扰动的办法即可处理，这里也不可能出现复杂性。远不可积系统才是复杂性的来源，如果不可积性扰动达到使KAM环面基本破坏时，系统轨道就复杂得难以预测了。

源于不可逆过程的复杂性

可逆过程没有复杂性，还原论方法足以解决问题。复杂性只能出现于不可逆过程。但不可逆性也有差别，须加以区分。逻辑上说，应当存在近可逆过程，它的不可逆性微弱，可以作为扰动因素片即以可逆过程为模型，加上不可逆扰动，就能够获得真实过程的近似描述。真正的复杂性只能来源于远不可逆过程（物理学似乎尚未提出这种概念），是系统在不可逆过程中的动力学行为。

源于非线性的复杂性

哲学家早已指出，事物发展变化的终极原因是相互作用，但相互作用有线性性和非线性之分。线性意味着单一、均匀、不变，不具备产生复杂性的根源，线性系统都是简单系统，线性相互作用产生的是简单性，无法造就复杂性。非线性意味着无穷的多样性、差异性、可变性、非均匀性、奇异性、创新性。元素之间、子系统之间的非线性相互作用是系统产生复杂性的根本内在机制，复杂性只能出现于非线性系统。但非线性自身包含极大的差异性。弱非线性，或非本质非线性，仍然不可能产生复杂性，可以作为扰动因素处理，特别是系统的局部性质，用线性模型加微扰的方法往往可以有效描述。只有强非线性，特别是本质非线性，才可能产生复杂性。

源于不确定性的复杂性

确定性连通简单性不确定性连通复杂性。首先是源于随机性的复杂性。但随机性也不是产生复杂性的充分条件，平稳随机过程属于简单系统，非平稳过程才可能出现复杂性。简单地宣布随机性是最大的复杂性[4] ，并无事实依据。物理系统随机性的规律一般只服从大数定律，仍属于简单性范围，可以用统计方法处理。生命系统、社会系统、意识系统的组分具有智能，组分之间有复杂的相互作用，只靠大数定律不能揭示其本质特征，宏观整体特性不能仅仅看作大量微观组分相互碰撞的结果，现在的概率统计方法不足以处理理这类系统中的随机过程。例如，不可能从细胞特性出发通过统计综合获得人体系统的整体运动特性，不可能从个人特性出发通过统计综合获得社会系统的整体特性。另一种重要的不确定性为模糊性，它既是复杂性的来源，又是复杂性的表现或结果果。札德的模糊集理论就是为处理复杂性而提出来的，他的不相容性原理认为，系统的复杂性超过一定阈值，描述的精确同描述的有意义互不相容，二者不可兼得。但目前的复杂性科学尚未涉足模糊性问题。

源于主动性、能动性的复杂性

作用者与被作用者、原因与结果界限分明的是简单系统。不同组分之间、系统与环境之间互为因果，互动互应（所有组分都既是被作用者，又是主动作用者），一连串的、相互交叉的、网络式的因果联系，才能产生复杂性。特别是当组分有一定的自适应能力时，在不断适应环境的行为过程中必然产生出整体的复杂性。圣塔菲的一个基本信念是适应性产生复杂性[5] ，所谓复杂适应系统（CAS）就是在不断适应环境的过程中产生出复杂性的系统。

源于系统组分智能的复杂性

由非智能组分构成的系统（如耗散结构论和协同学研究的贝纳德流、固体激光器等），即使通过自组织这种主动过程产生出复杂性，一般也是较为初步的、低级的，总有办法对付，属于初级复杂性。由具有智能的组分构成的系统（如圣塔菲研究的CAS）能够辨识环境，预测未来，在经验中学习，以形成好的行为规则，使自身发生适应性变化，因而必定是复杂的。组分的智能愈高级，系统的复杂性也愈高级。组分智能是复杂性的重要根源之一。如地缘政治系统一般包含为数不多的组分，属于小系统，至多算作大系统，但由于组分是具有高级智能的主体，使得系统整体行为异常复杂多变，往往难以预测，一般属于开放的复杂巨系统。

源于人类理性的复杂性

以人作为构成要素的系统，其行为必须考虑人的理性因素的作用。尤其在竞争性系统中，博奕者的理性（智慧、谋略等）是产生复杂性的重要来源。但在完全理性（无限理性）假设下，复杂性的根源被抛弃了，博弈方都采取最大一最小策略，这种系统仍然是简单的，可按照运筹学处理。不完全理性即有限理性才可能产生复杂性。

源于人类非理性的复杂性

非理性，如人的感情、意志、偏好等，必然带来至少现在的科学还无法描述的行为特征，包括顾基发等人所说的人理[6]，这也是复杂性的重要根源。目前的科学发展还极少涉及这类复杂性来源。H，西蒙所谓“人工性和复杂性这两个论题不可解脱地交织在一起”[7]，其中的人工性同时包含人的理性和非理性因素。

上述考察虽不完备，至少可以表明的确存在本质上属于复杂性的对象领域，简单性与复杂性有性质上的区别。上述诸多复杂性成因中的每一种都难以单独造成真正的复杂性，现实存在的复杂性是由多种因素交织在一起造成的①。目前几种颇受重视的复杂性定义都体现了这一点。西蒙关于复杂性的论述曾产生过广泛的影响，其中给人印象最深刻的是把复杂性同层次结构联系起来。劳埃德的统计表中第26位称之为“分层复杂性”，容易使人片面理解他的观点。实际上西蒙讨论的四个方面都是重要的：其一，复杂性采取层次结构形态；其二，复杂性是进化的结果；其三，复杂性是系统的动态性质；其四，应从复杂性的描述即信息角度区分简单与复杂（《人工科学》第七章）。这些观点已被现代复杂性研究所吸收。

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①普利高津根据热传导过程的不可逆性断定傅利叶提出热传导方程标志复杂性科学的诞生’，忽略了这个方程刻划的是一条线性律，并不复杂，因而受到批评’。
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普利高津把物理系统的耗散结构看作物质世界的“最低复杂性”［8]］这种复杂性至少涉及到远离平衡态、非线性、不可逆性、动力学特性等多种因素，是由这几种因素整合而成的。可见，即使最低级的复杂性也不可能由单一因素产生。生命系统的复杂性，社会系统的复杂性，必定包含这种最低复杂性，只有在自然界首先进化出这种最低复杂性，才可能在后续过程中进化出更高的复杂性。

钱学森认为：“所谓‘复杂性’实际是开放的复杂巨系统的动力学” [1]。从字面看，这个定义有以复杂定义复杂性的毛病，逻辑上不允许。但这个逻辑毛病是表面的，可以消除。复杂巨系统无须用“复杂”一词来定义。我们把这样一种系统称为复杂巨系统：构成元素不仅数量巨大，而且种类极多，彼此差异很大，它们按照等级层次方式整合起来，不同层次之间往往界限不清，甚至包含哪些层次有时并不清楚。这种系统的动力学特性就是复杂性。所以，钱学森讲的复杂性是由规模巨大、元素关联方式纷繁多样、具有等级层次结构、对环境开放以及动力学特性等多种因素整合而成的。他所讲的复杂巨系统的复杂性与外部环境的关系，绝非现在的自组织理论。非线性动力学等描述环境影响所使用的方法能够描述的，必须创造全新的方法。

〔责任编辑胡新和，OCR张学文〕

论复杂性（3）