复杂适应系统(CAS)理论及其应用--由来、内容与启示

复杂自适应系统理论综述1 复杂自适应系统理论简介复杂自适应系统（Complex Adaptive System，CAS）理论是现代复杂性科学研究中的一种重要理论，是由美国密歇根大学教授、遗传算法创始人约翰·霍兰（John Holland）于1994年圣塔菲研究所成立10周年时正式提出的。

其后霍兰又在《隐秩序——适应性造就复杂性》以及《涌现：从混沌到有序》两本著作中对该理论进行了完善。

CAS理论的主要思想是：复杂自适应系统是一种“用规则描述的，由相互作用的适应性主体（Active Agent）所构成的系统，这些主体随着经验的积累，靠不断变换规则来适应”（霍兰，2000：10-11）；复杂自适应系统理论的核心是适应性创造复杂性，与以往传统的机械论、还原论不同，复杂自适应系统（CAS）中的个体是具有主观能动性、适应性的智能体，可以在适应外界环境与对外交流中不断学习与积累经验，并能根据自己所学不断调整自己的行为方式以求与系统规则相匹配。

另外，还能通过修改系统规则来达到自身行为与外界环境的匹配。

在该系统中，所有个体都处于一个主要由其他个体所构成的大环境之中，而复杂自适应系统也始终处于一种“混沌的边缘”的环境之中，因而任何主体在适应上所作的努力都是努力适应别的适应性主体，即CAS中的每一个个体都依靠与环境以及与其他个体间的相互作用不断改变着它们的自身，同时也改变着环境。

此外，与自上而下、中心控制的复杂性科学早期研究的贝塔朗菲的一般系统理论不同，复杂自适应系统是一种层次结构分明的自下而上的分散系统，系统中的每个个体在共处一个大环境的同时又分别根据它周围的小环境并行、独立地进行着适应与学习，不同层次间的个体一般没有交集，从而“把对涌现的繁杂的观测还原为简单机制的相互作用”，而相同层级的个体通过一定的竞合行为，又可以在系统的更高层次上突现出新的结构、现象及更复杂的行为。

一般认为像社会系统、股票市场、虚拟社区、蚁群、人体免疫系统、组织中的单位或不同组织所形成的联盟都可看作复杂自适应系统。

CAS理论的发展与应用在前期探索阶段，由于缺乏相关的数学理论和计算工具，CAS理论主要停留在概念层面。

早期的CAS理论主要研究非线性动力学系统、混沌现象和自组织性等问题，如斯蒂芬·斯密尔提出的细胞自动机模型和亚提兰·图林基提出的自组织理论等。

这些研究为CAS理论的进一步发展奠定了基础。

发展整合阶段是CAS理论的重要阶段，该阶段的主要任务是建立CAS 理论的数学模型和计算工具。

在这一阶段，许多重要的概念和方法得以形成。

例如约翰·豪金斯声名鹊起的“迷宫理论”和约翰·霍兰德的“自适应系统”理论等。

此外，神经网络模型、遗传算法等也被引入到CAS理论中，为复杂系统建模和仿真提供了有效工具。

应用拓展阶段是CAS理论面向实际问题的应用阶段。

随着计算机技术的发展和模拟仿真方法的成熟，CAS理论开始被广泛应用于各个领域，如社会科学、生物学、物理学、经济学等。

在社会科学领域，CAS理论被应用于研究复杂组织、创新和演化等问题。

在生物学领域，CAS理论为生物系统的进化、适应和遗传等问题提供了新的解释和研究方法。

在物理学和经济学等领域，CAS理论被用于研究非线性动力学系统、市场行为和金融风险等。

除了理论方面的应用，CAS理论还在实践中得到了广泛应用。

例如，在城市规划领域，CAS理论可以帮助城市规划者理解城市系统的复杂性，并提供相应的规划策略。

在物流管理领域，CAS理论可以帮助企业优化供应链，提高运输效率。

在生态保护领域，CAS理论可以帮助设计和管理自然保护区，实现生态系统的可持续发展。

总结来说，CAS理论的发展与应用已经走过多个阶段，从早期的概念发展到今天的理论建模和实践应用。

随着计算机技术的不断进步和对复杂系统的深入研究，相信CAS理论将继续发展，并为解决实际问题提供更多的启示和方法。

基于复杂适应系统理论的我国政府社会管理改革探讨摘要：运用复杂适应系统理论研究政府社会管理系统的结构及功能，克服目前政府社会管理中存在的问题和缺陷，从而增强政府的公共管理和社会服务能力，具有重大的理论意义和现实意义。

文章应用复杂适应系统(cas)理论分析了政府社会管理的复杂性系统特征，提出了复杂环境下政府社会管理改革的方向和新的管理模式。

关键词：复杂适应系统；政府；管理；改革1复杂适应系统理论概述复杂适应系统(complex Adaptive System,简称CAS)是霍兰德于1994年提出的，CAS理论的一个核心概念和思想就是“适应性”。

在霍兰的代表作《隐秩序——适应性造就复杂性》一书中，将CAS定义为“由用规则描述的、相互作用的主体组成的系统”，这些主体“在形式和能力方面是千差万别的”，并且能够“随着经验的积累，通过不断变换其规则来适应环境中的其他主体”。

换言之，CAS理论把系统中的成员视为具有自身目的与主动性的、积极的、活的“适应性主体”(Adaptive Agent)，正是这种主动性以及它与环境的反复的相互作用，成为了“CAS生成复杂动态模式的主要根源”。

他认为，“复杂适应系统是由规则描述的、相互作用的主体组成的系统。

这些主体随着经验的积累，靠不断变换其规则来适应。

”复杂适应系统理论的基本思想是：复杂适应系统的复杂性起源于其中的主体(Aclive Agent)的适应性，正是这些主体与环境以及与其它主体间的相互作用，不断改变着它们的自身，同时也改变着环境，系统中的主体能够与环境以及其它主体进行交流，在这种交流的过程中“学习”或“积累经验”，不断进行着演化学习，并且根据学到的经验改变自身的结构和行为方式。

复杂适应性系统的主要特征包括：系统由大量具有主动行为能力的主体，即Agent构成。

主体之间以及主体与它们的环境之间存在复杂的非线性的相互作用，这些相互作用导致了系统整体的涌现特性，主体的行为对它们的环境具有适应性，这也是复杂适应系统最重要的特征，正是由于主体的适应性导致了整个系统是演化的。

复杂适应系统理论
复杂适应系统理论（CAS）是一种用于探索有关复杂系统结构和运作原理的理论。

CAS由经济学家米尔顿·弗里德曼（Milton Friedman）在1962年提出，旨在表明复杂的系统可以通过自我调整和自我优化来适应环境的变化。

这是一个贯穿进化论和系统科学的概念，它表明，有些系统可以通过探索和利用它们自身的复杂性来克服环境和外部因素的变化。

CAS认为，复杂系统的行为不仅受外部因素的影响，也受内部因素的影响，这些内部因素包括系统内的连接、网络结构和机制。

CAS 假设，系统内的复杂性可以被驱动，从而自我调整以适应环境的变化。

CAS的研究在许多领域都有广泛的应用，包括金融市场、社会和经济系统、生态系统以及人类行为和文化模式。

CAS理论被用来探索如何使系统更具灵活性，以便它们可以更好地应对外部和内部变化。

它也被用来推动改进系统结构，使其更加弹性，以实现更高的效率和稳定性。

此外，CAS理论也被用来研究复杂系统中的社会和技术元素如何交互作用，以及它们如何影响系统的性能。

例如，研究人员使用CAS 理论来研究如何提高金融市场的效率，以及如何最大化生态系统的稳定性。

CAS理论的结果是令人鼓舞的，它表明，复杂的系统可以通过自我调整和自我优化来应对外部变化。

通过加强系统的弹性，可以使系统更加灵活，从而更好地适应它们所处的环境。

CAS理论也被用来改善系统结构，以实现更高的效率和稳定性。

复杂适应系统( CAS) 理论是现代系统科学的一个新的研究方向, 作为第三代系统观,突破了把系统元素看成/ 死0的、被动的对象的观念, 引进具有适应能力的主体概念, 从主体和环境的互动作用去认识和描述复杂系统行为, 开辟了系统研究的新视野。

从二十世纪系统观的发展,说明CAS 理论产生的背景和意义,具有适应能力的主体CAS 理论最基本的概念是具有适应能力的主体( Adaptive Agent) , 简称主体。

它不同于早期的系统科学用的部分、元素、子系统等概念, 部分或元素完全是被动的, 其存在是为了实现系统所交给的某一项任务或功能, 没有自身的目标或取向, 即使与环境有所交流, 也只能按照某种固定方式作出固定的反应, 不能在与环境交互中/ 成长或/ 进化主体则随着时间而不断进化, 特点是:习会成长这就使得CAS 理论与以往的系统观有了根CAS 理论恢复了古代系统思想强调的活力观自从现代系统科学兴起以来,人们强调的主要是/ 整体观0, 对古代系统思想关于活力的观点注意不够。

/ 活力论0认为, 物质自身具有活力, 不断运动和变化, 发展变化不只是由外部原因推动的。

典型代表是卢克莱茨的5特性论6[ 11] 虽然恩格斯一再强调物质与运动不可分, 说/ 没有运动的物质和没有物质的运动同样不可想象0, 我们在相当长的时间内还是忽视了这个重要观点。

即使谈系统, 也有意无意地把元素或部分看做死的对象, 是整体的/ 齿轮和螺丝钉0。

这就导致前两代系统方法在处理社会经济系统时的困惑和无力。

CAS 理论在这一点上的突破, 使它具有了与以前的理论根本不同的、新的洞察CAS 理论对于宏观与微观之间的联系, 给出了新的认识角度) ) ) 涌现涌现是在微观主体进化的基础上, 宏观系统在性能和结构上的突变。

这种突变在以往的观念中是难以认识和控制的, 也不是用统计等传统方法所能完全说明的。

CAS 理论提供了新的思路和视角, 对于我们认识和解释经济、社会、生态、生物的许多现象以启发, 开辟了新路。

第六章复杂适应系统理论复杂适应系统（Complex Adaptive System，简称CAS）理论的提出对于人们认识、理解、控制、管理复杂系统提供了新的思路。

CAS理论包括微观和宏观两个方面。

在微观方面，CAS理论的最基本的概念是具有适应能力的、主动的个体，简称主体。

这种主体在与环境的交互作用中遵循一般的刺激——反应模型，主体的适应能力表现在它能够根据行为的效果修改自己的行为规则，以便更好地在客观环境中生存。

在宏观方面，由这样的主体组成的系统，将在主体之间以及主体与环境的相互作用中发展，表现出宏观系统中的分化、涌现等种种复杂的演化过程。

1994年霍兰提出复杂适应系统理论，在桑塔费研究所成立10周年时正式提出的。

作为CAS理论的产生背景，有必要对该研究所简单介绍。

1. 圣菲（桑塔费）研究所CAS理论的诞生地——桑塔费研究所成立于1984年。

它是一个独立的非盈利的研究所，靠申请各种基金来支持跨学科的研究工作。

聚集在这里的研究人员虽然来自不同的阶层和背景，包括从梳着马尾巴发型的研究生到像物理学家盖尔曼、安德森和经济学家阿罗这样的诺贝尔桂冠得主，由年迈的学术巨子（头顶诺贝尔桂冠、地位特殊、声名显赫）创建的机构，但他们都达到了一个基本的共识，都坚信一个将普照自然和人类的新科学——复杂性理论，他们正在凌厉地冲破自牛顿时代以来一直统治着科学的线性的还原论的思维方式，但起步非常艰难。

1.1 还原论三百多年来，科学家们热爱的线性系统，在这个系统中，整体正好等于所有部分之和。

还原论把世界分解得尽可能小，尽可能简单。

为一系列或多或少理想化了的问题寻找解题的方案（通往诺贝尔奖的辉煌殿堂通常是由还原论的思维取道的），但却因此背离了真实世界，把问题限制到你能发现解决办法的地步，这就造成了科学上越来越多的碎裂片。

而真实的世界却要求我们用更加整体的眼光去看问题，任何事情都会影响到其它事情，你必须了解事情的整体关联网。

事实上，除了非常简单的物理系统，世界上几乎所有的事情、所有的人都被裹罩在一张充满刺激、限制和相互关系的巨大非线性网络之中，一个地方小小的变化会导致其它地方的震荡（一呼百应、千应，蝴蝶力量），整体几乎永远是远远大于部分的总和（气体整体属性有压强、温度、相变——凝固与蒸发，而单个气体分子只有动能、速度；一台安装好的机器具有它的零部件总和所没有的功能）。

复杂适应系统理论
复杂适应系统理论（complex adaptive systems，CAS）是一种基于网络和复杂性科
学研究的复合理论，它旨在从复杂模式中抽象出机制以及动态调节和控制系统演化的方法。

复杂适应系统理论包括多学科研究，如计算机科学，数学，物理学，生物学，社会学，经
济学等，目标是提供一种框架，通过研究发掘社会和经济系统的诞生，演化和发展的方式，以及它们如何影响当前的复杂的和活跃的系统。

因此，复杂适应系统理论也用来理解大型
系统如市场资源配置、社会和经济变革等过程。

研究者们发现，复杂适应系统包含三种元素：复杂性、能够适应其环境并学习以改善
自己的子系统，以及交互作用的网络。

它们构成一个嵌套的微观物理宇宙系统，伴随着额
外的社会、经济、文化和心理因素。

这些元素彼此交互，在层层嵌套的复杂性之间形成非
常动态的结构，而传统的模型不具备解释这种复杂性的能力。

复杂适应系统理论是一个重要的研究领域，它可以帮助我们理解复杂现象如市场有所
不同，社会难以预料，基本上没有集体意识，可以解释多种原因的新型社会系统；它可以
帮助研究潜在的不同的行为，如政治和社会结构，技术变革，全球变化，经济行为等。

它
还用来理解复杂环境中的重要事件以及人类介入如何影响这些事件。

最后，复杂适应系统理论是一种基于系统思维的多学科内在结构，它提供了一种理解
模式，帮助人类了解复杂社会系统。

它使我们特别能够深入研究这些系统，弄清系统中的
结构，从而掌握多种交互机制，改变和适应现代的社会现象。