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关于涌现的进一步研究

2024年12月25日  来源:涌现 作者:约翰·霍兰德 提供人:It8933......

那么,我们期望通过涌现研究得到什么呢?我的目的是通过科学研究取得有说服力的证据,从而更好地理解涌现现象。在我们的研究中,模型是最核心的,我认为在将来的研究中,模型也应起到同样重要的作用。

我们在探讨中所揭示的要点,在受限生成过程模型的正式定义中得到了强化。完善这个框架时,我会继续拓宽眼界,以确保能够将许多展现涌现现象的广泛模型,如元胞自动机、塞缪尔的国际跳棋程序、神经网络等,纳入受限生成过程的框架。这样的预防措施让我在一定程度上避免了自身喜好的影响,在包含那些成熟的知识的同时,也保留了一点点一般性。但是,只有当积累了足够的定理,并且这些定理能够正确指导我们观察真实的涌现现象时,受限生成过程模型才可以被认为是科学的。

在这一点上,我们还没有看到取得较大成果的理论。但我们确实已经掌握了具有涌现现象的系统的一些显著特征,同时在如何将这些特征抽象为理论的基本要素方面也有了一些认识。例如,受限生成过程在积木块生成方面起核心作用,因此,多数关于涌现的例子都能够进行简洁的描述。我们已经多次看到,一系列精心挑选的积木块在受到一些简单规则的制约时,会形成大量复杂的模式。正如默里·盖尔曼在《夸克与美洲豹》(The Quark and the Jaguar)一书中简单叙述的那样:

包括圣塔菲研究所许多成员在内的科学家,都正在力图了解在没有外界影响和特殊要求的情况下结构出现的方式。当环境发生巨大变化时,显然,正是系统中的简单规则生成了复杂的结构和行为。

人为定义的具有涌现现象的多数系统,从棋类游戏到元胞自动机,再到公理系统,都可以用这种方式来描述。

通常,在这些生成系统中,很难通过直接考察生成器及其约束的方式预测到稳定模式的出现。当那些稳定模式所遵守的宏观规律并不直接引用底层的生成器和约束时,关于涌现的最明晰的例子就出现了。我们看到在康威自动机中,滑翔机就是关于这类涌现的简单、定义完备的例子。然而,这种技巧的最有力应用是科学还原方法,正如将化学反应还原为量子物理学一样。这样,我们可以看到还原方法以及它在描述宏观规律方面的能力。

对于受限生成过程模型或类似的其他事物,要获得关于涌现的完善理论,就必须进行改进,提出涌现现象得以出现的更充分条件。我们需要证明,当具备这些条件时,涌现现象就会出现。事实上,受限生成过程构建在已经为涌现现象的出现提供诸多机会的前提下。接下来我的努力方向是机制思想,也就是在受限生成过程模型的基本元素和主体之间建立更为紧密的联系。回忆一下蚁群的例子。我认为,至少这三个层次对于导出同涌现相关的典型定理都是必要的:机制—主体—集合。形式上,我们可以只考虑两层,将所有高层都作为基本联系的递归。尽管没有非常有利的证据支持,但我认为,对三个层次的研究能够更好地揭示问题,也更有效率。

在这个过程中,一个有用的定理可以将个体行为同最简单的机制联系起来,并解释这些个体聚集中显示出来的涌现特征,这又一次让我们想起了蚁群的例子。特别重要的是,这些定理描述了群体加在单个主体上的新的约束。这绝不是抽象的概念:当利率出现较大变动时,股票市场将会出现抛售现象,这是大量聚集的群体影响主体个体行为的一个明显例子。

这样的相互作用给出了超越传统系统理论来证实涌现理论的线索。因为生成系统在长时间内会变得越来越复杂,从而证明了进化过程中为何会产生丰富而杂乱的物种,所以生成系统的核心也从最终的结果,如最优的、最富吸引力的等,转移到转换的作用上,如成长、持续和突然出现的约束等。相互重叠的生成系统所表现出的涌现是一个关键特征,它不符合传统系统理论的形式主义。然而正如我们所看到的,这样的重叠可以使系统完全改变它以前的过程。从单个能工巧匠的世界到由亚当·斯密介绍的生产别针的工厂的转变,已经超出传统动力学的范畴。不但如此,领域的每一次极大拓宽都会产生新的积木块,如晶体管。涌现理论一定要深入到这些过程中去,并提出能够加快或减缓涌现现象发生的条件。

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