复杂建模能否解决问题

20世纪80年代，系统理论诞生了复杂自适应系统的科学研究，主要研究单个部件如何适应各自的行为，转而改变系统的结构和活动。更强大的计算机的出现使得这一对于复杂系统研究的变化得以成为可能。强大的计算机有利于通过为复杂活动建立模型进行模拟。系统理论家希望复杂自适应系统的科学研究可以提供一个工具，以理解并驯化我们日益依赖的复杂系统。

大部分对于自适应系统的研究关注物理和生物过程。即使是微小的生物系统比如活细胞都十分复杂。医学绘图师戴维·博林斯基（David Bolinsky）创造了有名的动画，描绘了在一个细胞中分子充满活力地跳舞。这个动画非常神奇，展现了一个丰富的宇宙，魔幻的结构活跃地互动。细胞中大量的分子微型机器不断改变状态。

哈佛大学分子、细胞生物部门都用博林斯基的动画模拟作教学工具，帮助学生想象细胞内部生命的复杂。但是，尽管这个动画展现了细胞内部的复杂性，戴维·博林斯基却告诉我细胞里发生的活动非常之多，该动画只是展现了分子结构及其活动的10%～15%。

复杂自适应系统的研究初期关注的是对进化进行模拟。在人工环境中探索进化进程带来了很多好处。在生物世界中，需要无数代的进化才能成功发展为具有有趣特征的物种。在电脑模拟中，从一代到下一代只需几秒时间。

随着对进化进程的研究出现了一个全新的领域，即人工生命（Alife）。人工生命的研究人员在模拟环境中增加了虚拟有机体。其想法是探索这些人工有机体会怎么改变，并对模拟环境中其他有机体的行为做出何种响应或如何应对环境的变化。我们可以把这当作计算机游戏《孢子》（Maxis公司出品，一款模拟生命进化的游戏，该公司还出了《模拟人生》《模拟城市》等产品）。人们希望模拟世界的有机体能够进化成复杂的虚拟生命，转而帮助大家更清楚地了解生物生命的强健性。

不幸的是，虚拟有机体的进化进入了一个平台稳定期。计算机环境中的人工实体并没有发展成足够复杂的程度。生物学家托马斯·雷（Thomas Ray），他发明了一个受到高度认可的研究人工进化的软件项目（Tierra），承认“数字介质中的进化仍然在进行过程中，所取得的成绩非常有限”。目前尚不清楚为什么人工生命模拟如此令人失望。不成功说明计算机模拟中的生物系统模型存在根本缺陷，至少通过目前所有的尝试结果是这样。尽管如此，人工生命研究人员继续探索新办法，取得了不同程度的成功。

科学认识取决于绘图和模型，它们通常抓住了物理、生物或社会条件下的突出特点，但忽略了明显的外部细节。绘图展示的是已经发现的特征。绘图中没有的是未经探索或未知的领域。动态模型重点放在看起来很重要的特征而忽视其他的特征从而使得对于关系和遵循法则的活动的研究成为可能。理论模型要成为可行的假说，必须揭示一些观察或预测并为现实世界的实验所确认。如果预测被证明是错误的，那这个模型要么是不对的，或是不完整的。

模型失效有多种原因。通常理论模型过于简单，不能抓住所有影响系统的重要因素。在计算机出现之前，科学家只限于处理相对简单的概念模型。计算机模拟使得有机会观察更复杂的系统如何一步步展开的，并成为研究所有从分子到宇宙的混沌和复杂系统行为的最重要的工具。随着新一代速度更快的计算机和更好的编程工具的出现，模拟将能够为越来越复杂的流程建立模型。

即使是优秀的模型如果不能吸纳根本的特征也是不够的。混沌和复杂性理论告诉我们模型中产生的非常小的影响能产生重要的作用。伦敦千年大桥是一座悬挂于泰晤士河之上的专供行人步行的桥，本是建筑学上的奇迹，但是在通行第一天，成千上万的行人走过去导致大桥摇晃。这座大桥很快就得到一个昵称“摇摇晃晃”，许多过桥的人都因为摇晃很困扰，设计大桥的工程公司也感到不安。

大桥摇晃的情况在计算机模型中并没有出现，风洞模拟也不明显。

这家公司很快明白了，它们的模型并没有考虑路人步伐同步时悬浮的步行桥产生微弱共振的情况，步伐同步造成大桥摇晃。因为大桥摇晃，吸引更多的人以相同的步伐在大桥上走，从而使大桥摇晃得更加厉害。

不可确定性是工程师的敌人，他们的工作就是设计可靠的工具、机械、建筑以及桥梁。战胜不可确定性是安全的有机组成部分。机械系统天然倾向于从有序发展到混乱状态。比如，摩擦导致车辆发动机振动，振动会损坏或导致其他零部件松动。检测和消除混沌行为是确保复杂系统最佳表现的关键。

以千年大桥为例，找到问题根源后，工程师决定加装减震器可以有效缓解大桥晃动。闪电崩溃也引来了极大的关注，促成了各种改革措施，一旦交易中出现不正常现象，市场将暂时停止交易。但是，虽然开展了大量研究，人们并没有学到太多经验，也没有采取充分的改革措施驯服高频计算机交易占据主导地位的市场不确定性。

这个故事的寓意就是：即使使用高度精确的模型，人们仍没有掌握复杂自适应系统的研究，也无法跟上公司和政府继续发展的极度复杂的技术。我们对于复杂自适应系统的初步了解