涌现

图书简介

一粒小小的种子为何能够长成红杉、雏菊、豆苗等独特的植物？



蚂蚁个体的行为非常机械，为何蚁群却展现出非凡的灵活性？



国际象棋只有二十几条规则，为何人们能不断发现新的走法？



机器为何能够越人类在制造它时赋予它的能力？



上述现象揭示了这样一个规律，即复杂的事物是由小而简单的事物发展而来的，而这正是涌现现象的特征。涌现现象产生的根本原因在于，事物各组成部分之间相互作用产生的复杂性，远非个体行为的叠加可以相比，也就是我们常说的“整体大于部分之和”。



“整体大于部分之和”这一特性也成为涌现研究道路上的阻碍。许多哲学家和一些科学家坚定地认为对涌现的研究不可能还原为对明确定义的机制及其相互作用的研究。他们认为，机器的能力不可能超越人类在制造它时赋予它的能力。复杂自适应系统理论提出者约翰·霍兰德借助模型和还原思想，建立了研究涌现现象的普适框架，扫清了研究道路上的障碍，推动了复杂自适应系统、机器学习、人工智能等领域的长足发展。



你可能会认为，涌现现象只出现在特定的系统中，在日常生活中并不常见。但实际上，具有涌现现象的系统随处可见且与我们息息相关，比如神经元网络系统、人体免疫系统、互联网和全球经济系统等。因此，研究涌现现象具有重要的现实意义。凭借霍兰德提出的普适理论框架，我们可以找出某些复杂现象背后的根本规律，从而更好地认识世界、开拓世界以及预测未来。

目录

序言 写一本普通读者能看懂的书
第1章 神秘的涌现现象
理解涌现
模型的作用
研究涌现道路上的困难
在研究涌现的道路上继续前进
第2章 理解科学建模的游戏与数字
国际跳棋与神经网络
模型中的奥秘
棋类游戏及规则
忽略细节的数字
熟悉的积木块
抽象且具体的计算机模型
第3章 地图、博弈论与计算机模型
博弈论
初露端倪的涌现
动态模型
动态的计算机模型，研究涌现的利器
第4章 会学习的国际跳棋程序
机器学习的困难
塞缪尔的解决方案
评估棋局
从评估到策略
机器棋手的学习过程
如何使学习过程运转起来
改变权重，涌现能力的核心
权重改变引起的涌现结果
国际跳棋程序的启示
第5章 神经网络模型
神经元的特征
为神经元建模
固定阈值的神经元网络
国际跳棋程序与前馈神经网络的区别
有关神经元的更多特征
带回路的神经网络
无限期记忆
神经网络模型中的涌现
关于神经网络模型涌现问题的主要观点
状态与策略
确定模型的规则选取
第6章 普适理论框架
基于主体的模型
计算机模型的优势
涌现与非线性
普适理论框架的基本要求
第7章 涌现的受限生成过程模型
机制的状态
机制的相互作用与连接
作为受限生成过程的元胞自动机
第8章 国际跳棋程序与其他受限生成过程模型
国际跳棋程序的受限生成过程
神经网络模型的受限生成过程
Copycat模型
第9章 受限生成过程模型的扩展
可变结构受限生成过程模型
受限生成过程的模拟示例
遗传算法与可变结构受限生成过程模型
关于涌现的进一步理解
第10章 涌现中的还原论思想
受限生成过程中的新层次
重组元胞自动机
第11章 隐喻与创新
科学中的创新和创造
对隐喻的初步探讨
隐喻与模型的关系
创新的培养
没有捷径的创新
诗歌与物理学的创造过程
结 语 不能停止的涌现研究
作为总结的结束语
作为研究起点的结束语
关于建模的两个警告
关于涌现的进一步研究
涌现研究的几个关键阶段
涌现研究的长远目标
参考文献
译后记 涌现的意义和作用