复杂性科学领域的基础论文，有哪些？

■武夷山

（发表于2024年6月27日《中国科学报》）

      美国圣菲研究所是复杂性科学研究的重镇。5月，圣菲研究所出版社出版了 Foundational Papers in Complexity Science（本文作者译为“复杂性科学基础论文集”，以下简称“论文集”）系列的第一卷和第二卷，第三卷和第四卷将在今年夏天出版。

      第一卷收入了1922至1962年间的基础性论文。经历了几十年的战争、技术发明失控和经济动荡，复杂性科学在这一阶段逐渐形成，它整合了进化论、计算、动力学和统计物理学等领域的诸多概念。

      第二卷收入了1962至1973年间的基础性论文。这10多年可以说是从乌托邦向反乌托邦转变的阶段，其特征表现为全球不稳定、社会革命、太空探索和不断增强的生态意识。这一阶段的复杂性科学成果直接挑战了人们对预测、控制和不确定性的认识。

      什么样的文献算是复杂性科学基础论文？比如，克劳德·香农1948年写的《通信的数学理论》一文，迄今被引用了超过15.5万次，香农因为此文的影响力而被称为“信息论之父”。在如今的复杂性科学研究者看来，香农身上就有复杂性科学早期学者的影子。

     “论文集”中收录的论文作者包括一些大名鼎鼎的人物，如美籍匈牙利裔核物理学家利奥·西拉德——老百姓知道他，多半是因为他主动找爱因斯坦给美国总统写信，希望美国在纳粹德国之前研制出原子弹。此外，还有美国计算机科学家马文·明斯基、英国数学家和计算机科学家阿兰·图灵等。

      “论文集”共收录像香农所写的《通信的数学理论》这类开创性论文88篇。可以说“论文集”整体回顾了过去100年的历史，考察了复杂性科学的源头和演变。

      值得一提的是，每篇论文都由一位当代顶尖复杂性科学家撰写一篇导语，将这篇论文置于历史语境中,探讨其历史贡献，介绍其孕育出了哪些新思想。而且，每篇论文还由专业人员加上了注记，引导读者关注那些最重要的内容。2000年是选文的截止日期，因为此后的论文问世时间太短，尚无法判断它们是否具有基础性地位。

     “复杂性科学”一词是“机器翻译之父”沃伦·韦弗在1948年发表的一篇论文中提出来的，他是香农的同事，也是《通信的数学理论》一文的合著者。韦弗这篇论文也被收入了“论文集”的第一卷。

      开始，韦弗的“复杂性科学”定义中的“复杂性”仅指“组织复杂性”，后来，自组织等许多概念都纳入了复杂性科学的框架。借助这一类概念，人们对生命世界的非凡模式有了更切近的理解。

      圣菲研究所所长、“论文集”主编、复杂系统学教授David Krakauer说，本项出版工程的重要意义在于，通过编辑该“论文集”，对于复杂性科学的下一步发展就越发心中有数了。

      他说，复杂性科学是一门综合性科学，它寻求理解自适应的本体，也就是将本研究领域的诸多进路和视角综合起来，为横跨生物学、经济生活、计算系统和广义的文化过程的原理提供一个共同的语言框架。

      Krakauer还说，通过追踪这些基础性论文的参考文献，可以识别出本领域的四大支柱概念——熵、演化、动力学和计算。

     “我经常感到纳闷的是，尽管本领域具有丰富的多样性，但我们仍感到一致性很强。”他认为，“这是因为我们所有人都熟悉这四个概念集合。”这四个概念都是奠基于19世纪的科学突破，它们提供了一致性的基础，首次在20世纪的复杂性科学中显现出来。

      像香农和韦弗这样的先驱思想家的影响力在诸多学科领域都会涉及，远超信息论和数学。我们今天在许多领域都能看到他们的思想印记，如控制论和一般系统论、人工智能和机器学习、算法复杂性和神经网络等。如果能从复杂性科学的演化谱系和该领域日益精致繁杂的方法体系中获得启示，我们就能气定神闲地应对当代的挑战。

      Krakauer总结说，对于未来旨在帮助人类逃脱最终地球灾难的所有研究项目而言，复杂性科学都是不可或缺的。

《中国科学报》 (2024-06-27 第3版 读书)