提交 aadc0b7b 编写于 作者: W wizardforcel

ch1.

上级 d32462c0
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我认为复杂性是新的,不是因为它将科学工具应用到一个新的主题,而是因为它使用不同的工具,允许不同种类的工作,并最终改变了我们认为是“科学”的东西。
为了证明差异,我将从典科学的一个例子开始:假设有人问你为什么行星轨道是椭圆形的。您可以引用万有引力的牛顿定律,并用它来写出描述行星运动的微分方程。然后,您可以求解微分方程,并展示出解是椭圆。证明完毕!
为了证明差异,我将从典科学的一个例子开始:假设有人问你为什么行星轨道是椭圆形的。您可以引用万有引力的牛顿定律,并用它来写出描述行星运动的微分方程。然后,您可以求解微分方程,并展示出解是椭圆。证明完毕!
大多数人发现这种解释令人满意。它包括一个数学推导 - 所以它有一些严格的证明 - 它解释了具体的观察,椭圆轨道,通过诉诸一般的原则,引力。
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重要的区别是,对于行星运动,我们可以展示,我们忽略的力小于我们包含的力,来捍卫我们的模型。并且我们可以扩展模型,来包含其他相互作用,并显示这种效果很小。对于谢林模型,它难以合理简化。
更糟糕的是,谢林模型不符合任何物理规律,它只使用简单的计算,而不是数学推导。谢林模型不像典科学,许多人发现它们不那么引人注目,至少一开始是这样。但是,我将尝试演示,这些模型做了大量的实用工作,包括预测,解释和设计。本书的目标之一是解释如何这样做。
更糟糕的是,谢林模型不符合任何物理规律,它只使用简单的计算,而不是数学推导。谢林模型不像典科学,许多人发现它们不那么引人注目,至少一开始是这样。但是,我将尝试演示,这些模型做了大量的实用工作,包括预测,解释和设计。本书的目标之一是解释如何这样做。
## 1.1 范式转变
当我向人们介绍这本书时,别人经常问,这种新型科学是不是一种范式转变。我不这么认为,并且这里是解释。
当我向人们介绍这本书时,别人经常问,这种新型科学是不是一种范式转变。我不这么认为,并且这里是解释。
Thomas Kuhn 在 1962 年的“科学革命结构 ”中介绍了“范式转变”一词。它是指科学史上的一个过程,其中一个领域的基本假设改变,或者一个理论被另一个理论取代。他列举了哥白尼革命,燃烧的氧气模型取代了燃素说,以及相对论的出现。
复杂性科学的发展不是取代旧的模式,而是(在我看来)标准模型的逐渐转变,它们是各种种类的可接受的模型。
例如,典模型倾向于以定律为基础,以方程式的形式表示,并通过数学推导求解。复杂性不足的模型通常是基于规则的,表示为计算,而不是由分析来模拟。
例如,典模型倾向于以定律为基础,以方程式的形式表示,并通过数学推导求解。复杂性不足的模型通常是基于规则的,表示为计算,而不是由分析来模拟。
不是每个人都认为这些模型令人满意。例如,在 Sync 中,Steven Strogatz 写道了他的萤火虫自发同步模型。他展示了一个演示该现象的仿真,但是写道:
......@@ -57,3 +57,67 @@ Strogatz 是一位数学家,所以他对证据的热情是可以理解的,
然而,科学家们对于哪些模型是好的科学,其他哪些是边缘科学,伪科学,或者是非科学,已经有了很大的共识。
我声称,这是本书的核心论点,即这种共识是基于时间变化的标准,复杂性科学的出现反映了这些标准的逐渐转变。
## 1.2 科学模型的轴线
我将经典模型描述为基于物理定律,以方程式表示,并通过数学分析求解的模型;相反,复杂系统的模型通常基于简单的规则并以计算实现。
我们可以将这一趋势看作是沿着两个轴线的转变:
基于方程式 → 基于 模拟
分析 → 计算
这种新的科学方式在其他几个方面是不同的。我在这里介绍他们,所以你知道即将会发生什么,但是在你看到本书后面的例子之前,有一些可能没有任何意义。
连续 → 离散
经典模型倾向于基于连续数学,如微积分;复杂系统的模型通常基于离散数学,包括图和细胞自动机。
线性 → 非线性
经典模型通常是线性的,或者使用非线性系统的线性近似; 复杂性科学对非线性模型更为友好。一个例子是混沌理论 [1]。
确定性 → 随机
经典模型通常是确定性的,这可能反映了底层哲学的确定性,它在第(?)章中讨论。复杂模型往往具有随机性。
抽象 → 具体
在经典模型中,行星是质点,飞机是无摩擦的,牛是球形的(见 <http://en.wikipedia.org/wiki/Spherical_cow>)。像这样的简化通常对于分析是必要的,但是计算模型可能更加现实。
> 译者注:[真空中的球形鸡](http://www.guokr.com/article/50289/)
一,二 → 很多
在天体力学中,两体问题可以通过分析求解;而三体问题不能。经典模型通常限于少量相互作用的元素,复杂性科学作用于较大的复合体(这是名称的来源)。
单一 → 复合
在经典模型中,元素往往是可互换的;复杂模型更经常包含异质性。
这些是概括性的,所以我们不应该过于认真地对待它们。而我并不意味着弃用经典科学。更复杂的模型不一定更好;实际上通常更糟。
此外,我并不是说这些变化是突然的或完全的。相反,它们向着被认为是可接受的,值得尊重的工作的前沿逐渐迁移。过去被怀疑的工具现在很普遍,一些被广泛接受的模型现在受到审查。
例如,当 Appel 和 Haken 在 1976 年证明了四色定理时,他们使用电脑列举了 1,936 个特殊情况,在某种意义上说,这些特例是其证明的前提。当时很多数学家没有把这个定理当成真正的证明。现在计算机辅助证明是常见的,一般(但并非普遍)是可接受的。
相反,大量的经济分析基于人类行为的模式,称为“经济人”,或者一个有逼格的词:“Homo economicus”。基于这种模式的研究数十年间受到高度重视,特别是如果涉及到数学技巧的话。最近,这种模型受到怀疑,而包含不完整信息和有限理性的模型是热门话题。
## 1.3 一种新的的模型
复杂模型通常适用于不同的目的和解释:
预测 → 解释
谢林的分离模式可能揭示了一个复杂的社会现象,但对预测没有用。另一方面,一个简单的天体力学模型可以预测日食,在未来几年内可以精确到秒。
现实主义 → 工具主义
经典模型依赖于现实主义的解释;例如,大多数人接受电子是存在的真实事物。工具主义一种观点,即使他们假设的实体不存在,模型也可以有用。乔治·皮特写道:“所有模型都是错误的,但有些是有用的。”它可能是工具主义的座右铭。
简化论 → 整体论
简化论是一种观点,通过理解其组件来解释系统的行为。例如,元素的周期表是简化论的胜利,因为它用原子中的简单电子模型来解释元素的化学行为。整体论认为,系统层面出现的一些现象不存在于组件层面,不能在组件层面上解释。
我们在第(?)章会回到解释模式,第(?)章会回到工具主义,第(?)章会回到整体论。
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