文 _ 王國成（中國社會科學院數(shù)量經(jīng)濟與技術(shù)經(jīng)濟研究所）

在美國新墨西哥州圣塔菲市的峽谷路，曾有一家名叫愛爾法魯?shù)木瓢桑恐芩耐磉@里都會舉行愛爾蘭音樂表演。身為愛爾蘭人又在不遠處的圣塔菲研究所工作的布萊恩·阿瑟（Brian Arthur）經(jīng)常光顧這家酒吧，他觀察到，周四音樂表演的上座率并不穩(wěn)定，時高時低，客人們不是想來就來，而是會預估當晚的擁擠程度如何，因為只有當酒吧內(nèi)人數(shù)適中時聽音樂，氛圍才好。比如天高氣爽時，人們理應開心地來酒吧聽音樂，但很多人預計晚上可能很擁擠，于是決定不來了；而在出行不便的雨雪天，客人卻有可能格外多——只因為大家都想著天氣不好，來的人會少。

愛爾法魯酒吧與布萊恩·阿瑟
圖源：https://sites.santafe.edu/~wbarthur/elfarol.htm

實際上，人們在酒吧問題中的想法，在其他生活場景中也經(jīng)常出現(xiàn)，比如午餐時段擁擠的食堂、上下班高峰期的環(huán)線、周末購物中心的停車場、跨年夜的外灘等等。阿瑟敏銳地意識到，酒吧問題其實是一個多人相互影響下的經(jīng)濟決策問題——期望高會導致到場人少，期望低則導致到場人多。這一問題看似容易理解，但它體現(xiàn)了經(jīng)濟問題背后的不確定性、異質(zhì)性、動態(tài)演化與自組織，實質(zhì)上是一個復雜系統(tǒng)問題。

阿瑟擁有數(shù)學與運籌學的碩士學位和經(jīng)濟學的博士學位，但加入圣塔菲研究所幾年之后，他看待經(jīng)濟問題的視角、研究問題的手段都越來越超出當時經(jīng)濟學分析的范疇。在1994年的一篇論文中，阿瑟專門探討了愛爾法魯酒吧問題。他認為，普通人沒有以往經(jīng)濟學模型中假設(shè)的完美的理性，而是以有限的理性在復雜的預期和博弈中進行推理。阿瑟用當時相當先進的計算機模型來模擬獨立個體的行為及個體之間的互動——這些個體可以根據(jù)規(guī)則做決策，甚至規(guī)則也是可變的，因此也被稱為主體（agent）?？此鼈冊诙嗖?、長期演化后的情景，從而總結(jié)出規(guī)律。

在阿瑟的計算機模型中，有100個行為主體，每個主體都可以獨立決定是否去酒吧。阿瑟將到場率標準設(shè)置為60%，即只有當?shù)綀鲋黧w少于60人時，酒吧之夜的客人才會因?qū)捤傻膱龅囟械绞孢m。一個主體如果預計晚上到場人數(shù)少于60人，就會選擇去（認為值得去）；如果預計到場人數(shù)多于60人，就會留在家里。每個主體的每一次決策都會重新做預判，而不受上次選擇的影響，其唯一可以獲得的信息是過去的幾個周四到訪酒吧的人數(shù)，并且主體之間沒有直接的相互溝通。

計算機模擬實驗表明，在100周的長周期觀測下，酒吧的到場率會無規(guī)律地波動，但會穩(wěn)定在60%附近。重復實驗仍然如此。這個過程是完全自組織的。換言之，酒吧的整體運營狀況取決于客人是否有去消費的意愿和實際行動；每一位客人的策略選擇受酒吧經(jīng)營狀況的影響，也受對彼此是否去酒吧的猜測判斷的影響；個體決策表現(xiàn)出來的簡單和隨意，也會在整體層面呈現(xiàn)出規(guī)范和有序。

模擬實驗中愛爾法魯酒吧每周的到場率
圖源：Arthur W B. Complexity in economic theory: Inductive reasoning and bounded rationality[J]. The American Economic Review, 1994, 84(2): 406-411.

阿瑟的愛爾法魯酒吧模型是基于多主體建模的早期探討之一，此后，基于多主體的建模成為復雜科學為多個學科領(lǐng)域提供的重要方法貢獻。許多研究緊隨其后，不僅有對酒吧模型各種情景的改進版本，還有許多學者將類似的計算機多主體建模方法用于研究其他復雜問題，如收入差距演變、資產(chǎn)價格波動、網(wǎng)絡(luò)輿論演化和病毒傳播等。

多主體建模成了探討復雜社會經(jīng)濟問題的得力手段，研究者可通過對社會經(jīng)濟系統(tǒng)內(nèi)部個體及其相互作用進行建模，模擬出自適應行為、集體的涌現(xiàn)現(xiàn)象以及各種模式的社會網(wǎng)絡(luò)等，這些都是傳統(tǒng)計量和實證方法難以做到的。由此，對數(shù)百個主體形成的系統(tǒng)的研究成為家常便飯，最近甚至出現(xiàn)了對包含上億個主體的系統(tǒng)的研究。

1999年，阿瑟在《科學》雜志發(fā)表文章，正式提出“復雜經(jīng)濟學”的討論，影響至今。而隨著阿瑟等人以多主體建模方法針對復雜系統(tǒng)展開一系列研究，圣塔菲研究所的名號也愈發(fā)響亮。圣塔菲研究所坐落在圣塔菲城郊外的小山上，被譽為“復雜科學的圣地”。圣塔菲研究所極少有長聘研究員，而是以中短期訪問學者為主，因此涉及領(lǐng)域極其寬廣且流動性強。一群又一群不同學科領(lǐng)域的科學家來到這里，常常在下午茶時段于咖啡廳和酒吧相聚，神聊甚歡、意猶未盡之余，他們會回到自己不大的辦公空間中繼續(xù)伏案深思、嗒嗒擊鍵。阿瑟正是這群科學家中的一位。

這一別具一格的研究機構(gòu)的誕生，源于1984年科學家喬治·考溫（George Cowan）在圣塔菲組織的兩次會議。80年代初，考溫被邀請在白宮科學委員會任職，他深感作為科學家對冷戰(zhàn)、艾滋病傳播、能源危機、經(jīng)濟不穩(wěn)定等復雜社會經(jīng)濟問題的無力。考溫認為，知識界已經(jīng)分化成不同的專業(yè)陣營，他們或多或少相互忽視，而和解的重擔落在自己與同事身上，必須由自然科學家主動填補這道裂隙。圣塔菲會議以“涌現(xiàn)的科學綜合體”為主題，邀請來自物理學、理論生物學、心理學、計算機科學和經(jīng)濟學等不同學科領(lǐng)域的多位學者參與，其中就包括諾貝爾物理學獎得主菲利普·安德森（Philip Anderson）、諾貝爾物理學獎得主默里·蓋爾曼（Murray Gell-Mann）、諾貝爾經(jīng)濟學獎得主肯尼斯·阿羅（Kenneth Arrow）三位圣塔菲研究所的重磅發(fā)起人。在會上，學者們放下各自的學術(shù)身份，進行了大量超越傳統(tǒng)和主流的激烈思想碰撞，學科界限被漸次打破。

George Cowan in "The Mother Superior's Office"
圖源：Santa Fe Institute

圣塔菲研究所帶動了復雜科學的發(fā)展，并形成了特色鮮明的圣塔菲學派。在這里，科學家們陸續(xù)提煉出適應性造就復雜性（Adaptation Builds Complexity）和隱秩序的核心思想，以愛爾法魯酒吧為現(xiàn)實場景建構(gòu)復雜分析基準模型，以復雜適應系統(tǒng)（CAS）、復雜網(wǎng)絡(luò)、演化動力學和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的遺傳算法等為主要技術(shù)工具，聚焦常態(tài)因果和異象涌現(xiàn)，深入研究個體與群體行為關(guān)系這一多科交匯的學術(shù)難題，研發(fā)推出人工股市、人工社會和大型經(jīng)濟系統(tǒng)ASPEN的模擬平臺Swarm等。

多主體建模方法的發(fā)展，讓復雜系統(tǒng)研究從手動推演時代進入了計算機時代。以考溫、阿瑟為代表的復雜科學先驅(qū)們正是通過跳出各自學科傳統(tǒng)的思維框架、模式和知識架構(gòu)，從個體與群體、局部與整體之間關(guān)系的角度思考問題，使圣塔菲研究所成了世界復雜科學研究的前沿陣地和橋頭堡。

早期復雜科學的主要來源是物理學，許多經(jīng)典的復雜系統(tǒng)模型，如復雜網(wǎng)絡(luò)、磁針模型、隨機游走、引力模型等，都源于物理學研究，復雜科學最近一次高光時刻也是2021年三位科學家因復雜系統(tǒng)研究獲得諾貝爾物理學獎。因此，當圣塔菲研究所掀起復雜科學新浪潮后，自物理學衍生的各類模型被廣泛應用在社會經(jīng)濟研究中，比如近年來研究發(fā)現(xiàn)，城市間的人口流動可以很好地吻合萬有引力理論中的平方反比定律。

社會系統(tǒng)中的因果鏈條常常是多向的、模糊的，是互為因果、因果循環(huán)和因果倒置且不斷演變的，用已有理論方法不太容易說清楚，也不能按某種已知規(guī)律推測出來或再現(xiàn)。人不可能在任何情形下都按特定時期特定場景下的行為方式行事，社會經(jīng)濟系統(tǒng)也不可能總是保持穩(wěn)定一致的元素屬性和整體性能，在對復雜性的譜分解透鏡中，有客觀的復雜性、主觀的認知復雜性，群體行為和社會結(jié)構(gòu)、應用場景、現(xiàn)象形成和演變的復雜性，模型和算法的復雜性，動態(tài)復雜性等。人們在解決一項復雜問題的同時，或許也在孕育和制造著新的、更大的復雜。這就是為什么要專門研究人文的復雜性——這也是復雜性研究的攻堅重點。

在愛爾法魯酒吧模型中，主體的特點就非常明顯。有些人只簡單假設(shè)本周四晚上的人數(shù)大概和上周差不多；有些人則會想上次他們?nèi)ゾ瓢蓵r大約有多少人；有些人則采用平均法，找出前幾個周四的平均人數(shù)；還有人則猜測，本周人數(shù)會與上周相反（上周人多了，本周人就會變少）；甚至還有人完全憑一時的興致和心情來選擇等。在真實的人群中，個體差異是不能被忽略的。由異質(zhì)性個體到群體行為涌現(xiàn)，往往有四個關(guān)鍵特征：

? 個體喜好（深入差別化個體的行為內(nèi)核與關(guān)鍵特征中）。

? 群內(nèi)交互（關(guān)聯(lián)主體行為發(fā)生的環(huán)境）。

? 總體形態(tài)（分類考察由微觀到宏觀、由個量生成總量的加總模式）。

? 雙向反饋（微觀成因與宏觀結(jié)果之間相互影響，自上而下與自下而上的因果同時存在）。

任何宏觀現(xiàn)象都有其微觀成因，受宏觀形態(tài)和條件變化影響的微觀層面的任何差異，都有可能引發(fā)宏觀層面的巨大變動。這種雙向互反饋機制和微觀宏觀一體化的視角，是社會經(jīng)濟復雜性的本質(zhì)特征之一和分析研究的內(nèi)在要求。且這不僅是酒吧運營表現(xiàn)出來的規(guī)律，也為以人為主體的社會經(jīng)濟復雜系統(tǒng)所共有。

圣塔菲研究所的研究者構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型預測個體對轉(zhuǎn)基因和疫苗問題的信念轉(zhuǎn)變（belief change）
圖源：Dalege J, van der Does T. Using a cognitive network model of moral and social beliefs to explain belief change[J]. Science advances, 2022, 8(33): eabm0137.

對微觀主體行為的刻畫與選擇，決定了社會經(jīng)濟理論是否科學可行、高效便利。近年來，計算社會科學（computational social science）快速發(fā)展，該領(lǐng)域的研究者利用先進的計算和信息技術(shù)等，對復雜的人類行為與社會運行進行深入、精細的跨學科研究?！翱茖W化”是人文社會領(lǐng)域長期的追求，許多研究已形成了學科領(lǐng)域，如經(jīng)濟學、社會學、政治學，但其是否能稱為“科學”仍有很大爭議。伴隨著大規(guī)模數(shù)據(jù)的采集和計算，以及復雜的多主體建模研究的出現(xiàn)，計算社會科學更為貼近“科學”的范式。

探索真實場景中主體的行為，揭示社會經(jīng)濟復雜性，需要有復雜性思維和相應的分析技術(shù)方法。我們不僅要像對待一般復雜系統(tǒng)那樣去關(guān)注研究自組織性、不確定性、非線性和奇點涌現(xiàn)等，更重要的是要有跨學科交叉的視野、多元的思維模式和分析方法，以人為本地去觀察提煉問題、刻畫關(guān)鍵行為特征和獲取數(shù)據(jù)，以基于主體行為建模為主線的技術(shù)關(guān)聯(lián)展開應用等。值得慶幸的是，在計算社會科學的發(fā)展過程中，滲透進了大量復雜科學的方法和觀點。

在阿瑟發(fā)表愛爾法魯酒吧模型論文的1994年，圣塔菲研究所的創(chuàng)始人之一、夸克之父蓋爾曼出版了《夸克與美洲豹》一書，探討他對各種復雜系統(tǒng)的思考。蓋爾曼認為，夸克作為物質(zhì)的基石，代表著支配宇宙發(fā)展的“簡單性”規(guī)則，而美洲豹作為力量與勇猛的象征，代表著我們周圍世界的復雜性，系統(tǒng)的復雜性往往源于簡單規(guī)則。在蓋爾曼的框架中，人與生態(tài)環(huán)境組成的生物圈、沖突與和平并存的人類社會、通過同行評議以確保新知質(zhì)量的科學共同體，與產(chǎn)生耐藥性的細菌群落、哺乳動物免疫系統(tǒng)的運作一樣，都是具有適應能力的復雜系統(tǒng)，適應性是系統(tǒng)中主體的特征。

The Quark and the Jaguar
Murray Gell-Mann
St Martin's Griffin, 1995

作為粒子物理學標準模型的奠基人，蓋爾曼是文理交融的典型人物，他在物理學建功立業(yè)之后，又嘗試跨學科地攻城略地。圣塔菲研究所前所長韋斯特稱他是20世紀文藝復興式的人物。在蓋爾曼眼中，學科劃分完全不重要，萬事萬物本來就應該在一個大的體系之中得到解釋——這也正是他極力推動的復雜科學，生態(tài)、經(jīng)濟、文化現(xiàn)象背后的復雜性是可以被同一套框架所統(tǒng)一的。

大量與蓋爾曼相似的、充滿跨學科氣質(zhì)的探索者推動了復雜科學的發(fā)展和應用，甚至形成了風潮，其中的代表作是凱文·凱利（Kevin Kelly）的《失控》。復雜性研究從科學進入文化和商業(yè)領(lǐng)域，被總結(jié)成一套思維工具和方法、一種貫穿于眾多領(lǐng)域的理念，它可以用來更好地解釋自然界和人類社會中從微觀底層、結(jié)構(gòu)演變到整體現(xiàn)象的系統(tǒng)性內(nèi)在關(guān)聯(lián)，甚至被用于產(chǎn)品設(shè)計。從谷歌搜索的PageRank算法到臉書社交網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、推特的社交媒體互動機制、蘋果軟件的生態(tài)……復雜科學已經(jīng)被提煉為思想，灌注到各類產(chǎn)品乃至基本生活設(shè)施中。

相比美國，中國的復雜科學發(fā)展并不太落伍，甚至還有著特別的淵源。復雜科學的前身是系統(tǒng)論、信息論、控制論這“老三論”，以及耗散結(jié)構(gòu)論、突變論、協(xié)同學這“新三論”的結(jié)合。作為控制論發(fā)展的里程碑人物，錢學森先生十分關(guān)注復雜系統(tǒng)研究，且由于他提出開放的復雜巨系統(tǒng)、綜合集成思想并在航天工程中成功應用這些理論，有一批中國學者多年來也對系統(tǒng)科學和工程頗感興趣。幾乎與復雜科學的學科創(chuàng)立同步，一些敏銳的中國學人大約從20世紀80年代末90年代初起就開始了對復雜系統(tǒng)和復雜科學的研究探索。許多中國高?？蒲袡C構(gòu)的相關(guān)專業(yè)人員參與并組建了專門的研究機構(gòu)，先是主要在哲學、管理學、物理學、系統(tǒng)科學與系統(tǒng)工程界，后來結(jié)合大型仿真技術(shù)，在社會經(jīng)濟系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)科學、生物科學和應急管理及工程技術(shù)等領(lǐng)域又進一步拓廣了復雜科學的應用范圍，但在針對中國的社會經(jīng)濟環(huán)境及文化傳統(tǒng)等基礎(chǔ)層面的研究還相當薄弱。

在科技與人文分野有了各自不同的賽道且發(fā)展不甚平衡的當下，跨學科、文理交融的研究非常重要。而其中的突破口，也許正是被“科技主義+人文情懷”所孕育的復雜科學。

（原載于《信睿周報》第83期）