复杂系统:涌现并不神秘,它来自简单规则

复杂系统:涌现并不神秘,它来自简单规则

 
 
当我们谈一些复杂系统相互交织的(熟悉而未知的网络,经济、城市、互联网)世界中,会遇到一个神秘现象:涌现 Emergency 。
比较现代版的定义是:
复杂系统中在自我组织的过程中,所产生的各种新奇且清晰的结构、图案、和特性。 ——维基百科
 

你如何解释「蚂蚁的桥梁」

如果你不熟悉蚂蚁群体组织行为和现象,图中这个现象你能够解释吗?
理性思考一下, 谁在指挥、谁在负责、谁是调度? 这个「桥梁」的系统构建过程如何分解成多个子系统来认识,还原,甚至反向工程?
 
答案是, 以上中心化的思考方式是错误的。蚂蚁的群体智慧中没有中心节点,只一个有「信息素」网络在自我协调(这类特性也被称为自组织)。
我特别尊敬的生物学家爱德华·威尔逊¹以蚂蚁研究, 他提到了一个深远意义的观点, 我们太喜欢用灵长类的感官方式感知世界了, 但是生物的世界,90%以上(猜猜地球上物种的总数)不是视觉、不是听觉,而是某种化学信号的信息来沟通的。
如果只是从人类自身感官和直觉思维,是无法理解这种涌现现象的。
蚂蚁用身体建造出一座桥,让蚁群能迅速通过沟壑(摘自《复杂》²  图1.1 )
蚂蚁用身体建造出一座桥,让蚁群能迅速通过沟壑(摘自《复杂》² 图1.1 )
 

16世纪英国人眼中的「城市交通」

换个人类城市场景,城市。 相信生活在城市的文明人,会觉得不可思议;但是,如果换成16世纪(科学史认为,1572年是正式诞生)的英国人,穿越到现代,这个英国人会怎么看我们熟悉的城市交通。
补充一下:
那个时代,英国人深深地相信巫术,魔鬼学³;
认为女巫应该被烧死;
相信占星术,因为某个占星家帮他们找到了一些遗失或被偷盗的物品;
他还相信炼金术,可以帮常见金属转化黄金;
他相信自然是厌恶真空的,而彩虹🌈是上帝的征兆;
他相信如果我们有办法解释梦,我们就有办法预言未来……
 
 
被怀疑的女巫跪在詹姆斯国王面前,(1597年),魔鬼学wikipedia
被怀疑的女巫跪在詹姆斯国王面前,(1597年),魔鬼学wikipedia
上面补充一段16世纪英国人的画像, 是尝试让我们想象他穿越到今天的纽约、上海、东京,看到到处都是堵车的现象。 他会不会觉得非常不可思议? 至少比我们看到蚂蚁的桥梁,还要不可思议?
如果你还觉得想象起来困难, 我们可以用个美剧《美国众神》来体会一下他们艰难的日子和对神的渴望。
《美国众神》, S3 E3 ,感知希腊之神 得墨忒耳
《美国众神》, S3 E3 ,感知希腊之神 得墨忒耳
城市交通,这么复杂的现象,不过是现代文明的一种小小涌现现象。 但对于16世纪英国人来说,非常神秘,道路、汽车、石油、引擎这些现代人工制品时,城市拥堵这种现象都是不可知的。
正如伟大的约瑟·克拉克所言,
任何足够先进的科技,皆与魔法无异。
 
难道科技和魔法,都没法用简单规则和逻辑来理解吗?

从生物到复杂经济学,「范式的转移」

如果我们思考一个经济网络,如何降低交易成本的问题,从我们自己出发: 你是一个小镇保险销售员, 你计划接下来一周内要去附近2个小镇去拜访, 然后回家(3个节点的网络)。
整个过程,你作为一个商人当然希望收益最大、成本最小,卖更多且消耗路途上交通的时间。不过稍微细细思量,你就发现,可选择路径很有限。
 
因为业绩不错,你被外派出差一个新的地域(江南一带吧), 你通过预先信息收集,发现接下来一周内要拜访的潜在客户有12个(13个节点的网络),你有多少选择的路径呢?
连接节点, 数学的方案,符合(n-1)!/2 这样一个函数的,13个节点意味着239500800种可能性。(右图,可点击进Youtube)
 
假设你的每种出行方案, 都会带来不同收益(可能客户不在家、不方便,以及天气地理因素)。
你如何找到最优的销售方案呢?是否采取穷举法一个一个试过来,才能找到最优?
💡
小提示 如果是20个节点,整个网络的方案意味要穷尽一个对应着 6*10¹⁶ 这样惊人的大数,如果用比较强的计算机超高速运行模拟,也需要633年! 在这里,我们可以想象很多今天的AI模型都在使用这样的原理在运行,所以,对CPU和GPU算力极度依赖。但这是好策略吗?
 
有没有全新的思维方式和策略帮助解决这样的网络难题呢?除了个体思维,有没有集体智慧呢?人们很快就从蚂蚁网络中,找到了全新的方法和测录。
这里有两点生物学提示:
  1. 蚂蚁和蚂蚁之间通过释放一种名“信息素”的化学物质进行交流,形成了一张铺满地表面的互联网;
  1. 信息素,具有丰富的语言性质的信号。例如,信息素可以表达,敌人来了,敌人是谁,食物对在哪;以及空间方位等信息。 当然,还有发情类繁衍相关的信号。
 
基于以上的认知之中,请观看接下来这段计算机模拟的方案。
开始于 1:42 (Youtube视频,强烈建议打开耳机🎧,观看到第10分钟)
1:42,当个蚂蚁,面对13个节点的问题时计算机模拟
1:42,当个蚂蚁,面对13个节点的问题时计算机模拟
9.38, 超过100个以上的节点网络,如何运作
9.38, 超过100个以上的节点网络,如何运作
 
看完计算机模拟, 你是否因为蚂蚁群体智慧,而感受到一种震撼?涌现就是常常给人这样的感觉。 在这样的小小信息素和随机策略,Youtube 博主Sebastian Lague 巧妙使用了音乐的节律,让我们沉溺在一种「神迹」一般的高等智慧体验里。
💡
元宇宙故事 蚂蚁王国,是最神奇的复杂系统之一, 没有中央控制, 通过随机和简单互动,实现整体「意图」的卓越方案:无论是搜寻大面的土地,还是合作与分工。 这种复杂网络涌现出的思维模型,已经在人类社会发挥出巨大的科学和经济价值。例如,社会生物学、神经网络的研究等 信息素是蚂蚁网络的信号基础,这个词汇早就进入了二次元一段时间了, 请移步小鸡词典
 
当我们进一步追问,上面的计算机模拟蚂蚁网络的寻路算法和人为的数学计算到底核心差异在哪呢?
  • 中心化 vs. 去中心化
  • 个体式遍历式计算 vs. 局部本地化处理
  • 全局自上而下 vs. 分散化的自下而上
  • 宏观调控 vs. 自由市场经济
  • 门户网站式 vs. 多个孤岛互联模式
还有更多……
 
当代经济学家和社会学家、认知科学家、AI 专家或多或少都层痴迷于蚂蚁的网络:这些无比简单的个体,运用极为简单的规则和策略,涌现出非常高级(效能、效率)的智慧,带来太多跨领域的启示。
 
20世纪70年代的一位经济学家布莱恩·阿瑟,就是研读了生物学那个时代重大发现和思想后,发现经济和分子生物意义上的混乱、秩序极为相似,不断反思之前以物理学所主导的旧经济学思维框架(人是理性、个体完全一致、报酬递减等), 而是应该以生物学思想重新看待整个经济体
布莱恩·阿瑟后,充分意识到经济系统的各种价格等宏观现象,都是微观个体的涌现结果,经济的无形之手就是自组织的
布莱恩·阿瑟后开创了《复杂经济学》,并获得诺贝尔经济学奖,改变传统经济学的思考范式 ,意义非凡。从此,生物界的思想(生命的简单规则、自组织、涌现),颠覆了传统经济学!
 
我想所有曾经对涌现有过一些感知,但是无法分解和还原其神秘意义的朋友现在都有慢慢了新的看法。
至少这些问题,不再显得那么神秘、那么不可讨论了吧
  • 经济为什会拥有无形之手
  • 城市为什么会自我调节需求
  • 元宇宙为什么不只是单个平台
  • 蚂蚁为何拥有超个体一般的智慧,成为最成功的物种之一
  • 大脑和AI为什么拥有构建模型的能力
  • 量子计算机普及之前,我们能否突破诸多算法的计算天花板
  • 意识作为神经元电活动现象
 
 
而这些问题,都和我们理解新的世界、和新的AI未来息息相关,让我们一起将它们融通起来开来。
 
后记,
但有时, 为什么我们还是无法克制要去模仿和抄袭,大多数原因是直觉思维中无意识部分超级强大。 商业机构做决策的人也想偷懒,他们会像婴儿一样的疯狂模仿别人的成功。
复杂网络在认知和AI领域的突破(所谓深度学习,不多网络的层数),还有许多故事⁶,对于我们理解和构建元宇宙都意义重大。
 
 
🔗涌现并不神秘
Exponent
Name
Content
Type
Used
爱德华·威尔逊¹
我们看待世界的方式,被感官和直觉严格的限制着……
Appendix
《复杂》²
复杂系统充满了共性,包括大脑、蚂蚁、城市和经济系统。 米歇尔在科普大作《复杂》有相当完整的科学史讨论。
Footnote
魔鬼学³
人的心智充满了直觉力量, 魔鬼学、占星术是典型的代表。
Glossary
小鸡词典
ABO和信息素都是Cos文化的基础
Citation
改变范式
Footnote
 
 
 

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