複雜性研究到底意味著什麼？早在上世紀80年代，錢學森就提出過探索複雜性研究的提議。然而直到上世紀末，這個概念對大多數中國學者來說還很陌生。在相關著述還未被大量翻譯引進的年代，一所特殊的研究機構為那些對複雜性研究感興趣的中國學人打開了第一扇門。
位於美國新墨西哥州的聖菲研究所（SFI，Santa Fe Institute）成立於1984年，它不僅是世界知名的複雜性科學研究中心，也是痴心於複雜性研究的人心中的「麥加聖地」。馬瑞·蓋爾曼、肯尼斯·阿羅、喬治·考溫、布萊恩·阿瑟……大批諾貝爾獎得主和學界精英匯聚於此，掀起了上世紀90年代複雜性研究的熱潮。
作為國內較早接觸複雜性研究的學者，韓靖早年多次訪學於聖菲研究所，師從複雜性研究的奠基人、「遺傳算法之父」約翰·霍蘭德。她眼中的「聖菲」是怎樣的？複雜性研究與跨學科合作有著怎樣的內在關聯？複雜性研究在中國又是如何發展的？讓我們跟隨這篇文章走進聖菲研究所和「複雜性研究」。
採寫 | 新京報記者 李永博
學科混搭的聖菲研究所
新京報：複雜性研究最初是如何進入你的視野的？你為什麼會對它產生濃厚的興趣？
韓靖：人工智慧是我讀博階段的研究方向。那時我一直在思考一個問題：程序如何才能超越程式設計師？當然，這不僅僅是指計算能力，更多的是指人類的自我學習能力和無窮無盡的創新，甚至自我反省。
很長一段時間我看不到可能的實現方法。直到我在書店裡讀到了米歇爾·沃爾德羅普的《複雜：誕生於秩序與混沌邊緣的科學》。這本書充滿激情地介紹了複雜性研究以及聖菲研究所的種種有趣的故事，裡面的分類器系統和複雜自適應系統的框架概念，這讓我看到了希望。
我記得那是1998年的春天，我從書中介紹的自適應分類器系統看到了具有更強大的學習能力和適應性的方法框架，讓我對複雜性和聖菲研究所都非常嚮往。一年之後，我非常幸運地成功申請到聖菲研究所國際學者的獎學金計劃(Internatinal Fellowship)。2000年的冬天首次訪問聖菲研究所。
新京報：聖菲研究所最初帶給你怎樣的印象？
韓靖：聖菲研究所坐落於美國中西部小鎮聖菲的山上。研究所的固定科研人員人數很少，教授和博士後加起來大概十來個人，而且教授的任期也有限制，規定不能超過5年。這是因為研究所的創始人有意讓研究人員流動起來，更有利於保持活力和開放性。相比固定科研人員，訪問學者的人數一年達到幾百人次，訪問時間長則半年，短則半天。
聖菲研究所
當時的聖菲研究所，非常寬鬆不拘一格，和大部分大學以及研究所都不一樣。我第一次訪問研究所的時候，還是個博士生，被分配到一個兩人合用的辦公室。而和我在同一個辦公室的，竟然是研究所的創始人和第一任所長喬治·考溫（George Cowan）。我從來沒有遇到過這樣的事情。即使世界級大咖，如果是短期來訪，就只能分配在走廊電腦辦公。我就在研究所的走廊上，第一次見到了著名的「遺傳算法之父」約翰·霍蘭德（John Holland）。因為之前我和他通過郵件聯繫過，我上前和他打了個招呼，這位和藹的老人樂呵呵地向我俯身作揖，實在讓我驚訝萬分，馬上就感受到這位世界級科學家的幽默和平易近人。
如何打破學科壁壘？
新京報：聖菲研究所的一大特點是不刻意劃分學科類別，樂於邀請跨學科領域的學者、專家討論問題。為什麼這樣安排？傳統的學科分工存在什麼弊病？
韓靖：聖菲研究所的創建者認為學科分化日益嚴重。而不同學科之間其實有很多的共性，任何研究走到深處就會發現與其他學科的共通之處。建所的初衷就是想打破學科之間的隔閡，建立一個沒有「牆」的研究所。
而且，研究所致力於超越「還原論」的努力。「還原論」的思想可以追溯到笛卡爾的方法論規則，他認為對於一個複雜的事物，要先把它分解成幾個簡單的部分來處理。而還原論認為「對複雜的系統、事物、現象，可以將其化解為各部分結構之組合來加以理解和描述」。這種簡化問題的方法是現代西方科學的基本方法，行之有效，已經取得了輝煌的成就。可以說，離開了還原論，科學研究將寸步難行。
但是，認識了局部就真的能把握整體嗎？現實中的很多系統並非如此，比如說，認識了人體的每一個器官組織，就可以說我們知道「人」是怎麼回事了嗎？
諾貝爾獎得主菲利普·安德森在1972年《科學》上發表了一篇文章《多則不同》(More is Different)。他認為還原論假設並不蘊含「構建論」假設——即將所有事物還原為簡單的基本定律的能力並不意味著從那些基本定律出發並重建整個宇宙的能力。否則的話，世界上只需要基本粒子物理這種「內涵性」學科就夠了，其他學科都是它的「外延性」學科。
但實際上，在不同的尺度，系統都有自己的獨特規律和研究方法，從而產生了新的學科。要超越還原論，不僅要了解被分解後的各個部分，更需要弄清各部分之間的相互關聯以及分解對整體帶來的破壞，這需要我們有系統科學的視角和方法。
在花了三百年的時間把所有的東西拆解成分子、原子、核子和夸克後，他們最終像是在開始把這個程序重新顛倒過來。他們開始研究這些東西是如何融合在一起，形成一個複雜的整體，而不再去把它們拆解為儘可能簡單的東西來分析——米歇爾·沃爾德羅普的《複雜：誕生於秩序與混沌邊緣的科學》
新京報：這些來自不同領域的專家和學者如何建立對話？如何處理學科壁壘造成的分歧和偏見？
韓靖：研究所裡，不同學科的專家學者「混搭」安排在工作區域。除了科學家，我記得當時隔壁辦公室還有一位美國作家。他每天都用一臺古老的打字機嘀嘀嗒嗒地打字，他認為這個地方為小說提供了很多靈感。
把這群背景不同、性格迥異的人撮合在一起，一開始是很困難的，第一任所長喬治·考溫起了很大的作用。喬治·考溫認為只需要提供平臺，不用刻意管理他們，讓他們「自組織」（self-organize），合適的人會留下來，合不來的自然會走。
複雜性研究的新成果
新京報：不同學科間如何合作？能不能簡單介紹一些複雜性研究的成果？
韓靖：聖塔菲研究所努力提供學科交叉的研究條件，孕育新的學科方向。複雜自適應系統是當時研究所的主題，深刻而獨特，旨在研究適應性性如何造就複雜性；基於agent的建模和仿真的方法也因為研究所的成功應用在學術界被廣泛應用；此外，還有人工生命、複雜網絡、無標度性等許多具有影響力的工作。下面舉幾個簡單例子來理解學科交叉的研究。
計算機學家與生物學家的合作是特別典型的，比如群體智能的代表「螞蟻算法」。生物學家發現一隻螞蟻作為個體能力非常有限，但一群螞蟻就可以通過各自留下的激素進行交互，從而找到最短路徑。計算機學家在此基礎上提煉出一種網路路由尋址的新算法。反過來，計算機技術也能幫助生物學研究，人工生命（artificial life）就是藉助計算機為研究工具來模擬自然界的生命現象。
統計物理與計算機算法之間也有很多共通性。我曾經研究組合優化問題的分布式優化算法，後來在聖菲研究所與物理學家的交流中，發現它和統計物理中的自旋玻璃在本質上是一回事，並且這種分布式算法和博弈理論也具有相關性。
學科交叉孕育著新的學科方向。圖/視覺中國
在社會科學中，很多研究者會使用基於代理（Agent-based）的計算機仿真技術，來模擬合作形成、謠言傳播、人工股票市場等系統的內在機制。還有政治學家使用化學理論來解釋佛羅倫斯的經濟情況。
聖菲研究所對語言學也設立了研究課題。我曾經參加過他們一個為期幾天的語言起源的學研討會，參與人不僅有語言學家，也包括了物理學家（例如諾貝爾物理學獎得主蓋爾曼）、生物學家、計算機學家、考古人類學家等。為了更充分地討論，研究所安排大家住在一個大房子裡，這樣還可以一邊做飯，一邊討論。
新京報：中國的複雜性研究什麼時候開始起步的？你怎麼看待覆雜性研究在中國的未來？
韓靖：國內最早明確提出和創建系統學的是錢學森先生，比聖菲研究所的出現還要早。我聽說錢老也是第一個把聖菲研究所的資料帶回來中國的人。2000年一個中國研究小組到聖菲研究所舉行了雙邊學術會議探討合作。2002年中國科學院數學和系統科學研究院和聖菲研究所合作在北京舉行了「複雜系統的幹預和適應」國際會議。從2004年到2008年，聖菲研究所連續5年在中國舉辦為期四周的複雜系統暑期學校。這使得越來越多的學者接觸到了複雜性研究。目前複雜性研究的某些領域在國內已經是熱門方向，例如多個體複雜系統、複雜網絡等的研究已經活躍在國際前沿。
系統科學是包含了複雜系統研究內容的一級學科。從2017年開始每年舉辦的「中國系統科學大會」是國內系統科學的最大規模、最高水平的會議。我相信未來會有越來越多的人關注和學習系統科學，用系統的角度和系統科學的方法去認識理解各種現象，看待世界的角度不再局限在一個局部，將有利於世界的和平協調發展。
採寫丨李永博
編輯丨董牧孜 榕小崧 喻子豪 李永博
校對丨趙琳