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未来世界的复杂性

2012-07-07
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未来世界的复杂性
“未来世界与复杂性”,内容主要有两部分,一部分关于社会,一部分关于科技。这是一个非常前沿的题目,复杂性科学或者叫复杂系统的研究被称为21世纪的科学,什么叫复杂系统?复杂系统在未来的网络世界中是什么角色?这是王教授要讲的内容。通过他的讲座我们可以了解在网络化世界的背景下,复杂系统研究的科学本质及其社会意义,复杂系统的重点是在不可分、不可知的前提下,用对立、统一的方法和先进的信息技术计算方法,把研究思路综合化、系统化、科学化。王教授将给我们介绍以人工社会、计算实验、平行执行为核心的复杂系统的建模、分析、控制和管理的ACP方法,以及怎么用这种方法解决国家安全、社会稳定和产业升级这些重大问题。

未来世界的复杂性

这是两年前一个报告的录音整理,原报告题目是“未来世界与未来科技”,不是“未来世界的复杂性”。两个题目都不合适、太大,但新题目小一些,又不是我提出的,也想不出更合适的,故从之。
敬请诸位博友批评指正。
2011年11月10日

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未来世界的复杂性
王飞跃
主持人(黄仁伟 教授):王飞跃教授今天要讲的“未来世界的复杂性”,这是一个非常前沿的题目,复杂性科学或者叫复杂系统的研究被称为21世纪的科学,什么叫复杂系统?复杂系统在未来的网络世界中是什么角色?这是王教授要讲的内容。通过他的讲座我们可以了解在网络化世界的背景下,复杂系统研究的科学本质及其社会意义,复杂系统的重点是在不可分、不可知的前提下,用对立、统一的方法和先进的信息技术计算方法,把研究思路综合化、系统化、科学化。王教授将给我们介绍以人工社会、计算实验、平行执行为核心的复杂系统的建模、分析、控制和管理的ACP方法,以及怎么用这种方法解决国家安全、社会稳定和产业升级这些重大问题。

王飞跃:今天我谈“未来世界与复杂性”,内容主要有两部分,一部分关于社会,一部分关于科技。

一、未来社会

在讲未来之前,我们先回顾一下中国的历史。

历史的涌现

简言之,中国人起源于三个“人”:一个是200万年前的元谋人,一个是100万年前的蓝田人,还有就是后来50万年前的北京人;这些都是“信”史,有科学的考古依据。

有了人就有了远古的华夏族群,他们先是学鸟在树上筑窝,历史上称为“有巢氏”;又受雷电的启发,掌握了钻木取火之技,既可取暖,也能烤肉,进化为“燧人氏”;烤好的肉不但喷香可口,还可久放,无意识中还有利于消化、有助于身体和大脑的发育进化,需求再加上智力增强,逐渐从被动到主动,久而久之祖先们就有了捕获动物加以驯化的意识,不但可以随时烤肉,还有其它用途,从而就成了“伏羲氏”(史记里称为“伏牺”氏,驯服动物之意);食物情况大大改善之后,人口就可以大大增加,祖先们也就迎来了“女娲氏”时代;“女娲”们生育能力强,那时又没有计划生育,食物就不够了,自然而然地就进入了大规模“驯化”植物的“神农氏”年代。这些都是史前神话,并无科学依据,但的确十分逻辑。

有了族群,社稷、社会、文化随之而来。现在我们知道的主要有七个文化遗址:5000到7000年前以中原黄河流域为代表的仰韶文化;西北地区的半坡文化、红山文化;3000到7000年前东南、西南地区的河姆渡文化、良渚文化、三星堆文化、金沙文化。这些都是“信”史,有实物和考古依据。

接下来就是传说中的三皇五帝,直到夏商周、春秋战国、秦汉南北朝、唐宋元明清。

显然,从信史中显示的区域和时间信息,中国的社会与文化不像传说里讲的那样,是单纯地源于中原黄河流域,而是“涌现”出来的,就是今天我们研究复杂系统时常说的“涌现”概念。今年八月,美国《Science》杂志出了一期关于中国起源的专刊,其实也就是从“涌现”的角度来认识中国发展的历史。

从远古简简单单的“三个人”到近代谁也读不明白的“二十四史”,这就是社会复杂性最好的说明。

社会的形态

社会形态也是众多复杂因素不断交互后“涌现”出来的。简单起见,我们从资源与活动、尺度与速度、成就与意义来看社会形态。先看农业和工业社会。

农业社会就是以土地为资源的地表资源开发。这一社会的尺度受制于人肉眼的视觉能力,就是田里的土块和房上的瓦片;其速度又被动物行动的快慢所束缚,最快就是快马加鞭,一般差不多就是“老牛拉破车”而已。农业社会的最主要成就是养活了人类。意义当然重大,保障了人类的生存。

二百年前,人类进入工业社会。在农业社会里,石油、煤、铁矿石等还不很重要,但到了工业社会,这些都变得十分重要了。工业社会就是以矿藏为资源的地下资源开发:围绕着这些资源产生了各种各样的行业,如钢铁、能源、石化等。工业社会的速度?随着蒸汽机的发明,出现了火车,以后又造出了飞机,最后知道了光速。这一社会的尺度?大到宇宙,小到分子、原子、粒子。工业社会的最大成就与意义就是人的体能和物理空间的扩展。

今天,人类进入信息社会,出现了知识产业。知识产业或智能产业的资源不仅有信息,还有被人们忽视甚至引以为患的人口,因为人是信息的生产源和消费者。信息社会就是以数据或信息为资源的人工资源开发,围绕着这一新资源也将产生新的行业。具体有哪些新行业人们现在还不清楚,但以谷歌和百度为代表的搜索就是一个已经出现的行业:搜索行业。以后可能每个人都会有一个搜索引擎,搜索一定会成为一个巨大的新兴行业,会比钢铁、能源、石化行业加起来还大,谷歌百度仅仅是开头而已。接下来的可能还有游戏、动漫(可视化)、情报、众包(人肉搜索)等等。这是资源与活动,尺度与速度哪?不清楚,但我认为:按一下键盘你差不多就能以光速在网上向每个网民发出你的声音,这就意味着信息在世界范围里向每个人以光速的传播,说到底,就是社会的“宇宙化”、“量子化”和“光速化”。其成就与意义?就是人的智能的扩展和虚拟空间的实化!

正如工业社会扩展了我们的物理空间,我们必须面对物理上的宇宙、量子、光速,所以我们需要现代化的物理学。信息时代、知识时代扩展了我们的智能,扩展了我们的脑力空间、智力空间,我们必须面对人类社会本身的“宇宙”、“量子”、“光速”,因此也需要相应的现代化科学。具体而言,就是社会科学的现代化、即计算化与实时化,其核心科技问题,就是社会复杂性问题。

在工业时代,我们领会了科技是第一生产力的道理。在进入新时代之际,在强调科技是第一生产力的同时,我们应当更加重视指挥这第一生产力的人文知识。在认清发展就是“硬”道理的同时,还要认识发展还有个“软”道理。只有“软”“硬”相铺,刚柔相济,我们的社会才能和谐,才可以全面综合可持续地发展下去。

以新的思维和角度来思考各类“软”的社会科学,使其“硬化”,并使相应的“硬”自然科学“软化”,从而在发展的硬道理上再补加上发展的“软”道理,使信息和智力资源得以充分和有效地发挥,将是发展后工业时期新的社会形态之必由之路,而复杂性科学将在其中发挥关键的作用。

未来的社会

随着制造技术的不断提高,今天所谓的“高科技”将不可避免地成为明日的“无科技”,连“低科技”都不是;因为将来“互联互通”可能连“按一下电钮”也不用了,比传统的农业生产还简单。可以想象,未来一般商品的制造成本将趋近于“零”,就像古人认为粮食是天“赐”一样,未来人的眼里,其日常生活用品也是从一些生产过程里“长”出来的,比粮食从田长出来的还“自然”、还“简单”。

因此,物质上的“共产主义”不可避免,人类将有更多的时间从事人文、心理和精神方面的活动。研究如何促进科学、技术和人文的交融,以人文引导科技进步,以科技促进人文发展,进而促进网络虚拟社会的发展,应当是一个十分重要的研究领域。

我们可以大胆地设想一下未来的社会:以后每个人一生下来,除了物理空间里有一个你之外,同时网络空间,就是虚拟空间里也会有一个你,而且不止一个!人一生下来脑袋里就被置入两种芯片,一种是增加记忆力的,一种是增强计算能力的,而且还要联网。结果就是一个实际的你伴有好几个虚拟的你,各自有自己的搜索引擎,每天搜索到什么东西,有的告诉实际的你,有的还可能不告诉实际的你。届时,人真的是要复杂起来了,一件小事也会影响好多个你、好多个人,不复杂也不行了。到了那一天,计算机病毒就不再是虚拟的病毒,网络出事可能影响你的芯片,进而你的身体,你可能真的要住院了!

当然,你有选择不置入芯片的权利,可那差不多等于宣判了你生下来就是智力上的“残废”,远比许多年前小孩不种疫苗会可能导致生理上的残疾要可怕的多。

因此,将来的空间除了物理空间,还有一个虚拟空间,今天的网络空间是它的雏形,将来人类生活的空间50%是物理空间,还有50%是虚拟空间,如同数的一半是实数、一半是虚数一样。只用实数,许多简单的数学方程无解,同样,只考虑物理空间,不利用虚拟空间,许多复杂的问题就更无解了。认识到这一点非常重要,后面我们还要讲。

如何利用这一数字化的“虚拟”人类社会,如何在其中植入真正人类的人文价值,如何实现“虚拟”与真实社会之间的有益有效互动,为人类社会和自然生态的发展提供科学与人性的新方法和新手段,将是复杂性科学研究,特别是社会计算研究的一个重要课题和长久的方向。

挑战与机遇

网民现在的比例超过了世界人口的25%,即世界上1/4的人已经变成了网民,而且这1/4网民的活动能力、影响力已经远远大于其他3/4的人,这种趋势还会不断加快,前述的种种愿景可能不久就会实现。现在中国有3亿多网民,不要很久就会达到10亿。网络通过一个虚拟的空间把人们都连在了一起,什么东西只要连在一起就复杂了,何况人了!这就是为什么复杂系统变得重要的根本原因。

例如,芙蓉姐姐这件事就很有代表性,她是中国第一个靠网络出名并维持生计的。我曾认为这是一种良性的社会肿瘤现象,但它一旦变为恶性的该怎么办?被黑社会等利用起来怎么办?是不是一个谣言一个银行就倒闭了?再一个谣言一个区域政府就没了?人肉搜索是中国人发明的,将来可能会快速发展并普及,而且效率非常高,将来回头看,可能会是中国社会里的一件非常大的事。

我还说过互联网是原子弹。原子弹的出现改变了战争的概念,但二千多年前我们战国时代的一场战斗中死的人就远远超过一颗原子弹炸死的人,例如“白起坑赵”,秦国一下子就杀掉赵国四十万兵卒,血流成河、尸骨遍野。可为什么原子弹改变了战争的概念?因为原子弹的特征:残酷程度极高、杀伤范围极广、完成时间极短、机动能极强。这种战略核威慑很可怕,改变了战争的概念,人们不敢轻易打仗。

同原子弹类似,通过网络发送危害社会的信息也具有成本代价极低、影响范围极广、完成时间极短、机动能力极强的特征。到处都可以发,鼠标一点立刻全世界就都知道,威力差不多同原子弹一样,谁能堵得住?每个人的声音比政府还大,什么都敢说,可能是错话、可能是谎言,前提可以根本是子虚乌有,但后果却是实实在在的。因此,因特网的出现,也将深刻地改变我们关于社会动乱的传统概念,正像原子弹改变了战争的概念一样。

回想工业社会,咱们晚了一步,我们用大刀、红缨枪跟人家洋枪利舰对抗,怎能不败?鸦片战争的教训是非常惨痛的,不败“天理”不容!今天的大刀、长矛是什么?今天的洋枪、利舰又是什么?谁也不知道!如果当年清朝的皇帝知道自己所处的真实环境,我相信他也会睡不着、想办法,为了自己的生存和利益赶快行动起来,但那时候他想不到后果是如此严重。我认为今天已经发生的好多事情可以给我们提个醒。比如,2005年的反日示威就是因为网上几个帖子,并非有预目、有计划、有组织。

网络的发展已经把我们的社会“游戏化”了、整个世界“游戏化”了,一个非政府组织NGO甚至一个人就可以“游戏”般地对一个主权国家造成重大的伤害,改变世界的政治格局、经济规则。一句话,可以玩“变”世界了!国内的反日示威、瓮安、3.14、7.5,国外的希腊巷战、伊朗大选、印尼反腐,都是苗头,无一不支持这一观察。NGO“打”你,无主权无国土,跟影子一样,你如何反击、往哪里打?这就是非传统安全问题。

其实,200年前的鸦片战争就是由东印度公司的“保安队”挑起来的,就是当年的NGO通过海洋打过来的,也是因为贸易顺差,也是当时的非传统安全问题。今天的NGO也可能还是从“海洋”打过来,不过不是蓝色海洋,而是数字海洋。

总之,网络化社会状态下的国家与社会安全将是一个越来越突出的问题,有挑战,但更有机遇。如何在确保安全的前提下,加强整个社会的管理,提高整个社会的效率,化挑战为机遇,这就是研究复杂性问题时必需考虑的大背景。

二、未来科技

社会之后,我们再来看科技。

复杂性科学

正如工业社会的发展依靠现代科学,特别是现代物理科学,要解决目前的这些问题还是要靠现代的科学,特别是基于复杂性研究的现代社会科学。

中国人在这方面走在前面。1990年,钱学森、于景元、戴汝为共同写过一篇文章,名为《一个科学新领域——开放的复杂巨系统及其方法论》。钱学森写《工程控制论》,差不多超前了时代10年。那是一本书,而这是一篇文章,但我认为这篇文章超前了时代至少30年。这篇文章发表即将20年了,我相信他们说的至少还需要10年的努力才能实现。

为什么现在大家说复杂性科学是21世纪的科学呢?表面上是因为1999年美国《科学》杂志出了一期关于复杂系统的专刊,其中有这个提法,不是什么证明,只是学者们真真切切的感受和看法。实际上,这是网络化的结果,是工程问题社会化、社会问题工程化的必然结果。然而,这么多年过去了,实事求是地讲,至今世界上对复杂性这个问题并没有很好地研究过,更谈不上说清楚。

奥地利理论生物学家贝塔朗菲是最早提出系统科学的人之一。不过,他还是按照传统的方式来提的,现在虽然已进入21世纪,相关学科没有多少进步,但是噱头却越来越多,比如IBM的“智慧世界”,整天做广告。到底什么是复杂性,没有也不太可能说清楚。还有所谓的“奇点理论”,就是因为复杂性问题还不清楚而产生的现代版“迷信”,与古时科学不发达有各种迷信同出一辙。

我们认为,复杂性的科学必须跳出传统的科学观念。传统的科学最初是牛顿的体系,确定性的。例如,拉布拉斯就放话:给我初始条件、边界条件,我能告诉你世界上发生的一切,过去和将来!问题是谁能告诉你边界条件和初始条件?到了量子力学,确定性就无法保证了,但是还有概率论,还能告诉你事情的概率分布。复杂系统连概率论也做不到了,它只剩下可能性了,只能提示你某某可能发生,但是没办法确定100次中能发生多少次。复杂性科学要考虑心理作用,强调的是一种心理能力与素质的培养。简单地讲,牛顿力学是关于确定性的科学,量子力学是关于概率性的科学,而复杂系统是关于可能性的科学。

复杂的认识

复杂性研究是关于复杂系统的研究,可什么是复杂系统呢?

这也是一个难以说清、难以取得一致的问题。简便起见,我只谈我们自己对复杂系统的认识。我们认为,复杂系统应当包含两个特征:“不可分”与“不可知”,即:

不可分特征:相对于任何有限资源,在本质上,一个复杂系统的整体行为不可能通过对其部分行为的独立分析而完全确定。
不可知特征:相对于任何有限资源,在本质上,一个复杂系统的整体行为不可能预先在大范围内(如时间、空间等)完全确定。

所谓“不可分”就是不能按照传统的方式一直分下去,最后还原出来整个复杂系统的行为,也就是常说的还原论。这点大家认识还比较一致,但“不可知”就可能没有多少人认可。既然“不可知”,还研究什么?其实,“不可分”了也没法研究复杂系统,因为现在除了“分”之外,我们还真没有其它的研究手段!

矛盾吗?一点不错,复杂性问题的实质就是矛盾!矛盾多着呐,比如,要对不能建模的东西进行建模、要对不能分析的东西进行分析、要对不能预测的事情进行预测,等等,这都是本质性的矛盾。正像毛泽东在给江青的一封信里所说:“所谓复杂,就是对立统一。”对立统一就是辩证法,对立是矛盾,但如何“统一”?找到了如何统一的方法,也就找到了解决复杂系统问题的途径。

其实,中国古代哲学碰巧在这方面有过深刻的探讨。古代哲学的最高成就是理学,理学的启蒙者之一张载曾说:

“有象斯有对,对必反其为;有反斯有仇,仇必和而解。” 就是说任何一个事物都有其对立面,既然对立就会产生相反的行为;相反行为就会导致仇恨,以前我们的哲学是斗争的哲学,而且要斗到底,痛打“落水狗”,以消灭对方为目的;但是,张载的学说来了个大转折,认为“仇必和而解”,提倡“和谐社会”。

我认为这一思想换几个字就是我们研究复杂系统的关键:

“有问斯有对,对必限其分;有限斯有知,知必虚而解。” 就是说只要有问题就会有对策,要找到对策就不能无限地分下去,否则要分到猴年马月?只有框定一个范围才能产生出真正的科学知识,否则的话就是玄学。一本《道德经》、一本《论语》,让一些人玄来玄去几千年,最后确实玄出来一个文化,但是没有玄出来科学,我看就是因为无界。科学的传统认识就是这样永远地、无限地分下去、限下去,从而源源不断地产生新的科学知识。但我们认为,要解决复杂系统问题,必须“知必虚而解”——这也是一个大转折,这就是我们研究复杂系统的关键所在。

对“虚”可有各种各样的理解。比如近代物理学大家、现代量子力学的创始人之一波恩教授就写过一本书《我的一生和我的哲学观》,其中,他提出要把主观性的倾向融入科学领域,这就是虚的一部分,就是社会学心理学的东西。其实科学的发展就是“虚”出来的,整个科学体系都是通过形式化、理论化“虚”出来的。我们现在要进一步的“虚”,要把人的行为、心理、社会的行为、心理加进来,还要加入虚拟的网络空间,否则,许多复杂系统的问题就“无解”。

四百年前,虚数刚出来的时候不被认为是实实在在的“数”,英文是“imaginary number”,直接翻译过来就是“想象的数”。但是今天人人都知道虚数是实实在在的数,是数的一半,不多不少50%。没有了虚数,一个简单的一元二次方程都可以“无解”,有了它之后才能有“解”。有解无解差别很大,量子力学、相对论的推导和数学就是建立在这个差别之上的。如果没有虚数,今天许多计算机程序就要停下来,也就没有了今天的信息产业了。所以,虚数半点不虚!

就像方程要有解需要虚数一样,复杂系统要有“解”,必须引入相应的“虚数”才可以 ——“知必虚而解”,这就是我们的基本想法。

ACP方法

数学上,如果一个方程在指定的空间里无解,要解就必须在一个更大的空间中寻找其解。有时,空间的扩大,必须伴随着概念的创新,虚数就是这样一个例子:突破了实数的概念,就将数的空间翻了一番,从实数空间扩大到复数空间,从而使代数方程都有了解!

相对于代数方程,复杂系统的“虚数”是什么?个人认为,就是ACP理念,即:人工社会(Artifiical Societies)、计算实验(Computational Experiments)、平行执行(Parallel Execution)。ACP的理念将虚拟的CyberSpace成为我们解决复杂问题的另一半空间,同自然的Physical Space一起构成我们求解“复杂系统方程”之完整的“复空间(Complex Space)”,而所谓的“互联网”、“云计算”、“物联网”正是支撑ACP方法的核心技术。从本质上讲,ACP的核心就是把复杂系统“虚”的和“软”的部分建立起来,通过可以定量实施的计算化、实时化,使之“硬化”,真正用于解决实际的复杂问题。

ACP由“三步曲”组成:第一步,利用人工社会或人工系统对复杂系统进行建模;一定意义下,你可以把人工社会看成是科学游戏,就是用计算机游戏来建模;第二步,利用计算实验对复杂系统进行分析;一旦有了针对性的人工社会,我们就可以把人的行为、社会的行为放到计算机里面,把计算机变成一个实验室,进行“计算实验”,通过“实验”来分析复杂系统的行为;第三步,将实际社会与人工社会并举,通过实际与人工之间的虚实互动,以平行执行的方式对复杂系统的运行进行有效地控制和管理。

人工社会或系统可以看成是数学或解析建模的扩展,计算实验是仿真模拟的升华,而平行执行就是自适应控制的直接推广。其实,许多学者都有ACP的部分想法,有些ACP的三步已走了差不多一步半,但我们三步都走了,而要解决复杂系统问题,必须三步一起完整地走完才行。

一定意义下,ACP方法解决了复杂系统“科学解决方案”的科学“悖论”问题。不管是称科学的“方案”还是“发展观”,由于问题太复杂,许多根本无法实验,尤其是实施前做实验,只能不管三七二十一实施了再说。可是连我们小学生都知道,一个东西是科学的,至少要具备两条:一是可以实验,二是别人要能够重复你的实验结果。

许多复杂问题,特别是涉及人与社会的问题无法进行实验,一是经济方面的原因,成本太高;二是法律方面的原因,做了违法;三是道德方面的原因,不能拿别人的利益甚至生命开玩笑;四是本质性的原因,在科学上就无法做这个实验,许多东西一试就不一样了,怎么进行实验?无法实验,也只能谁的官大谁说的算,谁的权大谁就更“科学”了,古今中外,都是如此,否则什么也不要做了。

所以,我们退而求其次,做“计算实验”,让硬的“软”一点,让软的“硬”一点,如此把计算机变成社会“实验室”,做不了“硬”实验,只好用“软”实验代替,而且实验过程可控、可观、可重复。这样,就能满足最起码的科学要求。

实际上,一个实际系统可与多个人工系统相对应,也就是说,针对一个实际社会,我们可以建立多个人工社会,通过它们的交叉互动来研究并指导实际社会。其实,人类很早就在做这件事,而且做了很久。例如,两千多年前的中国,孔子在《论语》里给出了“君君、臣臣、父父、子子”的理想社会准则,就是一个人工社会;这个孔子的“人工中国”与实际中国互动了两千多年,就产生了今日的中国,就是今天世界上所说的“儒家社会”。西方社会也一样,差不多同一时期,古希腊哲人柏拉图有一本《理想国》(英文叫“Republic”),希望通过哲学家按形式化的规则和逻辑,差不多就是法制的意思来经营社会;他的“人工社会”与西方实际社会互动到现在,成就了所谓的“西方文明”和“法制社会”。今天,我们有了庞大的计算机和互联网,接下来还有“云计算”和“物联网”,我们的人工社会就不能再是薄薄的几本难啃的书,而应当是清清楚楚且有趣引人的“科学游戏世界”。此外,我们还应从这两个例子看到,在ACP方法中,我们往往需要实际社会或实际系统逼近人工社会或系统,而不是反过来,记住这一点很重要。

除了前面说的中国古代哲学思想的影响,ACP方法还有很强的现代科学、物理学和科学哲学的基础。首先,它是建立在钱学森、于景元、戴汝为提出的综合集成科学思想和综合研讨厅体系技术之基础上的,把信息、心理、仿真、决策融为一体,以可计算、可操作、可实现的方式,为研究复杂性和控制与管理复杂系统提供了一个有效的方法。ACP想法的起源,还受爱沃瑞特(Hugh Everett III)关于量子力学的“多重世界”或“平行世界”解释的影响。此外,ACP方法还有很强的科学哲学基础、是一项涉及多个学科的交叉性研究领域。

波尔普是近代最伟大的科学哲学家之一。对我而言,他最有名的论断就是开放社会Open Society,相信这是社会网络化发展的必然结果。波尔普提出了关于现实的三个世界之理论,认为存在着三个世界:一个是物理世界;一个是心理世界;还有一个第三世界,以前大家很少想过,就是人工世界。这个人工世界又一分为三,一是对应物理世界的世界3.1,二是对应心理世界的世界3.2,三是与第一第二世界都无法对应的世界3.3。我个人认为,农业主要是关于物理世界的开发,工业主要是关于物理和心理世界的开发,而接下来的,将是知业,或称智能产业,主要是关于心理和人工世界的开发。

围绕着世界3.1,将主要是社会物理学的领域;围绕着世界3.2,应主要是社会心理学的领地;围绕着世界3.3,则主要是社会计算学的范畴;当然,三者密切相关,缺一不可,共同组成人工社会、计算实验和平行执行的学科基础。这就是ACP的科学哲学和学科框架,由此形成按“不断探索、不断改善”的原则解决复杂系统问题的完整方案,这是控制论中反馈原理的扩展,也是“摸着石子过河”解决复杂社会问题之实践的综合化、系统化、科学化。

围绕着ACP,中国科学院已作了长期的研究和组织工作。2000年,我们首先成立了系统复杂性研究中心;2003年,我们最早提出了情报与安全信息学ISI的研究,并于2004年组成了ISI与社会计算研究国际合作团队;2005年,由中科院院长特别基金启动了ACP和平行管理的基础研究,同时开展了在国家安全和复杂生产中进行应用示范的研发工作;2008年,中科院成立了社会计算与平行管理研究中心。在此期间,我们发展了以语言动力学(LDS)、自适应动态规划(ADP)和基于代理的控制(ABC)为主的ACP理论和方法,并在国家安全、国防建设、经济生产等重要领域取得了显著的成效。

目前,我们从两个角度考虑复杂性问题:一个角度是社会复杂性,一个角度是工程复杂性。当工程复杂性较高的时候,我们采用平行控制方法,以控制为主;当工程复杂性与社会复杂性参半的时候,我们采用平行管理方法,人机结合;当社会复杂性较高的时候,我们就以社会计算方法为主,综合集成从定性到定量来分析解决问题。总而言之,我们处理复杂性问题的核心思想与基础方法就是ACP,如何使其理论更加完善,应用更加广泛,将是我们下一个十年工作的重点。

应用与现状

我举石化、交通、安全三个应用例子。

1) 乙烯长周期安全生产的平行控制与管理

在我国,乙烯生产设备曾经每年要检修一次;现在好了,每3-4年检修一次,但发达国家是5-6年。每次检修,平均的直接经济损失就是5亿人民币,此外还有严重的环境污染和安全问题。我国乙烯生产规模发展迅猛,大型生产已从八十年代的30万吨增加到今天的100万吨,因此,如何延长乙烯安全生产的周期,具有重大的经济和社会意义。

要想延长乙烯生产的周期,除设备本身的问题外,关键就是知道其生产管理制度的有效性和可靠性。对于生产过程中控制算法的有效性和稳定性,我们有成熟的解析方法来证明。然而,对管理制度,我们没有,因为它不但管设备,而且管人,问题是我们只有较为精确的物理化学过程的模型,却没有相应的人与社会的模型,因此无法评估某一套管理制度的有效性和可靠性。ACP方法正是为此目的发展出来的,而平行控制与管理就是其实现手段。

我们选择了中石化茂名公司作为试点,因为它目前是最大的石化生产工厂,有一套完整的管理制度,还曾经创下了乙烯79个月连续安全生产的亚洲第一、世界第三的纪录,而且当时正在进行100万吨乙烯的扩产工程。从2005年起,我们做了一个面向管理的人工乙烯生产系统,在此基础上对管理制度进行计算实验,最终通过虚实结合对乙烯生产进行平行控制和管理。以化工车间为单元,我们设计研发了二个产品系统:平行培训PTS和平行评估PES系统,以及一个平行管理PMS的原型系统。整个平行系统与传统的生产管理系统不一样,是以面向管理的科学游戏思路构建的。一个新员工进入工作岗位之前先要参加PTS的培训,培训合格后才可上岗,如此获得的岗位知识和技能要比以前单纯上课得到的扎实深刻。平行评估系统PES就是分析工人上班的效率,这在以前是无法量化进行的。通过PES,工人哪天被奖被罚多少分,什么程度上完成其本职工作,这个月的工资是多少,都可以计算或统计出来。以前,这只能靠车间主任和班组长们来评判,有时工人不服气,产生过很多社会矛盾。PES系统上线之后,每天省了主任和班组长差不多一个小时的开会时间;工人也很高兴,因为现在自己每天干了什么事和为什么被奖罚都清清楚楚,这个月的工资该多少也一清而楚。还有一个好处,就是一个员工适合其岗位的程度也能“算”出来,而且,个人和班组谁先进谁落后也一目了然。工人和管理者的体会就是“现在没法偷懒了”,因为PES全记着,并在不断地进行计算实验和分析。原理其实很简单,就是把人的行为、把人的心理放到PTS、PES和PMS里面,以此进行计算实验,最后实现虚实互动的平行管理。我们的系统上线使用后,就取得了一年纯增加利润一亿多元的显著效益。

现在大型生产管理都是采用企业资源规划ERP软件系统,强调的都只是工程复杂性。我们的平行管理系统PMS把社会复杂性也放了进来。众所周知,ERP是从材料资源规划MRP和制造资源规划MRP II发展出来的,都是外国人搞的,并把相应的软件卖给中国和全世界。我们希望自己能够提出一个更好的、更有效的概念,将来也开发相应的成熟软件,让全世界都用我们的平行系统PMS,真正实现复杂生产的信息化、工业化。将来,希望军队和工厂都用PMS,都通过PMS来试一试自己制定的战略正确与否、效果如何;将来一个公司如果没有采用PMS系统,就像没有采用计算机一样,不能称之为一个现代化的公司。而且,将来游戏工程师会成为一种标准的职业,就和软件工程师一样,专门通过PMS来设计、试验各种管理制度和运营策略;如果没有PMS和相应的游戏工程师,公司一定要破产,因为它无法高效利用资源,不能绿色,更无法低碳,不破产“天理”不容。

2) 城市综合交通系统的平行控制与管理

再举一个交通的例子。实际上,智能交通是ACP方法最早的应用领域。为什么?表面上有两个原因:首先是数据问题,交通的数据“垄断”是个挺大的问题,研究人员往往无法从有关部门获取相关数据,但又没有经费和资源自己做实验,以致“巧妇难作无米之炊”,很难开展大规模、具有实质意义的交通研究;其次,是因果问题,目前使用的交通管理与控制系统都是基于已经发生过的交通数据进行决策的,知“果”但不知“因”,导致治“表”却无法治“里”,就是治标不治本,根本上谈不上智能交通,更无法从根本上解决交通拥堵问题。我们认为ACP是解决这两个问题的有效方法,因为交通问题是一个物理过程与社会过程交叉参半的混合过程,交通现象多是“涌现”出来的,具有典型的复杂系统特征。数据问题可通过人工交通系统(即A,Artificial Transportation Systems,ATS)建模来解决,而因果问题可通过计算实验C和平行执行P来分析和利用,从而在一定程度上即可治“表”又可治“里”。

比如,ATS可以根据区域的人口、商店的位置、企业的上下班时间、学校的放学时间等等算出“人工世界”的“人工交通”流量,作为实际交通情况的参考基础,从而为“虚实”互动对实际交通进行平行控管提供基础。有了ATS,计算机就可以作为交通的“社会实验室”,对各种各样的交通行为和现象进行“试验”,探本索源,进而标本兼治。

我们在2006年开发了第一代的城市交通的平行管理与控制系统PtMS 1.0,现在已是第三代PtMS 3.0,由针对ATS的TransWorld,学习与培训的OTSt,进行交通试验分析的DynaCAS,基于代理进行平行管理与控制的Adapts组成,并在一些城市得到了实践,初步取得了不错的效果。2010年亚运会期间,交通平行管理与控制系统将在广州的出租车和快速公交的管理和运营中得到应用。利用ACP方法,我们希望将来可以综合考虑人口、行为、气候及突发事件等因素,利用新的云计算和物联网传感技术,可以像预报天气一样预报交通情况;同时,ACP还应提供如何改进现有交通状况和管理方式的建议,特别是提前考虑当人口和车辆增加之后需要采取一些什么的措施等等,而不是等到堵住之后再行动。3) 面向国家安全的开源情报与社会计算最后是国家安全,我主要想讲讲开源情报与ACP。美国是这方面的急先锋,现在已经成立了网络部队,之前有相应的“国家万维别动部队(National Cyber Range,NCR)”行动。NCR致力于建立大规模的人与社会行为的模型,还要求模型的准确度达到80%,我个人认为这不可能实现的,也是没有意义的,“准确度”能达到20%就非常好了,而且效果也够了。仔细研究NCR的内容,其实就是军事化的社会计算和平行系统,不过NCR只想到了ACP的一半,即一个A加半个C,但没有P,至少公开的部分没有嵌入、实时化之P的想法。

关键是当世界上其他人还在争论“预测不可预测”之事可能不可能、可做不可做、有没有科学方法的时候,美国人已经将其作为一个工程项目实施了。NCR公开的经费是300亿美元,是美国有史以来第二次如此大张旗鼓地由国会直接授权总统这样做。第一次是受苏联卫星刺激后的阿波罗登月计划,第二次就是NCR了,号称是“电子曼哈顿计划”,目标是要打赢“网上太空竞赛”。阿波罗登月计划使美国赢得冷战,也催生了互联网,意义非凡,此次NCR的真正意义是什么?反正不是什么“数字靶场”,有能力理解的人和国家自己去理解,没有能力真正去理解的只好像青蛙一样还在温水里面呆着,就是最后来得及跳出来也只有拿着“大刀”与“原子弹”开战的份了。

开源情报将是这一新形势下国家安全和社会稳定的核心部分之一。

历史上,情报经过了几个阶段的发展,从古代到第一次世界大战时都是人员情报Humint,到了第二次世界大战就变成“红色电波”式的Sigint,冷战时期是卫星图像为主的Imint,现在的特征是开源情报OSint,且以网络情报Netint为主。2007年,美国就通过国家立法成立国家开源情报中心(NOSE,National Open Source Enterprise),使FBI、CIA等14政府和军方的情报机构都可以并且必须共享开源情报。目前,发达国家平均90%以上的情报是开源情报。

我们工作的重点是围绕开源信息开展的天盾计划,主要包括天网、天眼、天鹰三个工程,目标是为国家反恐和社会稳定提供决策支持。简言之,天网工程就是通过对不同领域的开源信息进行深度搜索,利用各类的“社会传感器网络”为“培育生长”各种的人工社会或组织提供“粮食”。

例如,我们可以有一个“人工基地组织”,内有“人工”的本·拉登,真的本·拉登有什么喜好,对什么敏感,都可以输到“人工本·拉登”身上。这个人工的拉登会自己到网上搜信息,自己的状态随之变化。我们也可以“制造”出一个事件,看“人工基地组织”怎么反应,这就是计算实验,是天眼工程的任务。一旦出了事或执行任务,可通过把人工组织之情况跟实际组织和过程之情况并行起来,按制定的方案展开,看它们怎么互动,从而为决策和实施者提供支持,这就是天鹰工程的重要部分。在天鹰工程中,各种各样的软件按军队的编制设置,有海、陆、空,还有其它特别的兵种。

展望
最后谈谈将来的发展。

l 游戏与动漫的科学化
将来,游戏动漫将实现科学化。游戏要变成科学游戏,游戏工程师就像今天的软件工程师一样,是一种非常标准的职业,每个公司都要有。游戏工程师干什么?当然是打“游戏”,打自己“人工公司”的管理游戏、市场游戏、生产游戏,等等,直到打出自己公司的效率为止。不这样做,公司就无法“绿色”、无法“低碳”、就要比其它公司消费更多的资源,社会就无法可持续发展,这样的公司如不“破产”将天理不容!

l 仿真与模拟的常态化
还有仿真和模拟。现在建大桥之前要做个有限元模型算一算、仿一仿,差不多可靠就行了,桥建好之后模型就丢了。将来,只要桥在这里,这个模型就要留下,成为“人工桥”,与真桥永远相伴。人工的桥跟实际的桥一起老化,一起经历时间的磨练,二者可通过无线传感网,甚至未来的物联网连起来,形成互动。重载车通过实际桥之前先通过计算手段在人工桥上走一遍,若出了问题就要小心,看看是不是真的有问题,有的话赶快处理解决。我们可以把人工桥放到网上,可以有好多份,让大家来看,用“众包”的方式来监视大桥。现在好多桥梁出事都是因为疏忽,如果随便一个人去看一看,可能就可以避免,但却常常被忘记。所以传统的方式是不可靠的,这种基于人工桥的“众包”方式更可靠。这只是个例子,大坝、高楼等公共设施都可以这样来管理和维护,核心就是仿真模拟要嵌入式和常态化,要年年仿、月月仿、天天仿、时时刻刻地不停地仿下去。

l 经验与知识的数字化、动态化和即时化
最后就是知识的数字化、动态化、即时化或实时化。以后80%所需的知识上网一查就有了,剩余的20%或更少才需要专家,如历史学家、科学家等。一定程度上这意味今天我们学校里学的差不多80%的知识将成为常识,不能再在学校里学了。以后甚至写科技论文就像过去农民种地一样,而且即写即用,立即被用来提高效率,成为谋生的常规手段。如此下去,今天的科技工作者就是未来的工人农民。

作用如何?结果就是

l 人工影响现实,“虚”的影响“实”的
l 未来影响历史,“无”的影响“有”的
l “水晶球”的科学化、仪表化,不但是对历史进行感知,而且可以对未来进行感知,进而对未来进行统计、设计、干预,等等

记得我最初说这些话是在2004年。当时还是有点“科幻”至少超前,现在已经不能说是超前了。吉普赛人用“水晶球”告诉人们将来会发生什么事情,在另外一个世界里你的亲人在干什么,那是杂耍谋生。现在我们希望“水晶球”会成为科学家的“仪器“,用来系统地玩游戏,通过游戏对未来进行感知,而不单单是通过考古来对历史进行感知。不是只有考古才可以知道过去有奴隶社会、农业社会、工业社会,以及第一次工业革命、第二次工业革命、第三次工业革命,等等。以后,我们可以通过玩游戏对未来进行感知和统计,知道将来会有知业社会和智能产业,以及第一次知业革命、第二次知业革命、第三次知业革命,喜欢的尽力促进,不喜欢的尽可能避免。

这就是未来网络社会将给我们生活带来的冲击,这就是科学的未来,我们的未来。

《未来世界的复杂性》结语
还是回到我们中国的历史。管子是中国第一位管理学家,是春秋时代齐国的一位宰相,经过很短的时间,他通过“科学”的管理使齐国从弱到强迅速成为春秋的第一霸。我常说,管理管理,就是管子的道理。他说过一句话:“万世之国,必有万世之宝”;但他的“万世之宝”看来还是不行,齐国让秦国给灭了,虽然是最后一个被灭的,后来的秦、汉,隋、唐、宋、元、明、清,没有一个真正超过三百年的,所以“万世之宝”是不可能的了。但是,我们中华民族留下来了,差不多已有五千年的历史,再翻一番就是万世之族了,因此“万世之族”是可能的。所以,我给管子改了两个字:“万世之族,须有万世之宝”!

我认为,基于ACP的复杂系统与复杂性科学的研究就是这样一个万世之宝,是一项面向未来但有利于现实的重要工作,必须扎扎实实一步一步地走下去。

谢谢大家!

主持人:王教授给我们做了一个非常精彩的报告,可以使我们联想到很多问题。下面大家可以提问。

提问:我是国防大学的。我也很关注模拟的人工世界和现实世界之间的关系。我们的经验是模拟世界总和现实世界有区别,而且有时差别还很大。您认为该如何缩小这个差别?

王飞跃:当然模型要建的更准一点,涉及人和社会的调查也得更多更好。我们现在是将几种情况下的反应综合起来,比较简单。但是,许多情况下对真与假没有必要追求的那么仔细。有几方面的问题,第一,这受到成本的限制;第二,将来通过网络游戏化之后虚的也会变成实的,而且,很多时候你要的是实际逼近人工,就像部队训练士兵一样,而不是人工逼近实际。当然,物理过程仿真就必须要真,这完全是传统的科学问题。我现在说的这个问题是在社会学家研究的范畴中。比如,在社会学里有所谓的“默顿定理“,你给出一个定理然后我证明它,但证明的过程实际是构造的过程。你说多少年实现共产主义,多少年之后果然实现了,其实不是你预测了共产主义多少年后实现,而是你提出了一个目标,结果鼓励了一批人都那么去做,结果那一年共产主义就实现了。这一类的定理有很多。比如众所周知的莫尔定律,提出芯片速度与集成程度每18个月翻一番,其实没有什么道理;但他这么一说,结果各个厂家就都如此做了,本来要20个月开发出来的,一咬牙18个月就开发出来了,本来10个月就出来的东西,偏留它到18个月,等一下先赚够了再说。这里就不存在实际与仿真之间差别的问题,有时假的比真的还”灵“,否则军事上就没有情报战和谣言战了。网上发的帖子就很难辨别真假,而且最近许多活生生的例子表明,有时有些帖子的真假不重要,它能造成什么样的后果才是最重要。为了更重要的利益,短时间内对一类事情的真假可以根本不用去考虑,有时也无法去考虑,说到底,谣言与实言都是真的信息,都是信息空间的点,真事与假事都是现实里发生的事,我们都必须面对。

提问:1990年钱学森先生在《自然》杂志上发表了有关开放的复杂巨系统及其方法论的文章,在此之后的20年中又不断地提出一些新的方法,例如从定性到定量解决复杂系统的方法。您刚才举的例子如交通系统、我国军队的战争系统等,认识这些复杂的巨系统时,我们必然应用还原论的方法,把它还原成一些简单的巨系统或者更加容易认知的系统。但要还原它,就要破坏其系统的整体性和结构。请问该如何解决复杂性不能还原,而你认知它又必须还原的矛盾?

第二个问题,一旦我们硬性地把这个系统还原成简单的系统,我们认知了这样的简单系统,如何能够把这个简单的系统再还集成为一个复杂的整体性系统?

王飞跃:这就是为什么我要提人工社会和ACP的原因所在,也是今天我报告的主旨。具体而言,没法还原时,就做个人工的而不是去破坏原来实际的复杂系统,在此基础上做试验做平行。人工系统的依靠的是已有的知识,多数还是靠还原得到的,但是还有感性的知识,我们人类依赖感性生存至今,远超过理性、解析的知识。以前的感性知识多为定性的,我们提供的手段就是把它们从定性转向定量,再用于复杂系统。

提问:我们研究敌情,经常面临缺乏信息,以您的观点来看应用人工系统是不是必须把敌人的模型建得准一些?

王飞跃:好像我一直在回答这类问题,看来我没说清楚,水平有限。我还是从另一个角度回应你的问题。第二次世界大战时,法国被德国一打就垮了,许多人认为这是因为德国远远强于法国,但事实正好相反:据哈佛大学一位教授的研究,当时的现实是法国远强于德国,几乎在各个方面都强于德国。但是德国是准备好去打法国的,派了大批的人员去了解法国的社会文化现状,结果是德国人对法国社会了如指掌。而法国人哪?对德国社会却一无所知,导致战争一开始没几天法国就垮了,这是第二次世界大战给我们的一个非常重要的教训:不缺乏信息,开源有的是,必须平时认真去做、准备好。其实在这方面,中日之战的例子比法德的例子更生动。

前几年美国兰德公司组织了一个研究团队,研究是不是要对美国的情报系统进行一次整顿,是不是要发动一场情报事务的革命,后来还写了一个报告。报告认为,第一次伊拉克战争开启了军事事务革命,现在开源这个东西将要挑起情报事务的革命。而且,就是有了最机密的情报也要放到开源情报这个大的背景下进行评估,只有这样你才能知道你的机密情报的真正价值,开源里没有反映,就不重要,因为这意味你掀不起大风大浪。真正大的战争,必须有了开源情报后你才能进行规划和防御。就是说,真真正正能对一个国家造成大规模危害的东西肯定是可以通过开源反映出来的,否则就无法造成巨大的冲击。所以说,开源的重要性就在于它为你提供了一个大背景,从中你可以看出大趋势、大影响、大后果。因此,我觉得开源情报非常重要,跟秘密情报、机密敌情是相辅相成的。

对于敌情研究,开源有为重要,秘密的敌情不能告诉一般的士兵,否则就容易泄密。可你又必须给他们上敌情课,哪讲些什么呢?我认为可以讲开源的军情。我不能直接回答你的问题,只好绕一个大弯来回应,抱歉!

主持人:让我们对王教授的精彩报告再次表示感谢。

(2011年7月16日修改于CA931、LH1138,同月23日修改于LH1129、CA932,11月10日校于CA1329)



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