第一推动丛书·综合系列：复杂（新版）

梅拉妮·米歇尔

30个想法

第4章 计算

>> 量子力学和混沌摧垮了精确预测的希望，哥德尔和图灵的结果则摧垮了数学和计算无所不能的希望

第7章 度量复杂性

>> 。最复杂的对象不是最有序的或最随机的，而是介于两者之间。

>> 热力学深度首先是确定“产生出这个事物最科学合理的确定事件序列”，然后测量“物理构造过程所需的热力源和信息源的总量”。[插图]

2 计算机中的生命和进化

>> 虽然还有很多人相信这些观点，但它们都在人工生命领域中[插图]以各种方式被否定了。

>> 自我复制程序的深层意义

>> 信息的双重使用是哥德尔悖论的核心，他的自指句子“这个命题是不可证的”体现的正是这一点。

第9章 遗传算法

>> 在对“机器能否复制自身”的问题给予肯定回答后，冯·诺依曼很自然地想让计算机（或计算机程序）复制自己和产生变异，并在某种环境中为生存竞争资源。这就会遇到前面提到的“生存本能”以及“进化和适应”的问题。

>> 1．生成初始群体。

>> 2．计算群体中每个个体的适应度

>> 3．进化。让当前群体进化，产生出下一代群体

>> 4．新群体产生200个个体后，回到第2步，对新一代群体进行处理。

>> 神奇的是，从200个随机的策略出发，遗传算法就能产生出让罗比顺利执行任务的策略。

>> 罗恩的设计也许是无法理解，但的确能有效。2004年，罗恩和他的同事因为用GA设计出了新的NASA航天器天线被授予“人类竞争”奖（Human Competitive Award）。这表明GA的设计改进了人类工程师的设计。

3 大写的计算

>> 每只蚂蚁都执行简单的程序，使得整个种群作为一个整体执行复杂的计算

>> 沃尔夫勒姆将规则110的通用性视为“新的自然定律”[插图]——他提出的计算等价性原理

>> 1．思考自然界中的过程的正确方法是将它们视为计算。2．像规则110这样极为简单的规则（或“程序”）都能进行通用计算，这表明通用计算的能力在自然界中广泛存在。3．通用计算是自然界中计算的复杂性的上限。也就是说，自然系统或过程不可能产生出“不可计算”的行为。4．自然界中各种过程实现的计算在复杂程度上都几乎等价。

>> 沃尔夫勒姆认为，自然系统正是以这样的方式运作——它们包含信息，并根据简单规则处理这些信息。在《一种新科学》中，沃尔夫勒姆探讨了量子力学、进化和发育生物学、经济等领域，他想说明这些领域都能描述为使用简单规则进行的计算。本质上，他的“新科学”指的是这样的思想，宇宙和其中的万事万物都能用这种简单的程序来进行解释。这就是大写的计算，非常大。

>> 但“计算1+1”的程序肯定没有模拟地球气候的程序复杂，对吧？但沃尔夫勒姆的原理却说，实际进行的所有计算的“复杂程度”本质上都是等价的。

>> 沃尔夫勒姆走得更远，他认为存在一个简单的类似元胞自动机的规则可以作为“宇宙的终极确定性模型”[插图]，这个原初元胞自动机的计算是存在的万事万物的源头

第11章 粒子计算

>> 元胞之间似乎在协同处理信息，以达到正确的最终状态。在这个过程中的图样很有意思，它们到底意味着什么呢？

>> 关于感知信号的高级信息在大脑中如何编码和处理目前仍然是个谜。也许可以用某种类似于粒子的语言对其进行解释，也有可能是类似于波的计算，因为大脑是三维的，神经元在一起形成携带信息的波运动，并通过波的相互作用处理信息。

第12章 生命系统中的信息处理

>> 当我们说一个系统在处理信息或计算（从现在开始，我会不加区分地使用这两个词）时，我们就面临着以下问题：[插图]“信息”在这个系统中扮演了什么角色？信息又是如何传递和处理的？这些信息是如何获得意义的？又是对谁有意义？

>> 图灵机输入和输出的信息的意义来自于人们（程序员或使用者）的解读。

>> 。然而它对于复杂系统科学又是极为重要的问题，因为对生命系统中信息处理的高层次描述不仅能让我们从更高的视角理解具体系统的运作，也能让我们超越系统繁杂的细节，抽象出一般性原理。实质上，这种描述就是为生物学提供一种“高级语言”。

>> 当淋巴细胞产生时，通过淋巴细胞DNA复杂的随机重组过程，新的受体会被创造出来。由于淋巴细胞群体不断更新（每天会产生上千万新的淋巴细胞），身体也就不断产生具有新的受体形状的淋巴细胞。对于任何进入体内的病原体，身体很快就产生出能与病原体的标记分子（也就是抗原）相结合的淋巴细胞，虽然结合可能不是很紧密。

第13章 如何进行类比（如果你是计算机）

>> 算机的类比能力可以说是臭名昭著。这也就是为什么我不能给计算机看一张小狗游泳的图片，然后要它在图片库中将“类似的照片”找出来。

第17章 比例之谜

>> 如果你发现某种量（例如代谢率）遵循幂律分布，你就可以猜想这是某种自相似或分形系统导致的。

>> “你应当在两个不同的尺度上思考[插图]——表面的你和真正的你，而后者是由网络组成的。”

5 尾声

>> 混沌告诉了我们看上去行为随机的系统并不一定是因为有内在的随机性；遗传学的新发现对基因变化在进化中的作用形成了挑战；对随机和自组织的作用的新认识挑战了将自然选择作为进化的核心力量的观念。非线性、分散控制、网络、层次、分布式反馈、信息的统计表示、本质的随机性，这些思想的重要性在科学界和大众中都逐渐被认识到。

附录 访谈——梅拉妮·米歇尔谈复杂性

>> 由大量相互作用的组分组成的系统，与整个系统比起来，组分相对简单，没有中央控制，组分之间也没有全局性的通信，并且组分的相互作用导致了复杂行为。这里“复杂行为”指的是前面列出的那些术语（适应性、涌现，等等）。