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1、 Proceedings of the 25th Chinese Control Conference 7-11 August, 2006, Harbin, Heilongjiang 复杂自创生经济系统的涌现分析 樑董，于涵伟，何伟华 北京交通大学理学院, 北京 100044 E-mail: 摘 要: 本文将复杂适应系统建模理论和计算机仿真方法应用到经济学研究中，提出一种基于统一集的自创生经 济系统，其关键模型为人工涌现模型，关键技术是All Set建模、Autopoiesis方法、涌现结果分析。为了具体分析 涌现我们主要采用非线性时间序列分析来分析探讨供求关系的涌现、涌现股票市场的涌现、价
2、格规律等动态演 化规律，从而在复杂适应系统条件下提供一种对经济系统决策与控制的思考方法。 关键词: 复杂适应系统,自创生理论,智能体,统一集,人工涌现 Complex Autopoietic System and its Emergence Liang Dong, Hanwei Yu, Weihua He School of Science, Beijing Jiaotong University, Beijing, 100044 E-mail: Abstract: In this paper we apply the modeling theory of complex adaptive
3、system and the computer simulating methods in the economical researches, and we put forward an autopoietic economic system based on the All Set theory, whose key model is Artificial Model and key technology is All Set modeling, autopoietic method and the analysis of the emergence. In order to anslys
4、e the emergence concretely, we use nonlinear time series proceeding the emergences result of the dynamic evolve regulation such as the relationship of supply and demand, stock market, price regulation etc. Thus we provide a kind of thinking method of decisions and controls applied in the economic sy
5、stems. Key Words: Complex Adaptive System(CAS), Autopoiesis, Agent, All Set, Artificial Emergence 1 引言(Introduction) 预决性(Finality)是复杂系统动力学重要特征之 一， 贝塔朗菲(L.V.Betalanfy)曾经指出： 复杂系统的 发展方向，不但取决于实际的状态，而且还取决于 一种对未来的预期，两者的统一是所谓的预决性。 与物理系统不同，复杂系统的活动行为具有主动 性，而主动行为划分中，最基本的一类就是预期。 预决性经济系统中可以说随处可见，如对未来市场 价格和就业前景的
6、预期影响着消费者的决策和行 为；对市场前景和价格的预期影响着企业生产的决 策和行为；对就业水平、货币需求、投资水平及贸 易周期的预期影响着国家进行宏观调控的政策和行 为。因此，对经济系统进行仿真研究时，必须考虑 和研究该复杂系统中智能体预期行为的建模与仿真 的问题。 本文将提出一种基于统一集的自创生经济系统 来分析探讨供求关系的涌现、股票市场的涌现、价 格规律等动态演化规律，从而在复杂适应系统条件 下研究经济系统的预期行为，并能通过改变参数来IEEE Catalog Number: 06EX1310 实现对于人工涌现的调整以达到正涌现，从而给决 策者以指导。 2 复杂适应系统与统一集(CAS
7、and All Set) 2.1 复杂适应系统 (Complex Adaptive System) 以复杂性研究为主流的当前的新的发展阶段， 我们可以看到系统科学的发展经历了从元素数量较 少、关系比较单纯的系统，到元素个数较多，研究 系统自身演化与发展，到现在元素具有主动性，能 与外界交流并会根据经验改变自身的动态系统。我 们的重点就在于复杂性的一个侧面适应性上。 这一领域现在被称为复杂适应系统（Complex Adaptive System,CAS）是由遗传算法（Genetic Algorithms,GA）的创始人J. Holland在1994年正式提 出的。有关CAS理论的最基本的思想可以
8、概述如下： CAS理论把系统的成员看作是具有自身目的与主动 性的积极的智能体。智能体能够与环境以及其它主 体进行交流，在这种交流的过程中“学习”或“积 累经验”，并且根据学到的经验改变自身的结构和 行为方式。整个系统因此而产生演变或进化，包括 新层次的产生，分化和多样性的出现或新的、聚合 而成的、更大的主体的出现等等。更重要的是，正356)(,)(,|)(,(JaFBaFAaaFaS必须满足界壳= （2） 是这种主动性以及它与环境的反复的、相互的作 用，才是系统发展和进化的基本动因。Holland把个 体与环境之间这种主动的、反复的交互作用用“适 应”一词加以概括，这就是CAS理论的基本思想
9、适应产生复杂性。 2.4 统一集直接建模 (Directly Modeling by All SetDirectly Modeling by All Set) 目前国外对复杂系统研究的学者和成果越来越 多，并初步形成了混沌学派、系统动力学学派、结 构复杂性学派、复杂适应系统学派和后现代学派等 不同的学派。我国以钱学森先生为首的学者对开放 复杂巨系统1的研究，可以称为“综合集成学派”。2.2 智能体的适应性 (Adaptive Agent) 首先，智能体(Agent)是主动的、活的实体。这 点是CAS和其他建模方法的关键性的区别。正是这 个特点，使得它能够用于经济、社会、生态等其它 方法难于应用
10、的复杂系统。 其次，在这个模型中， 个体与环境(包括个体之间)的相互影响，相互作 用，是系统演变和进化的主要动力。以往的建模方 法往往把个体本身的内部属性放在主要位置，而没 有对于个体之间，以及个体与环境之间的相互作用 给予足够的重视。这个特点使得CAS方法能够运用 于个体本身属性极不相同，但是相互关系却有许多 共同点的不同领域。第三，这种建模方法不象许多 其他的方法那样，把宏观和微观截然分开，而是把 它们有机地联系起来。它通过主体和环境的相互作 用，使得个体的变化成为整个系统的变化的基础， 统一地加以考察。第四，这种建模方法还引进了随 机因素的作用，使它具有更强的描述和表达能力。 考虑随机因
11、素并不是CAS理论所独有的特征。然而 CAS理论处理随机因素的方法是很特别的。简单地 说，它从生物界的许多现象中吸取了有益的启示， 其集中表现为遗传算法(Genetic Algorithm)。 由于以 上这些特点，CAS理论具有了与其他方法不同的， 具有特色的，新的功能和特点。 2.3 统一集 (All Set Theory) 统一集2是基于模糊集合3（Fuzzy Set）、可拓集合4、Vague集合5、Rough集6 、模糊灰色物元空间 (FHW) 7、模糊可拓经济控制（FEEC）8、VGES-Vague灰色可拓空间9、集对分析 （SPA）10等集合论的基础上创立出来的，其数学表达式为： )
12、,(JFBAS = （1） 其中，S是一个统一集；A是一个非空的集合， 它定义了要讨论的事物的范围；B是一个非空的集 合，对A中所有元素的描述构成的集合；是一个 到F AB的映射，它对中所有元素都定义了描述， 是一个对构成约束的界壳，它可以是一个集 合、一个不等式、一个等式或者若干谓词的组合。 A JF用统一集可以把系统描述如下： ),(),(),(JFBARES= （3） 其中),(BAE =，),(JFR =。A是系统所有元素 构成的集合；是对BA中所有元素的描述构成的集 合；F是一个A到的映射，它对BA中所有元素都 定义了描述，是一个对JF构成约束的界壳，即系 统周界。统一集作为一种模拟
13、人类各种思维方式的 模型，适用于宏观复杂系统的控制、决策等问题， 也是解决一般问题的方法论。 3 基于统一集的自创生经济系统(All Set Based Autopoietic Economic System) 3.1 经 济 系统是一个复杂适应系统 (Economic System is a Complex Adaptive System) 经济系统是由大量可以自主决策的智能体构成 的一个复杂适应系统11。这里的智能体可能是进行经济活动的人，例如市场中的消费者、经销商，也 可能是由多个人构成的家庭、企业等。 所有的智能体都在仅能够感知他们局部环境的 情况下完成自主而独立的决策；反过来，每个主
14、体 的决策、 行动仅仅能影响到有限的环境。然而，多 个经济智能体在经济系统中不停的交互作用便形成 了一个复杂的网络。这样的网络不存在一个中央控 制者，每个经济智能体都会按照自己的意愿自由的 进行买卖。但是，当我们从经济系统整体来看的时 候，一些宏观的属性就会自下而上的涌现出来。 例如，在一个没有中心控制的自由市场中，买 卖双方会根据谈判、多个卖主会通过竞争而最终实 现一个比较稳定的统一价格；再例如在股市上，多 个股票交易人通过股票的买入或卖出操作就会导致 股票市场整体的价格波动，甚至引起类似雪崩的突 变现象；每个活动主体不停追逐自身的利益，作为 一个整体系统，经济却能够稳步的增长、繁荣。从 交
15、易网络的形成、到普遍接受的价格再到某种市场 规范的形成都是一种自下而上的自发涌现过程。 经济系统中主体的影响变化会推动整体经济系 统的进化，这体现在制度的演变、规范的演化等系 统层次的进化规律。反过来，整体系统的进化又造 就了系统中个体的学习变化，这就体现为单个主体 的适应性。所以总体来看，经济系统中的主体和整 个系统就构成了一个相辅相成的、共同进化的复杂 适应系统。 同样，统一集也可以表示成如下形式： 3573.2 自创生理论12 (Autopoiesis Theory) 我们可以根据Autopoiesis把经济看作一个自我 创生的系统，即自己生产自己的一个自指系统。经 济自创生系统的定义是
16、：一个动态的系统，它是一 个由Agent实体构成的具有网络规模的系统，其满 足： a) 通过相互作用迭代的再生产产生它们自己的 网络 b) 用一个空间上的实体来实现这个网络。该实 体要能产生出与它所在的相互作用的背景分离的边 界。 我们提出该经济自创生系统的六个关键点，它 们分别是： i) 通过相互作用决定实体是否具有一个可区分 的边界。如果可以区分出边界，则继续第2个步骤。 如果没有，那么实体就是不可描述的； ii) 如果实体有组成的元素，也就是实体的部 件，这些部件是可以描述的，那么就进入第3步，否 则实体是一个不可分析的整体因此也不是一个自创 生的系统； iii) 判断实体是否为一个机械的系统，也就是 系统的属性要能满足一定的关系，该关系决定了在 实体中部件的交互和转换。如果这种情况满足，则 跳到第4步，否则该实体不是一个自创生的系统；
