从人类到人类文明，复杂性概况

Yaneer Bar-Yam，复杂性上升：从人类文明到人类文明，在教科文组织主持下制定的生命支持系统（EOLS）百科全书的复杂性简介（EOLSS Publishers，牛津，英国，2002）。

自从时间令人抱怨的人抱怨，生活变得越来越复杂，但现在我们只有希望正式分析并验证这种哀叹。本文使用＆＃34分析了人类社会环境;复杂性简介，＆＃34;用于表征系统集体行为的数学工具。该分析用于证明定性观察，即存在的复杂性增加并且正在增加。复杂性的增加与人类文明结构和动态的综合变化 - 全球经济和社会制度的相互依存和独裁，共产主义和企业等级的不稳定性。我们的复杂社会环境与识别全球人类文明作为能够保护其组成部分（美国）的复杂行为的有机体，并且应该能够有效地应对复杂的环境需求。

我们多久被各种哲学家和人类之间联系的普遍宗教讲述了一次？如今，全球联系在经济中表现出来，在交通和通信系统中，以及对政治，社会和环境危机的反应。在本世纪中的某个时间发生了向全球冲突的过渡，并发生了全球合作。沿着生活条件发生变化的方式，由技术，医疗，沟通，教育和政府变革驱动，本身都涉及全球合作和集体行动。

通常没有认识到，通过适用于所有复杂系统的数学概念，可以以适用于所有复杂系统的数学概念为特征。基于这些数学概念的分析表明，人类文明本身是能够具有比个人人类更复杂的行为的有机体。为了了解本声明的重要性，必须认识到集体行为通常比组件的行为更简单。只有当组件连接在专用函数网络中时，才会出现复杂的集体行为。文明史可以通过逐步（虽然非单调）出现更大复杂性的更大群体的集体行为的表现。然而，从最近几十年内发生的事件发生的复杂性的集体行为的转型变得明显。

人类文明继续面对内部和环境挑战。在这种情况下，重要的是要认识到系统的复杂性和＃39; S行为的基本上与可以有效地克服的挑战的复杂性。人类组织结构的历史变化与社会和经济环境的复杂性越来越复杂。此外，人类文明的集体复杂性与其有效应对大规模环境挑战的能力直接相关。

我们，我们每个人都是整体的一部分。这种关系正在塑造，并将继续塑造我们的大部分存在。它对我们的生活和孩子的生活具有影响。对于个人来说，这种复杂性反映在专业和社会环境的多样性中。在全球范围内，人类文明是一种能够响应环境挑战的非凡集体行动的单一有机体。

基于原子或细胞物理和化学相互作用的物理力构建社会模型将是非常困难的。甚至根据社交互动构建模型也太困难了。要考虑人类文明的集体行为，必须以更普遍的方式制定描述个人与集体行为的关系的概念。本文的目标是扩大对集体或合作行为的系统理解，以表征身体，生物和社会系统中的这种行为。

所有宏观系统，是否行为是简单的或复杂的，都是由大量的部分形成的。以下示例建议洞察如何以及以何种方式以及复杂行为所产生的方式。

无生命对象通常没有复杂的行为。值得注意的例外包括在盆中流动或煮沸的水，以及天气的大气动力学。但是，如果水或空气不受外力或热变化的影响，它们的行为很简单。然而，通过非常仔细地看，可以看到原子的快速和随机的热运动。在立方厘米的水中描述所有原子的运动需要一定程度的书写，这是国会图书馆书数的超过10亿倍。虽然这将是一个非常大量的信息，但它与一杯水的宏观行为无关紧要。

热力学和统计力学在19世纪末解释了这一悖论。原子通常独立和随机运动意味着相同尺寸的小区域基本上包含相同数量的原子。在任何时候留下区域的原子数和进入它的原子数也基本相同。因此，水是均匀的并且不变。

虽然生物生物通常以比无生命物体更复杂的方式行事，但独立和随机移动的生物微生物也具有简单的集体行为。考虑导致疾病的微生物的行为。微生物和形成人类的细胞有什么区别？从宏观的角度来看，主要差异是大量的微生物不会导致复杂的集体行为。每个微生物遵循基本上独立的课程。它们的显微动作的独立性导致大规模的平均行为，这很简单。即使是人类，这也是如此，所有微生物可能来自单个细胞。

有一种方法，微生物能够以连贯的方式行动：它们损坏或消耗它们所处的身体的细胞。这种相干行动使他们能够对大规模产生影响。它只是因为他们中的许多人在一起执行这种动作，使它们与人类健康相关。

一致性的概念也适用于物理系统。在室温下在气体，液体或固体中的原子，随机移动1000 km / hr的速度，但比抛出的物体较小的速度较小，速度低于50 km / hr。它是所有物体中所有原子的集体相干运动，使它们能够对大规模产生影响。

因此，有两个范例为简单的集体行为。当系统的部件具有彼此独立的行为时，系统的集体行为很简单。密切观察揭示了部件的复杂行为，但这种行为与集体行为无关紧要。另一方面，如果所有零件都以完全相同的方式行动，那么它们的集体行为即使在非常大的规模上可见。

这些行为的例子也可以在人类文明的历史进展中看到。原始部落或土地文化涉及基本上独立的个人或小组。军事系统涉及许多人表现相似且相对简单的行动的巨大一致运动。这些连贯的行动使得在比军队本身的规模大得多的比例上实现了影响。

相比之下，今天的文明涉及不断协调的多元化和专业的个人行为。这种专业化和协调允许高度复杂的集体行为，能够在许多尺度上影响环境。因此，人类文明的集体行为来自各种分组中许多人的协调行为。

使用复杂性概况的概念了解了解集体行为的问题是更容易的。复杂性剖面着眼于对观察者对系统可见的某种行为的规模，或其环境所能的影响程度。这两者都与系统的交互相关，其环境中的系统：观察者只有在行为足够大以影响观察者时才看到行为。

规模的正式定义考虑了行为的空间程度，时间持续时间，动量和能量。更直观地，当系统的许多部分共同起作用时发生单一的行为，这种行为是大规模的，当系统的几个部分行动在一起时，这种行为是小规模的。系统的不同行动的能量也是相关的。当专门用于动作的能量很大时，这是一个大规模的动作。从本质上讲，能量单位正在共同努力做出大规模的行为。对特定行为的规模更系统的处理导致复杂性剖面。

复杂性配置文件计数特定规模可见的独立行为的数量，并包括对较大尺度影响的所有行为。使用术语和＃34;复杂性＆＃34;反映了描述系统的难度程度的定量理论和＃39;行为的程度。在其最基本的形式中，该理论只需计算独立行为的数量，作为系统的复杂性的衡量标准。复杂性简档通过将复杂性描述为比例函数来表征系统行为。

中心点是：当组件的独立性降低时，行为规模增加。为了制作一个大的集体行为，构成此行为的各个部分必须相关，而不是独立。这种独立性的减少意味着描述集体行为包括部件的部分或全部行为，因此我们对部件的描述更简单。当部件的行为在子组中耦合时，它们的行为在对应于组的大小的比例下表现出来。

因此，固定材料的材料组合物和系统的能量，有各种方式可以组织系统。通过系统组织系统并通过系统分配能量的各种方式导致他们的微观描述的复杂性之间的权衡，以防止他们的描述在逐步更大的尺度上的复杂性。

为了说明复杂性简介，考虑零件独立行为的系统。小规模的系统行为需要指定每个部件正在做的事情。然而，当观察到更大的尺度时，即使在系统的一个小区域中，也无法区分各个部位，只有其行为的总效果是可观察到的。由于他们的行为是独立的，因此它们在对环境的影响下互相取消。因此，系统行为的描述很简单。在平均本地组的行为时，每个单独部分的行为都消失。其中的例子包括在池塘中随机游泳的微生物，或者在人群中移动的人，这些人在一群人的人群中移动。当一个人走向某种方式时，另一个人填补了他的位置，在一起没有集体运动。

独立行为与相干运动形成鲜明对比。在相干动作中，系统的所有部分都在相同的方向上移动。这是系统的最大规模行为。由于系统部分的行为都是相同的，因此它们很简单地描述最大规模。此外，一旦描述了最大规模行为，也是已知每个部件的行为。

这两个例子都不对应于复杂的集体行为。与相干的运动情况不同，复杂的行为必须包括许多不同的行为。与独立的行动案例不同，许多行为在大规模上可见。为了使这种可见性发生的各种子组必须具有协调的行为。由此产生的动态相关性分布在不同的尺度上。其中一些以分子的耦合运动或位置的显微刻度被发现，并且其他人出现在例如肌肉细胞的集体运动中，以及整体的身体的运动。因此，像人类这样的复杂系统的复杂性曲线涉及行为本身的尺度的分布。高随机和高度有序运动之间的这种平衡是复杂系统行为的特征。

独立，连贯和复杂行为的讨论可以应用于物理，生物或社会制度。思考在房间中独立反弹的气体分子，或磁铁的磁性区域的相干对准。在前一种情况下，系统的所有部分都独立起作用，并且复杂性配置文件类似于独立的组件示例。在后者中，系统的部件全部对齐，并且存在大规模的行为。

在生物学系统中，微生物的集合可以基本上独立起作用，并且通过乘法和攻击人体连贯作用的疾病微生物可能对更​​大的规模产生影响。最后，体内的细胞是相互依存的并且具有集体复杂的行为。

这些概念对人类组织和社会系统的应用将在我们对各种方式的理解中进一步推动我们可以出现各种方式。在这种情况下，实现协调行为的主要机制之一是在他人行为上行使一个人的控制。因此，考虑如何控制人类的集体行为是特别有趣的。

对复杂性配置文件的讨论未解决导致零件行为中相关性的机制。本节侧重于内部相互作用，任何一次都会产生集体行为。在人类组织中，发生协调，因为个人影响其他人和＃39;行为。影响往往被称为控制。它不一定是强制控制，尽管胁迫可能是控制的一个方面。本节的目的是了解控制结构与集体行为的复杂性之间的关系。

实际的人类分层组织不是严格的层次结构，它们包含横向交互，使能控制绕过层次结构。然而，通过专注于理想化的控制层次结构，可以了解这种结构的性质。这种焦点将有助于了解独裁统治和分层公司的性质，这些控制结构与复杂集体行为之间的关系。在理想化的层次结构中，通过层次结构进行所有通信，从而协调活动。

要具体化讨论，请考虑两种范式示例：军队和工厂生产。传统的军事行为更接近我们对连贯行为的讨论。类似于相干运动，在军队中，个人的行为被简化为有限的模式。行为模式，例如长时间的游行，具有高度重复，因此可能对大规模产生影响。然后，许多人连贯地执行大规模行为。虽然这种模式继续适用于现代军事活动的一些例子，但现代军事的行动的多样性使得这一模型更适合了解古老的军队，甚至是美国民警军队。

虽然军队的行为旨在对大规模产生影响，但它们仍然必须响应特定的外部条件而仍然进行。随着条件的变化，还必须改变行动。需要一个响应机制，涉及可以控制集体行为的通信。这种响应通常涉及控制层次结构的直接动作。

传统的工业生产线还简化了个体的行为。每个人都执行特定的重复任务。许多人执行重复任务的效果导致特定产品的大量副本。这种重复增加了个体的影响范围和＃39;行为。然而，与相干行为不同，不同的人的行为是不一样的。相反，个人的活动与其他人协调;协调存在，从而可能出现较大规模的行为。协调意味着不同个人的行为，而不是相同的，彼此相关。与相干运动相比，这会增加复杂性并降低比例，但比完全独立的个体的情况更少。

当进行的集体行动具有固有的更高复杂性时，需要确保不同个人的协调增加对控制层次结构的需求。特别是，即使执行的动作是不同的，必须协调生产线的所有部分的行为都很大。

工厂与军事模型之间的相似性和差异与对等级控制作用的理解有关。军队，公司或一个国家在各种尺度上有行为。在更大的尺度上，个人行为的许多细节都不明显。直观地，控制层次结构旨在使单个个人（控制器）能够控制集体行为，而不是直接对每个人的行为。实际上，控制器不需要知道个人的行为。必要的是确保对集体行为的控制转化为对每个人行使的控制的机制。这是控制层次结构的目的。

然而，层次结构对系统的集体行为的复杂程度提出了限制。这可以通过考虑更仔细的协调过程来理解。层次结构负责确保系统各个部分的协调。层次结构的较低级别负责本地协调系统的较小部分，更高级别的层次结构负责协调系统的较大部分。在层次结构的每个级别，必须通过控制器传输要协调的操作。因此，控制器＆＃39; s行为必须自身反映系统的不同部位对系统的其他部分的所有影响。这意味着系统的系统的集体动作，其中系统的部分影响系统的其他部分必须不比控制器更复杂。在人类等级中，集体行为必须简单，可以通过单一人类代表。

总之，集体行为的复杂性必须小于控制个人的复杂性。 一群人的集体行为 ......