自組織理論

1、自組織理論與網(wǎng)絡(luò)信息的自組織,覃澤宇,一、自組織理論,（一）自組織理論的歷史背景 （二）自組織理論的核心概念（三）自組織方法論簡述,（一）自組織理論的歷史背景,自組織領(lǐng)域涉及的是事物自發(fā)、自主形成結(jié)構(gòu)的過程，在這種過程中存在特有的自組織特征、條件、環(huán)境和動力學(xué)規(guī)律。德國哲學(xué)家康德（Kant）最早提出自組織的思想。第一批自組織理論出現(xiàn)于19世紀中葉：英國生物學(xué)家達爾文（Charles Robert Darwin）的進化論是生物學(xué)

2、的自組織理論，其自然選擇原理就是一種自組織原理；馬克思的五種社會形態(tài)演進理論是關(guān)于社會歷史的自組織理論；相變理論是物理學(xué)的自組織理論。這三者都是某個特定領(lǐng)域的自組織理論，但均未提出和使用自組織概念。,,20世紀中期以來，當(dāng)代自然科學(xué)的前沿出現(xiàn)了“耗散結(jié)構(gòu)論”(Dissipative Structure Theory)、“協(xié)同學(xué)”(Synergetics)、“突變論”(Morphogensis)、“超循環(huán)論”(Hypercycle Th

3、eory)、“混沌理論”(Chaos Theory)和“分形理論”(Fractal Theory)等一批新興學(xué)科。,,耗散結(jié)構(gòu)論：耗散結(jié)構(gòu)論是伊里亞·普里戈金(Ilya Prigogine)教授于1969年在“理論物理學(xué)和生物學(xué)”國際會議上正式提出。耗散結(jié)構(gòu)是一個遠離平衡態(tài)的非線性的開放系統(tǒng)通過不斷地與外界交換物質(zhì)和能量，在系統(tǒng)內(nèi)部某個參量的變化達到一定的閾值時，通過漲落，系統(tǒng)可能發(fā)生突變即非平衡相變，由原來的混沌無序狀態(tài)轉(zhuǎn)

4、變?yōu)橐环N在時間上、空間上或功能上的有序狀態(tài)。這種有序結(jié)構(gòu)，由于需要不斷與外界交換物質(zhì)或能量才能維持，因此稱之為“耗散結(jié)構(gòu)”(dissipative structure)。,,協(xié)同學(xué)：1977年，德國科學(xué)家哈肯出版了《協(xié)同作用學(xué)導(dǎo)論》一書，創(chuàng)立了協(xié)同學(xué)。協(xié)同論是一門專門研究系統(tǒng)進化普遍規(guī)律的科學(xué)。它研究子系統(tǒng)構(gòu)成的系統(tǒng)是如何通過協(xié)作從無序到有序演化的規(guī)律?！皡f(xié)同”思想有兩個最基本的觀點：①“協(xié)同效應(yīng)”是核心概念。即“協(xié)同導(dǎo)致有序”；②

5、“自組織”是協(xié)同思想的硬核。,,突變論：突變論作為現(xiàn)代數(shù)學(xué)的一門新興分支學(xué)科，是20世紀70年代由法國數(shù)學(xué)家勒內(nèi)·托姆提出的。突變論指出系統(tǒng)的熵可以增加也可以減少。這種熵增熵減可以在宏觀無限小的時間內(nèi)突然發(fā)生。突變熵減少產(chǎn)生的有序性，可以抵消、戰(zhàn)勝自然界某些自發(fā)熵增趨勢，有可能造成有序性的發(fā)展。,,混沌論：“混沌”一詞最初是一個哲學(xué)概念，源于古中國的”混沌初開無所不包”的意思。目前主要指在確定性系統(tǒng)中出現(xiàn)的“無序性”、“無規(guī)

6、性”和“不可預(yù)測性”，是描述復(fù)雜性和不能根據(jù)初始狀態(tài)預(yù)知其未來的運動狀態(tài)的動力學(xué)系統(tǒng)的理論。在近階段，混沌理論標(biāo)志了人類對客觀世界的認識已進入了一個新階段：不僅對“非此即彼”的明晰形態(tài)，而且對“亦此亦彼”的過渡性形態(tài)都能進行研究。,,超循環(huán)論：20世紀70年代德國化學(xué)家艾根(Manfred Eigen)提出了“超循環(huán)”概念。并于1977年出版了《超循環(huán)：自然的自組織原理》一書。“超循環(huán)”(HyPercycle)理論，是一門研究生物信

7、息起源的理論，是直接建立生命現(xiàn)象的數(shù)學(xué)模型。艾根他們觀察到生命現(xiàn)象都包含許多由酶的催化作用所推動的各種循環(huán)，而基層的循環(huán)又組成更高一層次的環(huán)，即“超循環(huán)”也可以出現(xiàn)再高層次的超循環(huán)。,,盡管它們研究的對象不同，但是它們的研究具有共同特征，即都是針對非線性的復(fù)雜系統(tǒng)，或非線性的復(fù)雜的自組織形成過程，因而被統(tǒng)稱為自組織理論。從此，自組織系統(tǒng)或自組織過程成為引人注目的焦點，并且研究發(fā)現(xiàn)，自組織系統(tǒng)和自組織過程極為普遍，而且與人類社會關(guān)系極為

8、密切。,（二）自組織理論的核心概念,1、系統(tǒng)與組織關(guān)于系統(tǒng)的定義，不同學(xué)科由于研究范圍和重點的不同，常常給出不同的定義。在技術(shù)學(xué)層次上，通常采用我國科學(xué)家錢學(xué)森的定義：系統(tǒng)是由相互制約的各部分組成的具有一定功能的整體。在基礎(chǔ)科學(xué)層次上，通常采用美籍奧地利生物學(xué)家貝塔朗菲（Luduig Von Bertalanffy）的定義：系統(tǒng)是相互聯(lián)系、相互作用的諸元素的綜合體。不論是哪種定義都指出，系統(tǒng)是由部分構(gòu)成且具有整體特性的一類事物。

9、,,組織既指按照一定規(guī)則構(gòu)成或存在某種秩序的事物，又指事物形成一個空間、時間或功能上的有序結(jié)構(gòu)的過程。前一種情況是組織作名詞解，后一種情況是作動詞解。系統(tǒng)和組織是描述事物同一種存在方式的兩個不同概念，二者的著眼點不同。系統(tǒng)是從整體性和相關(guān)性的立場上把握事物，而組織是從結(jié)構(gòu)和有序化的立場上把握對象。,2、自組織與他組織,自組織是系統(tǒng)科學(xué)的一個重要概念，它是復(fù)雜系統(tǒng)演化時出現(xiàn)的一種現(xiàn)象。我們根據(jù)一個組織是否是按照外界特定干預(yù)而形成的，又可

10、以把組織分為自組織和他組織系統(tǒng)。組織力來自系統(tǒng)內(nèi)部的是自組織，組織力來自系統(tǒng)外部的是他組織。就整個自然界及其發(fā)展史來看，自組織是基本的，他組織是在宇宙自創(chuàng)生后的發(fā)育過程中逐步出現(xiàn)的。最典型的他組織是人工設(shè)計、制造、操縱、控制的系統(tǒng)。人工創(chuàng)造任何事物的過程都是他組織過程，人造事物都是他組織系統(tǒng)，但不論是構(gòu)建何種人工系統(tǒng)，都要遵循一定的自組織規(guī)律，都是仿照自組織系統(tǒng)而進行的。,（三）自組織方法論,自組織理論主要研究客觀世界中自組織現(xiàn)象的

11、產(chǎn)生、演化等，關(guān)注系統(tǒng)在內(nèi)部結(jié)構(gòu)和復(fù)雜性增加的相變期間內(nèi)所表現(xiàn)出來的行為。,,清華大學(xué)的吳彤教授認為：耗散結(jié)構(gòu)理論是解決自組織出現(xiàn)的條件環(huán)境問題協(xié)同學(xué)基本上是解決自組織的動力學(xué)問題突變論則從數(shù)學(xué)抽象的角度研究了自組織的途徑問題超循環(huán)論解決了自組織的結(jié)合形式問題分形和混沌理論，則是從時間序與空間序的角度研究了自組織的復(fù)雜性和圖景問題。在這樣的定位下，不同的方法論不存在邏輯沖突，它們是一個序列，是一個研究自組織各個方面和全過程的

12、方法論集合體，它們各自在整體的自組織方法論中有自己的“生態(tài)龕”。,綜合的自組織方法論：1、對于一個開放系統(tǒng)，可以通過創(chuàng)造條件，加強物質(zhì)、能量與信息輸入使得自組織過程得以產(chǎn)生；2、激勵系統(tǒng)內(nèi)部子系統(tǒng)的非線性相互作用，通過競爭、合作推動系統(tǒng)產(chǎn)生整體新的模式和功能；3、通過循環(huán)耦合，突變漸變途徑，使得系統(tǒng)得以維持自組織并且發(fā)展演化的多樣性，增強有序程度和關(guān)聯(lián)程度，4、通過自相似構(gòu)建和尋求混沌臨界點或域，將系統(tǒng)的演化推進到最大的復(fù)雜性可

13、能空間，創(chuàng)造演化有序發(fā)展的良機。通過自組織的方法論，在自然界中純粹自發(fā)的自組織的發(fā)展，在人類演化中成為一種自覺的行為。,,自組織方法論重視環(huán)境條件沒有條件，就沒有演化，重視條件，就是重視演化的個性，多樣性。無論是耗散結(jié)構(gòu)理論的方法，還是分形理論和混沌理論，它們都對初始條件、過程條件在演化過程中的重要性給予極端的、高度的重視。,自組織方法論也是重視相互作用的方法論。把交互作用放置在演化中，交互作用于是從線性相互作用發(fā)展為非線性相互作用

14、，從對稱的相互作用發(fā)展成為不對稱的相互作用，演化成為循環(huán)的、超循環(huán)的相互作用；小的相互作用逐漸被放大，或大的相互作用被縮??；于是事物自組織起來，發(fā)展起來，復(fù)雜起來，組織起來。因此，自組織方法論把相互作用看成是推動系統(tǒng)自組織的根本動力，并且把這種非線性相互作用細致分成競爭、協(xié)同兩種相反相成的互補對立性機制。,自組織方法論不追求固定演化結(jié)局，但認為演化具有一定意義的確定性。它并沒有完全否認預(yù)測的科學(xué)性，只是承認預(yù)測要受到一定的條件的限制

15、。這是因為演化的信息將隨距離條件起點的時間長度而逐漸喪失。自組織的方法，猶如道家所說的“無為”，佛教常說的“隨緣”。無為并不等于無所作為，隨緣也要對“機緣”有所認識，有所把握。“無為”是不刻意的“為”，即不去他組織。無為，即遵循規(guī)律而為。,二、網(wǎng)絡(luò)信息的自組織,（一）網(wǎng)絡(luò)信息自組織的條件（二）網(wǎng)絡(luò)信息自組織的特性,（一）網(wǎng)絡(luò)信息自組織的條件,網(wǎng)絡(luò)信息自身的成熟條件：網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展及信息自身運動的特點。從網(wǎng)絡(luò)技術(shù)看，互聯(lián)網(wǎng)使信息的交

16、流一下子發(fā)展到了光速水平，信息系統(tǒng)復(fù)雜程度大為增加，使其具備了自組織的條件。HTML技術(shù)的應(yīng)用大大擴展了信息存儲和利用的空間性，實現(xiàn)了非線性地組織管理信息，信息通過這種非線性的相互作用，產(chǎn)生相干效應(yīng)和協(xié)調(diào)作用，并由此趨向于結(jié)構(gòu)和功能的有序化。,,從信息運動的特點看：第一，信息在時間運動中的單向性。信息的擴散與分布在本質(zhì)上都是不可逆的。第二，信息在空間分布上絕對不均勻性。絕對均勻性在現(xiàn)實世界上只能是一種理想狀態(tài)。第三，信息運動的絕對性。

17、信息是動態(tài)的，一直處于發(fā)展變化之中。第四，信息運動中有序無序的辨證性。信息運動的這些特征使得信息自組織能夠廣泛存在。,,網(wǎng)絡(luò)信息自組織是指網(wǎng)絡(luò)中的信息由于用戶與用戶之間、用戶與網(wǎng)絡(luò)其它要素之間的交互性、相關(guān)性、協(xié)同性或默契性而形成特定結(jié)構(gòu)和功能的過程。也就是指信息網(wǎng)絡(luò)無需外界指令而能自行組織信息，自我走向有序化的過程。它是根據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)自身運動的變化規(guī)律和特定條件而自發(fā)形成的。,（二）網(wǎng)絡(luò)信息自組織的特性,開放性——自組織的必要條件。

18、一個與外界有物質(zhì)、能量交換的開放系統(tǒng)，才具有系統(tǒng)通過自組織從無序向有序進化，孤立系統(tǒng)的熵隨著時間增至極大值，系統(tǒng)達到最無序的平衡態(tài)，也就不可能出現(xiàn)自組織現(xiàn)象。網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)與外界環(huán)境進行物質(zhì)與能量交換，引入足夠的負熵，使系統(tǒng)的總熵增量為負值，從而減少系統(tǒng)總熵，使系統(tǒng)進入相對有序的狀態(tài)。,漲落和突變——自組織的動力和方式。由于系統(tǒng)內(nèi)外隨機因素的干擾，系統(tǒng)的狀態(tài)、屬性在其平均值附近的波動稱為漲落。對于平衡態(tài)系統(tǒng)而言，漲落會被自動收斂，但

19、在臨界點附近，漲落則可能被放大，形成巨漲落，從而促使系統(tǒng)發(fā)生突變，導(dǎo)致有序。網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)也正是通過漲落和突變使看似雜亂無章的信息變得“有序”。如BBS最初是些雜亂無章的話語，但隨著發(fā)言者們的“默契”，最終便形成了特定某個話題，達到突變。,,非線性——自組織的根本原因。非線性相互作用使子系統(tǒng)相互制約、協(xié)調(diào)同步，又使系統(tǒng)與環(huán)境協(xié)調(diào)同步，從而顯示出一種整體效應(yīng)，使系統(tǒng)從雜亂無章變?yōu)榫挥行颉＞W(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)是一個復(fù)雜的自組織系統(tǒng)，它具有海量分散