這是一篇有關(guān)涌現(xiàn)論文的翻譯，是至今為止對涌現(xiàn)現(xiàn)象最全面的總結(jié)之一，也可以看做從復(fù)雜性角度考察所有系統(tǒng)的一篇指南。文章作者是 Jochen Fromm，是德國卡塞爾大學(xué)（University of Kassel）的復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)專家，另外著有《The Emergence of Complexity》一書。

地址：https:///abs/nlin/0506028

作者：Jochen Fromm 

  翻譯：十三維                 

如果我們想了解和掌握科學(xué)和工程中的復(fù)雜系統(tǒng)，不同類型涌現(xiàn)的知識是必不可少的。從機器中有意和可預(yù)測的簡單涌現(xiàn)，到更復(fù)雜的弱涌現(xiàn)、多重涌現(xiàn)和強涌現(xiàn)，本文對多主體系統(tǒng)中涌現(xiàn)的主要類型和形式進行了普遍而全面的分類。

1. 介紹

在由許多自治實體或主體（autonomous entities or agents）組成的系統(tǒng)中，秩序和組織的涌現(xiàn)是一個非?；镜倪^程。涌現(xiàn)的過程涉及到了一個基本問題：「一個實體是如何產(chǎn)生的？」 在涌現(xiàn)的過程中，我們觀察到一些事物（如秩序或組織的出現(xiàn)），并問這是如何可能的，因為我們假定其中具有因果關(guān)系：每個結(jié)果都應(yīng)該有一個原因。但在涌現(xiàn)過程中令人驚訝的一面是，我們觀察到了一個沒有明顯原因的效果。當(dāng)然，盡管這看起來似乎很神秘，但其實并沒有什么神奇的、魔法的或不科學(xué)的地方。

（圖1：涌現(xiàn)體現(xiàn)著宇宙最深的秘密）

正如 Laughlin 在他的書中所說那樣[1]，考慮具有涌現(xiàn)特性的世界，其中最深的奧秘就像我們身邊的幼苗、冰塊、鹽粒或沙堆一樣近。如果我們不能很好理解自己尺度上的事物，那么在難以想象的高能級或極端尺度上找到終極規(guī)律就更值得懷疑了。換句話說，我們必須先退后一步，看一看日常物體的模式和相互作用，才能發(fā)現(xiàn)我們宇宙的本質(zhì)。

（圖2：神奇的涌現(xiàn)在日常隨處可見）

涌現(xiàn)特性充滿驚異和悖論：它們非?；?，但對我們又非常熟悉。根據(jù) John H. Holland 的說法，生成系統(tǒng)（generated systems）中的涌現(xiàn)現(xiàn)象是典型的具有變化成分的持續(xù)模式[2]，也就是說，它們同時是不變的和變化的、恒定和波動的、持續(xù)和轉(zhuǎn)變的、必然發(fā)生但又不可預(yù)測的。而且，涌現(xiàn)屬性既是系統(tǒng)的一部分，同時又不是系統(tǒng)的一部分，它依賴于系統(tǒng)因為它在系統(tǒng)中出現(xiàn)，但在一定程度上又獨立于系統(tǒng)。根據(jù)《斯坦福哲學(xué)百科全書》（Stanford Encyclopedia of Philosophy）：

涌現(xiàn)實體（屬性或物質(zhì)）從更基本的實體中「升」出來，但對它們而言卻是「新穎的」或「不可還原的」（irreducible）[3]。 

由于真正的涌現(xiàn)屬性是不可還原的，所以它們不可能被摧毀或分解——只能出現(xiàn)或消失。在這層意義上，它們似乎是不可毀滅（indestructible）的，并有可能是唯一實存的東西（譯注：destroy 意味著對組成原件或構(gòu)成進行破壞，但對涌現(xiàn)屬性我們找不到它的構(gòu)成，因此無法進行這個意義上的「毀滅」。例如火焰，它在微觀不存在，存于宏觀卻無法找到其宏觀構(gòu)成，只能熄滅或無法從構(gòu)成上意義上分解或毀滅。）但如果它們被仔細核查——即我們對系統(tǒng)的組成進行深入細致地觀察——它們又根本不存在，往往很快消失得無影無蹤。

悖論的產(chǎn)生主要是因為我們往往只能看到了復(fù)雜系統(tǒng)的一面，例如只考慮了微觀或宏觀層面，而不是同時考慮兩者，或者只看到了系統(tǒng)或環(huán)境，而非同時兩者。要理解一個具有多層次和多尺度的復(fù)雜系統(tǒng)是很困難的。

涌現(xiàn)是一種悖論：涌現(xiàn)的屬性往往是不變的和變化的，恒定的和波動的，持續(xù)的和轉(zhuǎn)變的，不可避免的和不可預(yù)測的，依賴于和獨立于它們所產(chǎn)生的系統(tǒng)。

軟件和硬件系統(tǒng)中不可預(yù)見的故障和意外是一種特殊的、不被希望出現(xiàn)的涌現(xiàn)形式。正如 Duncan J. Watts 所說：「世界上最好的維護程序也不能確保預(yù)防那些還不知道存在的故障……即使人們盡了最大努力，故障還是會發(fā)生」[4]。我們有必要了解復(fù)雜系統(tǒng)中的涌現(xiàn)過程，以便創(chuàng)造出復(fù)雜而穩(wěn)健的新形式系統(tǒng)，為錯誤的發(fā)生做好準備，盡可能防止失敗。如果我們想在科學(xué)和工程中理解和掌握復(fù)雜系統(tǒng)，顯然對不同類型涌現(xiàn)的了解至關(guān)重要。 

社會性動物之間的自組織通常涉及一些涌現(xiàn)的「技巧」：信息素技巧（pheromone trick，用信息素場標記感興趣的物品）和結(jié)群技巧（flocking trick，呆在群體附近，但不要太靠近你的鄰居）。這兩個簡單的技巧就導(dǎo)致了蟻群、白蟻堆、蜂群、鳥群、哺乳動物群和魚群等生物種群的涌現(xiàn)。

（圖3：簡單規(guī)則下涌現(xiàn)出的魚群）

一種清晰的形式化描述將有助于回答涌現(xiàn)問題。Ale? Kubík [5]和 Yaneer Bar-Yam [6]曾試圖用語法、形式語言和數(shù)學(xué)來實現(xiàn)這點。然而「涌現(xiàn)」這個詞太籠統(tǒng)了，不能用單一門科學(xué)的術(shù)語來涵蓋它?！赶裼楷F(xiàn)這樣復(fù)雜的主題不太可能服從于一個簡潔的定義」[7]涌現(xiàn)很難用一個模型或理論來刻畫，這是因為在涌現(xiàn)的過程中，新的和不可預(yù)測的實體出現(xiàn)了，它們受自己的規(guī)律支配。它與定義新的類別、概念和描述性術(shù)語的必要性有關(guān)。問題正如 Robert I.Damper 所言，「我們將如何避免為每一個案例重新做這件事？」 [8]。

既然用語法、形式語言或數(shù)學(xué)的形式化描述不適合也難以解決這個困難的問題，那么至少一個完整而系統(tǒng)的分類會有幫助。本文就試圖為各種類型和形式的涌現(xiàn)提供一個標準、規(guī)范的分類方法。

2. 定義和屬性

由于涌現(xiàn)是一個模棱兩可的詞，因此從一個明確的定義開始是必要的。在下文中，涌現(xiàn)的（emergent）和涌現(xiàn)（emergence）是這樣定義的：

如果一個系統(tǒng)的屬性不是其任何基本元素的屬性，那么它就是涌現(xiàn)的。涌現(xiàn)是涌現(xiàn)的屬性和結(jié)構(gòu)在更高層次組織或復(fù)雜性（「多者異也」）上的顯現(xiàn)[9]。

這是許多關(guān)于復(fù)雜系統(tǒng)的入門教科書中可以找到的常見定義[10]?！杜＝蛘軐W(xué)指南》[11]將涌現(xiàn)屬性定義為不可預(yù)測和不可還原的：「一個復(fù)雜系統(tǒng)的屬性被說成是『涌現(xiàn)』的，是因為盡管它是從表征較簡單成分的屬性和關(guān)系中產(chǎn)生的，但它既不能從這些較低層次的特征中預(yù)測出來，也不能被還原成這些特征」。 

《劍橋哲學(xué)詞典》[12]對結(jié)構(gòu)和規(guī)律、描述性涌現(xiàn)和解釋性涌現(xiàn)進行了區(qū)分。描述性涌現(xiàn)（Descriptive emergence）意味著「整體」（或更復(fù)雜的情形）的一些屬性不能通過「部分」（或更簡單情形）的屬性來定義。解釋性涌現(xiàn)（Explanatory emergence）意味著「系統(tǒng)中更復(fù)雜情況的規(guī)律，不能通過任何構(gòu)成或共存規(guī)律從更簡單或最簡單情形中推導(dǎo)出來」。

《劍橋在線詞典》[13]說，emerge「涌現(xiàn)」的意思是「通過從某物出來或從某物后面出來」或「抵達某段困難時期或經(jīng)歷的盡頭」，而 emergence 只是「出現(xiàn)的過程」。emergence 和 emerge 這兩個詞的拉丁詞源都是 emergere，意思是從水中升起，出現(xiàn)和到達。拉丁語動詞 emergere 來自 e(x)「out」+ mergere「to dip, plunge into liquid, immerse, sink, overwhelm」（浸入、陷進液體、浸沒、下沉、淹沒），即 to emerge 類似于去合并相對立（opposite）的事物。Emergence 是由 emergere 的現(xiàn)在分詞 emergens 演變而來。merging（合并）意味著兩個獨立的事物的結(jié)合、沉浸和融合，而 emerging（涌現(xiàn)）則意味著對立的事物。

2.2  屬性和標準

解釋、還原、預(yù)測和因果關(guān)系等概念是深入理解涌現(xiàn)的核心[14] 。Francis Heylighen 據(jù)此提出了以下關(guān)于涌現(xiàn)的分類標準[15]：

• 所創(chuàng)建系統(tǒng)的多樣性（如涌現(xiàn)系統(tǒng)的可能狀態(tài)）；

• 外部影響的數(shù)量（在涌現(xiàn)過程中）；

• 維持系統(tǒng)身份的約束類型（完全的或條件的）；

• 層次的數(shù)量，多層次的涌現(xiàn)（一個層次，兩個層次，或多個層次）。

不幸的是，這些屬性并非完全獨立：多層次的涌現(xiàn)過程肯定比單一層次還具有更高的多樣性。

3. 類別和分類

4. 新分類法

4.1 新分類法

本文的分類法基于不同的反饋類型、因果關(guān)系及效應(yīng)的整體結(jié)構(gòu)，這與 Eppstein 對CA 的分類完全吻合。因果性或因果效應(yīng)是所有形式和類型涌現(xiàn)的自然秩序，因為原因通常是涌現(xiàn)中最不明確的一點：即涌現(xiàn)是一種原因不能被立刻看到或顯現(xiàn)的效果或事件。一個關(guān)于涌現(xiàn)過程的問題總是一個因果關(guān)系或因果性問題——為一個明顯的效果尋找一個隱藏的原因。不同類型的涌現(xiàn)據(jù)此可以大致分成四種類型或類別：

• Type I 簡單/名義涌現(xiàn)（Simple/Nominal），沒有下向反饋

• Type Ia：有意簡單涌現(xiàn)（Intentional）

• Type Ib：無意簡單涌現(xiàn)（Unintentional）

• Type II 弱涌現(xiàn)（Weak Emergence），包含下向反饋

• Type IIa 穩(wěn)態(tài)弱涌現(xiàn)（Stable）

• Type IIb 非穩(wěn)態(tài)弱涌現(xiàn)（Instable）

• Type III 多重涌現(xiàn)（Multiple Emergence），具有多重反饋

• Type IIIa：條紋、斑點、冒泡型 Stripes、Spots、Bubbling

• Type IIIb：隧穿（Tunneling）、自適應(yīng)型（Adaptive Emergence）

• Type IV 強涌現(xiàn)（Strong Emergence）

第I型（Type I）涌現(xiàn)完全不包含反饋，只有「前饋」關(guān)系（feedforward）[21]。第II型（Type II）的主要特征是簡單的反饋：(a)正反饋或(b)負反饋。多重反饋、學(xué)習(xí)和自適應(yīng)則對第III型（Type II）很重要。Holland 在談到適應(yīng)性系統(tǒng)中的涌現(xiàn)時說，「任何對涌現(xiàn)的研究都必須嚴肅面對學(xué)習(xí)」[22]。第III型出現(xiàn)在有許多反饋循環(huán)的非常復(fù)雜的系統(tǒng)，或有智能主體的復(fù)雜適應(yīng)性系統(tǒng)中，它是在涌現(xiàn)過程中具有大量外部性影響的類別（即 Heylighen 和 Bar-Yam 的系統(tǒng)與環(huán)境關(guān)系屬性中內(nèi)部性/外部性維度）。至于第IV型（Type IV）涌現(xiàn)，用 Heylighen[23]的話來說，其特點是多級涌現(xiàn)（multi-level）和所創(chuàng)造系統(tǒng)中的大量多樣性，即由于組合爆炸，涌現(xiàn)系統(tǒng)的可能狀態(tài)的數(shù)量都是天文數(shù)字。這是負責(zé)產(chǎn)生更高層次復(fù)雜性結(jié)構(gòu)的涌現(xiàn)形式，即使在原則上也不能還原為基本成分屬性和規(guī)律的直接影響。

Stephen Jones 用類似的方法定義了一個全面的分類法[24]。他用反饋關(guān)系提出了一個涌現(xiàn)的分類法，并區(qū)分了涌現(xiàn)的一階（只有「前饋」關(guān)系）、二階（反饋關(guān)系）和三階（「協(xié)同反饋關(guān)系（mutualistic feedback ）」）形式。

 不幸的是，第三種分類并不明確，幾乎包含了所有其它情況。此外，他的分類法中似乎完全沒有強涌現(xiàn)。他還試圖運用控制論中已知不同反饋形式來區(qū)分第II型涌現(xiàn)：在分類法區(qū)分了帶錯誤返回值的反饋（輸出在返回到輸入之前被過濾和限制）和不帶返回值的反饋（輸出純被返回到輸入）。這并非一個壞想法，但在涌現(xiàn)情況下其解釋力是值得懷疑的。

4.2 不同的視角

此外也可以從其他角度，例如從生成過程的約束或角色的角度來確定分類：I型對應(yīng)于固定的角色，II型對應(yīng)于靈活的角色，III型對應(yīng)于新角色的出現(xiàn)和舊角色的消失，IV型對應(yīng)于一個開啟全新世界的新角色。另一種可能的分類是使用不同層次的預(yù)測性：I型的有意涌現(xiàn)是可預(yù)測的，II型的弱涌現(xiàn)原則上是可預(yù)測的（盡管并非每個細節(jié)），III型的多重涌現(xiàn)是混亂的或完全不可預(yù)測的，IV型的強涌現(xiàn)在原則上是不可預(yù)測的。

(表1：依據(jù)角色、常見程度和可預(yù)測性，不同類型的涌現(xiàn)及對應(yīng)系統(tǒng)分類）

所有類型的共同要素是邊界、反饋或跳躍/躍遷。正如涌現(xiàn)這個名字所暗示的，某些東西的涌現(xiàn)總是有可能在一個系統(tǒng)的明確邊界出現(xiàn)，并且通常會發(fā)生跳躍或躍遷到一個新的層次。此外，幾乎所有有趣的涌現(xiàn)類型都涉及某種形式的反饋和一個或多個反饋回路：如Ib型中的尺度保持反饋（點-點），II型中的尺度交叉反饋（上-下），以及另外類型的多重反饋。

(表2：依據(jù)邊界、反饋和躍遷類型，不同復(fù)雜性類型的涌現(xiàn)分類）

5. 例子

5.1 第I型：沒有自上而下反饋的簡單涌現(xiàn)

5.1 a）簡單有意/名義性涌現(xiàn)

Ia型中唯一被約束的生成角色、或自上而下的過程是對機器的有意設(shè)計：一種特定、固定的角色被分配到每個單元，并且角色作用在時間中不會改變。因此每個部分的行為總是相同的，與其它部分的狀態(tài)、系統(tǒng)的整體狀態(tài)和環(huán)境無關(guān)。具有Ia型涌現(xiàn)的復(fù)雜性或設(shè)計的機器功能，是單個零件和組件計劃受控下交互的有意涌現(xiàn)屬性： 

• 一臺機器的功能是其組件的涌現(xiàn)屬性；

• 一個軟件系統(tǒng)的功能是底層代碼的涌現(xiàn)屬性；

• 一個句子的語義信息是句子中聲音和單詞的涌現(xiàn)屬性，且取決于它們的排列方式。

(圖4：鐘表、包括復(fù)雜的機器是被設(shè)計出的簡單有意涌現(xiàn)）

在復(fù)雜系統(tǒng)中涌現(xiàn)的典型情況是，新的角色被分配給主體和行動者。在這種類型中，不允許有其它形式的角色分配。一個典型角色的例子是在蟻群中覓食時的「探索者」與「跟隨者」或 「運輸者」。在計算機程序或復(fù)雜系統(tǒng)中，每一個組件和對象都是某種定義好的角色，并受到明確理解規(guī)則的約束。手表齒輪在手表中當(dāng)然具有以前沒有的角色，但一旦它們被內(nèi)置，這些作用就不會再改變。 

如果每個部分的行為都獨立于其它部分的狀態(tài)，那么機器的行為就是確定的和可預(yù)測的：按照 Ashby[25]的說法，這樣的系統(tǒng)是「自組織」的，因為它從「部件分離」變?yōu)?「部件結(jié)合」。Ia型涌現(xiàn)的典型是普通機器的，例如鐘表或蒸汽機。Ashby 對機器的定義如下：

「機器」是指以類似機械方式行事的東西，即它的內(nèi)部狀態(tài)和周圍環(huán)境狀態(tài)唯一地定義了它將進入的下一個狀態(tài) [25]。

名義或有意這種形式的涌現(xiàn)對人并不陌生。它已經(jīng)被使用了好幾個世紀。例如人們有某種意圖、目的或計劃創(chuàng)造這樣一個系統(tǒng)，對系統(tǒng)進行調(diào)試和改變，直到從零件和部件的組裝中出現(xiàn)的功能與這個單一目的完全吻合。

然而，正如我們在具有完全自上而下控制的大型系統(tǒng)（例如命令下的計劃經(jīng)濟）中所觀察到的那樣，有意涌現(xiàn)總會有缺點。 具有Ia型涌現(xiàn)系統(tǒng)的一個典型缺點是脆弱性，或缺乏靈活適應(yīng)性。定義明確、有計劃的對象是100%可靠、并總是盡職盡責(zé)履行義務(wù)的，但如果沒有冗余組件，一個部件的缺陷就可能會致使整個系統(tǒng)停止運行。

5.1 b)  簡單的無意涌現(xiàn)

大量相同粒子的統(tǒng)計量和宏觀屬性是未被注意的Ib型涌現(xiàn)例子（如果它們和粒子之間的關(guān)系有依賴）：

• 熱力學(xué)屬性，如壓力、體積、溫度；

• 特征路徑長度和網(wǎng)絡(luò)中的聚類系數(shù)；

• 涌現(xiàn)的物理屬性，如雪崩、波陣面（wave-front）或沙堆的坡度。

Ib型涌現(xiàn)出現(xiàn)在一類有許多松散耦合、無組織和平等元素組成的系統(tǒng)中，它擁有諸如溫度或壓力之類的某些平均屬性。它勉強可以被稱為涌現(xiàn)，是因為把大量個體的屬性描述為了一個平均屬性總和。平均量本身并非一種涌現(xiàn)的特征，然而如果它們和粒子之間的關(guān)系有依賴，定義聚合體屬性的統(tǒng)計量則可以被視為簡單的涌現(xiàn)特性，雖然這時它們對單個粒子而言沒有意義。像壓力這樣的量不能應(yīng)用于單個粒子，單個沙粒沒有坡度可言，網(wǎng)絡(luò)中的單個節(jié)點也沒有路徑長度。

 (圖5：水的宏觀特征和物理屬性是簡單的無意涌現(xiàn)）

大多數(shù)平均量只是應(yīng)用于每塊屬性的平均數(shù)（例如計算機科學(xué)博士的平均工資），不是Ib型涌現(xiàn)的例子，因為它們違反了一個屬性只有在適用于整體而非部分時才是涌現(xiàn)的觀念。（譯注：這意味著只有在沒有平均標度的冪律現(xiàn)象或分形中才有涌現(xiàn)，相對正態(tài)或平均分布則沒有）即使沒有自上而下的反饋，在主體或粒子尺度上也可以有類似連鎖反應(yīng)或多米諾效應(yīng)的簡單反饋：一個粒子被激發(fā)，影響到一個新的粒子，然后一個新的粒子再被激發(fā)……。這種簡單的尺度保持（點-點）形式反饋導(dǎo)致了波浪、連鎖反應(yīng)、級聯(lián)和雪崩等等發(fā)生。

（圖6：沒有自上而下反饋、由粒子激發(fā)形成的簡單涌現(xiàn)）

5.2 第II型：包括自上而下反饋的弱涌現(xiàn)

第II型涌現(xiàn)包括從宏觀到微觀層面的自上而下反饋。例如考慮一個我們可以確定各種空間分辨率層次（主體-群體、實體-系統(tǒng)、個體-群落、粒子-集群……）的多體系統(tǒng)（Multi Agent System）。在主體極微觀層面上，許多單個個體或?qū)嶓w在局部相互作用。這種互動導(dǎo)致更高的層次上出現(xiàn)了一種新型、通常是不可預(yù)測的模式。在群體或整個系統(tǒng)宏觀水平上，所謂涌現(xiàn)現(xiàn)象——我們所發(fā)現(xiàn)未預(yù)料到的模式、結(jié)構(gòu)或?qū)傩裕鼈冊谙嗷プ饔靡?guī)律中并沒有直接規(guī)定，但反過來卻會通過反饋過程影響實體低層次間相互作用。

（圖7：魚群是一種存在自上而下反饋的涌現(xiàn)）

例如，魚群是一個影響每只參與動物運動的涌現(xiàn)屬性。它可以用第二類涌現(xiàn)，即弱涌現(xiàn)來解釋和描述。M.A. Bedau 對弱涌現(xiàn)的定義如下：如果一個宏觀狀態(tài)或?qū)傩灾荒軓奈⒂^動態(tài)通過模擬得到，那么它就是弱涌現(xiàn)的[26]。在弱涌現(xiàn)中，不像簡單形式的名義涌現(xiàn)或意向涌現(xiàn)那樣，只存在微觀和宏觀層次的唯一因果方向，它在兩個方向上都有因果關(guān)系。

有兩種基本的互動形式會導(dǎo)致弱涌現(xiàn)[27]：

（圖8：弱涌現(xiàn)形成的交互模式）

直接交互（Direct Interaction）：系統(tǒng)中的主體或?qū)嶓w直接相互作用，導(dǎo)致群體和集群的形成，再反過來影響主體或?qū)嶓w本身的行為。只有在主體能夠區(qū)分不同尺度的情況下，這種反饋才有可能，例如，微觀物體有排斥作用，宏觀物體有吸引作用。這同樣發(fā)生在前面提到的結(jié)群技巧中，如蜂群、鳥群、哺乳動物群、魚群或狼群。

間接交互（Indirect Interaction）。系統(tǒng)的主體或?qū)嶓w通過他們各自的行為改變整個系統(tǒng)和環(huán)境的狀態(tài)，環(huán)境的變化再反過來影響主體或?qū)嶓w的行為。

如果主體能夠通過具有全局性和持久性影響的長期局部變化來操縱環(huán)境，如前面提到的信息素技巧（用費洛蒙場標記感興趣的物品），或者如果它們幾乎同步行動，從而使單個行動的效果成倍增加，那么間接反饋也是可能的。自然系統(tǒng)中的例子是螞蟻群和成堆的白蟻，在社會系統(tǒng)中則是人口遷移過程。

當(dāng)然，也有兩種形式的混合體。在第一種情況下，通過直接互動產(chǎn)生的群體和集群可以影響環(huán)境的狀態(tài)。在第二種情況下，通過環(huán)境的間接反饋往往導(dǎo)致群體形成的強化，特別是在具有同步行動的社會儀式中，將一個群體人為一體。

除了直接和間接形式的互動和反饋外，根據(jù)兩種不同類型的可能反饋，還有兩種不同類型的弱出現(xiàn)：消極或阻尼反饋導(dǎo)致穩(wěn)定形式的弱涌現(xiàn)，以及積極或放大反饋導(dǎo)致的不穩(wěn)定形式，如短暫的流行、泡沫和嗡嗡聲。

（圖9：動物遷徙是一種和環(huán)境之間的間接交互）

5.2 a) 弱涌現(xiàn)（穩(wěn)定的）

這種反饋通常是負向的，對主體的行動施加約束。IIa型的弱無意涌現(xiàn)是一種經(jīng)典的涌現(xiàn)形式，它包括了自下而上的影響和自上而下的群體或環(huán)境的反饋。它和群體智能、群體形成和共識主動性（stigmergy）有關(guān)，也與前面提到的結(jié)群和信息素技巧有關(guān)。例如：

• 螞蟻的覓食行為；

• 魚和鳥的成群行為；

• 液體或流體是分子形式的自組織涌現(xiàn)屬性；

• 互聯(lián)網(wǎng)中的自組織形式，例如萬維網(wǎng)和 WIKIPEDIA，Linux 和 Mozilla等開源項目；

• 根據(jù)供需定律，商品在經(jīng)濟和自由市場中的最優(yōu)價格。

（圖10：穩(wěn)定的弱涌現(xiàn)，自下而上正反饋與自上而下負反饋的平衡）

在穩(wěn)定的弱涌現(xiàn)形式中，一面是探索、多樣性和隨機性（自下而上影響），一面是利用、統(tǒng)一性和秩序（自上而下約束），兩者之間存在著平衡。IIa型的涌現(xiàn)基于兩個層次：它們被一對自下而上和自上而下的互補過程所連接。

多樣性和「探索」產(chǎn)生于「創(chuàng)造性」的自下而上的過程，這源自各組成部分的自主性和彼此的獨特背景。統(tǒng)一性和「利用」產(chǎn)生于「約束性」的自上而下反饋過程，它對組成部分或主體施加了約束——類似于「同儕壓力」，迫使他們調(diào)整自己的行為或成為某種角色。我們在一個具有涌現(xiàn)特性的系統(tǒng)中觀察到的復(fù)雜組織形式，是由于多樣性和統(tǒng)一性、探索和利用、「創(chuàng)造性 」的自下而上的過程和 「約束性」的自上而下的反饋的平衡。蟻群中的螞蟻由于不同的個體環(huán)境和隨機影響探索各個方向。然而它們卻有一個集體目標，并被迫遵循自己的信息素軌跡。鳥群中的鳥兒向不同的方向飛去，以避免碰撞，但同時又緊緊地靠在一起，試圖與鄰居的速度相匹配，并轉(zhuǎn)向所認為鳥群的中心。

萬維網(wǎng)（WWW）反映了世界人口的巨大多樣性。正如 Flake等人所說，「數(shù)以百萬計的個體獨立運作，擁有不同的背景、知識、目標和文化，他們在網(wǎng)上發(fā)布信息」 [28]。這種多樣性被W3C和其它聯(lián)盟（HTML、HTTP等）的統(tǒng)一標準和約束所平衡。

（圖11：同質(zhì)化的「死魚」無法形成魚群只能隨波逐流）

正如 Linux、Mozilla 和 Firefox 瀏覽器、WIKIPEDIA 以及世界各地?zé)o數(shù)其它開放和自由合作項目持續(xù)成功所顯示的那樣，這種形式的自組織可以非常強大。WIKIPEDIA 依靠的是其參與者和貢獻者的多樣性。如果它由一支克隆大軍創(chuàng)建，每個參與者都與同行完全相同，那么它就不會成功。此外，還有一種統(tǒng)一的力量能讓其保持統(tǒng)一性：每個參與者都使用相同的簡單編輯器，遵守相同的簡單規(guī)則。

 （圖12：在遵循相同簡單規(guī)則下，維基百科是多樣化自組織共創(chuàng)的典范）

在經(jīng)濟活動和自由市場中，商品的最佳定價涌現(xiàn)自遵守當(dāng)?shù)厣虡I(yè)規(guī)則和供需定律的主體間互動。它基于負向穩(wěn)定的反饋：高需求或資源供應(yīng)不足導(dǎo)致高價格，高價格反過來減少需求，增加資源。低需求或資源供應(yīng)過剩導(dǎo)致低價格，低價格反過來增加需求，減少資源。因此，需求是通過負反饋來改變的，直到達到部分平衡。供需定律假定市場是完全競爭的（沒有行動者有足夠力量能直接影響價格），且主體的行為是理性的，但情況并非總是如此。一個只模仿別人的人行為就不是理性的，即他的行為不是最優(yōu)的。例如，他將支付一個并不充分或適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品價格。

（圖13：自由貿(mào)易帶來了全球經(jīng)濟的繁榮）

5.2 b) 弱涌現(xiàn)（非穩(wěn)態(tài)）

 反饋也可以是正向的。吸毒成癮或經(jīng)濟通貨膨脹就是正反饋的（負面）例子：高工資導(dǎo)致產(chǎn)品價格高，高價格增加生活成本，高生活成本增加工資。在毒癮中，高劑量會激活大腦的獎勵系統(tǒng)并導(dǎo)致重復(fù)消費，重復(fù)消費導(dǎo)致習(xí)慣化，從而改變獎勵系統(tǒng)并導(dǎo)致更高的劑量。

眾所周知，模仿是影響流行、時尚周期和突然的集體意見轉(zhuǎn)變的主要因素之一[29]，我們的決定經(jīng)常是基于他人的行為。在我們必須決定一些重要的事情（在金融市場上購買股票等）之前，我們經(jīng)?？磩e人在做什么，我們模仿別人。然而，其他人也有可能做同樣的事情，而且也并不知道真正該怎么做。

當(dāng)每個人都試圖根據(jù)別人的行動來做決定時，集體就可能無法正確聚合信息，導(dǎo)致正反饋回路和相互強化出現(xiàn)。例如短暫的時尚：如果一件商品經(jīng)常被購買，它就被認為是有價值的，如果是有價值的，就會導(dǎo)致許多消費者購買——如果人們只看到別人在做什么。如果在這種情況下分布式?jīng)Q策失敗，那么偏離平衡的一點小波動都會導(dǎo)致巨大和夸張的影響：嗡嗡聲、泡沫和短暫的時尚，或者級聯(lián)和快速增長的雪崩。

• 股票市場和金融市場的泡沫和崩潰；

• 文化市場的時尚、狂熱和扭曲分布；

• 社會動蕩的突然爆發(fā)（如東德、印度尼西亞、塞爾維亞）；

• 前穩(wěn)定的社會規(guī)范的變化；

• 從眾效應(yīng)；

• 名人效應(yīng)（主要因名人而變眾所周知）；

• 新聞中的嗡嗡聲；

• 經(jīng)濟和社會遷移中集群形成（猶太社區(qū)、貧民窟）；

• 鎖定狀態(tài)的路徑依賴演變：錄像機/鍵盤/電腦/操作系統(tǒng)市場。

（圖14：非穩(wěn)定的弱涌現(xiàn)，上下之間進入了不受抑制趨于崩潰的正反饋循環(huán)）

潮流追隨者（trend follower）只是模仿別人，而非真正去評估事物的價值。他失去了與現(xiàn)實的聯(lián)系，就像最后終將跟隨的泡沫一樣——如果所有其他人也這么做的話。

IIb 型涌現(xiàn)是一種通過正反饋產(chǎn)生的不受歡迎的負面涌現(xiàn)，直到泡沫因指數(shù)增長而爆炸或消失。爆發(fā)階段的代價是隨后倦怠階段：金融泡沫破裂并以崩潰告終，文化時尚以過度飽和告終，政治革命以政治冷漠告終。

新聞中某些令人不悅的嗡嗡聲，類似于股市泡沫中曇花一現(xiàn)的涌現(xiàn)。正如 Steven Johnson 在他的著作《Emergence》[30] 中所提到那樣，媒體總有自我放大的傾向。討論某些事情是否應(yīng)該在媒體上報道（例如，關(guān)于O.J.辛普森、比爾·克林頓或戴安娜王妃之死的報道，如果媒體本身參與了此案）本身就是一種自報道，并導(dǎo)致正反饋：自報道會導(dǎo)致某事件的報道獲得更多的報道，而一個故事如果被頻繁報道，又會被認為是重要的。

電視臺播放什么節(jié)目的決定經(jīng)?；谕械男袨椋麄兘?jīng)?？雌渌娨暸_在做什么。當(dāng)每個人都想根據(jù)別人的行動來做決定時，集體就可能無法正確匯總信息，分布式?jīng)Q策也不再起作用。

級聯(lián)的可能性當(dāng)然是由基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)決定的。復(fù)雜的無標度或小世界網(wǎng)絡(luò)特別容易發(fā)生級聯(lián)，一方面因為節(jié)點之間相互分離只存在少數(shù)連接，信息級聯(lián)可以快速傳播。另一方面，這樣的網(wǎng)絡(luò)平均連接度很低，遠低于整個網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點量，因此存在許多容易受影響的個體。

容易受影響的個體并不是連接最多的個體或意見領(lǐng)袖。因此，由于集體決策，無標度或小世界網(wǎng)絡(luò)特別容易受到級聯(lián)的影響。經(jīng)濟和社會遷移（高科技地區(qū)、貧民窟、貧民區(qū)）中的集群形成是另一個正反饋的例子。好的地點吸引了有趣的公司，而有趣的公司使地點變得更好。這是導(dǎo)致班加羅爾或硅谷等經(jīng)濟集群和高科技區(qū)出現(xiàn)的因素之一。相反， 一個地區(qū)的生活條件差（暴力增加，使用武器和毒品），導(dǎo)致中產(chǎn)階級的遷移，中產(chǎn)階級的遷移又會使情況加劇惡化，這導(dǎo)致了貧民窟和貧民區(qū)的形成。

 這種正反饋過程在經(jīng)濟中也被稱為 「收益遞增」（increasing returns）。

布萊恩·阿瑟（W. Brian Arthur）[31]很好地說明了經(jīng)濟中的正反饋和收益遞增的概念。VHS磁帶、IBM個人電腦、QWERTY鍵盤、DOS 和 Microsoft Windows 通過相同路徑依賴的正反饋過程完全占領(lǐng)了整個市場。這個過程的路徑依賴性在于，一開始的小波動或意外可以通過正反饋過程被強化為大的、不可預(yù)測的偏差（unpredictable deviations），直到它們最終被長期保存在由此產(chǎn)生的冷凍鎖定狀態(tài)中，在這種狀態(tài)下，一種產(chǎn)品主導(dǎo)并分配了整個市場（例如，德語鍵盤用 Z 替換 Y，它們讀取 QWERTZ 而不是 QWERTY）。正反饋和自我強化機制的原因又是模仿：「我需要VHS/IBM PC/DOS/Windows產(chǎn)品，因為其他人都購買/擁有/使用它」。

模仿有用的正反饋，若要可持續(xù)存在的，往往需要在兼容性和數(shù)據(jù)交換非常重要，且獲取、安裝和學(xué)習(xí)使用新技術(shù)成本很高的市場中。正如布萊恩·阿瑟所指出那樣[32]，「在經(jīng)濟中以資源為基礎(chǔ)的部分（如農(nóng)業(yè)、大宗商品生產(chǎn)、采礦）在很大程度上受到收益遞減的影響（穩(wěn)定的負反饋）」，另一方面以知識為基礎(chǔ)的部分在則往往受到收益遞增（正反饋）的影響」。

5.3 第III型：有大量反饋的多重涌現(xiàn)

5.3 a) 條紋、斑點、氣泡——多重反饋的涌現(xiàn)

真實的金融或股票市場，以及自然界中許多斑圖的生成過程，既不顯示出純粹的第IIa型，也非IIb型行為，而是往往基于二者結(jié)合。其實短程激活（short-range activation，正反饋），加上長程抑制（long-range inhibition，負反饋），可以導(dǎo)致許多模式形成的想法并不新鮮。在化學(xué)反應(yīng)的背景下，阿蘭·圖靈（Alan Turing）早在1952年就發(fā)表了一個類似的想法[33]。今天，具有短程正反饋和長程負反饋的系統(tǒng)被稱為「激活-抑制劑」（activator-inhibitor）系統(tǒng)，屬于「反應(yīng)-擴散系統(tǒng)」（Reaction-diffusion）的一種。

（圖15：斑馬的斑圖）

在反應(yīng)-擴散系統(tǒng)中，激活劑「自動」催化其自身的生產(chǎn)，同時激活抑制劑，但后者擴散得速度更快。對短程而言，正反饋占上風(fēng)，對于長程距離，負反饋占上風(fēng)。這類系統(tǒng)能導(dǎo)致許多類型的生物斑圖的生成[34]。

（圖16：反應(yīng)-擴散系統(tǒng)模擬斑馬的斑圖）

這個過程也可以用簡單的元胞自動機來模擬。例如，通過規(guī)則「算出某方格白色直接近鄰的數(shù)量，減去其20x20左右方塊內(nèi)白色近鄰數(shù)量的1/10。如果總和大于1，則該單元格變成白色，否則變成黑色」[35]。他們的進化游戲只包括兩種玩家：那些總是合作的玩家和那些總是叛變的玩家。每個格子的位置都由一個玩家占據(jù)。在每一輪中，玩家與他們的近鄰進行囚徒困境游戲，玩家的分數(shù)是這些遭遇中的報酬之和。在這一輪（或一代）結(jié)束時，每個格子的位置由前一個主人和鄰居中得分最高的玩家占據(jù)。其結(jié)果是，「叛逃者」和「作弊者」（紅色）的網(wǎng)絡(luò)在合作者（藍色）的海洋中出現(xiàn)了。合作者相互支持和加強，但如果合作者的集群增長過大，叛逃者的條件就會越來越好：利用合作者的紅色作弊者擴散并限制藍色集群的規(guī)模。 

（圖17：元胞自動機模擬斑馬的斑圖）

真實的金融或股票市場往往表現(xiàn)出混亂和不可預(yù)測的行為，產(chǎn)生分形和多重分形結(jié)構(gòu)，有運轉(zhuǎn)著不可預(yù)測的連續(xù)損失和崩潰，但也有各種規(guī)模的重復(fù)投機泡沫，例如，見[36]。像股票市場這樣既有正反饋機制又有負反饋機制的系統(tǒng)可以表現(xiàn)出振蕩和混亂的行為。

我們經(jīng)常能發(fā)現(xiàn)短期正反饋（盲目模仿）和長期負反饋（仔細考慮）的結(jié)合。當(dāng)股票上漲時，相信進一步上漲是可能的，于是給投資者、模仿者和趨勢追隨者帶來了購買的動力，這將使價格上漲得更多（正反饋）；但當(dāng)股票價格終于上漲，人們知道最終一定會有一個高峰后，市場預(yù)期就會下跌、價格會下降，最終阻止了買家購入（負反饋）。股票下跌的過程也類似。一旦市場開始有規(guī)律地下跌，一些投資者可能會預(yù)期會進一步下跌而不去購買（正反饋），但其他人可能會購買，因為股票變得越來越便宜了（負反饋）。短期正反饋和長期負反饋的結(jié)合導(dǎo)致了「泡沫化」，波動或動蕩的泡沫序列。各種大小短期泡沫的出現(xiàn)，升起和擴大，就像它們再次消失一樣迅速。一個氣泡觸發(fā)自某種波動或不規(guī)則，它通過正反饋擴大，通過負反饋再次縮小。這種起泡行為的一個很好的模型是元胞自動機的「更大生命」（Larger than Life），它是康威生命游戲的更大半徑的擴展版。康威的生命游戲定義很簡單：如果 x 的領(lǐng)域人口數(shù)等于3，則在格點處發(fā)生「出生」。即如果計數(shù)在 [2…3] 中，則點 x 保持占用/活著狀態(tài)?！父笊怪械摹赶x子」（Bugs）規(guī)則非常類似：如果其鄰域內(nèi)的人口（包括或不包括 x）位于區(qū)間 [34.…45]（正反饋），則在 x 處出生；如果計數(shù)在 [34…58] 中，點 x 保持被占用（由于孤獨和人口過多，極小和極大值的負反饋）。下面顯示了使用來自 Mirek Wójtowicz 的 CA 模擬器 MJCell 制作的一系列氣泡截屏：

（圖18：基于元胞自動機「更大生命」游戲）

IIIa類也包含了通常「生命游戲」的所有模式：信號燈（Blinkers）、滑翔機（Gliders）、飛船（Spaceships）等。在約翰·康威（John Conway）通常的「生命游戲」中，除了普通的滑翔機——最基本的「宇宙飛船」外，還有各種不同大小的宇宙飛船，有輕量級、中量級和重量級。宇宙飛船以光速移動，例如每個時間步長走一個像素或單位。

（圖19：生命游戲中的更大規(guī)模的飛船）

這些飛船看起來都很相似，由共軛的正負反饋反復(fù)收縮和擴張（除了在對角線方向上行駛的滑翔機），它們通過相同的機制進行垂直或水平方向傳播。這種機制像是在重復(fù)地冒泡，飛船的形式可以被看作是一個膨脹和收縮的泡沫的邊界。

（圖20：生命游戲中的飛船傳播）

5.3 b) 隧穿——具有多重反饋的適應(yīng)性出現(xiàn)

復(fù)雜性緩慢或突然發(fā)生的原因有很多。如果某樣?xùn)|西出現(xiàn)得非常迅速或突然，那么它之前往往被某種障礙或屏障所阻擋了，例如，某種堵塞物、某種教條，一個屏障或一個系統(tǒng)邊界。一個大的生態(tài)系統(tǒng)由成千上萬的物種及其相應(yīng)的生態(tài)位和棲息地組成，其中許多物種相互影響。它通常由許多不同的植物、動物和各種微生物（如細菌）組成，它們被一個非常復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來。如果我們把像地球這樣的全球生態(tài)系統(tǒng)作為一個整體來考慮，可以注意到許多類型的反饋和限制，它們共同構(gòu)成了一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)。正如我們地球的歷史所顯示，這樣一個系統(tǒng)的演變當(dāng)然不是一個線性的、平滑的和連續(xù)的過程。它的特點是突然的、不穩(wěn)定的變化和復(fù)雜性的躍遷。

生命形式中不同層次的復(fù)雜性和組織與進化轉(zhuǎn)變有關(guān) [37]。進化轉(zhuǎn)變刻畫了大適應(yīng)度鴻溝（fitness gaps）和適應(yīng)度屏障（fitness barriers）的交叉。突然、不穩(wěn)定的變化和復(fù)雜性的躍遷是不穩(wěn)定的適應(yīng)度景觀和屏障的結(jié)果。進化等待著，直到像大規(guī)模災(zāi)難這樣的重大事件打破并減少這些適應(yīng)度屏障，或者主體有能力隧道穿它們。如果環(huán)境中的災(zāi)難挑戰(zhàn)突然急劇增加，加速系統(tǒng)向更高形式的復(fù)雜性過渡，則災(zāi)難將起到催化劑的作用。通過復(fù)雜性的借用可以實現(xiàn)適應(yīng)度屏障的隧穿，類似于量子理論中隧穿過程（tunnelling process）中能量的借用，參見 [38] 的第 5.2 和 5.3 章。

適應(yīng)性和進化系統(tǒng)中這種形式的出現(xiàn)與環(huán)境中的（大規(guī)模）滅絕和戲劇性或災(zāi)難性事件直接相關(guān)。自然系統(tǒng)中的災(zāi)難性事件可以是彗星或小行星撞擊、火山、地震、冰期、干旱或洪水。如果存在不可預(yù)測、既不太常見也不太罕見的災(zāi)難性事件或波動，那么這些災(zāi)難可以促進進化和加速適應(yīng)。因此，這種涌現(xiàn)形式可以稱為適應(yīng)性涌現(xiàn)。它是 IIIb 型涌現(xiàn)的一個例子，出現(xiàn)在具有多重反饋和許多約束生成過程的復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng) (CAS) 中。它與全新角色的出現(xiàn)以及已經(jīng)存在的「生態(tài)」生態(tài)位的巨大變化有關(guān)。

IIIb型涌現(xiàn)也是突發(fā)的科學(xué)與心智革命的原因。在 「心智革命」之前，通常存在一種對新行動或見解的精神障礙——意義上的不協(xié)調(diào)感或抑制行動的無意識審查。對人類或主體代理來說，每一個新情況都是一個認知上的難題或問題。如果它不能通過思考和推理得到解決，它就有可能變成一場災(zāi)難。因此，每一個心理障礙就像一個小的認知災(zāi)難，如果障礙突然被克服，就會產(chǎn)生一個新的見解和雪崩式的神經(jīng)活動（或大笑）。同樣的觀點也適用于托馬斯·庫恩提出的科學(xué)革命：會有一種障礙（通常是由舊理論約束造成的）阻止新理論的發(fā)現(xiàn)，直到這個障礙被一種新范式所克服，從而導(dǎo)致科學(xué)活動和出版物的雪球式發(fā)展，見[38]第6.2章。

（圖21：隧穿，具有多重反饋的CAS突破適應(yīng)度挑戰(zhàn)實現(xiàn)復(fù)雜性躍遷的幾種模式）

5.4 第IV型：強涌現(xiàn)性和隨附性

強涌現(xiàn)可以被定義為在更高層次的組織或復(fù)雜性上出現(xiàn)的涌現(xiàn)性結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)擁有真正的新特性，即使在原則上也不能還原為基本部分和組件的屬性和規(guī)律的累積效應(yīng)。例如生命是基因、遺傳密碼與核酸/氨基酸的強涌現(xiàn)屬性，總體而言文化則是模因（memes）、語言和書寫系統(tǒng)的強涌現(xiàn)屬性。與某些哲學(xué)理論相反，這種定義下的強涌現(xiàn)不一定要違反任何物理定律。強涌現(xiàn)一詞有時會被用來描述魔法、不科學(xué)或超自然的過程，這顯然是一個必須加以糾正錯誤的觀念。

強涌現(xiàn)所描述的過程不是魔法的、不科學(xué)或反科學(xué)的，只有多尺度的非常復(fù)雜的現(xiàn)象，并沒有魔法或超自然的力量參與其中。像其它形式的涌現(xiàn)一樣，如果你不了解內(nèi)在過程，它可能看起來很神奇。如果你從未聽說過DNA和基因，那么生命看起來實際上是神奇的?，F(xiàn)在有種觀念，生命不能僅僅用物理過程來解釋（Vitalism，「生命主義」）。物理規(guī)律不能描述生物形式，這是正確的，正如粒子物理學(xué)的規(guī)律與宏觀現(xiàn)象無關(guān)，與宏觀尺度上的集體組織的效果相比，微觀規(guī)則是不相關(guān)的。

這就是涌現(xiàn)的悖論，它在強涌現(xiàn)的情況下變得最為明顯。宏觀的結(jié)構(gòu)和模式依賴于微觀的粒子，但它們又獨立于微觀粒子。這種最弱形式的因果關(guān)系被限制稱為「隨附性」（supervenience）。

宏觀層面獨立于微觀層面的，是因為有一個中觀或中間層面來保護和隔離這兩者。因此在強涌現(xiàn)中，宏觀層面與微觀層面無關(guān)，反之亦然。這就像安德森（Anderson）說的那樣。

把一切都歸結(jié)為簡單的基本規(guī)律的能力，并不意味著有能力從這些規(guī)律開始并重建宇宙。事實上，基本粒子物理學(xué)家告訴我們的基本定律的性質(zhì)越多，它們與科學(xué)其他領(lǐng)域的非?，F(xiàn)實的問題似乎就越不相關(guān)，更不用說與社會的問題了[9]。

 如果微觀層面被其他東西取代，只要中觀或中間層面保持不變，宏觀層面仍然是不變的。Laughlin 在他的書中[1]第12章將此稱為「相關(guān)性屏障」（Barrier of Relevance）。

這個意義上的強涌現(xiàn)是對相關(guān)性屏障的跨越（crossing of the barrier of relevance）。它通常與巨大的復(fù)雜性躍遷和重大演化轉(zhuǎn)變有關(guān)，其特點是出現(xiàn)新的復(fù)制子（基因、模因……）和全新的演化形式（生物、文化……）。巨大的數(shù)量級10^120——根據(jù)保羅·戴維斯（Paul Davies）[39]的說法，蘭道爾-惠勒-勞埃德極限（Landauer-Wheeler-Lloyd limit）為 「底層」物理學(xué)定律可能對「高層」物理狀態(tài)，行使的任何超決定性的控制設(shè)定了約束限制，而這僅僅是一個組合爆炸的問題。巨大的可能組合數(shù)量使得任何確定性的算法、規(guī)則或定律都不可能突破。

10^120是一個天文數(shù)字，大致相當(dāng)于宇宙中所有物質(zhì)已經(jīng)處理過的信息量。如果把宇宙變成一臺計算機，它可以在宇宙年齡內(nèi)處理大約10^120比特信息，這正好大約是140億年[40]。

即使一個確定性的規(guī)則或規(guī)律非常簡短并被壓縮，如果計算需要幾十億年，也是沒有意義的。這并不意味著決定論是完全不可能的，它只是制約了局部的、低層次的規(guī)律的決定性，而不是全局的、高層次的行為，具有系統(tǒng)的強涌現(xiàn)性。

肯定達到蘭道爾-惠勒-勞埃德極限的例子是進化系統(tǒng)的兩種基本形式（遺傳和記憶進化）的轉(zhuǎn)變：

(1）生命的出現(xiàn)，生物進化，基因，遺傳復(fù)制子，遺傳密碼 真正的蛋白質(zhì)通常包含n=60到n=100個氨基酸?，F(xiàn)有的20個氨基酸可以排列成20n個不同的序列，這接近蘭道爾-海勒-勞埃德的極限10120。由于蛋白質(zhì)中的氨基酸是由核苷酸堿基對的三個字母詞或密碼子（CCG、UGA、CAA、AUG……）指定的，所以同樣的論點也適用于基因中的堿基對。

有人說，這是一個支持 「智能設(shè)計」、反對進化論的論點。然而，進化能夠在很長一段時間內(nèi)探索這些大量的可能性和組合。

由于通過變異和重組的不斷變化，它檢查并放棄了大量的不成功的嘗試。這里的重點是，不可能將生物體的行為（基于基因和蛋白質(zhì)）以某種方式納入原子物理學(xué)的規(guī)律。

(2) 文化的出現(xiàn)，文化進化，模因，模因復(fù)制子，語言 正常的字母語言有26個字符，也規(guī)定了一個不可想象的，巨大數(shù)量的不同組合。像英語這樣的語言有26個字符，一個詞大約有7個字符，一個句子大約有7個詞，因此一個句子大約有2649種不同的序列。不過，并非所有的組合都是有效的，而且只有大約10萬個英語單詞。如果我們考慮超過25個單詞的較長的有意義的文本，我們再次接近蘭道爾-海勒-勞埃德的極限10^120。同樣，這種巨大的組合數(shù)量阻礙了低層次生物規(guī)律對社會和文化現(xiàn)象的直接控制。我們的語言和書寫系統(tǒng)都沒有在我們的基因中編碼（我們知道基因控制情緒，而情緒控制高層次的行為，但這更多是一種間接控制機制）。

這兩種形式是最重要的幾種「涌現(xiàn)」。第一種，生命和遺傳密碼的起源，觸發(fā)了遺傳和生物進化。第二種，文化和語言的起源，引發(fā)了記憶學(xué)和文化進化。生命和文化的兩個基本單位分別是細胞和社會。前者基于遺傳密碼和DNA，后者基于普通語言和書寫系統(tǒng)。強涌現(xiàn)可以被看作是從一個進化系統(tǒng)（或復(fù)雜的適應(yīng)性系統(tǒng)）到另一個系統(tǒng)的過渡，因此是一種突破或網(wǎng)關(guān)事件（breakthrough or gateway event），正如 Murray Gell·Mann 所說的那樣[41]。

第四型是指到目前為止，新的進化系統(tǒng)的出現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)是由一種新的語言以遺傳/記憶代碼或其他字母的形式規(guī)定的。但原則上，它可以是任何具有一套構(gòu)件和多層次出現(xiàn)的系統(tǒng)。一個例子是《生命游戲》中的圖靈機模擬。盡管在CA6中建立一個圖靈機可能被認為是無用的，但它可以作為強涌現(xiàn)的玩具模型，因為這里的涌現(xiàn)現(xiàn)象實現(xiàn)的功能在邏輯上是可以與產(chǎn)生它的基本現(xiàn)象分離的。圖靈機的功能可以在由生命游戲規(guī)則定義的平臺上實現(xiàn)，但也可以在任何其他平臺上實現(xiàn)，可計算性理論不是生命游戲理論的一個子集——如果有這樣一個東西的話。

在哲學(xué)中，這被稱為「隨附」（supervenience），比 「超越」（transcendence）早一步。涌現(xiàn)的最高/最強形式與隨附有關(guān)，是因果關(guān)系的最低/最弱形式。換句話說，最大形式的涌現(xiàn)與最小形式的因果聯(lián)系有關(guān)。隨附的意思原本是 「不屬于一個事物的真實或基本性質(zhì)的一部分」。一個 「高層系統(tǒng)X對低層系統(tǒng)Y具有隨附性」，如果以下情況對所有對象a和b都成立：（1）a和b的X屬性不可能不同，而Y屬性也不可能不同（2）如果a和b有相同的Y屬性，那么它們也有相同的X屬性。它經(jīng)常被用來解釋腦-心或身體-靈魂的二元性，其中X是心理屬性，Y是物理屬性。

因此，強涌現(xiàn)描述的系統(tǒng)是對低級系統(tǒng)的隨附，但在邏輯上可以與產(chǎn)生它的基本現(xiàn)象分開。通過強涌現(xiàn)產(chǎn)生的「多尺度」系統(tǒng)依賴于下層系統(tǒng)，因為它們是在其語言的最低層次上實現(xiàn)的，但同時它們又獨立于下層系統(tǒng)，因為它們服從于自己的中觀或宏觀語言，對微觀細節(jié)不敏感。低級系統(tǒng)的微觀細節(jié)與宏觀現(xiàn)象完全不相關(guān)，高級系統(tǒng)也可以在其他系統(tǒng)中實現(xiàn)。

 （圖22：四種類型涌現(xiàn)反饋機制）

6. 結(jié)論

本文針對不同類型的涌現(xiàn)進行了全面的分類，將其劃分為四個基本類別。I型描述了沒有自上而下反饋和自組織的簡單涌現(xiàn)，尤其是復(fù)雜機器中的有意涌現(xiàn)。II型包括經(jīng)典的具有自上而下反饋和自組織的弱涌現(xiàn)。在這一類型中，還進一步區(qū)分了穩(wěn)定和不穩(wěn)定的形式。III型涵蓋了在更復(fù)雜的適應(yīng)性系統(tǒng)中，由于進化通過多重反饋和適應(yīng)而產(chǎn)生的所有形式的涌現(xiàn)。最后IV型刻畫了進化中所有形式的強涌現(xiàn)的特征。由此強涌現(xiàn)這一術(shù)語可從任何神奇或不科學(xué)的含義中解放出來。（見表2） 

如果選擇可預(yù)測性而非反饋作為主要的分類特征，那么以上類別可保持不變——無論考慮可預(yù)測性程度、反饋類型、因果關(guān)系形式，抑或受不同種類約束的生成過程或作用，都無關(guān)緊要。這種分類若用可預(yù)測性來具體說明則是：I型的有意涌現(xiàn)是可預(yù)測的，與固定的角色相對應(yīng)；II型的弱涌現(xiàn)在原則上是可預(yù)測的（盡管并非每個細節(jié)），與靈活的角色相對應(yīng)；III型的多重涌現(xiàn)往往是混沌或完全不可預(yù)測的，與新角色的出現(xiàn)和舊角色的消失有關(guān)；而IV型的強涌現(xiàn)則在原則上是不可預(yù)測的，因為它開啟了一個具有全新角色的全新世界。涌現(xiàn)是一個創(chuàng)造性的、偶然的、且往往不可預(yù)測的過程：涌現(xiàn)越強，涌現(xiàn)的屬性、模式和結(jié)構(gòu)就越不可預(yù)測。（見表1）

有可能還存在具有其它「多重反饋」形式的第III型涌現(xiàn)，但迄今為止還沒有人提及。具有多種形式反饋的系統(tǒng)往往非常復(fù)雜，難以理解。具有延時反饋的系統(tǒng)可以顯示出諸如混沌的行為。如果你想發(fā)現(xiàn)新形式的涌現(xiàn)，這是一個值得關(guān)注的點。本文提出的涌現(xiàn)分類法并不是一個全面的理論，而是在正確的方向上邁出的第一步，以便人們更深入、更好地理解復(fù)雜系統(tǒng)中的各種現(xiàn)象。就像復(fù)雜性難以定義一樣，有些東西如果難以描述就是一種復(fù)雜性，因此涌現(xiàn)也很難用模型或理論來完全捕捉，因為在涌現(xiàn)過程中，新的實體會出現(xiàn)，它們就受自己的規(guī)律支配。

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