启示:Panarchy 扰沌

前言:在佛家有成空住坏,在道家有生长旺衰,这些都是对系统论的一种提炼与总结,所不同的是,宗教式的说法里,往往只有一个模糊的表述,通常是一个名词或一句话,往往不会进行更深入理论细节探讨,这里有较为细致的探讨,对于证道格物是极其有益的。

标题:Panarchy 扰沌

作者:xsplendor
Panarchy
扰沌
1.引言

谁都知道任何一样活的东西都的寿命是有限的,一个人从出生、长大、慢慢衰老、最后死去;神龟虽寿,犹有竟时。除此之外的其它发杂系统也有类似现象,如一个王朝也经历从建立、兴盛、腐朽、衰亡这些过程;一个生态系统从先锋种进入,然后其它物种定居并改造非生物环境,逐渐达到一种复杂的结果,最后可能毁于一场大火。不过,这些都只是故事的一个部分,瓦解后的系统还会经历新生,似乎又开始了一个新的轮回,但却又不完全相同。这些现象是如此的普遍,不禁使人猜想其中是否有一条复杂系统演化的重要理论呢?

2.理论简介
2.1
源来

维基百科:
Panarchy is a conceptual term first coined by the Belgian botanist and economist Paul Emile de Puydt in 1860, referring to a specific form of governance (-archy) that would encompass (pan-) all others.In the twentieth century the term was re-coined separately by scholars in international relations to describe the notion of global governance and then by systems theorists to describe non-hierarchical organizing theories.

这里所要介绍的Panarchy理论是由Holling等人提出来的,他们在2002年写了一本书:《Panarchy: Understanding Transformations in Systems of Humans and Nature 》其中说到:
“The term [panarchy] was coined as an antithesis to the word hierarchy (literally, sacred rules). Our view is that panarchy is a framework of nature’s rules, hinted at by the name of the Greek god of nature, Pan.”

2.2 适应性循环(adaptive cycle)
要理解Panarchy,首先一个概念是适应性循环。

所谓的适应性循环大致可以看作某个复杂系统的一个生命周期,分为4个阶段。首先是r阶段,系统经历比较快的增长,然后进入到一个缓慢而保守的K阶段。在这期间,系统的连接度和稳定性增加,并且积累了资本。对于生态系统,如养分、生物量、物理结构,对于经济或社会系统,其积累的资本如技术、人际关系网等。这些增加的资本不仅可被本系统所适用,也可能被其它系统所使用。当进入K阶段的时候,聚集的养分和生物量越来越为系统所固持,而排斥其它竞争者对其的使用,即系统的连接度增加、控制力越来越强,而这最终导致过度连接和僵硬的控制,系统的恢复力(resilience)降低了,最后意外不可避免地将要发生。这时系统进入 Ω阶段, 此时,在某种外界的干扰下,系统将发生一种突然变化,将其逐渐积累和固持的资源释放,而系统的组织严密性也丧失了。随后系统进入α阶段,系统进行重新组织,有可能重复上一循环,也可能进入新的不同的循环。也可把适应性循环看做由两个半环组成,即r阶段和K阶段组成front roop,omiga阶段和alpha阶段组成back roop。在前半环,系统的发展基本上是确定的、可预测的,而后半环则是不确定和不可预测的,发生了一种“创造性毁灭”。

adaptive cycle

在适应性循环的描述中,有三个量来刻画系统状态变化:

1)潜力(potential):即系统可接受的改变量,它决定了系统未来的可能性范围。

2)连接度(connectedness):系统内部的控制力大小,即内部控制变量和过程的连接度,它是系统是灵活或僵化的度量,如它们对外界干扰的灵敏性。

3)适应能力(resilience):系统对于不可预测的冲击的脆弱性。

//这三个性质显然不是独立的,不过我没见到作者对其进行仔细解释。

前面那个图只用了前两个维度,若加上第三个维度,则适应性循环看起来是这个样子:

adaptive cycle

然而并非所有的复杂系统都严格遵守适应性循环的这4个阶段,其中会有一些变化(如图所示)。例如,为自组织临界理论所描述的沙堆,只经历了前半的环,这是因为沙堆作为一个物理系统太过简单了。

adaptive cycle

2.3 Panarchy (扰沌)

有了适应性循环的概念之后就可以介绍Panarchy了,简单的说,它是由适应性循环为层次而组成的一个等级系统。

书中对Panarchy介绍:

“Panarchy, a term devised to describe evolving hierarchical systems with multiple interrelated elements, offers an important new framework for understanding and resolving this dilemma. Panarchy is the structure in which systems, including those of nature (e.g., forests) and of humans (e.g., capitalism), as well as combined human-natural systems (e.g., institutions that govern natural resource use such as the Forest Service), are interlinked in continual adaptive cycles of growth, accumulation, restructuring, and renewal.”

在panarchy不同层次之间的不同阶段,会存在各种联系。其中比较关键的是两类:一类是“revolt”,一个低层次的关键变化可能会级联到高层次即较大较慢的层次,尤其是当高层次处于其K阶段,处于僵化和脆弱状态时。生态学上的一个例子是森林火灾。一般情况下一点零星小火是不会蔓延开来的,然而在某些情况下,一个局部的火星首先造成一个小范围的地面着火,然后蔓延到树冠,接着到整个斑块,再到整个区域。

另一类是“remember”,即当某一层次发生灾变后的重生过程中,其处于K阶段的上一层次会对其起很大影响作用。一个生态学的例子,森林中的一场小火过后,留下一片迹地,高层次的过程和资源减缓了养分的流失,并且提供了种子库、幸存种等“生物遗产”促进其更新。

整个Panarchy是一种复杂适应系统,其结构是通过演化而产生的。低层次的相互作用在一定时候会产生高层次的适应性循环。

创新与保守

Panarchy既是创新的,因而可以不断适应;也是保守的,因而保存了自身。低层次上的适应性循环(比较小和快)可看作是整体的某种试验,为自己储备新奇的东西。

Panarchy中的三类创新
1)背景创新(Background)
产生于边缘地带,不同层次的适应性环之间。
//显然Panarchy中的并不是完全包含型的等级,所以高等级并非完全由低等级组成。

2)增量创新(Incremental)

发生在r和k阶段,即front
loop,随着系统的成长而逐渐增加的复杂性。也有可能会增加新层次的适应性循环。

3)间断创新(Punctuated)
发生在适应性环的omiga阶段,即创造性毁灭。

3.相关资料:

书:

Gunderson, Lance H., and C.S. Holling. Panarchy: Understanding Transformations in Human and Natural Systems. ‘1st ed’. Washington: Island Press, 2002.

文章:
Holling. Understanding the Complexity of Economic,Ecological,and Social Systems.2001 Ecosystems (2001) 4: 390 – 405

Understanding the Complexity of Economic,Ecological,and Social Systems

Allen, C. R. and C. Holling 2010. Novelty, adaptive capacity, and resilience. Ecology and Society 15(3): 24.

Novelty, Adaptive Capacity, and Resilience

4.相关理论
金观涛在其《整体的哲学》中曾提出过类似的但未成体系的理论。其主要观点是:一个复杂系统为了维持自身的功能,在其运作过程中不得不耦合进一些多余的东西,想要消除它们的时候又不得不引进其它的东西。表现为系统的无组织力量不断增长,组织本身被异化,如果它没有往新的结构转变的可能的话,那就不可避免地发生老化,并最终消亡。从另一个角度看待,即组织的容量是有限的。

似乎与Stanley N. Salthe的《Evolving Hierarchical Systems》有类似,但是没看过这本书。 其它相关理论有:等级理论、自组织临界理论等。

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