斯蒂芬·霍金说：“在我看来，下一世纪将是复杂性的世纪。”

蚂蚁在组成群体时为何会表现出如此的精密性和具有目的性？数以亿计的神经元是如何产生出像意识这样极度复杂的事物？是什么在引导免疫系统、互联网、全球经济和人类基因组等自组织结构？这些都是复杂系统科学尝试回答的迷人而令人费解的问题的一部分。

理解复杂系统需要有全新的方法.需要超越传统的科学还原论，并重新划定学科的疆域。借助于圣塔菲研究所的工作经历和交叉学科方法，复杂系统的前沿科学家米歇尔以清晰的思路介绍了复杂系统的研究，横跨生物、技术和社会学等领域，并探寻复杂系统的普遍规律，与此同时，她还探讨了复杂性与进化、人工智能、计算、遗传、信息处理等领域的关系。

◎ 米歇尔深入浅出地介绍了复杂系统的基本概念，完美地揭示了来自计算的关键思想是如何统一看似无关的现象。——西蒙·莱文（simon A Levin）

◎ 这本书终出观了！多年来人们一直不断问我，他们应该到哪里学习复杂性理论的基础。现在我有答案了：读米歇尔的书。它思路清晰、通俗易懂，无论是对于支持者还是反对者，它都观点中立。她是工作在前沿的科学家，同时又是一流的阐释者。《复杂》一书是了解这个让人兴奋的领域的*途径。——史蒂文·斯托加茨（Steven wtrogaz），康尔大学应用数学讲座教授，《同步》（Sync）的作者

◎ 米歇尔的著作介绍了重要的复杂性研究，详细阐释了对从许多复杂系统中涌现出的共性的研究，可读性极强，范围涵盖混沌、信息论、计算、进化、遗传学、社会学到生命本身。《复杂》一书显然是这个领域*好的通识读本。——马克·佩格尔（Mark Pagel），英国雷丁大学（Reading University）生物学教授圣塔菲研究所客座教授

◎ 米歇尔以一种深入浅出的方式带我们领略了内涵广泛的复杂性科学。从混沌理论到元胞自动机再到网络，米歇尔活泼而富有思想的笔调既让人愉悦，又发人深省。——邓肯·沃茨（Duncan watts），雅虎研究院基础研究科学家，康奈尔夫学社会学教授

梅拉妮·米歇尔（Melanie Mitchell），研究复杂系统的前沿科学家，美国波特兰州立大学计算机科学教授，圣塔菲研究所客座教授。

译者

唐璐，博士，毕业于中国科学院数学与系统科学研究院，现任教于湖南大学。

前言

致谢

第一部分 背景和历史 

第1章 复杂性是什么

昆虫群落

大脑

免疫系统

经济

万维网

复杂系统的共性

如何度量复杂性

第2章 动力学、混沌和预测

动力系统理论的起源

对预测的重新认识

线性兔子和非线性兔子

逻辑斯蒂映射

混沌的共性

混沌思想带来的革命

第3章 信息

信息是什么

能量、功、熵

麦克斯韦妖

统计力学提要

微观态与宏观态

香农信息

第4章 计算

什么是计算？什么可以计算

希尔伯特问题和哥德尔定理

图灵机和不可计算性

定义为图灵机的明确程序

通用图灵机

图灵对判定问题的解决

哥德尔和图灵的命运

第5章 进化

达尔文之前的进化观念

达尔文理论的起源

孟德尔和遗传律

现代综合

对现代综合的挑战

第6章 遗传学概要

第7章 度量复杂性

用大小度量复杂性

用熵度量复杂性

用算法信息量度量复杂性

用逻辑深度度量复杂性

用热力学深度度量复杂性

用计算能力度量复杂性

统计复杂性

用分形维度量复杂性

用层次性度量复杂性

第二部分 计算机中的生命和进化 

第8章 自我复制的计算机程序

生命是什么

计算机中的自我复制

自我复制程序的深层意义

DNA的自我复制

冯·诺依曼的自复制自动机

冯·诺依曼

第9章 遗传算法

遗传算法菜谱

遗传算法的应用

进化的罗比，易拉罐清扫机器人

GA演化的策略是如何解决这个问题的

GA是如何演化出好的技巧的

第三部分 大写的计算 

第10章 元胞自动机、生命和宇宙

自然界中的计算

元胞自动机

生命游戏

四类元胞机

沃尔夫勒姆的“新科学”

第11章 粒子计算

第12章 生命系统中的信息处理

什么是信息处理

免疫系统

蚁群

生物代谢

这些系统中的信息处理

第13章 如何进行类比(如果你是计算机)

容易的事很难

进行类比

我对类比的认识经历

简化的类比

模仿者

如何做到

模仿者程序

运行模仿者

总结

第14章 计算机模型

模型是什么

理想模型

对合作的进化进行模拟

建模的好处

计算机建模注意事项

第四部分 网络 

第15章 网络科学

小世界

网络新科学

什么是网络思维

到底什么是“网络”

小世界网络

无尺度网络

网络稳健性

第16章 真实世界中的网络

真实世界中的网络

网络思想的意义

无尺度网络是如何产生的

幂律以及对其的质疑

网络中的信息传播和连锁失效

第17章 比例之谜

生物学中的比例缩放

一次跨学科合作

幂律与分形

代谢比例理论

理论的应用

争议

幂律的未解之谜

第18章 进化，复杂化

遗传，复杂化

基因是什么

进化发育生物学

基因调控和考夫曼的“秩序的起源”

对考夫曼的研究的反响

总结

第五部分 尾声 

第19章 复杂性科学的过去和未来

统一理论和一般性原理

复杂系统研究的根源

五个问题

复杂性的未来，等待卡诺

附录 访谈——梅拉妮·米歇尔谈复杂性

参考文献