l 一粒小小的种子为何能够长成红杉、雏菊、豆苗等独特的植物？

l 蚂蚁个体的行为非常机械，为何蚁群却展现出非凡的灵活性？

l 国际象棋只有二十几条规则，为何人们能不断发现新的走法？

l 机器为何能够越人类在制造它时赋予它的能力？

上述现象揭示了这样一个规律，即复杂的事物是由小而简单的事物发展而来的，而这正是涌现现象的特征。涌现现象产生的根本原因在于，事物各组成部分之间相互作用产生的复杂性，远非个体行为的叠加可以相比，也就是我们常说的“整体大于部分之和”。

“整体大于部分之和”这一特性也成为涌现研究道路上的阻碍。许多哲学家和一些科学家坚定地认为对涌现的研究不可能还原为对明确定义的机制及其相互作用的研究。他们认为，机器的能力不可能超越人类在制造它时赋予它的能力。复杂自适应系统理论提出者约翰;霍兰德借助模型和还原思想，建立了研究涌现现象的普适框架，扫清了研究道路上的障碍，推动了复杂自适应系统、机器学习、人工智能等领域的长足发展。

你可能会认为，涌现现象只出现在特定的系统中，在日常生活中并不常见。但实际上，具有涌现现象的系统随处可见且与我们息息相关，比如神经元网络系统、人体免疫系统、互联网和全球经济系统等。因此，研究涌现现象具有重要的现实意义。凭借霍兰德提出的普适理论框架，我们可以找出某些复杂现象背后的根本规律，从而更好地认识世界、开拓世界以及预测未来。

[美]约翰;霍兰德

l 涌现理论奠基人，遗传算法之父，复杂适应系统理论提出者，麦克阿瑟天才奖获得者。

l 圣塔菲研究所核心成员。曾任美国密歇根大学安娜堡分校心理学、电子工程和计算机科学教授。

l 2015年，在密歇根安娜堡去世。

霍兰德是一个非常富有想象力的人，他的想法经常出人意料，而且总是引人入胜。在复杂科学研究方面，他总是能获得新的灵感，给我们以启发。

罗伯特;梅

复杂系统先驱

混沌理论创始人之一

本书非常具有启发性。霍兰德借助棋类游戏、神经科学、物理学、音乐、文学、生态学和进化生物学等多个领域的例子，总结出人类智力探索的共同特征。

W.

斯坦福大学生物学教授

这是霍兰德z好的作品。他借助一个清晰且有洞察力的框架来分析涌现现象，并为其建立模型。

约翰;希利;布朗

美国施乐公司

前首席科学家

写一本普通读者能看懂的书

光阴荏苒，距我为非专业读者写的第一本书《隐秩序》（Hidden Order）出版，已经过去很久了。在这段时间里，我认识到写一本非专业读者能看懂的书比写一本科学专著要艰难得多。科学专著写作的核心在于简洁地论述从假设到结论的逻辑过程，没有必要进行详尽的描述，而且只要有可能，作者一般都会使用规范化的简写。而在一本为对科学感兴趣的非专业读者写的书中，则不应该有很多假设，写得过度简洁反而会对读者造成理解上的障碍。所以，在撰写科学专著时，作者们一度刻意规避的许多写作技法，如隐喻、举例和其他辅助表达思想的手段，都可以用来写作大众科普书。

若要让我在做研究和把研究成果写出来之间选择，我宁愿选择前者。在撰写《隐秩序》时，我并没有想到会这么快再次经历这个困难重重的过程。那些促成我着手撰写《隐秩序》的因素，很多是“一次性”的，因此我把事情想得太简单了。然而，在写那本书的过程中发生了许多事情，使得情况又发生了变化。

在写作的前期，我观察了很多系统和模型。我发现在其中，复杂现象都是从简单的元素中涌现出来的。很快，有关数学“不合理的效用性”的讨论不断在我的脑海中显现。我并不是怀疑数学的效用性，因为效用性和它是否“合理”是两回事。到了20世纪，数学基本上已经发展起来，而数学界所持的独特观点导致了“不合理

的效用性”。众多数学家现在强调数学是从物理世界分离出来的独立学科。从这样的观点出发，数学能够用来对宇宙进行简洁有效的描述，看起来就有点奇怪了。显然，这种观点忽略了数学的来源。这些相互交织的问题使我感到困惑：我们究竟要通过什么途径，才能用简洁的表达来阐明内涵丰富的描述和准确的预测呢？

当我意识到这些问题可以不用一大堆规范化的工具去讨论时，撰写本书的冲动就油然而生了。当向一位非专业读者解释遇到的问题以及面临的困难时，如果局限于利用某种特定的规范性工具，这些丰富的感受就很容易丧失，因此必须扩展讨论的领域和视野。就这样，我又一次进入了这个具有挑战性的领域，尽管有时它并不像做基础研究工作那样激动人心。这一工作的成果就是摆在你面前的这本书。我对自己付出的努力并不后悔，不过最终能够完成这项工作，我不免有些吃惊。

相比于《隐秩序》，《涌现》更能称得上是我的个人作品。这并不是因为这本书很少援引别人的观点，而是因为我在写作本书的过程中确实花了更多的时间来认真研究这些观点。我是以开展科学研究，特别是开展跨学科科学研究的方法，来表达自己的观点的。我并不认为这些观点是反传统的—很多有跨学科倾向的科学家都会 认同这些观点。不过，这些观点都是用我独创的术语表达出来的。此外，我还介绍了一些个人经历，它们自然令本书更具我的个人特色。

与《隐秩序》的情况相同，密歇根大学BACHA小组的其他成员审查了本书的绝大多数观点。而且，和默里;盖尔曼（Murray Gell_Mann）的谈话使我始终关注更为广泛的课题。圣塔菲研究所依然是一个令人激动的地方，它为我提供的机会和可与其他人讨论的问题，是我在其他地方都未曾遇到过的。科学发展得如此之快，正在把范围广阔的关于复杂性的新观点和新理论整合到更大的科学框架中。

每一个读过爱丽丝;富尔顿（Alice Fulton）的诗歌或散文的人都会看出她对我的强烈影响，这种影响体现在我对诗歌和科学之间关系的理解上。特别是，有关诗歌的一章很大程度上依赖于这些年来和富尔顿的谈话，虽然她在表述时可能有所保留。

丹尼尔;丹尼特（Daniel Dennett）很早就提醒过我，研究还原论的问题将会很棘手，我始终十分认真地对待这些提醒。他还是介绍我和约翰;布罗克曼（John Brockman）认识的人。

我感谢那些为这本书的出版付出了巨大努力的人。在我表达完谢意之前，还要补充两类感谢，一类是简单直接的，另一类是复杂的，恰好符合这本书的主题—复杂性。

第一类是简单的感谢。感谢薇薇安;惠勒（Vivian Wheeler）。作为一名文字编辑，她的工作能力出色，为这本书的出版付出了巨大的努力，她把那些冗长的段落改写成了简洁明快、吸引人的散文。

第二类感谢则比较复杂：如果在我的弗雷德赫城堡旁没有密歇根湖宁静悠长的地平线和瞬息万变的景色，我想这本内容广阔、思想深邃、不易表达的书是不可能和读者见面的。我的妻子莫里塔;霍兰德（Maurita Holland）是使弗雷德赫存在的一个重要因素，她给我的生活带来了很多快乐，也为本书的出版付出了很多心血。她多次阅读了本书不同阶段的草稿。我不知道她通过什么方法保持鲜明的观点并向我提出清晰的建议。不过，她确实是促使我将科学呈现在更多读者面前的一个巨大动力。我很庆幸此生能有这样一个伴侣！