計(jì)算機(jī)模擬方法的哲學(xué)分析*

齊磊磊

人類(lèi)社會(huì)系統(tǒng)“起源于人的自我意識(shí)”，是人的“目的意向性活動(dòng)的結(jié)果”。①Peter Checkland, Systems Thinking, Systems Practice, Chichester: John Wiley & Sons Ltd, 1981, pp.115-121.這樣的以人為活動(dòng)主體的社會(huì)系統(tǒng)相對(duì)于自然系統(tǒng)更為復(fù)雜，難以用傳統(tǒng)的還原方法進(jìn)行分析。社會(huì)學(xué)家曾經(jīng)使用統(tǒng)計(jì)方法和基于方程的動(dòng)力學(xué)方法為主要的研究方法，但卻因?yàn)槠浯嬖谥艽蟮木窒扌远贿吘壔?。比如說(shuō)統(tǒng)計(jì)方法是靜態(tài)的，而人類(lèi)社會(huì)系統(tǒng)卻是動(dòng)態(tài)的；統(tǒng)計(jì)方法忽略了人們之間的個(gè)體差異，而這恰恰是體現(xiàn)社會(huì)系統(tǒng)獨(dú)特性的一些重要因素?；谖⒎址匠痰纳鐣?huì)動(dòng)力學(xué)方法雖然顯示了社會(huì)狀態(tài)的演化過(guò)程，但卻只有在系統(tǒng)元素間的相互作用關(guān)系呈現(xiàn)簡(jiǎn)單性時(shí)才能使用，涉及的變量稍微多幾個(gè)就難以解出其解析解；而且微分方程的主要著眼點(diǎn)還是集中在社會(huì)單個(gè)主體的微觀行為，缺少對(duì)各種人類(lèi)活動(dòng)系統(tǒng)的宏觀行為進(jìn)行規(guī)律性的描述。計(jì)算機(jī)模擬方法正是在這樣的情況下出現(xiàn)并引起研究者們的重視的。近一二十年，計(jì)算機(jī)模擬方法在復(fù)雜系統(tǒng)科學(xué)研究中的作用日益突顯，哲學(xué)的生命力源于對(duì)新事物做出積極的響應(yīng)，并進(jìn)行批判性的反思。方法論是哲學(xué)的一個(gè)基本組成部分，處在方法的元層次。方法論一詞恰當(dāng)?shù)卣f(shuō)就是“方法的邏各斯”（the logos of method），即方法的原理，是方法論的使用者，在特殊情況下選出來(lái)做特別事物所采用的特別進(jìn)路的形式導(dǎo)向“方法”。因此，本文首先從方法論的角度對(duì)計(jì)算機(jī)模擬方法進(jìn)行分析。

一、計(jì)算機(jī)模擬的方法論

計(jì)算機(jī)模擬（computer simulation），在系統(tǒng)工程中習(xí)慣稱(chēng)為計(jì)算機(jī)仿真，每一個(gè)計(jì)算機(jī)模擬過(guò)程的理論基礎(chǔ)都是一套可以運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序。通常，程序員根據(jù)計(jì)算機(jī)自身的運(yùn)行特點(diǎn)、被研究對(duì)象的行為以及想要得到的結(jié)果進(jìn)行綜合考慮，選取不同的程序語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)，最終生成再現(xiàn)研究對(duì)象動(dòng)態(tài)過(guò)程的計(jì)算機(jī)程序。顯然，計(jì)算機(jī)模擬方法旨在設(shè)計(jì)一套程序以達(dá)到與研究對(duì)象同樣的功能，而不關(guān)心兩者之間的結(jié)構(gòu)是否一致或類(lèi)似。從方法論的劃分上說(shuō)，計(jì)算機(jī)模擬方法實(shí)際上是一種功能模擬方法而不是結(jié)構(gòu)模擬方法。所謂功能模擬方法，指的是在無(wú)需清楚或不必了解研究對(duì)象內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下，僅僅以功能相似為目標(biāo)編寫(xiě)計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序，再現(xiàn)研究對(duì)象功能的一種模擬方法。而所謂結(jié)構(gòu)模擬方法，指的是為了實(shí)現(xiàn)某種功能，建立模型來(lái)模擬研究對(duì)象的結(jié)構(gòu)，有時(shí)也會(huì)利用某種技術(shù)手段或裝置復(fù)制、再現(xiàn)研究系統(tǒng)的形成結(jié)構(gòu)，以便實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的特有功能。

計(jì)算機(jī)模擬方法實(shí)現(xiàn)的途徑是運(yùn)行某種功能程序。由于計(jì)算機(jī)本身是離散系統(tǒng)，運(yùn)行其中的程序軟件在時(shí)間上也是離散的，即計(jì)算機(jī)模擬方法的迭代過(guò)程雖然可視化并可以像軍訓(xùn)中的“一步一動(dòng)”進(jìn)行分解，但在嚴(yán)格意義上，整個(gè)模擬的過(guò)程還是表現(xiàn)為以功能模擬方法為特征的一個(gè)黑箱。也就是說(shuō)，雖然計(jì)算機(jī)程序在實(shí)際運(yùn)行中可以被還原為一個(gè)時(shí)步疊加一個(gè)時(shí)步，但由于被模擬的對(duì)象之間是非線性的，若干個(gè)時(shí)步疊加起來(lái)最終生成的結(jié)果卻是整體突現(xiàn)性的。因此，計(jì)算機(jī)模擬又是一種典型的整體性的研究方法。也正是從這個(gè)意義上說(shuō)，計(jì)算機(jī)模擬方法適用于研究子系統(tǒng)之間具有非線性關(guān)系、子系統(tǒng)局域相互作用之和不等于系統(tǒng)整體行為的那些系統(tǒng)，即復(fù)雜系統(tǒng)，或者更進(jìn)一步地說(shuō)是復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)。

任何事物的出現(xiàn)都存在著必然性，計(jì)算機(jī)模擬方法恰恰是遇到了復(fù)雜（適應(yīng)）系統(tǒng)才有大展身手的機(jī)會(huì)，才真正體現(xiàn)了這種方法的價(jià)值所在。如劍橋大學(xué)的數(shù)學(xué)家約翰·康威（John Conway）用計(jì)算機(jī)模擬出“生命有機(jī)體”的突現(xiàn)，顯示了一系列復(fù)雜的行為。這種方法不但解決了生命繁殖的模擬問(wèn)題，而且從某些初始構(gòu)型中創(chuàng)造出許多“生命形式”。其中有一種生命形式叫做“滑翔機(jī)”（glider），它們組合起來(lái)，可以實(shí)現(xiàn)各種邏輯電路，可以達(dá)到通用圖靈機(jī)的功能；被譽(yù)為“人工生命”之父的克里斯·朗頓（Christopher Langton）放棄了計(jì)算的通用性，提出了只使用8種狀態(tài)、能夠進(jìn)行自我復(fù)制且具有簡(jiǎn)單規(guī)則的元胞自動(dòng)機(jī)理論。①一種被廣泛使用的計(jì)算機(jī)模擬方法。隨后他創(chuàng)造了一個(gè)能模擬自繁殖元胞自動(dòng)機(jī)的計(jì)算機(jī)程序，并規(guī)定了它的轉(zhuǎn)換函數(shù)和繁殖或死亡的規(guī)則，通過(guò)選擇控制參量，它可以模擬出進(jìn)化中的自繁殖系統(tǒng)。朗頓的這個(gè)自繁殖的結(jié)果是對(duì)生命繁殖進(jìn)化的一種真實(shí)的模擬。在此基礎(chǔ)上，朗頓于1986年開(kāi)啟了“人工生命”的大門(mén)；還有計(jì)算機(jī)專(zhuān)家克雷格·雷諾茲（C. Reynolds）用計(jì)算機(jī)模擬出動(dòng)物群體運(yùn)動(dòng)的群伴（boids）；為了解人類(lèi)社會(huì)中合作與競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系，對(duì)“囚徒困境”的計(jì)算機(jī)模擬以及模擬森林火勢(shì)的蔓延、對(duì)腫瘤細(xì)胞的增長(zhǎng)機(jī)理和過(guò)程的模擬、模擬結(jié)晶的過(guò)程、對(duì)氣體行為進(jìn)行模擬、根據(jù)伊辛（Ising）模型來(lái)研究鐵磁性以及模擬某個(gè)城市的發(fā)展等等。

計(jì)算機(jī)模擬方法已經(jīng)涉及社會(huì)科學(xué)和自然科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，這種模擬方法不僅解決了科學(xué)實(shí)踐中的問(wèn)題，也豐富和推動(dòng)了復(fù)雜系統(tǒng)科學(xué)哲學(xué)的大發(fā)展。早期英國(guó)突現(xiàn)主義者認(rèn)為復(fù)雜系統(tǒng)中的突現(xiàn)現(xiàn)象是不可解釋的，但計(jì)算機(jī)模擬方法卻用豐富多彩的運(yùn)行結(jié)果再現(xiàn)了復(fù)雜系統(tǒng)從簡(jiǎn)單元素與簡(jiǎn)單規(guī)則的相互作用中，經(jīng)過(guò)空間的聚合與時(shí)代的迭代，生成預(yù)想不到的、新穎的現(xiàn)象。這使復(fù)雜系統(tǒng)哲學(xué)向前邁進(jìn)了一大步，解決了一個(gè)曠日持久的大問(wèn)題，即計(jì)算機(jī)模擬方法通過(guò)程序與算法闡釋了突現(xiàn)的過(guò)程和突現(xiàn)的機(jī)理：這個(gè)突現(xiàn)的過(guò)程 “是一個(gè)由低階元素，經(jīng)過(guò)相互作用和與環(huán)境相互作用通過(guò)自組織而形成S2的運(yùn)算子。在本體論上，這是一個(gè)跨層次的演化過(guò)程，在認(rèn)識(shí)論或計(jì)算機(jī)模擬中，它是一個(gè)導(dǎo)致突現(xiàn)和新層級(jí)形式的迭代更新函數(shù)?！雹邶R磊磊、張華夏：《論系統(tǒng)突現(xiàn)的概念》，《系統(tǒng)科學(xué)學(xué)報(bào)》2009年第3期。細(xì)分起來(lái)，計(jì)算機(jī)模擬方法對(duì)于科學(xué)研究，尤其是復(fù)雜系統(tǒng)科學(xué)而言，一方面說(shuō)明了以往我們懷著虔誠(chéng)的心來(lái)看待的突現(xiàn)現(xiàn)象是可以解釋的，“突現(xiàn)性質(zhì)不但必須承認(rèn)，而且是完全可以模擬導(dǎo)出的，并且是部分地可預(yù)言、可解釋的。這是一種無(wú)情的計(jì)算機(jī)模擬的邏輯結(jié)論，它迫使我們不但承認(rèn)它，而且承認(rèn)它所導(dǎo)出的有關(guān)復(fù)雜系統(tǒng)突現(xiàn)的機(jī)理：如果我們具備了高層次的觀察函數(shù)O2()，便可以從低層次組成元素(Si)以及簡(jiǎn)單的規(guī)則(Iij)中模擬地推出突現(xiàn)現(xiàn)象?！绷硪环矫孀C明了突現(xiàn)現(xiàn)象是可以推出的，“（1）它不是分析地或解析地被演繹推出的，而是綜合地或基于主體地被模擬推出的；（2）它是一種部分還原的推出，而不是全還原的推出?！雹冽R磊磊：《論系統(tǒng)突現(xiàn)的模擬可推導(dǎo)性及其性質(zhì)與條件》，《系統(tǒng)科學(xué)學(xué)報(bào)》2013年第1期。

二、由計(jì)算機(jī)模擬方法引起的對(duì)三個(gè)哲學(xué)問(wèn)題的思考

結(jié)合上面提及的計(jì)算機(jī)模擬的實(shí)例，這里需要討論三個(gè)問(wèn)題。

第一個(gè)問(wèn)題：對(duì)于這些大家公認(rèn)的進(jìn)化的復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)，典型特征是自組織，也就是子系統(tǒng)或組成元素之間的非線性相互作用是自發(fā)形成的，如果用計(jì)算機(jī)模擬方法進(jìn)行研究時(shí)，程序員是否在整個(gè)模擬過(guò)程中扮演著中央控制的角色？他們?cè)趯?xiě)模擬程序的同時(shí)是否打破了這種自組織的過(guò)程？ 按照這種思路，如果回答是肯定的，那就意味著計(jì)算機(jī)模擬方法除了存在“結(jié)果的有效性確認(rèn)”（下文會(huì)專(zhuān)門(mén)討論這個(gè)問(wèn)題）這個(gè)缺點(diǎn)之外，這種模擬方法本身也有“先天缺陷”，即計(jì)算機(jī)模擬方法的邏輯路徑是中央控制機(jī)制，是他組織的。復(fù)雜系統(tǒng)卻是自組織的，兩者之間是否具有不可協(xié)調(diào)的矛盾？我們?cè)囍鴱南到y(tǒng)科學(xué)哲學(xué)的“層次”概念來(lái)回答這個(gè)問(wèn)題。

系統(tǒng)哲學(xué)家邦格（M. Bunge）認(rèn)為系統(tǒng)是分層次的，1979年他出版的《哲學(xué)全書(shū)》（Treatise on Basic Philosophy）第4卷中，最先將層次概念引進(jìn)對(duì)系統(tǒng)的描述中。貝斯（N. A. Bass）彌補(bǔ)了邦格定義的部分缺點(diǎn)：“將觀察機(jī)制或觀察函數(shù)O放進(jìn)系統(tǒng)的定義中，必須有O2才能識(shí)別S2的性質(zhì)……同理必須有O1才能識(shí)別S1與 ?！雹邶R磊磊、張華夏：《論系統(tǒng)突現(xiàn)的概念》，《系統(tǒng)科學(xué)學(xué)報(bào)》2009年第3期。這是1994年貝斯發(fā)明的系統(tǒng)定義，“這個(gè)定義的關(guān)鍵點(diǎn)就是最一般意義上的觀察者的概念”。③Nils A. Baas, Claus Emmeche,“On Emergence and Explanation”，Intellectica, 1997/2, no.25, p.68.獲得諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)的西蒙也是系統(tǒng)層次概念的倡導(dǎo)人，他專(zhuān)門(mén)用一個(gè)表匠寓言來(lái)論證系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)的必要性，同時(shí)用“近可分解系統(tǒng)”說(shuō)明層次或?qū)蛹?jí)結(jié)構(gòu)在生物的進(jìn)化中不但起到穩(wěn)定性的作用，也更容易被自然選擇。通過(guò)對(duì)復(fù)雜行為的分析，西蒙最后得出結(jié)論：“如果世界上存在這樣的一些重要系統(tǒng)，它們是復(fù)雜的但不是分層的，那么也許在相當(dāng)大的程度上，我們就無(wú)法觀察和理解它們了?！雹躘美]司馬賀：《人工科學(xué)：復(fù)雜性面面觀》，武夷山譯，上海：上海科技教育出版社，2004年，第192頁(yè)。

既然任何系統(tǒng)都是分層次的，計(jì)算機(jī)模擬過(guò)程也是一個(gè)系統(tǒng)。在較低的層次，分布著計(jì)算機(jī)建模所需要的各種數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)的來(lái)源不同可能會(huì)再分為多個(gè)層次，比如原始數(shù)據(jù)處在最底層，由原始數(shù)據(jù)推出的二手?jǐn)?shù)據(jù)處于次底層等等；在較高的層次，程序員根據(jù)已有數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬程序的編寫(xiě)，他們?nèi)绻怯梢粋€(gè)團(tuán)隊(duì)組成的，這本身就占據(jù)了一個(gè)層次；程序員在與這些可運(yùn)行的程序交互之間，比如說(shuō)編寫(xiě)、修改、調(diào)試等過(guò)程中雖然處于一個(gè)中央控制的地位，但這只是以本層次的觀察者角度或用本層次的觀察函數(shù)為出發(fā)點(diǎn)形成的機(jī)制；按照科學(xué)哲學(xué)家?guī)於鳛榇淼臍v史主義學(xué)派的理論：由于文化背景與個(gè)人的性格不同會(huì)對(duì)同一個(gè)事物產(chǎn)生不同的見(jiàn)解，同樣程序員也會(huì)因來(lái)自不同的文化問(wèn)題情景而導(dǎo)致他們?cè)O(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)模擬時(shí)產(chǎn)生不同的影響；從相對(duì)再高的層次來(lái)看，程序員作為相對(duì)較低層次的一個(gè)組成部分，實(shí)際上就像一般的復(fù)雜適應(yīng)主體一樣，根據(jù)其他主體（比如他們編寫(xiě)好的運(yùn)行程序）的變化而進(jìn)行程序上的設(shè)計(jì)與改變，他們與運(yùn)行的程序形成一個(gè)新的整體處于整個(gè)計(jì)算機(jī)模擬方法中的最高層次，這個(gè)整體顯然也是一個(gè)自組織的系統(tǒng)。因此，第一個(gè)問(wèn)題在系統(tǒng)層次觀念的幫助下得以消解。

第二個(gè)問(wèn)題：計(jì)算機(jī)模擬方法是一個(gè)“軟系統(tǒng)方法”還是一個(gè)“硬系統(tǒng)方法”？回答這個(gè)問(wèn)題之前先明確幾個(gè)基本的概念。所謂硬系統(tǒng)方法，實(shí)際上就是通常所說(shuō)的系統(tǒng)工程中的研究方法，它是為了強(qiáng)調(diào)不同于軟系統(tǒng)方法而提出的一個(gè)術(shù)語(yǔ)。在運(yùn)籌學(xué)知識(shí)背景下，為了達(dá)到明確的目標(biāo)而進(jìn)行定義問(wèn)題、系統(tǒng)分析、找最優(yōu)解并最終解決問(wèn)題這種單向度實(shí)施的系統(tǒng)工程所使用的方法，其研究對(duì)象被假定為是客觀存在的自然系統(tǒng)或工程技術(shù)系統(tǒng)。軟系統(tǒng)方法（Soft System Method, 簡(jiǎn)稱(chēng)SSM）是由系統(tǒng)論專(zhuān)家切克蘭德提出的一套全新的觀念：“討論的是‘問(wèn)題情景’而不是‘問(wèn)題’，是‘不安感’而不是‘目標(biāo)’，是情景的‘改進(jìn)’而不是問(wèn)題的‘解決’，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是個(gè)人的‘成功有效’而不是‘客觀相符’?！雹賉英] P ?切克蘭德：《系統(tǒng)論的思想與實(shí)踐》，左曉斯、史然譯，張華夏校，北京：華夏出版社，1990年，第4頁(yè)。軟系統(tǒng)方法的主要特征是：在面對(duì)各種問(wèn)題時(shí)，將問(wèn)題情境和多樣性模型背后的社會(huì)規(guī)則性的影響以及社會(huì)文化都考慮進(jìn)來(lái)，把人類(lèi)的行為看做是一個(gè)循環(huán)往復(fù)的學(xué)習(xí)過(guò)程。因此，軟系統(tǒng)方法是研究社會(huì)科學(xué)哲學(xué)的一個(gè)嶄新的范式：學(xué)習(xí)范式。

現(xiàn)在試著從兩個(gè)方面討論第二個(gè)問(wèn)題：首先從歷史的角度，計(jì)算機(jī)模擬方法首次被大規(guī)模使用出現(xiàn)于二戰(zhàn)時(shí)期的曼哈頓計(jì)劃中，由于核爆炸的巨大破壞力、核試驗(yàn)的高額成本以及反應(yīng)堆中原子核數(shù)量繁多而且關(guān)系復(fù)雜，計(jì)算機(jī)模擬使用蒙特卡羅（Monte Carlo）算法對(duì)核爆炸過(guò)程進(jìn)行模擬，這是一個(gè)硬系統(tǒng)工程的典型案例。其次從計(jì)算機(jī)模擬方法的操作過(guò)程來(lái)講，計(jì)算機(jī)模擬是一種面向?qū)ο?、基于過(guò)程的模擬方法，雖然不像微分方程是一種完全確定性的，但實(shí)現(xiàn)模擬迭代的計(jì)算機(jī)程序卻是預(yù)先設(shè)計(jì)的。其運(yùn)行結(jié)果雖然是非模擬不可預(yù)測(cè)，但由于人類(lèi)認(rèn)識(shí)的局限性及建模數(shù)據(jù)的不全面，大多數(shù)計(jì)算機(jī)模擬生成的結(jié)果仍帶有濃烈的功能主義色彩，或者說(shuō)是生成結(jié)果在某種程度上還是具有一定的確定性的。我們不妨將其稱(chēng)為“弱確定性”或者“弱的硬系統(tǒng)方法”。因?yàn)檫@種“確定性”或者“硬系統(tǒng)工程”是相對(duì)運(yùn)籌學(xué)中的系統(tǒng)工程而言。為了改變計(jì)算機(jī)模擬方法中存在的“硬”的過(guò)程或結(jié)果，在對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)模擬的一些實(shí)際案例中會(huì)相應(yīng)地加入遺傳算法，引入隨機(jī)變量，以便更貼近現(xiàn)實(shí)中復(fù)雜多變的適應(yīng)系統(tǒng)。這樣做的目的在于將計(jì)算機(jī)模擬這種“弱的硬系統(tǒng)方法”轉(zhuǎn)向“軟系統(tǒng)方法”，以便更好地研究社會(huì)科學(xué)中的復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)題。當(dāng)然，在面對(duì)復(fù)雜社會(huì)系統(tǒng)時(shí)，僅僅加入遺傳算法，引入隨機(jī)變量仍有很大的局限性，還需要對(duì)計(jì)算機(jī)模擬方法實(shí)行改進(jìn)，讓其成為真正的“軟系統(tǒng)方法”。比如說(shuō)，可以將英國(guó)系統(tǒng)科學(xué)家拉爾夫·D·斯達(dá)西（Ralph D. Stacey）提出的復(fù)雜應(yīng)答過(guò)程（Complex Responsive Processes，簡(jiǎn)稱(chēng)CRP）理論引進(jìn)過(guò)來(lái)。CRP理論是當(dāng)代第一個(gè)比較全面地研究社會(huì)系統(tǒng)的復(fù)雜性理論，關(guān)注的是人們之間相互作用的迭代模式化過(guò)程，或迭代生成過(guò)程。通過(guò)研究人們采用姿態(tài)、語(yǔ)言以及其他符號(hào)的交談形式所進(jìn)行的相互作用，將關(guān)注點(diǎn)集中到人與人之間相互作用的應(yīng)答過(guò)程中來(lái)，以便尋找人類(lèi)的行為規(guī)律。

第三個(gè)問(wèn)題，在我們主張用計(jì)算機(jī)模擬復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)，由于計(jì)算機(jī)的邏輯基礎(chǔ)是一個(gè)離散的系統(tǒng)，這實(shí)際上已經(jīng)預(yù)設(shè)了被模擬的系統(tǒng)是可計(jì)算的，可表示為算法和程序的。那么，支持這種做法的理論根據(jù)是什么？世界是可計(jì)算的嗎？ 通常我們認(rèn)為計(jì)算似乎僅僅是人或由人所創(chuàng)造的各種計(jì)算機(jī)器所做的種種數(shù)值運(yùn)算，或者至多是看做對(duì)符號(hào)進(jìn)行形式的操作，這個(gè)原本屬于數(shù)學(xué)領(lǐng)域的概念怎么可能在計(jì)算機(jī)模擬的推動(dòng)下上升為一種新的哲學(xué)范疇，成為計(jì)算主義倡導(dǎo)者主張的“實(shí)在世界中一切事物的基本存在方式”呢？

要回答第三個(gè)問(wèn)題以及由此引發(fā)的其他幾個(gè)小問(wèn)題，首先回顧一下計(jì)算機(jī)的邏輯體系。計(jì)算機(jī)是邏輯與工程的復(fù)雜混合體，遞歸論與可計(jì)算理論導(dǎo)致計(jì)算機(jī)科學(xué)的誕生，電子計(jì)算機(jī)所引發(fā)的“計(jì)算革命”打破了使用紙筆研究的局限性，同時(shí)計(jì)算概念的內(nèi)涵發(fā)生了根本的改變，外延也大大地得到擴(kuò)展，但計(jì)算或算法的概念仍是探討計(jì)算主義是否合理的理論基礎(chǔ)，②算法是一個(gè)與計(jì)算具有同等地位和意義的基本概念，一般認(rèn)為它是求解某類(lèi)問(wèn)題的通用法則或方法，或者說(shuō)是一系列計(jì)算規(guī)則或程序，即符號(hào)串變換的規(guī)則。丘奇—圖靈論題也仍是計(jì)算主義的基本工作假說(shuō)。尤其需要說(shuō)明的是，凡是斷定人工生命、人工智能和虛擬實(shí)在（或現(xiàn)實(shí)）技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)的人，都自覺(jué)不自覺(jué)地預(yù)設(shè)了物理的丘奇—圖靈原理是正確的。在使用計(jì)算機(jī)模擬方法時(shí)無(wú)疑是將被模擬對(duì)象看做是可計(jì)算的、可用程序或算法表達(dá)的，這樣的思路雖然不像 “萬(wàn)物皆數(shù)”的理念那么極端，但仍然使人們走向“計(jì)算主義”。

有人傾向于把計(jì)算主義理解為“實(shí)在的本質(zhì)是計(jì)算”這樣一種哲學(xué)主張，認(rèn)為從物理世界、生命過(guò)程直到人的心智，甚至整個(gè)宇宙都是算法可計(jì)算的，或者說(shuō)完全是由算法支配的；也有人從認(rèn)識(shí)論、方法論的角度出發(fā)，認(rèn)為它是一個(gè)普適的哲學(xué)概念，把“計(jì)算”當(dāng)做是人們認(rèn)識(shí)事物、研究問(wèn)題的一種新視角、新觀念和新方法，把各種現(xiàn)象或過(guò)程看成是算法復(fù)雜性的表現(xiàn)，而不是說(shuō)現(xiàn)實(shí)世界真的可以由計(jì)算機(jī)算法來(lái)控制。在具體討論時(shí)，我們通常將前者的觀點(diǎn)認(rèn)為是一種強(qiáng)的具有本體論意義的計(jì)算主義，而將后者看做是方法論和認(rèn)識(shí)論意義上的計(jì)算主義。盡管有不同意義上的區(qū)分，計(jì)算主義所帶來(lái)的觀念和方法確實(shí)已經(jīng)改變了我們看待世界的視角，促使我們思考關(guān)于實(shí)在的本質(zhì)，并日益形成一股轉(zhuǎn)換我們思維方式的思潮。比如用計(jì)算機(jī)模擬方法建立的人工生命，雖然沒(méi)有考慮現(xiàn)實(shí)的以碳為基礎(chǔ)的生命的運(yùn)作問(wèn)題，但它一開(kāi)始就從計(jì)算的視角來(lái)思考生命的本質(zhì)問(wèn)題。人工生命把生命的本質(zhì)看做是一種形式，這種形式可以通過(guò)程序或算法表現(xiàn)出來(lái)。所以，在人工生命學(xué)家看來(lái)，生命的本質(zhì)實(shí)際上就是一種算法。這種算法的運(yùn)行就表現(xiàn)出生命。事實(shí)上，人工生命的大部分研究都是通過(guò)計(jì)算機(jī)編程的方法來(lái)揭示生命的本質(zhì)的。①李建會(huì)：《走向計(jì)算主義》，北京：中國(guó)書(shū)籍出版社，2004年，第204-211頁(yè)。

隨著計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，強(qiáng)計(jì)算主義者認(rèn)為，不僅僅是人的心智或認(rèn)知以及生命具有計(jì)算的特征，而且整個(gè)世界事實(shí)上就是一個(gè)計(jì)算系統(tǒng)。也就是說(shuō)，一旦從計(jì)算的視角審視世界，就會(huì)逐步形成一種新的世界觀，即認(rèn)為整個(gè)宇宙是由算法和規(guī)則組成的，在這些算法和規(guī)則的支配下，宇宙發(fā)生了演化。事實(shí)上，這種對(duì)計(jì)算主義的思考滲透至整個(gè)世界的思想，最重要的來(lái)源是近年來(lái)在計(jì)算機(jī)模擬方法中獨(dú)樹(shù)一幟的元胞自動(dòng)機(jī)的研究。在康威證明了特定配置的元胞自動(dòng)機(jī)可以與圖靈機(jī)等價(jià)時(shí)，就有人開(kāi)始把整個(gè)宇宙看做是計(jì)算機(jī)，因?yàn)樘囟ㄅ渲玫脑詣?dòng)機(jī)在原則上能模擬任何真實(shí)的過(guò)程。

強(qiáng)計(jì)算主義的代表人物沃爾弗拉姆（S. Wolfram）在使用計(jì)算機(jī)模擬時(shí)說(shuō)：“我采用一個(gè)簡(jiǎn)單的程序，然后讓其系統(tǒng)地運(yùn)行，看看它的行為如何”。②S. Wolfram, A New Kind of Science, Champaign: Wolfram Media, Inc. 2002, p.2.結(jié)果就是：即使是非常簡(jiǎn)單的規(guī)則，但運(yùn)行程序的行為并不一定簡(jiǎn)單，甚至某些最簡(jiǎn)單的程序也能產(chǎn)生與任何其他東西一樣復(fù)雜的行為。接下來(lái)，他從新的視角對(duì)物理學(xué)、生物學(xué)、認(rèn)知科學(xué)和社會(huì)科學(xué)中相似的大量基本問(wèn)題進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)的研究，發(fā)現(xiàn)一些具有普適性的規(guī)則與系統(tǒng)的細(xì)節(jié)無(wú)關(guān)，表明在自然界中存在著普遍的原理，即計(jì)算等價(jià)原理。根據(jù)這條原理，看上去并不簡(jiǎn)單的任何系統(tǒng)在計(jì)算復(fù)雜性上是等價(jià)的。

由此，沃爾弗拉姆提出，宇宙很可能就是由一組簡(jiǎn)單而又確定的規(guī)則所支配的計(jì)算機(jī)，而它的演化在計(jì)算上是不可歸約或不可還原的（irreducible），除非我們追隨著它的演化過(guò)程，否則將無(wú)法預(yù)先確定其所呈現(xiàn)的行為。關(guān)于他的這些思想，他在《一類(lèi)新科學(xué)》（A New Kind of Science）這本巨著中進(jìn)行了歸納：“我相信，‘一切皆為計(jì)算’將成為科學(xué)中一個(gè)富有成效的新方向的基礎(chǔ)?！雹跾. Wolfram, A New Kind of Science, Champaign: Wolfram Media, Inc. 2002, p.1125.

因此，當(dāng)我們說(shuō)復(fù)雜系統(tǒng)的基本問(wèn)題可以用計(jì)算機(jī)程序加以表述，但并不意味著一切復(fù)雜系統(tǒng)的問(wèn)題都是可計(jì)算的。我們不否認(rèn)人類(lèi)在找尋復(fù)雜系統(tǒng)的算法規(guī)則上還有很長(zhǎng)的路要走；也不否認(rèn)在模擬人類(lèi)自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)和與環(huán)境作用能力上的局限性。同樣，我們承認(rèn)不可計(jì)算性的存在；承認(rèn)“可計(jì)算的世界僅僅是我們所能精確理解的世界的一小部分，世界恐怕是我們的算法概念所不能窮盡的。至少，某些量子過(guò)程和一些具有高度復(fù)雜性的物理系統(tǒng)是不能由算法產(chǎn)生的?！雹軇粤Γ骸队?jì)算主義質(zhì)疑》，《哲學(xué)研究》2003年第4期。我們的目的在于，在常規(guī)數(shù)學(xué)方法對(duì)許多問(wèn)題的解決實(shí)際上已經(jīng)無(wú)效的情況下，采用一種計(jì)算的理念和方法，將其轉(zhuǎn)化為一種可模擬的狀態(tài)，借用計(jì)算機(jī)這種新工具來(lái)為研究這些復(fù)雜的系統(tǒng)尋找新出路。

誠(chéng)如我們所感受到的，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及計(jì)算和算法的觀念正潛移默化地改變著我們的思維，產(chǎn)生了所謂的計(jì)算主義新思潮。使用計(jì)算機(jī)模擬方法做為研究復(fù)雜系統(tǒng)的一種工具、一種途徑，可以說(shuō)是這一思潮下的產(chǎn)物，但從整體上說(shuō)并不是完全盲從于計(jì)算主義倡導(dǎo)者們的所有論斷，而是對(duì)其有所發(fā)揚(yáng)，有所放棄。我們的觀點(diǎn)是把計(jì)算、算法或規(guī)則看做是審視世界的新方式，從原則上信奉認(rèn)識(shí)論和方法論意義上的計(jì)算主義，而反對(duì)強(qiáng)綱領(lǐng)下本體論上的計(jì)算主義。毋寧說(shuō)，我們用計(jì)算機(jī)模擬方法來(lái)分析復(fù)雜系統(tǒng)的有關(guān)問(wèn)題也是將其當(dāng)做一種認(rèn)識(shí)事物的方式。當(dāng)我們用計(jì)算機(jī)生成的虛擬生命系統(tǒng)來(lái)了解真實(shí)世界的生命過(guò)程時(shí)，并不是從本體論的意義上主張物理世界是由算法規(guī)則組成的，而是從認(rèn)識(shí)論、方法論的角度為了解真實(shí)世界尋找一種可行的方法。

除此之外，在使用計(jì)算機(jī)模擬方法時(shí)，還有一個(gè)問(wèn)題需要討論，那就是計(jì)算機(jī)模擬程序自身存在的最大的局限性問(wèn)題：對(duì)它所生成的結(jié)果缺乏任何令人信服的有效性確認(rèn)。

三、計(jì)算機(jī)模擬方法的局限性及解決建議

盡管計(jì)算機(jī)模擬方法有諸多優(yōu)點(diǎn)，但目前仍存在著一個(gè)未被解決而迫切需要解決的重要問(wèn)題，就是有關(guān)模擬結(jié)果的有效性確認(rèn)（validation）問(wèn)題。產(chǎn)生這種有效性確認(rèn)的理由有以下幾點(diǎn)。（1）目前還不存在一個(gè)指導(dǎo)理論（governing theory）來(lái)導(dǎo)出這種模擬的可信度（credibility）。在筆者看來(lái)，這個(gè)指導(dǎo)理論應(yīng)該是一個(gè)對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法論理論。（2）由于真實(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的稀缺，所以模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)很難（較全面地）與真實(shí)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)相比較。例如你模擬了第三次世界大戰(zhàn)對(duì)地球氣溫變化情況的影響這種虛擬的數(shù)據(jù)，它們又怎能與實(shí)際數(shù)據(jù)相比較呢？那么它們的可信度又如何呢？（3）從另一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，雖然計(jì)算機(jī)模擬方法實(shí)現(xiàn)靈活，但它實(shí)質(zhì)上是“人造的模擬”。由于人們的認(rèn)知水平和識(shí)別能力不同，對(duì)于模擬得到的數(shù)據(jù)說(shuō)明什么的詮釋不同，對(duì)于同一個(gè)模擬系統(tǒng)，仁者同仁，智者見(jiàn)智，由此所建立的模型以及模擬出的結(jié)果也是不盡相同的。模擬結(jié)果的可信度也缺乏統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)，因此很難被人們所信服。

有效性確認(rèn)問(wèn)題在通常的實(shí)驗(yàn)研究方法中也同樣存在，但由于計(jì)算機(jī)模擬方法模型簡(jiǎn)明，而模擬過(guò)程卻很難直觀地去理解，這就增加了它本身的神秘性。因此，面對(duì)計(jì)算機(jī)模擬方法存在的“結(jié)果有效性確認(rèn)”問(wèn)題，結(jié)合米蘭理工大學(xué)的艾米格尼（Francesco Amigoni）和夏封納蒂（Viola Schiaあonati）的意見(jiàn)，筆者在這里提出一個(gè)可行的建議，改變?cè)u(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)模擬方法生成結(jié)果的評(píng)價(jià)框架，用可靠性（reliability）的概念代替模擬成功與否的評(píng)價(jià)，用與事實(shí)相符的概念衡量可信度。這樣，可靠性的判定便有幾個(gè)重要的標(biāo)準(zhǔn)與方法。

（1）取決于計(jì)算機(jī)模擬方法先前的成功程度。根據(jù)公認(rèn)的數(shù)據(jù)、觀察的資料和直覺(jué)相符的程度，以及過(guò)去預(yù)測(cè)成功和實(shí)踐成功的能力來(lái)判斷計(jì)算機(jī)模擬方法的可靠性。因?yàn)槟撤N計(jì)算機(jī)模擬方法過(guò)去已經(jīng)使用過(guò)許多次了，雖然在進(jìn)行模擬時(shí)，有時(shí)對(duì)應(yīng)的真實(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)稀少，甚至沒(méi)有，但總會(huì)找到一些其他方面的運(yùn)用是可以得到真實(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證的，這就相當(dāng)于科學(xué)假說(shuō)的確證中檢驗(yàn)蘊(yùn)涵的作用。雖然得不到核戰(zhàn)爭(zhēng)毀滅地球上一切生命的模擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，但廣島和長(zhǎng)崎在核戰(zhàn)爭(zhēng)中死亡人數(shù)的數(shù)據(jù)是有的，這足以說(shuō)明計(jì)算核威力的計(jì)算機(jī)模擬方法是可靠的。對(duì)于這種模擬方法的驗(yàn)前可靠性的評(píng)價(jià)與測(cè)量，在哲學(xué)上叫做可信度的先驗(yàn)概率。

（2）取決于選用計(jì)算機(jī)模擬方法的各種理由。主要包括設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)模擬方法時(shí)與其他模擬方法進(jìn)行比較，例如與傳統(tǒng)的模擬方法（如微分方程體系）或者與其他元胞自動(dòng)機(jī)模擬方法進(jìn)行比較后，仍認(rèn)為這種模擬方法較優(yōu)，便選用這種模擬方法；也包括力圖將計(jì)算機(jī)模擬方法盡可能與物理或生物實(shí)驗(yàn)方法結(jié)合起來(lái)，以及將各種不同策略混合使用等等方法。雖然計(jì)算機(jī)模擬方法有時(shí)是可錯(cuò)的，但我們不能因此而失去信心，它只是使我們認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)模擬方法在可靠性判斷上的復(fù)雜性。

（3）相對(duì)于物理或生物實(shí)驗(yàn)方法，計(jì)算機(jī)模擬方法實(shí)際上可以看做是一種特殊的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。根據(jù)美國(guó)科學(xué)哲學(xué)家漢森提出的“觀察滲透理論”，實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生的結(jié)果也是依賴(lài)于理論的，如果指導(dǎo)理論本身有問(wèn)題，它們?nèi)匀皇强慑e(cuò)的。除了這個(gè)原因以及上面提到的人為因素以外，在計(jì)算機(jī)模擬的過(guò)程中或多或少會(huì)存在隨機(jī)噪聲或機(jī)器老化等不可避免的誤差因素，大多數(shù)情況下，生成結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或?qū)嶋H數(shù)值的偏差總是存在的。雖然很難確定或估計(jì)這個(gè)偏差的大小，但它們也會(huì)影響到最后的模擬結(jié)果，在處理有效性確認(rèn)問(wèn)題時(shí)也要將其考慮在內(nèi)。

四、結(jié)語(yǔ)

科學(xué)哲學(xué)中最受人尊崇的原理之一，是所謂的科學(xué)方法。通過(guò)科學(xué)方法，人們可以獲得關(guān)于真實(shí)世界中各種現(xiàn)象的科學(xué)知識(shí)。從伽利略的受控實(shí)驗(yàn)思想到現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)模擬方法都是科學(xué)方法的一個(gè)組成部分，只不過(guò)前者適用于研究簡(jiǎn)單系統(tǒng)中的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，而后者使人們?cè)诿鎸?duì)較復(fù)雜的系統(tǒng)時(shí)將其轉(zhuǎn)化為可模擬的問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)模擬方法為我們提供了一種理解復(fù)雜系統(tǒng)的途徑。它強(qiáng)大的計(jì)算能力、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)、適時(shí)控制、反復(fù)執(zhí)行、動(dòng)態(tài)顯示、將危險(xiǎn)減到最小等特性真正為我們帶來(lái)了新的研究視角。尤其是當(dāng)傳統(tǒng)的科學(xué)方法不起作用時(shí)，計(jì)算機(jī)模擬往往是了解動(dòng)力學(xué)模型某些情況的唯一方法，可以說(shuō)，它幫助我們“延展自我”。正如克勒所說(shuō)，“人與有方法論武裝的計(jì)算機(jī)的有機(jī)結(jié)合，使創(chuàng)造并利用新方法解決智力難題成為可能，這種方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于單獨(dú)采用任何一種方法。人的優(yōu)勢(shì)在于在該研究領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)、對(duì)所研究情境的理解和使用能力、直覺(jué)、整體理解力、對(duì)正確答案的知覺(jué)、聽(tīng)和看的能力、創(chuàng)造力等等，而計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于其計(jì)算能力和輕松處理大量運(yùn)算的能力，在這方面遠(yuǎn)優(yōu)于人。正是這種計(jì)算能力，如果運(yùn)用得當(dāng)，可以為人提供理想的詳細(xì)分析能力，而且，如前所述，可以幫助人避免很多與復(fù)雜系統(tǒng)相關(guān)的違反直覺(jué)的陷阱，從而極大地提高人的智力質(zhì)量?！雹貵eorge J. Klir, Facets of Systems Science 2nd, Kluwer Academic/Plenum Publishers, 2001, pp.105-106.

當(dāng)然，我們?cè)谑褂眠@種方法的同時(shí)，也認(rèn)識(shí)到這種方法本身還存在的某些不足之處，并不癡心妄想把計(jì)算機(jī)模擬方法壓到普羅克勒斯特（Procrustes）的床上，②普羅克勒斯特（Procrustes）：希臘神話中開(kāi)黑店的強(qiáng)盜，傳說(shuō)他抓人后使身高者睡短床，斬去身體伸出部分，使身短者睡長(zhǎng)床，強(qiáng)拉其身體與床齊。強(qiáng)行使它適用于任何情況。另外，由于計(jì)算的離散性質(zhì)是在一臺(tái)數(shù)字計(jì)算機(jī)上得出的，而這種數(shù)字計(jì)算機(jī)只考慮到研究全部參數(shù)空間的一部分，并且這個(gè)子空間可能不顯示模型的某些重要特征，因此，計(jì)算機(jī)模擬也承擔(dān)著方法論上的風(fēng)險(xiǎn)，它們可能提供誤導(dǎo)性的結(jié)果。即使現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的日益強(qiáng)大在某種程度上緩解了這個(gè)問(wèn)題的嚴(yán)重性，但是更為強(qiáng)大的計(jì)算能力的實(shí)用性也可能有不利影響，它可能會(huì)促進(jìn)科學(xué)家迅速地提出日益復(fù)雜但在概念上尚未成熟的模型，包括了解甚少的假設(shè)或機(jī)制以及太多額外的可調(diào)整的參數(shù)。這樣一來(lái)，計(jì)算機(jī)模擬的使用可能會(huì)改變我們賦予科學(xué)的不同目標(biāo)的權(quán)重。所以重要的是，不要遠(yuǎn)離新的強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)提供的方法，從而在看不見(jiàn)的地方放置研究的實(shí)際目標(biāo)。

在科學(xué)史上，新工具的發(fā)明總是能帶來(lái)科學(xué)上的進(jìn)步。但對(duì)于哲學(xué)來(lái)說(shuō)，單單認(rèn)識(shí)到新工具以及它所展示的東西不是最重要的，弄明白新工具為什么展示它所展示的東西、新工具的出現(xiàn)是否會(huì)產(chǎn)生一種新的世界觀才更為重要。同時(shí)，在認(rèn)識(shí)新事物的過(guò)程中，需要我們注意的是，切忌將洗澡水和嬰兒一同潑出去。