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？
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？
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？
机器为何能够越人类在制造它时赋予它的能力？
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。
《涌现》教我们如何去发现埋藏在复杂现象下面的简单规律，霍兰德用了抽象、隐喻、建模、计算机建模……他讲得非常细致，由浅入深，对同一个主题的讨论逐渐深入，有实例，又有理论提升。尤其在“结语”部分，霍兰德并没有像许多学术著作的作者那样。给出研究的结论，而是归纳了涌现现象的8个特点。这种开放式的结尾。为我们的思考打开了通向未来的大门，插上了得以高飞的翅膀，令人神往。

约翰·霍兰德，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。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。2015年，在密歇根安娜堡去世。

序言 写一本普通读者能看懂的书
第1章 神秘的涌现现象
理解涌现
模型的作用
研究涌现道路上的困难
在研究涌现的道路上继续前进
第2章 理解科学建模的游戏与数字
国际跳棋与神经网络
模型中的奥秘
棋类游戏及规则
忽略细节的数字
熟悉的积木块
抽象且具体的计算机模型
第3章 地图、博弈论与计算机模型
博弈论
初露端倪的涌现
动态模型
动态的计算机模型，研究涌现的利器
第4章 会学习的国际跳棋程序
机器学习的困难
塞缪尔的解决方案
评估棋局
从评估到策略
机器棋手的学习过程
如何使学习过程运转起来
改变权重，涌现能力的核心
权重改变引起的涌现结果
国际跳棋程序的启示
第5章 神经网络模型
神经元的特征
为神经元建模
固定阈值的神经元网络
国际跳棋程序与前馈神经网络的区别
有关神经元的更多特征
带回路的神经网络
无限期记忆
神经网络模型中的涌现
关于神经网络模型涌现问题的主要观点
状态与策略
确定模型的规则选取
第6章 普适理论框架
基于主体的模型
计算机模型的优势
涌现与非线性
普适理论框架的基本要求
第7章 涌现的受限生成过程模型
机制的状态
机制的相互作用与连接
作为受限生成过程的元胞自动机
第8章 国际跳棋程序与其他受限生成过程模型
国际跳棋程序的受限生成过程
神经网络模型的受限生成过程
Copycat模型
第9章 受限生成过程模型的扩展
可变结构受限生成过程模型
受限生成过程的模拟示例
遗传算法与可变结构受限生成过程模型
关于涌现的进一步理解
第10章 涌现中的还原论思想
受限生成过程中的新层次
重组元胞自动机
第11章 隐喻与创新
科学中的创新和创造
对隐喻的初步探讨
隐喻与模型的关系
创新的培养
没有捷径的创新
诗歌与物理学的创造过程
结语 不能停止的涌现研究
作为总结的结束语
作为研究起点的结束语
关于建模的两个警告
关于涌现的进一步研究
涌现研究的几个关键阶段
涌现研究的长远目标
参考文献
译后记 涌现的意义和作用

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》（HiddenOrder）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？

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、圣塔菲研究所核心成员约翰·霍兰德经典之作；
关于涌现现象研究的奠基之作，复杂科学领域里程碑式著作。推动复杂适应系统、机器学习、人工智能领域的长足发展；
揭示涌现的本质：由小生大，由简入繁。少数规则和规律就能产生错综复杂的系统，而且以不断变化的形式产生恒新性和新的涌现现象。
涌现现象存在于从生物进化到人工智能，从商业经济到人生哲学等多个领域，了解涌现现象，即从混沌到有序，有助于我们理解这个复杂的世界。

涌现的意义和作用
——《涌现》重译后记
20多年前，中国人民大
学信息学院经济科学实验
室的一批教师和学生，包
括我在内，集中力量，通
力合作，翻译了美国著名
学者约翰·霍兰德的《涌现
》一书。这是我们翻译的
霍兰德的第二本书，第一
本是《隐秩序》。今天。
这本介绍复杂性研究的图
书，得以在湛庐文化重新
出版。令我们喜出望外。
在疫情的紧张气息笼罩之
下。我们这一批朋友回首
往事。不胜感慨：社会和
世界的变化实难预测。更
不要说控制了！唯有科学
思想的火花与技术进步的
创新．不断地给我们以惊
喜和安慰。
借此机会，我想就涌现
这个话题，与学术界的同
行们切磋并交流一下，谈
谈我们对于复杂性研究的
理解和认识。和赫伯特·西
蒙一样，约翰·霍兰德教授
不是一般意义上的特定领
域的专家。而是伟大的思
想家和真正的智者。几十
年来，他们对于复杂性的
研究和探索，已经越来越
深刻地被学术界和大众所
认识与理解。并对许多学
科领域产生了积极的影响
，在世界范围内都是如此
。
严格地讲，我们这些人
都是理工科出身的技术人
员。原来的想法都是比较
单纯的。不管是立足于数
学还是计算机技术．都是
要做一些当时被统称为管
理信息系统的应用项目，
做一些很实际的事情，如
排序、查找、汇总、制表
，后来发展到企业的决策
支持系统和宏观经济的投
入产出表。当时，我们认
为只要有了先进技术和定
量信息，我们就能够创造
效益，为社会创造财富。
带去福祉。然而，事情很
快就超出了我们最初的认
识和想象．我们开始认识
到，世界是复杂的。
世界上的事情并不是非
此即彼、黑白分明．所谓
好坏、利弊、对错、得失
，都是因时因地因场景而
变化的。特别是。系统规
模越来越大，涉及多方合
作时，局部和整体的视角
和利益冲突，可靠性和效
率的权衡等各种因素交叉
重叠，呈现出非常复杂的
情况。我们很快就认识到
，技术并不能自然而然地
给人类带来福祉，现实的
得失利弊和是非曲直非常
复杂，于是，我们不得不
开始探索社会、管理、经
济这些以前没有关注过的
领域。
20世纪70年代末到整个
80牛代，我们希里从哲学
、系统工程、自然辩证法
、管理科学等领域，寻找
一套理想的“科学方法”或“
工作规范”。为此，我们曾
参与过中外许多学术团体
的活动，努力在学术思想
的汪洋大海中探索和寻找
。但是，似乎总是不得要
领。比如，无论是系统科
学强调的“1加1大于2”，还
是系统工程强调的“自上而
下的结构化方法”，在实践
中都遇到了难以操作等种
种障碍。我们所期望的“放
之四海而皆准”的科学方法
并没有出现。
……
《涌现》教我们如何去
发现埋藏在复杂现象下面
的简单规律，霍兰德用了
抽象、隐喻、建模、计算
机建模……他讲得非常细致
，由浅入深，对同一个主
题的讨论逐渐深入，有实
例，又有理论提升。尤其
在“结语”部分，霍兰德并没
有像许多学术著作的作者
那样。给出研究的结论，
而是归纳了涌现现象的8个
特点。这种开放式的结尾
。为我们的思考打开了通
向未来的大门，插上了得
以高飞的翅膀，令人神往
。我相信，这也将是每一
位读者的阅读体验。
正是基于以上的种种背
景，当湛庐的编辑老师向
我们提出重译的建议时，
我们马上就欣然接受了。
这既可以成为我们对于90
多年来探索经历的美好回
忆，又是一个重温和加深
我们对于复杂性研究的体
会的好机会。当然，读者
也完全可以想象，20多年
前的同事、师生，如今天
各一方，遍布全球，处在
不同的时区，从事着不同
的工作，聚在一起重新做
一件20年前做过的翻译工
作，谈何容易！但我们在
过去20多年的工作中加深
了对本书内容的理解，英
文水平也提高了不少，更
幸运的是，我们生活在信
息时代，互联网使我们能
够做到“天涯若比邻”，顺利
地协同工作。身在美国硅
谷的方美琪教授担负了困
难的统稿工作。一个新学
科的开创性著作往往是最
难翻译的，因为创新性的
工作必然产生许多新的名
词和概念。这些译名的创
造和协调是整件事情中较
为困难的部分。方教授和
负责翻译各章的朋友们反
复推敲，努力使新的译文
更加贴切、优美和流畅。
最后她还认真地校读了整
个译稿，在短短两个多月
里完成了这件不可思议的
合作项目。她和同学们的
辛勤工作，使最后的译文
比20多年前有了长足的进
步。在北京的王明明教授
则承担了组织协调工作，
包括与出版方的联络和交
流，保证了工作的顺利完
成。
参与本书翻译的译者有
：
谷明洋（第1章、第2章
、第3章前半部分），现居
挪威，目前就职于挪威
Equinor ASA。
罗毅（第3章后半部分
、第4章），目前就职于北
京某国企。
付征（第5章和第6章）
，现居美国，目前赢职于
谷歌公司。
丁浩（第7章和第8章）
，现居挪威，目前就职于
挪威邮政总署。
任，赖（序言、第9章
、第10章），现居北京，
目前就职于亚信科技控股
有限公

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。
——马库斯·W. 弗尔德
曼
斯坦福大学生物学教授
这是霍兰德最好的作品
。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

第1章 神秘的涌现现象
在童话故事《杰克与魔豆》中，杰克把一粒魔豆种到地里，一株神奇的豆苗随即破土而出，豆茎越长越高，最终为我们展现出一个有着巨人和魔法竖琴的世界。在孩提时代，我们往往觉得杰克的魔豆和其他日常事物，如秋天的落叶和发芽的种子，都是不可思议的。长大以后，这些有关种子的奇妙现象仍然令我们着迷。不知何故，这些包裹着遗传密码的小小种子竟能够长成巨大的红杉、素有“白昼之眼”之称的雏菊和豆苗这样复杂且独具特色的结构！这些正是涌现现象的具体体现：复杂的事物是从小而简单的事物发展而来的。现在我们已经知道，是种子里的基因决定了生化作用按照某种规则一步步地进行，但对于这个复杂的过程，我们目前仅仅弄清楚了其中的一些片段。实际上，只有完全了解基因如何通过一系列相互作用使得种子或受精卵逐步发育成成熟的有机体，我们才算真正了解了基因和染色体。总之，只有理解了涌现现象，才能真正理解生命和生物体本身。
当我们研究其他与上述生物发育似乎毫不相关的领域，例如棋类游戏时，会发现类似的涌现现象会以另外一种形式展现出来。极其复杂的游戏往往只有几条规则。国际象棋只有二十几条规则，然而，即使经过了几百年的精心钻研，人们至今还是能够不断发现新的走法。这就像小小的种子长成各式各样复杂的生物体一样——多 来自少。
在其他不同领域，牛顿的万有引力定律或描述电磁现象的麦克斯韦方程组等，与游戏的定义有着许多共同之处。万有引力定律与麦克斯韦方程组相当于游戏的“规则”，借助数学工具我们可以推导出一些“棋步”。这些棋步又引导我们发现一系列新的方程和数学推论，所有这些新方程和新推论都是从起始定义的方程推导而来的。这就像下棋时，我们可能发现其发明者本人都未曾预料到的可能性。牛顿不会想到万有引力定律将会揭示引力助推效应，从而指导人类借助其他行星的引力将太空探测器发射到外行星的轨道上；麦克斯韦也绝不会料到他的方程组会帮助人们实现对电子的精确控制，而这种控制能力是制造现代电子设备绝对的必要条件。就像杰克的魔豆一样，这些方程带来了无数的奇迹。实际上，我们对整个物质世界的理解，大部分都是从少数基本的方程出发的，而这些方程都以牛顿和麦克斯韦的理论为基础。
涌现的鲜明特征就是“由小生大”。这种特征也使涌现变成一种神秘、似乎自相矛盾的现象，往往带有企图“一夜暴富”的味道。然而，涌现确实是周围世界普遍存在的一种现象。耕种等日常活动依赖涌现的一些基本经验法则，比如我们必须知道影响种子发芽的各种条件。同时，人类的创造性活动，无论是政商活动中对于创新的隐喻性表述，还是创建新的科学理论，所有这一切似乎多多少少都涉及对涌现的使用。
在生活中的每一个角落，我们都会遇到复杂适应性系统的涌现现象，例如蚁群、神经元网络系统、人体免疫系统、互联网和全球经济系统等。在这些复杂系统中，整体的行为要比其各个组成部分的行为复杂得多。关于人类状况有很多深层次的问题，解决这些问题的关键则取决于人们对这类系统所表现出的涌现特征的理解：整个生命系统是如何按照物理和化学规律涌现出来的？我们是否能将人类的意识解释为某些物理系统的一种涌现属性？只有弄清楚涌现现象的来龙去脉，我们才能真正弄清楚对这些问题给出的种种科学解答的局限所在。本书主要的目的就是提供有说服力的证据，证明科学研究将大大加深我们对涌现现象的理解。
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