孫恩慧，王伯魯

(中國人民大學(xué) 哲學(xué)院，北京 100872)

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復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法與還原論方法關(guān)系探析

孫恩慧，王伯魯

(中國人民大學(xué) 哲學(xué)院，北京 100872)

復(fù)雜性范式的逐漸形成，為各種問題的解決提供了一種新思路和新方法，彌補(bǔ)了還原論的局限性。文章首先闡述科學(xué)研究方法從還原論到復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的過渡；其次強(qiáng)調(diào)還原論方法對簡單化的追求為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法所繼承，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法在還原論注重對“點(diǎn)”研究的基礎(chǔ)上，更加注重對“線”與“網(wǎng)”即事物之間結(jié)構(gòu)的研究；最后以人腦網(wǎng)絡(luò)為主要例證闡述復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中元素、結(jié)構(gòu)、功能之間的復(fù)雜關(guān)系以及其開放性與動(dòng)態(tài)性的特點(diǎn)，展現(xiàn)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法對還原論方法的超越。

還原論；復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)；超越；比較

20世紀(jì)以來，伴隨復(fù)雜性科學(xué)的興起以及復(fù)雜性范式的逐漸成型，科學(xué)的研究方法也出現(xiàn)了新的轉(zhuǎn)折。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法以復(fù)雜系統(tǒng)為研究對象，既對還原論方法有所繼承，更對其有所突破，為問題的解決提供了一種新思路和新途徑，被有效應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，引發(fā)了當(dāng)下各種理論對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的研究以及對還原論的反思。通過對還原論方法與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法之間關(guān)系的對比與分析，能夠闡明復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)對還原論的包容與超越，更深入地理解復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)在眾多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用及其獨(dú)特的優(yōu)勢，進(jìn)而探究還原論方法在當(dāng)下網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中應(yīng)用的表現(xiàn)形式。

一、從還原論到復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)

科學(xué)的發(fā)展從脫離古代的直觀思辨進(jìn)入近代經(jīng)驗(yàn)分析以來，在傳統(tǒng)經(jīng)典科學(xué)研究范式還原論的指導(dǎo)之下，取得了眾多成就。但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類對自然與社會(huì)認(rèn)識(shí)的不斷深入，還原論方法面臨著無法解決的新問題，其局限性日益顯露。復(fù)雜性研究的興起為科學(xué)研究方法的突破展開了新的圖景，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法逐漸受到學(xué)界的重視?？茖W(xué)研究方法經(jīng)歷了從以還原論方法為主導(dǎo)到廣泛應(yīng)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法的轉(zhuǎn)變，對科學(xué)的發(fā)展起到了規(guī)范和引導(dǎo)的作用。

(一)還原論方法

不同學(xué)者及相關(guān)文獻(xiàn)對還原論(reductionism)的闡述不一，“‘還原論’已經(jīng)成為一個(gè)無定型的術(shù)語，有許多模棱兩可的含義”[1]( P55)。其中，劉勁楊認(rèn)為存在兩種還原論形相，“一是方法論形相，即‘還原論方法’，這一形相奠定了經(jīng)典科學(xué)的方法論基礎(chǔ)……另一形相為本體論形相，即‘還原論信念’”[2]。還原論方法是一種分析、分解、還原的方法，是科學(xué)領(lǐng)域的還原方法；還原論信念則是一種看待世界的觀念與態(tài)度，是哲學(xué)層面上的還原主義[2]。本文中的還原論是指前者，即科學(xué)領(lǐng)域的還原方法。

還原論作為傳統(tǒng)經(jīng)典科學(xué)的研究范式，以其分析的思維堅(jiān)信世界是由基本粒子等“宇宙之磚”以線性的方式構(gòu)成，“宇宙之磚”的性質(zhì)從根本上決定了世界的性質(zhì)?！耙话阋饬x上還原(reduce)或還原作用(reduction)是指事物和原因的可分解性。”[1](P55)根據(jù)這種方法的主張，對事物的探究按照自上而下的順序把整體分解為部分，把高級的運(yùn)動(dòng)形式還原為低級的運(yùn)動(dòng)形式，探清部分的原因與本質(zhì)，然后再自下而上的重新把握整體的本質(zhì)與屬性?？偟膩砜催@是以先分解再重構(gòu)的方法把握整體。從15世紀(jì)中葉到19世紀(jì)中葉，還原論一直占據(jù)科學(xué)方法的主導(dǎo)地位并取得了一系列重大成就，引領(lǐng)著近代科學(xué)前進(jìn)的方向。例如，牛頓、波義耳等人使用的“微?！备拍铙w現(xiàn)出其思想中的還原論意味；19世紀(jì)初化學(xué)家道爾頓等人提出的原子-分子論，賦予古典原子論以科學(xué)性。在這種傳統(tǒng)還原論方法的指導(dǎo)下，自然科學(xué)不斷進(jìn)步發(fā)展，如今還原論方法依舊在物理學(xué)、化學(xué)、心理學(xué)等各個(gè)學(xué)科的發(fā)展之中起著重要作用。

但隨著科學(xué)的發(fā)展和認(rèn)識(shí)的不斷深入，還原論的局限性開始日益顯露。還原論范式雖然取得了巨大成功，但人們在還原論的模式下只能對簡單系統(tǒng)進(jìn)行分析，即使需要做大規(guī)模的還原工作，也只是在“量”上做化簡工作，是以簡單化和理想化為基礎(chǔ)的。當(dāng)我們面對諸如“生物系統(tǒng)、人腦系統(tǒng)、地理系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)等開放復(fù)雜巨系統(tǒng)時(shí)，許多問題卻是還原論方法所不能應(yīng)對的”[3]，因?yàn)閺?fù)雜系統(tǒng)在整體上常常會(huì)涌現(xiàn)出其結(jié)構(gòu)組分所不具有的新性質(zhì)。在現(xiàn)代科研中，要想認(rèn)識(shí)復(fù)雜事物，尤其是要認(rèn)識(shí)以社會(huì)科學(xué)和生命科學(xué)為背景的復(fù)雜系統(tǒng)，就要“承認(rèn)復(fù)雜性所具有的自身規(guī)定性和客觀存在性”[4]，于是對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的研究開始受到重視。

(二)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法

從Euler的“七橋問題”開啟的圖論，到匈牙利數(shù)學(xué)家Erd?s和Rényi 建立的隨機(jī)圖的基本模型，再到Watts和Strogatz在1998 年提出的“小世界模型”以及Barabási 和Albert在1999年提出的“無尺度網(wǎng)絡(luò)”，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論逐漸引起了廣泛的關(guān)注。

現(xiàn)實(shí)世界中復(fù)雜系統(tǒng)有著各種復(fù)雜行為，在這些網(wǎng)絡(luò)中，組成系統(tǒng)的組分(節(jié)點(diǎn))數(shù)目巨大，難以計(jì)數(shù)，組分之間的相互作用也錯(cuò)綜復(fù)雜。由于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型更貼近現(xiàn)實(shí)中各種真實(shí)復(fù)雜系統(tǒng)，其所具有的統(tǒng)計(jì)特征能有效解釋復(fù)雜系統(tǒng)的宏觀行為，所以在眾多領(lǐng)域中得以廣泛應(yīng)用，如分析和解決交通網(wǎng)絡(luò)、商業(yè)銷售網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)等復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的現(xiàn)象與問題。這也恰恰體現(xiàn)出復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)具有極強(qiáng)的交叉學(xué)科特色，而從事復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究或?qū)Υ烁信d趣的人員來自各個(gè)不同的學(xué)科，包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、生物科學(xué)、生態(tài)學(xué)、社會(huì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等眾多科目。

對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)研究是作為網(wǎng)絡(luò)科學(xué)理論本身而言的。首先是“定義各種網(wǎng)絡(luò)特征測度來刻畫真實(shí)復(fù)雜系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)”[5]，即通過對不同真實(shí)網(wǎng)絡(luò)所具有的特征進(jìn)行測度，總結(jié)出各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中所共有的特性，比如小世界特性、無標(biāo)度特性等等，有了這些特性就能夠解釋復(fù)雜系統(tǒng)的行為。其次是建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ?，包括隨機(jī)圖、小世界網(wǎng)絡(luò)模型、無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)模型以及其它變種或混合，將真實(shí)系統(tǒng)中各種宏觀性質(zhì)的微觀生成機(jī)制通過模擬再現(xiàn)出來。再次就是對網(wǎng)絡(luò)模型的性質(zhì)進(jìn)行探究，例如網(wǎng)絡(luò)的自相似性、魯棒性與脆弱性、擁塞與路由問題，網(wǎng)絡(luò)的傳播行為問題等等，從而把握網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生的動(dòng)力學(xué)過程的行為和特征[5]。

對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)研究為其在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用提供了相關(guān)模型和方法。將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的理論和模型落實(shí)到現(xiàn)實(shí)中，可以掌握各種真實(shí)的復(fù)雜系統(tǒng)的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及演化規(guī)律來解決實(shí)際問題，例如利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的理論和方法對大腦結(jié)構(gòu)與功能網(wǎng)絡(luò)、公司的競爭與并購、電網(wǎng)的合理分布、病毒式營銷手段等等方面的研究已取得了顯著成果，揭示了復(fù)雜系統(tǒng)中的隱藏特征。特別是在流行病的傳播與防控、網(wǎng)絡(luò)安全的加強(qiáng)、交通網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化與管理以及如何提高電網(wǎng)的抗毀性等方面取得的成果為人類社會(huì)這個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的構(gòu)建、控制以及功能的提高提供了新的分析途徑和有效的解決問題方式。

二、還原論方法對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法的基礎(chǔ)支撐作用

在復(fù)雜性研究的促動(dòng)下，還原論方法不再具有普適性，但其采取的科學(xué)抽象和合理近似簡化方法的思路，依然是研究復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法的前提與基礎(chǔ)。此外，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)在還原論重視對“點(diǎn)”研究的基礎(chǔ)上更加注重分析網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系，即“鏈接”，從而把握整個(gè)網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)，這是還原論方法在網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的表現(xiàn)形式。還原論與復(fù)雜性科學(xué)共同發(fā)展，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)在還原論基礎(chǔ)上得到更廣泛地應(yīng)用空間。

(一)對簡單化的追求

還原論方法是一種有限但卻有效的簡化復(fù)雜問題的方式，還原論認(rèn)為復(fù)雜事物可被還原成一組基本的要素，各基本要素相互獨(dú)立，相加之后還是原來的整體。這實(shí)質(zhì)上是把部分之間的關(guān)系、層次之間的關(guān)系，簡化為可相加的、可分割的。對復(fù)雜現(xiàn)象的簡化，就是把產(chǎn)生復(fù)雜性的非線性關(guān)系即不成比例的、糾纏往復(fù)的關(guān)系簡化為有規(guī)律發(fā)生變化的單向線性關(guān)系。

還原論方法就是這樣一種把復(fù)雜的事物簡單化的具體程式，強(qiáng)調(diào)用“分解”的方法把整體拆分為部分，然后在分析、分解的基礎(chǔ)上重新把部分累加為整體、把低層次整合為高層次，最終達(dá)到可以從低層次來解釋高層次、從微觀現(xiàn)象能夠解釋宏觀現(xiàn)象、從基本要素的研究推知整體的本質(zhì)的目的。在解決物理、化學(xué)領(lǐng)域中的簡單系統(tǒng)問題時(shí)常采取此種方法，比如在物理學(xué)中求兩個(gè)分力的合力，用兩個(gè)箭頭分別代表兩個(gè)力，以兩邊作平行四邊形，連接兩邊之間的對角線即為合力。

而對于復(fù)雜性網(wǎng)絡(luò)而言，是否完全排斥還原論的思路和分析方法呢？答案是，在系統(tǒng)方法中，簡化原則依然占據(jù)著重要地位，簡化方法仍然被保留并需要?jiǎng)?chuàng)造性的發(fā)揚(yáng)其認(rèn)識(shí)功能?！氨M管還原論已失去了昔日的主導(dǎo)地位，它還在以許多形式施加影響?！盵1] (P57)

復(fù)雜性網(wǎng)絡(luò)在一定程度上延續(xù)了簡化的方法。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)是對包含大量個(gè)體和個(gè)體相互作用的系統(tǒng)的抽象。其中大量的個(gè)體被視為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，個(gè)體之間的相互作用可以視為節(jié)點(diǎn)之間的連邊，系統(tǒng)從而就被抽象為由點(diǎn)和線連接而成的網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)事物按照不同功能分為不同的網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)實(shí)世界中的網(wǎng)絡(luò)受周圍環(huán)境的干擾，情況復(fù)雜多樣，表面形形色色，很難直觀的找出其中的規(guī)律，而通過將其簡化抽象，把一些次要因素和干擾去除，建構(gòu)起網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與模型，就能夠展示出真實(shí)網(wǎng)絡(luò)的多種拓?fù)湫再|(zhì)特征，有助于更好的理解和描述網(wǎng)絡(luò)的真實(shí)面貌。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行定量研究，從而把握研究網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行機(jī)制、理解大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的行為。例如，我們將個(gè)人電腦作為節(jié)點(diǎn)，將用戶之間的郵件往來作為鏈接，就可以建立無尺度網(wǎng)絡(luò)模型來描述電腦病毒是如何通過用戶之間的郵件往來而被傳播的。通過對無尺度網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)的把握，我們經(jīng)過進(jìn)一步分析可以解釋病毒難以預(yù)測的行為方式：“互聯(lián)網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不平衡，無尺度網(wǎng)絡(luò)是被中心節(jié)點(diǎn)主宰控制的，并不存在傳染性閾值，所以即使病毒的傳染性不強(qiáng)，也照樣會(huì)傳播”[6](P157-158)。

(二)對“點(diǎn)”的探究是認(rèn)識(shí)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)

系統(tǒng)的功能是由元素和結(jié)構(gòu)共同決定的，每一個(gè)擁有必要性能的元素都是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其功能的基礎(chǔ)，因此，要想了解系統(tǒng)不能忽略對其元素屬性的探究。還原論的特點(diǎn)就是注重對“點(diǎn)”的研究，通過對一個(gè)個(gè)組成部分或元素的內(nèi)在屬性的研究來理解整體的功能特征。如果沒有還原論方法對“點(diǎn)”的探究，也許我們至今就無法用科學(xué)的觀念來認(rèn)識(shí)這個(gè)世界，看問題的深度也無法更加深入。例如，生命科學(xué)對生命現(xiàn)象的研究，是從整體形態(tài)水平到器官水平再到細(xì)胞水平，進(jìn)而深入到分子水平的分解、還原，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)使得遺傳密碼得以破譯。生物學(xué)家相信只有在分子水平上展開不斷的研究，才能夠揭開生命復(fù)雜性的全部奧秘，這意味著人類對生命現(xiàn)象的研究進(jìn)入到了一個(gè)嶄新的階段。

對于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)來說，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)是重要組成部分。構(gòu)成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大，它們不是“死”的點(diǎn)，而是一個(gè)一個(gè)具有相對獨(dú)立性的主體。每一個(gè)主體都有自己的特性，有一定的自主性，且受到其他主體的影響，它們在變化的環(huán)境中不斷地調(diào)適自己，成為具有學(xué)習(xí)能力和適應(yīng)性的主體?？傊W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的屬性是演化的，是復(fù)雜的，要想探究某個(gè)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)、生長趨勢等等，不能忽略對節(jié)點(diǎn)的考察，尤其是要重視對無尺度網(wǎng)絡(luò)中的中心節(jié)點(diǎn)的考察。例如，在經(jīng)濟(jì)全球化的今天，如果我們將某區(qū)域內(nèi)的各個(gè)公司視作復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，其節(jié)點(diǎn)就是公司，鏈接就是各種經(jīng)濟(jì)和金融紐帶。在網(wǎng)絡(luò)化的經(jīng)濟(jì)中，中心節(jié)點(diǎn)不斷隨著網(wǎng)絡(luò)的增長而共同增長，并且“有些適應(yīng)性強(qiáng)的節(jié)點(diǎn)學(xué)會(huì)吞并較小的節(jié)點(diǎn)，由于全球化迫使節(jié)點(diǎn)增長，并購就成了不斷增長的經(jīng)濟(jì)所帶來的自然的結(jié)果”[6](P230)。通過分析作為個(gè)體的公司的行為以及它的經(jīng)營方式，有助于我們分析整個(gè)經(jīng)濟(jì)網(wǎng)絡(luò)的變化與發(fā)展。再如要研究人腦網(wǎng)絡(luò)，也同樣要了解腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中神經(jīng)元細(xì)胞或腦區(qū)的性質(zhì)與功能。

由此可見，我們以網(wǎng)絡(luò)的視野看世界并不排斥我們要采用還原論方法以深入了解網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)或系統(tǒng)的組成部分，在此基礎(chǔ)上注重分析網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系即鏈接，從而把握整個(gè)網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)。這體現(xiàn)了還原論方法在網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的表現(xiàn)形式。

三、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法的特點(diǎn)及其對還原論方法的超越

現(xiàn)實(shí)中的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)多種多樣，其中人腦系統(tǒng)就是一種典型的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。人腦系統(tǒng)作為自然界中最復(fù)雜的系統(tǒng)之一，可以從不同尺度分別被看作由大量的神經(jīng)元、神經(jīng)元集群或者多個(gè)腦區(qū)相互連接而成的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，它們之間相互作用以實(shí)現(xiàn)大腦的各種功能。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論在人腦中的應(yīng)用為理解神經(jīng)、精神疾病的病理機(jī)制提供了全新的視角，并且充分體現(xiàn)出復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法實(shí)現(xiàn)了元素、結(jié)構(gòu)、功能的統(tǒng)一。相對于還原論孤立、靜止分析事物的特點(diǎn)，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)以其開放性和動(dòng)態(tài)性的優(yōu)勢更能解決現(xiàn)實(shí)中多變的問題，突出了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法自身所獨(dú)有的特點(diǎn)與優(yōu)勢。

(一)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)是元素與結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一

還原論認(rèn)為構(gòu)成整體的基本單元可以從整體中孤立出來進(jìn)行研究，然后根據(jù)對各個(gè)組成部分內(nèi)在屬性的研究結(jié)果來解釋或預(yù)測整體的性質(zhì)、狀態(tài)、功能和演變。由此可見還原論更注重于研究構(gòu)成整體的基本單元。以生物學(xué)為例，20世紀(jì)生物學(xué)研究的主流是建立在還原論基礎(chǔ)上的分子生物學(xué)?！胺肿由飳W(xué)的誕生曾經(jīng)鼓舞了許多哲學(xué)家、生物學(xué)家以及物理學(xué)家，以為經(jīng)典遺傳學(xué)已經(jīng)被還原為分子生物學(xué)了，還將進(jìn)一步還原為物理-化學(xué)?！盵7]持有還原論觀點(diǎn)的生物學(xué)家認(rèn)為只要認(rèn)識(shí)了生命的構(gòu)成分子基礎(chǔ)(基因或蛋白質(zhì))，就可以理解細(xì)胞或個(gè)體的活動(dòng)規(guī)律，因此組分之間的相互作用常常被忽略不計(jì)?！氨M管基于還原理論的分子生物學(xué)極大的促進(jìn)了人類對單個(gè)分子功能的認(rèn)識(shí)，然而絕大多數(shù)生物特征都來自于細(xì)胞的不同組分之間的交互作用。對這些極其復(fù)雜的交互作用網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)的理解已成為21世紀(jì)生命科學(xué)的關(guān)鍵性研究課題和挑戰(zhàn)之一?！盵8]

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)將元素抽象為點(diǎn)，將元素與元素之間的關(guān)系抽象為線，從而系統(tǒng)就被抽象為由點(diǎn)和線連接而成的網(wǎng)絡(luò)。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析方法不僅注重組成系統(tǒng)的元素，更加注重對元素之間的關(guān)系即結(jié)構(gòu)的考察。事物之間的聯(lián)系是普遍的，在系統(tǒng)中，把元素之間相對穩(wěn)定的、有一定規(guī)則的、能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)的聯(lián)系方式的總合叫做結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)中元素與結(jié)構(gòu)缺一不可，元素組成系統(tǒng)，其橋梁就是元素之間的聯(lián)系即結(jié)構(gòu)，二者相互依存，相互滲透?！熬W(wǎng)絡(luò)思維明確反對在思想、技術(shù)或物質(zhì)條件方面的點(diǎn)狀決定論觀點(diǎn)?！盵4]在一定意義上說，“點(diǎn)”與“點(diǎn)”之間的“線”即結(jié)構(gòu)，在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中起著決定性作用。

例如在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，“兩節(jié)點(diǎn)之間邊數(shù)最少的路徑即最短路徑，路徑所經(jīng)邊數(shù)即為最短路徑長度(shortest path lengths)，最短路徑是網(wǎng)絡(luò)中某節(jié)點(diǎn)的信息到達(dá)另一節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)路徑，通過最短路徑可更快傳輸信息，從而能夠節(jié)約系統(tǒng)資源，提高網(wǎng)絡(luò)信息的傳輸效率”[9]。這一點(diǎn)也體現(xiàn)在人類大腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，李永輝、劉勇等人研究了人類個(gè)體智力與大腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)屬性之間的關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)“腦網(wǎng)絡(luò)的邊數(shù)越多、平均最短路徑長度越短、網(wǎng)絡(luò)的全局效率越高的被試者，智力評分?jǐn)?shù)越高”[10]。由此可見，大腦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對個(gè)體的智力水平有著重要影響。

再如，人腦中的神經(jīng)元細(xì)胞、神經(jīng)元集群或腦區(qū)可以看作腦網(wǎng)絡(luò)在不同層次上的節(jié)點(diǎn)，研究者并不主張僅從節(jié)點(diǎn)來窺探大腦內(nèi)部的神經(jīng)活動(dòng)規(guī)律，因?yàn)閱渭兊纳镄盘柗肿拥膶傩蕴卣鳑Q定不了大腦的功能，研究者更注重節(jié)點(diǎn)之間的信號傳導(dǎo)以及相互作用?！吧窠?jīng)元之間縱橫交錯(cuò)，有著復(fù)雜的連接模式和動(dòng)態(tài)變化，腦區(qū)之間也有錯(cuò)綜復(fù)雜的聯(lián)系，共同影響大腦的功能?！盵11]研究人員基于結(jié)構(gòu)磁共振數(shù)據(jù)來定義大腦網(wǎng)絡(luò)鏈接，即網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)形態(tài)學(xué)指標(biāo)之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，或者基于功能磁共振及腦電、腦磁的網(wǎng)絡(luò)連接，也就是“網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的神經(jīng)活動(dòng)信號之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系”[11]。對大腦鏈接的定義與分析，即對神經(jīng)元、腦區(qū)之間結(jié)構(gòu)的描述與分析，對于建立人腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淠Ｐ陀兄匾囊饬x。正是將各個(gè)節(jié)點(diǎn)及其之間的結(jié)構(gòu)統(tǒng)一起來建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ?，才能清楚地看到滿足大腦模型所具有的“小世界”特性，從而可以進(jìn)一步探究腦功能網(wǎng)絡(luò)。由此可見，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)超越了還原論只注重對元素研究的局限性，使元素與結(jié)構(gòu)得以統(tǒng)一起來。

(二)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)是結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)是結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一。從系統(tǒng)科學(xué)的角度看，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是節(jié)點(diǎn)與鏈接構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)功能通常與點(diǎn)線網(wǎng)絡(luò)所實(shí)現(xiàn)的動(dòng)力學(xué)行為和過程相關(guān)，例如食物鏈網(wǎng)絡(luò)上的能量流動(dòng)、流行感冒在傳染源與被傳染源之間的傳播、互聯(lián)網(wǎng)中的信息傳播等。在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，通過對網(wǎng)絡(luò)上的各種動(dòng)力學(xué)過程的研究，可以理清復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，利用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以控制和優(yōu)化系統(tǒng)功能。

對功能的考察實(shí)際是對結(jié)構(gòu)的關(guān)注，“‘功能’可以具體表現(xiàn)為系統(tǒng)以及系統(tǒng)的各個(gè)部分與內(nèi)外環(huán)境的適應(yīng)性‘關(guān)系’”[4]。例如某個(gè)時(shí)間段內(nèi)大腦的功能活動(dòng)表現(xiàn)的是某幾個(gè)腦區(qū)之間的相互協(xié)調(diào)關(guān)系。在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，結(jié)構(gòu)在一定程度上決定功能，如果網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)合理，網(wǎng)絡(luò)功能就會(huì)正常發(fā)揮，反之不合理的結(jié)構(gòu)會(huì)使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能發(fā)生紊亂或退化。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)功能又塑造著網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了的結(jié)構(gòu)又使得功能得到更好的發(fā)揮。結(jié)構(gòu)與功能相互依賴，二者在這種動(dòng)態(tài)的過程中統(tǒng)一起來，充分體現(xiàn)了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)是結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一體。相比較而言，由于還原論方法只注重對元素的研究，忽視了結(jié)構(gòu)與功能之間的復(fù)雜關(guān)系，具有很大的局限性。

功能是結(jié)構(gòu)的表征，結(jié)構(gòu)是功能實(shí)現(xiàn)的前提。眾多研究表明人腦的結(jié)構(gòu)和功能具有密不可分的聯(lián)系，許多神經(jīng)、精神疾病是由于病人大腦結(jié)構(gòu)異常而造成相應(yīng)功能的紊亂或弱化。例如腦網(wǎng)絡(luò)研究表明，在癲癇病人發(fā)病時(shí)，“腦網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)趨向規(guī)則，并伴有局部子網(wǎng)絡(luò)的形成，直到發(fā)作終止腦網(wǎng)絡(luò)變?yōu)楦与S機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)”[12]，試驗(yàn)驗(yàn)證了腦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的異常與腦功能的異常有著直接聯(lián)系。再如研究人員對強(qiáng)迫癥患者腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的研究表明，“強(qiáng)迫癥患者具有非典型的小世界屬性和模塊性，具體來說，小世界性顯示局部效率降低，模塊化顯示模塊III(默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò))中的內(nèi)連接減少，并且模塊I(執(zhí)行功能)和模塊II(認(rèn)知控制/空間)之間的互連性增加”[13]。與此相似，研究人員還分析了精神分裂癥患者在工作記憶任務(wù)中的大腦功能網(wǎng)絡(luò)，研究發(fā)現(xiàn)與正常的被試者相比，“精神分裂癥患者腦功能網(wǎng)絡(luò)的中‘小世界’的屬性沒有正常人的明顯”[14]，表明其大腦組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了異變。綜合以上幾例可見，腦網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)受到破壞對其正常功能的發(fā)揮有著致命的打擊，這恰恰說明復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中結(jié)構(gòu)與功能是統(tǒng)一的，相互影響，密不可分。

(三)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)具有動(dòng)態(tài)性與開放性

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)是具有動(dòng)態(tài)性的網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)思維的視野下，事物是由處于變化狀態(tài)的層級結(jié)構(gòu)組成的，而非還原論用靜止、機(jī)械的觀點(diǎn)所認(rèn)為的——事物由簡單的靜止性的元素及結(jié)構(gòu)組成。以自然觀念的轉(zhuǎn)變?yōu)槔?，在還原論視野下，“難以解釋高層次的‘活的’整體是如何由低層次‘死的’實(shí)體生成的”[15]。復(fù)雜性科學(xué)的興起超越了還原論的這一致命缺陷，揭開自然的整體性與復(fù)雜性，使“當(dāng)代自然哲學(xué)探尋自然‘原則’”[15]從靜態(tài)向著動(dòng)態(tài)的方向轉(zhuǎn)換，即“從存在到演化，從構(gòu)成到生成，從實(shí)體到過程”[16]。

網(wǎng)絡(luò)中元素的性質(zhì)或特征會(huì)發(fā)生一定的改變。也許在網(wǎng)絡(luò)中的一些元素具有其自身固有的、不變的屬性，但在另一方面，元素的屬性是在網(wǎng)絡(luò)中“相互參照的關(guān)系的基礎(chǔ)上確立起來的”[4]，而不是其自身所能決定的。所以網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)元素的關(guān)系即網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)的變化才是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生演變的重要原因。

此外，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)是開放的而不是封閉的網(wǎng)絡(luò)，隨著新的主體即節(jié)點(diǎn)的加入，網(wǎng)絡(luò)自身不斷生長。節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)并與已在網(wǎng)絡(luò)中的主體建立聯(lián)系即鏈接，網(wǎng)絡(luò)中適應(yīng)性強(qiáng)的節(jié)點(diǎn)會(huì)不斷吸引新的節(jié)點(diǎn)與其建立聯(lián)系，也有很多普通節(jié)點(diǎn)蘊(yùn)含著發(fā)展成為中心節(jié)點(diǎn)的潛力，同時(shí)也會(huì)有老的節(jié)點(diǎn)死去并與已有聯(lián)系中斷的。節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)變化也同樣伴隨著鏈接增加與消失，使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加錯(cuò)綜復(fù)雜。

動(dòng)態(tài)性與開放性的特點(diǎn)使復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究面臨著更大的挑戰(zhàn)。人腦中存在大量不同類型的神經(jīng)元細(xì)胞以及不計(jì)其數(shù)的突觸，它們之間有著復(fù)雜的連接方式和動(dòng)態(tài)變化。對于大腦這個(gè)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)而言，大腦的功能活動(dòng)是一個(gè)極為復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程，例如相關(guān)研究者研究了不同頻率段不同任務(wù)狀態(tài)下腦功能網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涮匦?，研究發(fā)現(xiàn)“各頻段腦網(wǎng)絡(luò)的全局拓?fù)湫再|(zhì)都比較穩(wěn)定，不同頻段下的功能網(wǎng)絡(luò)都具有‘小世界’屬性，但與此同時(shí)，在高頻波段大腦額葉和頂葉區(qū)域出現(xiàn)了新的功能連接和核心節(jié)點(diǎn)”[17]。這一結(jié)果說明腦網(wǎng)絡(luò)并不是一直保持靜止穩(wěn)定不變的狀態(tài)，在其維持“小世界”結(jié)構(gòu)的同時(shí)，也在自發(fā)地調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)之間的局部連接從而實(shí)現(xiàn)不同的功能需求。

目前的對大腦功能網(wǎng)絡(luò)的研究更多的是局限在對某個(gè)給定的時(shí)間段內(nèi)大腦功能活動(dòng)拓?fù)湫再|(zhì)的描繪，而如何在更小的時(shí)間尺度乃至更精確的時(shí)間點(diǎn)上構(gòu)建動(dòng)態(tài)的腦功能網(wǎng)絡(luò)，是腦功能網(wǎng)絡(luò)研究的重點(diǎn)之一。只有對大腦功能網(wǎng)絡(luò)有了動(dòng)態(tài)的把握，了解了大腦功能拓?fù)浣M織結(jié)構(gòu)隨時(shí)間變化的規(guī)律，才能更進(jìn)一步探索大腦實(shí)時(shí)的功能活動(dòng)機(jī)制。

四、結(jié)語

復(fù)雜性網(wǎng)絡(luò)既適應(yīng)了現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代的需要，又符合21 世紀(jì)復(fù)雜性科學(xué)發(fā)展的大趨勢，其應(yīng)用范圍廣泛，涉及到經(jīng)濟(jì)、政治、社會(huì)管理、軍事、通信、工程技術(shù)等眾多領(lǐng)域。小世界、無尺度網(wǎng)絡(luò)等網(wǎng)絡(luò)模型的研究與應(yīng)用，極大地提高了人們認(rèn)識(shí)復(fù)雜世界的能力，并使研究方法得到豐富和更新，從還原論思維和方法走向了網(wǎng)絡(luò)思維和方法。

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法對還原論的適用范圍作出了合理的限制，在吸納其合理因素的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了新的超越。復(fù)雜性網(wǎng)絡(luò)研究在豐碩的理論和技術(shù)成果之上，依舊具有進(jìn)一步開拓的空間以發(fā)揮更大的應(yīng)用價(jià)值，成為當(dāng)代極富挑戰(zhàn)性的科學(xué)研究前沿領(lǐng)域之一。

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Analysis on the Relationship of Method between Complex Network and Reductionism

SUNEn-hui，WANGBo-lu

(SchoolofPhilosophy,RenminUniversityofChina,Beijing, 100872,China)

The gradual formation of complexity paradigm provides a new thought as well as method to settle various problems and compensates reductionism's weaknesses. First of all, this paper elaborates the transition from the reductionism to the complex network. Then it emphasizes that the pursuit of simplification is inherited by complex network method. Based on the study of "point", the complex network method focuses on the study of the structure between "line" and "net". Finally, the paper takes the brain network as a main example to illustrate the complex relationship between elements, structure, function in the complex network, and features of openness and dynamics , showing the complexity going beyond the reductionism.

reductionism；complex network；beyond；comparison

2017-05-19

國家社會(huì)科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(16AZX007)

孫恩慧(1993-)，女，山東濟(jì)南人，碩士研究生，研究方向?yàn)榭茖W(xué)技術(shù)與社會(huì)；王伯魯(1962-)，陜西韓城人，教授，哲學(xué)博士，博士生導(dǎo)師，主要從事技術(shù)哲學(xué)、科學(xué)技術(shù)與社會(huì)研究。

N02

A

1672-934X(2017)04-0022-07

10.16573/j.cnki.1672-934x.2017.04.004