[論文レビュー] The Demystification of Emergent Behavior

Gerald E. Marsh|arXiv (Cornell University)|Jul 6, 2009

Chaos, Complexity, and Education参考文献 11被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、混沌と複雑性とは異なり、発現的行動を解明することにより、システムにおける上位レベルの組織が、下位レベルの構成要素から完全に予測できないことを主張する。発現的行動は、単なる計算的複雑性ではなく、組織的構造から生じるものであり、生物学的および社会的システムにおける現象が真正に新規的で、部分的分析に還元できないことを理解するための枠組みを提示する。

ABSTRACT

Emergent behavior that appears at a given level of organization may be characterized as arising from an organizationally lower level in such a way that it transcends a mere increase in the behavioral degree of complexity. It is therefore to be distinguished from systems exhibiting chaotic behavior, for example, which are deterministic but unpredictable because of an exponential dependence on initial conditions. In emergent phenomena, higher-levels of organization are not determined by lower-levels of organization; or, more colloquially, emergent behavior is often said to be "greater than the sum of the parts". The concept plays an especially important but contentious role in the biological sciences. This essay is intended to demystify at least some aspects of the mystery of emergence.

研究の動機と目的

• 科学的議論における発現的行動に関する概念的混乱を解消すること。
• 初期条件に高い感度を示す混沌的システムや複雑システムと、発現的現象を区別すること。
• 発現的行動が、単なる複雑性の増加ではなく、組織的構造から生じることを主張すること。
• 生物学および社会科学に適用可能な、より明確で神秘的ではない発現の理解を提供すること。
• 真の発現と単なる計算的・動的複雑性の区別に用いる基準を確立すること。

提案手法

• 理論物理学およびシステム理論を用いて、発現的行動と混沌的ダイナミクスの違いを分析すること。
• 組織的制約によって下位レベルの構成要素の総和を越える行動が生じることを、発現を定義すること。
• 生物学的および社会的システムの例と仮想実験を用いて、非還元的発現を説明すること。
• 一般物理学およびシステム理論の原則を応用して、発現の概念を形式化すること。
• 以前の定式化を再考・拡張し、明確性と概念的厳密性を向上させること。
• 発現的性質が、下位レベルの規則だけでは計算的に予測できないことを強調すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 力学系における発現的行動と混沌的・複雑な行動の違いは何か？
• RQ2 神秘的要素を排除するには、どのようにして発現が下位レベルの構成要素への還元不能性として理解できるか？
• RQ3 どのような組織的構造が、部分からの予測が不可能な上位レベルの行動を可能にするか？
• RQ4 なぜ発現は生物学的科学において特に議論の的となるのか、そしてその解決策は何か？
• RQ5 真の発現を識別するための基準は何か？（単なる複雑性や初期条件への感度とは区別して）

主な発見

• 発現的行動は、単なる複雑性の増加ではなく、新たな性質を生み出す組織的制約を含む。
• 発現的現象は、初期条件からの完全な予測ができないため、混沌的システムと同様に決定論的ではない。
• 真の発現は、下位レベルの規則から、すなわち原理的にも導けない上位レベルの組織が成立する場合に生じる。
• 本稿は、発現が形而上学的概念ではなく、システムの組織に根ざした構造的要因であると確立する。
• 改訂版では、発現的行動が「部分の総和を上回る」のは、計算的規模ではなく、組織的統合のおかげであると明確にした。
• この枠組みは、生物学的および社会的システムにおける発現の理解に、神秘的でない物理学的根拠を提供する。