[论文解读] When Can we Call a System Self-organizing?

Carlos Gershenson, Francis Heylighen|ArXiv.org|Mar 10, 2003

Evolutionary Algorithms and Applications参考文献 15被引用 70

一句话总结

本文认为，自组织并非系统的固有属性，而是由观察者所选择的描述层次、熵的动力学特性以及目的所塑造的一种视角。它表明，同一系统在不同观察者描述粒度下可能表现为自组织或自解体，挑战了将自组织视为绝对系统类别的观念，强调其依赖于观察者的本质。

ABSTRACT

We do not attempt to provide yet another definition of selforganization, but explore the conditions under which we can model a system as self-organizing. These involve the dynamics of entropy, and the purpose, aspects, and description level chosen by an observer. We show how, changing the level or "graining" of description, the same system can appear selforganizing or self-disorganizing. We discuss ontological issues we face when studying self-organizing systems, and analyse when designing and controlling artificial self-organizing systems is useful. We conclude that self-organization is a way of observing systems, not an absolute class of systems.

研究动机与目标

• 阐明在何种条件下可有意义地将系统描述为自组织。
• 考察观察者所选择的描述层次（粒度）如何影响对自组织的感知。
• 解决研究自组织系统时面临的本体论挑战。
• 评估设计和控制人工自组织系统的实用性。

提出的方法

• 分析熵的动力学作为观察者描述层次的函数。
• 引入‘粒度’或描述分辨率的概念，以评估系统行为。
• 通过思想实验和系统建模表明，同一系统在不同观察视角下可能表现为自组织或自解体。
• 应用统计力学和复杂性理论的原则，评估系统的组织程度。
• 考察目的和观察者意图如何影响自组织的标签化。
• 借鉴人工生命和自适应系统中的案例研究，说明依赖观察者的分类方法。

实验结果

研究问题

• RQ1 在何种条件下，系统可被视为自组织而非自解体？
• RQ2 描述层次（粒度）的选择如何影响对系统组织程度的感知？
• RQ3 自组织在多大程度上是系统的客观属性，而非观察者所塑造的建构？
• RQ4 在何种情况下，设计或控制人工系统为自组织是有用的？
• RQ5 熵的动力学与观察者目的如何相互作用，以决定是否将系统标记为自组织？

主要发现

• 自组织并非系统的绝对属性，而是取决于观察者所选择的描述层次和目的。
• 改变描述的粒度可使同一系统从看似自组织转变为看似自解体，即使其底层动力学保持不变。
• 同一系统在一种描述层次下可能被视为自组织，而在另一层次下被视为自解体，这表明组织具有相对性。
• 本文结论认为，自组织是一种观察系统的方式，而非系统的根本类别。
• 当观察者的目的与涌现秩序相一致时，设计人工自组织系统是有用的，但这取决于所选择的观察框架。