複雜與建築（下）

上回我們說到建築應當具備進化的能力。那麼這種能力能如何取得？和複雜性科學又有什麼關係？我們接著在這篇文章中絮叨絮叨。

2 複雜系統如何構建

一個系統如何自發地產生複雜性並根據環境不斷演進並增加自身的複雜度？

這事實上是一個極其複雜的問題，從系統論創立到現在的幾十年內，我們都沒有找到一個明確的答案。《失控》，正如書名所寫的，認為當代科學發展的一個新的範式是逐步放棄對機器的精確控制，向自然造物學習，讓機器產生自適應、自我學習、自我進化的能力，從而推動技術的發展。

In an age of smartness and superintelligence, the most intelligent control methods will appear as uncontrol methods. Investing machines with the ability to adapt on their own, to evolve in their own direction, and grow without human oversight is the next great advance in technology. Giving machines freedom is the only way we can have intelligent control.（在智能和超智能時代，最智慧的控制模式將是失控的模式。機器將在新一輪的技術進步中生成無需在人類監管下自我適應、自我進化的能力）

—Kevin Kelly (1998a)

Kevin Kelly 在《失控》的第二十四章為他的想法做了一個總結，提出了大自然無中生有（即產生複雜系統）的九律：分散式、自下而上的控制、遞增收益、模塊化生長、邊界最大化、鼓勵犯錯誤、不求最優解、但求多目標、謀求持久的不均衡態、變自生變。

當然了這只是事後總結的規律，至於如何依照這些規律來真正地創造一個複雜系統的問題，我們還遠遠沒有答案。

在複雜科學中探討這些問題似乎和建築學有著天差地別的關係。畢竟「複雜系統試圖解釋，在不存在中央控制的情況下，大量簡單個體如何自行組織成能夠產生模式、處理信息甚至能夠進化和學習的整體。」（《複雜》）換句話說，他們探索的是生命是如何產生的，而我們只需要知道進化能怎樣進行。這事實上甚至並不意味這這個系統需要是一個複雜系統，只是因為引入的「進化」的概念才把我引到了這裡。

然而如果我們從複雜系統這一視角來看中國傳統的模件系統，譬如《萬物》中劃分的建築的層級：斗拱-開間-建築-院落-城市，我們可以發現這樣一個建築系統由於其無與倫比的適應能力，在傳統中國取得了極大的成功。雖然這一系統和意識、自組織、進化沒有任何關係，但是毫無疑問的是，它同樣運用了構建複雜系統的若干原則以確保自身的成功。

實際上建築學天生就在處理複雜的問題，儘管並非是複雜科學所研究的那類問題，但依然可能是探尋複雜系統的窗口。這也是為什麼 Christopher Alexander 在 Overview 中提出：建築學將不再是科學知識的被動接受者，而會反過來推動複雜性科學的發展。

We thus have a situation, perhaps new, where archtecture, generally, in the past very much the recipient of receivedwisdom from the natural sciences, is now generating new material, and new ideas of its own, which have direct bearing on the solution of problems now classed as "complexity theory", and doing so in ways which, though obviously helpful to anyone concerned with building, have not arisen before in the mother fields of science itself.

是的沒錯這是一個句子……

That is why we must start paying attention to architecture, as a major source of insight in the field of complexity. The creation of fine-tuned, well-adapted complexity — as encountered for example in architecture — must now take shape as a major topic of theoretical science.Our ability, or failure, to master this science, is crucial to our survival.

3 New Concept In Complexity Theory

下面我們就來看看 Christopher Alexander 是如何聯繫複雜科學和建築學的吧。原文可以在這裡下載。

首先還是介紹一下作者，可能大家最熟悉的就是他「城市不是一棵樹」的觀點吧。事實上看一下他在維基百科中的教育背景就能明白這個人到底有多厲害：

In 1954, he was awarded the top open scholarship to Trinity College, Cambridge University in chemistry and physics, and went on to read mathematics. He earned a Bachelors degree in Architecture and a Masters degree in Mathematics. He took his doctorate at Harvard (the first Ph.D. in Architecture ever awarded at Harvard University), and was elected fellow at Harvard. During the same period he worked at MIT in transportation theory and computer science, and worked at Harvard in cognition and cognitive studies.

在劍橋拿到化學和物理的獎金，拿了建築學學士、數學碩士，哈佛的建築學博士，並且在 MIT 搞交通（？）理論和 SC，在哈佛搞認知研究……

他比較著名的書還有一本《模式語言》（A Pattern Language），在豆瓣上評分還是挺高的，系圖有中文版，可以一看。

從這篇《THE NATURE OF ORDER》的 Overview 中可以發現，Christopher 事實上是在建立新的建築學框架，正如他所說的：

Facing problems of architecture frankly, required conceptual breakthroughs in several areas, because one could not honestly confront the questions of human feeling, spirit, beauty, and above all two areas of content: the nature of configurations themselves, and the genesis of new configurations (i.e. the processes by which buildings are conceived and made)

我還沒有完全消化他的觀點，所以下面寫到哪兒算哪兒，只當是介紹一下他的想法：

3-1 如何度量一個複雜系統的成功——價值/美學

如果任何人試圖建立起一個建築理論，那麼他就必然會認識到這將要求一個廣泛認可的好壞（質量/標準）的觀念，這關乎於我們建造甚至生存的目的。雖然在科學界，由於奧卡姆剃刀原則，目的或者評價好壞或者審美並不在傳統科學的範疇中，但是在新的複雜科學中，「軟體工程師和電腦科學家逐漸意識到，一種價值的意識，如果它是客觀並且小心地被提出的，幾乎是能將他們拉出混亂的唯一工具。」

作者的觀點是「美是觀察更深層級的一種方式（Aesthetics is a mode of perceiving deep structure.）」在他看來科學和美的邊界並不那麼清晰：

But there is a very thin line -in fact, I would argue there is no substantial line at all -- between the issues of relative coherence of subsystems in a physical-mechanical system, and the more complex distinctions of coherence in an aesthetic entity - the phrasing of a piece of music for example.（強翻：我認為在物理層面的次級系統的相互和諧與美學上的相互和諧有什麼大的區別，譬如樂曲）

這樣的一種對美和價值的全新思考，導向了對人的主體行為的新看法：

The relative coherence of more complex entities — the relative beauty of one column in a building, versus another, uglier column — is susceptible to precise observation, and can be made a part of science by new kinds of experiment, using the human observer as a measuring instrument. If we can construct these experiments in such a way that we get agreement among different observers, and thus obtain hardnosed observations of relative coherence in these more complex cases, in what way is it helpful to call these judgments subjective?（人類的主觀觀察能夠作為一種度量的工具，如果我們能從不同的觀察者中取得一定的共識）

我暫時沒有特別想清楚這個觀點意味著什麼，但是把人引入考察範圍似乎是複雜系統、量子力學中的一個深層觀點。並且作者在他的四卷本巨著中試圖說明如果事實（科學意味上）和審美、觀察不相結合的話，我們無法獲得一種完備的視角。

3-2 嵌套的組合與深層適應

一個好的系統，應當不僅能幫助其內在的次級系統，而且能夠幫助更高層級的系統。譬如每家的花園都幫助每戶住宅環境更好，而每戶住宅共同形成一個良好的街道環境。這是一種在各個層級上都相似的結構，因而拓撲學在此非常重要。

Deep adaptation is the process whereby the landscape,or a system, or a plant, or a town, proceeds by a series of spatially organized adaptations in which each part is gradually fitted to the parts near it: and is simultaneously fitted by the whole, to its position and performance in the whole.

當然任何複雜結構要想成功的話是離不開遺傳的，作者在 BOOK 2 中提出了將遺傳規則應用於建築的方法（在這篇文章中沒有提到），其中很重要的一點是保留結構的轉換（Structure-Preserving Transformation）。這和上面提到的各個層級的相似性有關。

讀到這兒的時候突然想起了應該是《失控》中的一句話：「理查德·道金斯的論斷印證了這點，他說：『當搜索空間足夠大時，有效的搜索流程就與真正的創造並無二致了。』」這種遺傳和保留結構變換的搜索過程，和設計過程有些相似性吧。我們做設計的時候是否也在運行一種潛意識的形式搜索程序？

在維基百科《THE NATURE OF ORDER》中可以更完整地看到四本書的主要內容。

Christopher 首先在第一卷中提出了好的系統的15種屬性，在第二卷中提出了保留形式的轉換的方法作為找到好的系統的有效方法，第三卷介紹了一些實例，第四卷主要是價值觀——精神、情感和個人基礎必須是所有建築和製造的基礎。

說到這差不多也該結尾了。要說這些東西要怎麼轉化到設計中我其實也不是很明白，你還是問問Christopher Alexander 比較靠譜，我相信深入閱讀之後能有一些可操作的方法。這種觀念事實上是對我們所熟知的建築學的反動，是對控制、簡潔、乾淨等等陳詞濫調的批判，它導向了一種新的人文主義與科學方法，是科學與審美、物質與意識的一種更深層次的疊加。

正好這學期編程課在講多對象、細胞自動機，或許那些複雜的形體背後就蘊藏著新的設計方法也未可知。

附註：

金吾倫,郭元林.複雜性科學及其演變[J].複雜系統與複雜性科學,2004(01):1-5.

複雜性科學是研究複雜系統行為與性質的科學，具有統一的方法論———整體論或非還原論。複雜性科學誕生的標誌是一般系統論的創立。依據研究對象的變化，我們可把複雜性科學的發展歷史大致劃分為 3 個階段，它們分別是：第一階段，研究存在（一般系統論 ,控制論和人工智慧）；第二階段，研究演化（耗散結構理論、協同學、超循環理論 、突變論、混沌理論、分形理論和元胞自動機理論）；第三階段，綜合研究階段。

葉立國.範式轉換視域下方法論的四大變革——從經典科學範式到系統科學範式[J].科學學研究,2012,30(09):1287-1291.

從經典科學到系統科學：獲取知識VS解決問題；還原論VS整體論；客體優位到實踐優位（單純客觀世界/人是參與者）；定量VS定性（定性描述和定量描述的結合）

[美]梅拉妮·米歇爾著:《Complexity: A Guided Tour》,湖南科學技術出版社,2011年版

由於簡單規則以難以預測的方式產生出複雜行為，這種系統的宏觀行為有時也稱為湧現（emergent）。這樣就有了複雜系統的另一個定義：具有湧現和自組織行為的系統。複雜性科學的核心問題是：湧現和自組織行為是如何產生的。