複雜系統理論與應用的基本問答FAQ （催生自組織系統理論 五之一）

催生自組織系統理論

近三十年來，我一直鍥而不捨地針對複雜系統(complex system)的自組織(self-organization)特性，試圖去整理一套對管理工作者說得清楚的完整道理。2018年出版《管理》一書，其中第七章〈自組織〉之後的相關內容，只能算是初步理出來的一些頭緒，還無法成為一套講得明白、言之成理的一家之言。最近這三年，利用上課準備教案過程的不斷錘鍊，指導學生進行學術論文的論證，管理顧問諮詢過程的觀察與檢驗，再加上對自己過去職涯經歷與體驗的再三反芻，對於如何呈現與表達這套具有司馬遷所稱「究天人之際、通古今之變」特性，適用於自然、生物、人類社會等三界的複雜理論，又獲得了許多新的見解與心得。因此，覺得應可用「自組織系統導論」名義，開始動手寫本新書。

複雜系統是含金量很高的一套理論，但要使它們成為管理工作者可直接應用的素材，必需有人克服提煉的難度，從「原礦」中萃取出有價值的四九純金才行。在2018《管理》的1.0版基礎上，我目前要演繹與撰寫的「自組織系統」2.0版，就是加工提煉複雜理論當中含金量的再次嘗試。

我打算用五篇連載短文，在本部落格展開2.0版的討論：

(1)引言 — 複雜系統理論與應用的FQA（這其實是一篇自問自答，說明複雜理論為何至今仍未被管理界重視與青睞的原因）；

(2)自組織特性1 — 因緣成果(conditional causality)（借用佛家「因、緣」概念，說明自組織系統與環境的基本互動相依關係）；

(3)自組織特性2 — 常變循環(cyclic adaptation)（說明自組織系統為適應環境的持續變動，它的生命歷程所出現的常變循環現象）；

(4)自組織特性3 — 臨機破立(threshold criticality)（說明自組織系統適應環境的系統結構演變當下所遵循的複雜規律）；

(5)自組織特性4 — 他組織作用力（說明人類世界是個領導者的「他組織可見之手(hetero- or other-organizing visible hand)」，與無所不在的自組織「無形之手(invisible hand)」共舞的世界，並說明他組織之手在這一世界中所遵循的基本規律）。

自組織系統談的其實是一套新的世界觀，以及在這一新世界觀下，管理者所需重建的一套新管理觀與新領導觀。

以下是從管理學角度，以自問自答形式所整理有關複雜系統理論的一些學習心得。

什麼是複雜系統(complex system)理論：

它是發展於1970年代，探索大自然的物理與化學、生物，以及人類社會等領域的自組織(self-organizing)現象的一門科學；它是由耗散結構、混沌、突變、分形、協同、超循環 (dissipative structure, chaos, catastrophe, fractal, synergetics, hypercycle) 等幾個分支理論所構成的理論家族。

複雜系統理論為什麼值得社會科學家以及專業經理人注意：

每個人開始接觸複雜系統的背景，可能各有不同。筆者從1980年代開始，就將組織變革(organization change)作為學術研究的一個主題，結果很快發現當時學術上流行的，以機械性輸入-輸出概念為主的系統理論，其實無法用來解釋人類系統本身的演化與變革現象；因此認定：若要發展一套具有內在嚴謹性的組織變革理論，就必須另外尋找可用來理解系統演化現象的新理論才行。而當年已累積許多研究成果的複雜系統理論，就立刻引起了筆者的關注，並從此將它作為研究的對象。

為什麼在社會科學領域，複雜系統尚未成為廣被採用的新一代系統理論：

因為目前的複雜系統理論，對非數理背景的社會科學（包含管理）工作者仍是一個充滿數理術語，令人望而生畏的陌生知識領域。雖然從1990年代開始，已有大量科普文獻介紹這方面的科研成果，但要使它們在社會科學領域被廣泛接受與應用，還必須將這些生硬的數理「硬骨頭」進行「再翻譯(re-interpret)」的加工處理（提高可讀性），轉化成社會與管理領域學者消化得了的「食材」才行。可惜，不論國內、外，目前投入這一工作的人並不多，做得也不夠好。

要為社會科學家進行複雜系統理論的「再翻譯」加工處理，主要難度在哪裡：

複雜系統的研究成果雖然汗牛充棟，但因它的分支眾多，以致目前科普文獻呈現出來的仍是高度碎片化的內容，彷彿是一座難窺門徑的叢林迷宮。換句話說，即使在數理世界內，複雜系統理論也都處在一個各行其是的瞎子摸象階段，彼此間也欠一個全面性的綜整功夫；因此社會科學家要進入複雜系統理論的領域，就必須自己動手去把瞎子摸象下所累積的碎片化知識，先自行拼湊出一個完整的「大象」圖像，然後才能據以按圖索驥去應用這套理論。對於這一現象，筆者曾形容是一種「為了喝牛奶，必須先養一頭牛」的困境（毛治國，2018）。

要勾勒出複雜系統「這頭大象」的輪廓，有沒有甚麼竅門：

首先，由於複雜系統理論家族的各分支都各有自己的發展淵源，因此要在山頭林立、各擅勝場，讓人眼花撩亂的熱鬧中看出門道，必須要用「異中求同」的眼光來洞察，才能夠了解全局、把握重點，化繁為簡、直指核心。筆者在這方面的發現是：複雜系統這一分支眾多的家族，理論上其實有個「異中有同」共同探討的「公約數」，那就是所謂「自組織(self-organization)」的概念。因此，我們可利用這一「異中之同」的「公約數」，反過來過濾出各分支理論的「同中之異」，然後利用這些「同中有異」的素材，來建構一個具有互補性的整體宏觀理論系統。

其次，要建構一套具內在嚴謹性與整體性的複雜系統理論（有人將它見稱為「複雜學 (complexitics)」），還必須要找到一個觀察問題的適當視角 (put things into perspective)，以便看出具有互補性的相關素材各就其位的結構關係，用以形成一套整體的概念架構 (conceptual framework)。根據這一想法，筆者找到的一個觀點是「生命週期(life-cycle)」的概念，並且立足於這個視角，試圖去建構一套以複雜系統科研成果為素材，可用以解釋生命演化現象的「生命系統」理論。圖1是這一概念架構的示意圖：其中縱軸是從複雜系統家族各分支理論中，所整理出來的自組織規律；橫軸則是構成生命週期的「創生（從無到有）、存在（有而能存）、演化（存而能變）(creation, existence, evolution)」 三個階段（其中的演化包含演化不成的死亡）；而在雙軸交織下，一頭代表自組織系統概念架構的大象全貌就悠然湧現而出。

綜整出這樣一套可用以反映出系統生命力的理論，也算是針對貝他朗菲 (von Bertalanffy) 在1968年就曾提出「一般系統論」必須具「有機性(organic)」主張的一種直球對接的回應（按：貝氏此說提出後，接下來發展出來的系統論，基本上多是以機械觀為典範，並不具有貝氏想像中的自發有機性，無法用以解釋生命系統的演化現象。）

複雜系統理論發現了哪些自組織系統特徵：

複雜系統理論如何與生命週期概念連結？筆者發現複雜系統理論家族中，由普力高津（Ilya Prigogine，1977年諾貝爾化學獎得主）提出的耗散結構論 (dissipative structure)，以及後續發展出來的複雜適應系統(complex adaptative system)理論 (Holland, 1996)，為生命的現象與過程提供了完整的理論基礎。根據這些科研成果，可歸納三點自組織系統的特徵：

1. 秩序從混沌中湧現(emergence)：具有自組織特性的元素，在外在環境出現適當條件時，就會從混沌中自組織湧現出有序的耗散結構。
2. 吸收負熵，對抗熵增，維持有序：耗散結構一旦形成後，為克服自然熵增（熱力學所預言宇宙的不可逆走向），是以「吸收負熵、排出正熵」（這其實是新陳代謝的物理術語解讀）方式，與環境維持能量、物質、訊息等交換關係，來確保自己的有序（低熵狀態）存在。
3. 對環境改變保持持續的適應性：已經形成的耗散結構，在環境發生巨變時，會再度以自組織方式重塑自己的結構與功能，以形成新的耗散系統，來適應新的環境條件。

按：根據複雜適應系統的觀點，系統所處的環境其實是由眾多同質與異質的其他系統，所構成的一個具有互依共存關係的大生態系統(eco-system)；但為了行文方便，我們即使將作為討論對象的系統之外的外在大生態系統簡稱為環境，在概念上仍不排斥這個環境是由眾多子系統所構成的一個大生態系統的意義。

耗散結構理論所洞察的自組織系統特徵代表什麼樣的生命現象：

要理解與掌握耗散結構理論所探討的系統-環境關係，我們可用「借古喻今」的方式，借助佛家的術語將它們類比成「因系統-緣環境」關係，用來反映系統與環境兩者互動後就會產生「因緣和合成果」作用的關係。把「因緣和合成果」這句話展開來看的意義是：如果「因系統」與「緣環境」兩個條件「俱足且和合」的話，那麼就會出現兩種反應（成果）：(1) 原來處於混沌狀態的因（亦即具有自組織特性的系統元素），在特定環境（緣）條件下會自發湧現形成有序的新因（亦即從「無序」的元素狀態「從無到有」形成「有序」的耗散結構）；(2) 已經形成的有序耗散結構（因），在環境（緣）出現巨變情形下，會再度起而應變，改變自己的結構與功能，「從有到變」演化成「更」複雜有序的新耗散結構（新因），來適應新環境。

換句話說，第一種反應代表生命系統的「創生」過程，而第二種反應則是生命系統的「演化」過程。當然系統演化不必然成功，而無法成果的演化，就會導致系統走向耗散(dissipate, 死亡)。因此，耗散結構的創生與演化過程可用「因緣成果」概念來概括描述。

至於它的存在過程其實也同樣可納入因緣成果範疇：因為只要系統能夠一刻不停、進行維生所需的新陳代謝作用（以避免自己的耗散），它就可與環境持續保持因緣和合的「有而能存」狀態。因此，根據以上的論證，我們就可歸納出貫穿複雜系統生命週期三個階段的第一條自組織規律(regularity)：因緣成果原理 (conditional causality principle)。

因緣成果原理還可展開出兩個支撐性的次原理（推論，corollary）：制約因緣和合成果作用的「和合律 (interdependence convergence rule)」，以及制約系統得以持續存在的「自強律 (self-regulation rule)」。限於篇幅，暫不在此展開；本部落格後續會做進一步說明。有興趣的讀者，也可參考 毛治國，2018，第七章。

「因緣成果」的耗散結構可展開出什麼樣的生命歷程：

受因緣成果原理制約的耗散結構，只要環境的巨變不斷間歇出現 (Punctuated equilibrium)(Gould & Eldredge, 1993)，它的系統狀態也會在一段穩定期後，間歇性地進入不穩定的應變狀態，一直等到系統的結構與功能完成適應新環境的改變後，才會再度進入另一新的穩定階段。換句話說，一個因緣成果形成的自組織系統，只要環境會間歇性出現巨變，它的生命歷程必然出現「穩定-不穩定應變-新穩定-再次不穩定應變…」的「穩定常態」與「不穩定應變態」不斷交替循環的現象。因此，因緣成果系統通常也必然是個「常變循環」系統，而常變循環現象所遵循的規律稱為「常變循環原理 (cyclic adaptation principle)」。

常變循環原理也可展開出兩個次原理：以負反饋(negative feedback)機制為核心，制約穩定狀態的「守常律 (self-stability rule)」，以及以正反饋(positive feedback)機制為核心，帶動應變狀態的「應變律 (meta-stability rule)」。限於篇幅，在此也不展開。

對於耗散系統常變狀態的轉化過程，複雜系統理論提出了什麼說明：

耗散系統常變狀態的自組織蛻變與轉化，術語稱為相變(phase transition)。複雜系統理論家族的各分支，對自組織相變現象分別進行了不同角度的深入探索。混沌論(chaos)指出相變是一種自組織臨界現象(self-organized criticality) (Bak, et al, 1987)，並且系統相變具有對初始值敏感( Lorenz, 1963)以及路徑依賴(path dependence)(David, 1985)的特性。巨變論(catastrophe) (Thom, 1972)則提出吸引子(attractor)的量變導致質變模型，具體描述了系統狀態臨界轉換過程。協同論(synergetics) (Haken, 1983)提出自組織系統中少數的慢變量會驅使巨量的快變量，整體協同性會制約個體獨立性的理論，說明了相變過程中「吸引子」的形成與轉化機制。至於分形論(fractal) (Mandelbrot, 1967)所提出的分形基模自相似性(self-similarity)、迭代複製(recursive reproduction)以及臨界長程關聯(long-range correlation)等自組織概念；以及超循環論(hypercycle) (Eigen, 1971)的內部自催化(autocatalysis)概念等，則共同為相變過程中的共生演化(co-evolution)等複雜現象作出說明。

耗散結構複雜的相變現象反映出什麼樣的規律：

上述熱鬧非凡有關自組織相變特徵的描述，筆者將它們統稱為系統相變的「臨機破立」現象，並歸納為耗散結構的第三個自組織宏觀規律：「臨機破立原理(threshold criticality principle)」，用來反映耗散系統的相變是一個「先破後立」過程：在環境巨變刺激下，系統會先自我顛覆解構，亦即從對稱的穩定態進入對稱破缺(symmetry breaking)的遠離平衡(far-from-equilibrium)狀態，然後經過初始與邊界環境條件(initial & boundary condition)的制約，以及內部新舊吸引子的量變質變角力後，最終通過共生演化完成系統結構重組，進入新的穩定狀態。當然系統也可能「破而不立」，因演化失敗，而導致系統耗散。

臨機破立原理也可展開出四個次原理：(1)分岔律(bifurcation rule)：系統相變是系統為了適應環境巨變，在不同的可能發展方向中作出選擇的一種現象（就是術語所稱對稱破缺）；(2)量變質變律(momentum building rule)：相變的對稱破缺是吸引子的漸進量變導致系統狀態突發質變的過程；(3)因革律(heredity rule)：老系統的許多屬性在相變過程中被放棄，但也有些屬性會在路經依賴或邊界條件效應下被保留；(4)共生演化律(co-evolution rule)：相變後的新系統是各階層的分形基模(fractal module)在自催化、迭代複製與長程關聯等共生演化效應下，所產生的成果。細節在此也不展開。

附記：

1. 耗散結構是自組織系統的同義語。耗散結構（可與耗散系統交換使用）與自組織系統是同義語，它可以是無生命的物理、化學系統，如：貝納花紋(benard cell)、化學鐘(chemical clock)(Hudson, & Mankin, 1981)；也可以是生態、生物，乃至人類各種社會系統在內具有生命力的系統；所以，它是一個適用於自然、生命與人類社會三界的概念。

2. 人類系統的屬性：人類系統是具耗散特性的生命系統（人類個體近數萬年來未再顯現生物演化現象，但人類族群整體則具有社會演化能力來適應環境）。不過，人類系統與自然界的自組織系統不同，人類系統有領導者可發揮「居上啟下」與「承內啟外」的「他組織(hetero- or other-organization)」力量來牽動對內與對外因緣成果的作用。所以探討人類系統的自組織現象時，不能忽視他組織力量的存在，以及它的作用力對人類系統「創生、存在、演化」過程所產生的影響 (毛治國, 2018)。

3. 「複雜學」的應用：「複雜學」在社會科學領域已經有許多應用，例如「都市複雜學」。筆者則除了嘗試將複雜科學的科研成果整理成有機的「生命系統」論（本文已簡介其梗概），以便管理工作者應用外；目前也指導學生針對：(1) 生物演化、人類社會演化、企業組織演化等實體生命系統等的演化現象；以及(2) 針對非實體的人類認知與概念系統的演化現象等，探討自組織系統理論的適用性 (Mao & Chang, 2020; 毛治國、張閔傑, 2021) 。

參考文獻

1. Bak, P., Tang, C., & K. Wiesenfeld, (1987). Self-organized Criticality: An Explanation of the 1/f Noise. Physical Review Letters, 59(4), 381–384.

2. David, P. A. (1985). Clio and the Economics of QWERTY. The American economic review, 75(2), 332–337.

3. Eigen, M. (1971). Self-organization of Matter and the Evolution of Biological Macromolecules. Naturwissenschaften, 58(10), 465–523.

4. Gould, S.J. & N. Eldredge, (1993). Punctuated equilibrium comes of age. Nature, 366 (6452) 223–227.

5. Haken, H. (1983). Synergetics. Berlin: Springer-Verlag.

6. Holland, John H. (John Henry) (1996). Hidden order: how adaptation builds complexity.

7. Hudson, J. L. & J.C. Mankin, (1981). Chaos in the Belousov–Zhabotinsky Reaction. The Journal of Chemical Physics, 74(11), 6171–6177.

8. Lorenz, E. N. (1963). Deterministic Non-periodic Flow. Journal of the Atmospheric Sciences. 20 (2): 130–141.

9. Mandelbrot, B. (1967). How Long is the Coast of Britain? Statistical Self-similarity and Fractional Dimension. Science, 156(3775), 636–638.

10. Mao, C.K. & E.M. Chang, (2020), Evolution of Life: a Conditional Causality Phenomenon. World Complexity Science Academy Journal 1(3): p1–12.

11. Prigogine, I. (1978). Time, Structure, and Fluctuations. Science 201(4358): 777–785.

12. Prigogine, I. & G. Nicolis, (1977). Self-organisation in Nonequilibrium Systems: Towards A Dynamics of Complexity. Bifurcation Analysis: Principles, Applications and Synthesis. In: Hazewinkel M., Jurkovich R., Paelinck J.H.P. (eds) Bifurcation Analysis. Dordrecht: Springer.

13. Prigogine, I. & I. Stengers, (1984 ). Order Out of Chaos: Man’s New Dialogue with Nature. New York: Bantam Books.

14. Thom, R. (1972). Structural Stability and Morphogenesis. Benjamin: Reading Mass.

15. von Bertalanffy, L. (1968). General System Theory: Foundations, Development, Applications. New York, George Braziller Inc.

16. 毛治國. (2018). 管理. 新竹：國立交通大學出版社.

17. 毛治國、張閔傑. (2021). 形機成勢：解讀《孫子兵法》制勝兵道. 國防雜誌. 36(2), 1–20.

本文作者：毛治國
官方網站：https://www.ckmao.pro