發展
複雜性科學研究主流發展的三個階段主要是指：埃德加·莫蘭的學說、普利高津的布魯塞爾學派、聖塔菲研究所的理論。
(1)埃德加·莫蘭的學說 埃德加·莫蘭是當代思想史上最先把“複雜性研究”作為課題提出來的人。莫蘭正式提出“複雜性方法”是在他1973年發表的《迷失的範式：人性研究》 一書中。莫蘭複雜性思想的核心是他所說的“來自噪聲的有序”的原則，該原則可以簡要表述如下：將一些具有磁性的小立方體散亂地擱置在一個盒子裡，然後任意搖動這個盒子，最後人們看到盒子中的小立方體在充分運動之後根據磁極的取向互相連線形成一個有序的結構。在這個例子中，任意地搖動盒子是無序的表現，顯然單靠它不能導致小立方體形成整體的有序結構。小立方體本身具有磁性，是產生有序性的潛能，但是這個潛能藉助了無序因素的輔助或中介而得以實現。在這個原理里，無序性是必要條件而不是充分條件，它必須與已有的有序性因素配合才能產生現實的有序性或更高級的有序性。這條原理打破了有關有序性和無序性相互對立和排斥的傳統觀念，指出它們在一定條件下可以相互為用，共同促進系統的組織複雜性的增長口 。這正是莫蘭在其書中闡發的複雜性方法的一條基本原則，它揭示了動態有序的現象的本質。
(2)普利高津的布魯塞爾學派 比莫蘭稍晚，普利高津在他與斯唐熱於1979年出版的法文版《新的聯盟》一書中提出了“複雜性科學”的概念(此書的英文版改名為《從混沌到有序》)“ 。在那裡，複雜性科學是作為經典科學的對立物和超越者被提出來的。他說：“在經典物理學中，基本的過程被認為是決定論的和可逆的。”今天，“我們發現我們自己處在一個可逆性和決定論只適用於有限的簡單情況，而不可逆性和隨機性卻占統治地位的世界之中”。因此，“物理科學正在從決定論的可逆過程走向隨機的和不可逆的過程”。普利高津緊緊抓住的核心問題就是經典物理學在它的靜態的、簡化的研究方式中從不考慮“時間”這個參量的作用，從而把物理過程看成是可逆的。實際上，普利高津並沒有提出一個明確的“複雜性”的定義，他提出的複雜性的理論主要是揭示物質進化過程的理化機制的不可逆過程的理論，即耗散結構理論。
(3)聖塔菲研究所的理論 1984年5月成立的美國聖塔菲研究所，由各學科的第一流精英參與，受到美國公私財政機構的大力資助，被視為世界複雜性問題研究的中樞。然而，聖塔菲研究所的複雜性觀念與莫蘭和普利高津的複雜性觀念有很大的區別。例如，聖塔菲研究所的學術領頭人蓋爾曼(M.Gell～mann)指出 ：“在研究任何複雜適應系統的進化時，最重要的是要分清這三個問題：基本規則、被凍結的偶然事件以及對適應進行的選擇。”。“被凍結的偶然事件”是指一些在物質世界發展的歷史過程中其後果被固定下來並演變為較高級層次上的特殊規律的事件，這些派生的規律包含著歷史特定條件和偶然因素的影響。蓋爾曼認為，事物的有效複雜性只受基本規律少許影響，大部分影響來自“凍結的偶然事件”。蓋爾曼隨後還指出了複雜系統的適應性特徵，即它們能夠從經驗中提取有關客觀世界的規律性的東西作為自己行為方式的參照，並通過實踐活動中的反饋來改進自己對世界的規律性的認識。也就是說，系統不是被動地接受環境的影響，而是能夠主動地對環境施加影響，因此，他認為複雜性科學研究的焦點不是客體的或環境的複雜性，而是主體自身的複雜性—— 主體複雜的應變能力以及與之相應的複雜的結構。
主要流派
複雜性科學主要包括：早期研究階段的一般系統論、控制論、人工智慧；後期研究階段的耗散結構理論、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。限於篇幅，本文只簡要介紹協同學、突變論和耗散結構理論。
(1)協同學
協同學(Synergetics)是由德國學者哈肯創立的 。協同學是研究有序結構形成和演化的機制，描述各類非平衡相變的條件和規律。協同學認為，千差萬別的系統，儘管其屬性不同，但在整個環境中，各個系統間存在著相互影響而又相互合作的關係。協同學進一步指出，對於一種模型。隨著參數、邊界條件的不同以及漲落的作用，所得到的圖樣可能很不相同；而對於一些很不相同的系統，卻可以產生相同的圖樣。由此可以得出一個結論：形態發生過程的不同模型可以導致相同的圖樣。在每一種情況下，都可能存在生成同樣圖樣的一大類模型。
(2)突變論
突變論(Catastrophe Theory)的創始人是法國數學家勒內·托姆(Rene Thorn)。突變論是研究客觀世界非連續性突然變化現象的一門新興學科。突變論認為，系統所處的狀態，可用一組參數描述。當系統處於穩定態時，標誌該系統狀態的某個函式就取惟一的值。當參數在某個範圍內變化，該函式值有不止一個極值時，系統必然處於不穩定狀態。勒內·托姆指出：系統從一種穩定狀態進入不穩定狀態，隨參數的再變化，又使不穩定狀態進入另一種穩定狀態，那么，系統狀態就在這一剎那間發生了突變。突變論還提出：高度最佳化的設計很可能有許多不理想的性質，因為結構上最優，因而可能存在對缺陷的高度敏感性，產生特別難於對付的破壞性，以致發生真正的“災變” 。
(3)耗散結構理論
耗散結構理論是普利高津(Pregogine)於2O世紀6O和7O年代創立的 普利高津一直在從事關於非平衡統計物理學的研究工作，當他將熱力學和統計物理學從平衡態推到近平衡態，再向遠平衡態推進時終於發現：一個遠離平衡態的非線性的開放系統(不管是物理的、化學的、生物的乃至社會的、經濟的系統)通過不斷地與外界交換物質和能量，在系統內部某個參量的變化達到一定的閾值時，通過漲落，系統可能發生突變即非平衡相變，由原來的混沌無序狀態轉變為一種在時間上、空間上或功能上的有序狀態。這種在遠離平衡的非線性區形成的新的穩定的巨觀有序結構，由於需要不斷與外界交換物質或能量才能維持，因此稱之為“耗散結構”(dissipative structure)“ 。
具體特徵
(一)非線性
“非線性”與“線性”是一對數學概念，用於區分數學中不同變數之間兩種性質不同的關係。苗東升教授認為，可以從本體論和方法論兩個層面來認識和區分線性思維和非線性思維。從本體論角度來看，線性思維認為，現實世界本質上是線性的，非線性不過是對線性的偏離或干擾。非線性思維認為，現實世界本質上是非線性的，但非線性程度和表現形式千差萬別，線性系統不過是在簡單情況下對非線性系統的一種可以接受的近似描述。從方法論角度來看，線性思維認為，非線性一般都可以簡化為線性來認識和處理。非線性思維認為，一般情況下都要把非線性當成非線性來處理，只有在某些簡單情況下才允許把非線性簡化為線性來處理。因此有學者明確指出：“非線性作用是系統無限多樣性、不可預測性和差異性的根本原因，是複雜性的主要根源。非線性思維是一種直面事物本身的複雜性以及事物之間相互關係的複雜性、運用超越直線式的思維去力爭更清晰的理解和把握認識對象的思維方式。不可否認，在認識簡單的事物時，直線式的思維方式有利於提高認識的效率，但是在認識比較複雜的事物時，如果單單為了追求一種簡單性、便捷性、效率性、因果性，而拋卻事物的複雜性，我們得到的會是一種“假象式”的認識結果。實際上“隨著我們的思維範式由線性(原子論、還原論)向非線性(系統論)的轉變，我們對自然和社會的本來面目的認識就更加深刻”。
(二)不確定性
不確定性是針對確定性而言的，是對確定性的否定。在近代科學發展史上，以牛頓力學為代表的經典自然科學向人們描繪了一幅確定性的世界願景，並且宣稱在這幅願景圖中的空白之處或者不清晰之處只是暫時的，是等待人類去逐漸填充的領域。然而2O世紀6O年代以來，現代系統科學中關於混沌現象的研究，卻打破了傳統科學中把“確定性”與“不確定性”截然分割的思想禁錮，並用大量客觀事實和實驗表明，正是由於確定性和不確定性的相互聯繫和相互轉化，才構成了豐富多彩的現實世界。著名科學家普里高津曾說：“我堅信，我們正處在科學史中一個重要的轉折點上。我們走到了伽利略和牛頓所開闢的道路的盡頭，他們給我們描繪了一個時間可逆的確定性宇宙的圖景。我們現在卻看到了確定性的腐朽和物理學定義新表述的誕生。”事實上，許多學科領域關於“不確定性”的研究成果已經揭示了微觀和巨觀世界中不確定性的必然存在。如量子力學中的海森堡測不準原則、數理邏輯中的哥德爾定理、社會選擇理論中的阿羅不可能定理以及模糊邏輯等方法的提出，都從不同的學科角度，為“不確定性”成為科學研究的對象提供了準備條件。美國密西根大學地質科學家亨利·N.波拉克(H.N.Pollack，1936一)說：“科學會因為不確定性而衰弱嗎?恰恰相反，許多科學的成功正是由於科學家在追求知識的過程中學會了利用不確定性。不確定性非但不是阻礙科學前行的障礙，而且是推動科學進步的動力。科學是靠不確定性繁榮的。”(叩"不確定性產生的根源是什麼呢?“從本質上，不確定性源自《複雜性科學的方法論研究》是黃欣榮在其博士論文的基礎上修改完成的，由重慶大學出版社2006年出版。社會系統本身所固有的、內在的層次性、開放性、動態性、相干性、非線性、臨界性、自組織性、自強化性和突變性。根據不確定性的特點，一般可以把不確定性分為五類：客觀不確定性、主觀不確定性、過程不確定性、博弈不確定性和突變不確定性。”
(三)自組織性
組織是指系統內的有序結構或這種有序結構的形成過程。德國理論物理學家哈肯依據組織的進化形式把“組織”分為他組織和自組織兩類。自組織是相對於他組織而言的，我們一般把不能自行組織、自行創生、自行演化，不能夠自主地從無序走向有序的組織稱為他組織。他組織只能依靠外界的特定指令來推動組織向有序演化，從而被動地從無序走向有序。相反，自組織是指無需外界特定指令就能自行組織、自行創生、自行演化，能夠自主地從無序走向有序，形成有結構的系統。
自組織理論是2O世紀6O年代末期開始建立並發展起來的一種系統理論。它的研究對象主要是複雜自組織系統(生命系統、社會系統)的形成和發展機制問題，即在一定條件下，系統是如何自發地由無序走向有序、由低級有序走向高級有序的。吳彤教授認為自組織理論由耗散結構理論、協同學、突變論、超循環理論、分形理論和混沌理論組成。其中，耗散結構理論是解決自組織出現的條件環境問題的，協同學基本上是解決自組織的動力學問題的，突變論從數學抽象的角度研究了自組織的途徑問題，超循環論解決了自組織的結合形式問題，分形理論和混沌理論則從時序和空間序的角度研究了自組織的複雜性和圖景問題。一般認為，系統開放、遠離平衡、非線性相互作用、漲落是自組織形成的基本條件。
自組織現象無論在自然界還是在人類社會中都普遍存在。一個系統自組織功能愈強，其保持和產生新功能的能力也就愈強。我們把這種無需外界控制和干擾、通過系統自身的調節和演化達到有序的特性稱為自組織性，如達爾文提出的“物競天擇，適者生存”，就可以看成是自然界中的生物通過生態系統的自身調節而達到的不同物種之間進化發展的自組織過程。
(四)湧現性
複雜性科學把系統整體具有而部分或者部分和所不具有的屬性、特徵、行為、功能等特性稱為湧現性。也就是說，當我們把整體還原為各個部分時，整體所具有的這些屬性、特徵、行為、功能等便不可能體現在單個的部分上。
我國古代思想家老子的“有生於無”的論斷，便是對湧現性古老而又深刻的理解和表達。貝塔朗菲借用亞里士多德的著名命題“整體大於部分之和”來表達湧現性；霍蘭認為湧現的本質是“由小生大，由簡入繁”。複雜性科學家常借用“複雜來自簡單”來表述湧現，認為複雜性是隨著事物的演化從簡單性中湧現出來的。雖然湧現性是整體的一種現象和特性，但是整體的現象和特性不一定都是湧現。貝塔朗菲區分了累加性與生成性(非加和性)兩種整體特徵，把整體分為非系統總和與系統總和兩種。要清楚地認識到單單只把各部分特性累加起來所形成的整體特性不是湧現性，只有依賴於部分之間特定關係的特徵所構成的生成性(不是加和性)才稱得上是“湧現性”。由此可以得出，從部分本身的簡單相加來推斷、預測湧現現象是不可能的，湧現性是一個描述複雜系統層次所呈現的模式、結構或特徵的科學概念。
研究旨趣
(一)對還原論的批判和超越。
本文所論及的還原論(Reductionism)，指的是涉及一切科學領域的、一般哲學意義上的還原論，是廣義的還原論，不是局限在某一學科領域內(如生物學、物理化學)的還原論；是在方法論層次上談論還原論，不是在本體論還原或者理論間還原層面上談論的還原論。
據考證，“還原論”一詞最早由著名哲學家蒯因1951年在《經驗論的兩個教條》一文中正式提出，但還原論的思想卻源遠流長。中國古代的思想家們和古希臘的哲學家們在探討物質的構成和世界的本源時所提出的一系列思想便可以看成是還原論思想的萌芽，但這些萌芽與現代意義上的還原論思想相差很大。
“還原論是把物質的高級運動形式(如生命運動)歸結為低級運動形式(如機械運動)，用低級運動形式的規律代替高級運動形式的規律的方法。還原論認為，各種現象都可被還原成一組基本的要素，各基本要素彼此獨立，不因外在因素而改變其本質，通過這些基本要素的研究，可推知整體現象的本質。”從科學和哲學思想史上來看，法國哲學家笛卡爾是還原論思想的奠基者，他所提出的指導人們思維活動的著名的“四條原則”，完整地表達了還原論的基本內涵，笛卡爾的方法論思想經過牛頓到愛因斯坦歷代科學家的補充和發展，經過四百年科學實踐的檢驗不斷完善，形成了還原論在現代科學體系中的支配地位。“四條原則”，即除了清楚明白的觀念外，絕不接受其他任何東西；必須將每個問題分解成若干個簡單的部分來處理；思想必須從簡單到複雜；我們應該時常徹底地檢查，確保沒有遺漏任何東西。
複雜性科學研究的一個共同特點，便是在方法論層面對還原論的批判和超越。“超越”是西方哲學中經常用到的一個術語，超越不是徹底否定和拋棄原來。我國哲學家張世英曾說：“超越、揚棄不是絕對否定和拋棄，而是經過它又超越它。”複雜性科學如何才能夠超越還原論呢?苗東升教授論述“把複雜性當作複雜性來處理”道出了答案。具體的策略則是：把非線性當作非線性處理、把遠離平衡當作遠離平衡來處理、把混沌當作混沌來處理、把分形當作分形來處理。
如果我們從方法論層面上來理解還原論，就會發現近代科學的產生、發展與所取得的成就都離不開還原論的作用，諾貝爾獎獲得者所取得的成就大部分是在還原論思想的指導下取得的。由此可見，在科學研究領域內，包括複雜性科學研究領域，想徹底否定還原論是不現實的。我們所做的是要“超越還原論”，而非“否定還原論”。
(二)對整體論的追求和超越。
整體論(Holism)是指用系統、整體的觀點來考察有機界的理論。20世紀30～50年代，貝塔朗菲總結了生命科學的新成就，在批判機械論和活力論的基礎上，系統地提出了有機體論即整體論。如同還原論一樣，整體論的思想萌芽也早已有之。我國古代醫學經典《黃帝內經》最大的特點便是從調理人的整體機能入手看待和醫治疾病。古希臘哲學家亞里士多德關於“離開人的手就不算人的手”的論斷，更是對整體思想的強調。實際上，整體論思想應該比還原論思想誕生得還要早，只不過後來隨著西方近代科學的興起，整體論在科學研究中起到的作用逐漸衰微。
整體論強調生命系統的組織化、目的性特徵，反對機械論把世界圖景歸結為無機系統微觀粒子無序的、盲目的運動，但是整體論卻忽略了偶然性、隨機性在生命發展中的作用。複雜性科學的興起，首先舉起了反對還原論方法的大旗，因為複雜性科學的研究對象是複雜系統，而複雜系統本身的多樣性、相關性、一體性必然是與其自身的整體性緊密聯繫在一起的。由此可見，複雜性科學與整體論的淵源關係很深。雖然整體論思想批判了還原論思想的局限性，揭示了事物間的相互依賴性和聯繫性，但是整體論思想仍不可避免地帶有機械構成論的局限。這說明，整體論思想並不等同於複雜性科學的方法論。
(三)對“融貫論”的創建與追求。
法國思想家埃德加·莫蘭曾說：“整體主義與它反對的還原主義同屬於簡化的原則(前者是關於整體的簡化思想和把一切都劃歸為整體)”。整體主義只包含對整體的局部的單方面的簡化的看法。它把整體的概念變成一個匯總的概念。因此整體主義屬於簡化範式。”法國哲學家帕斯卡同樣旗幟鮮明地指出：“我認為不認識整體就不可能認識各個部分，同樣不特別地認識各個部分也不可能認識整體。”由此可以得出，從部分解釋整體和從整體解釋部分，既不消除它們彼此之間的對立性，又通過它們連線起來的運動彼此變成互補。正如埃德加·莫蘭所言：“我們的系統觀是對還原論和整體論的超越，它通過統合兩派各自所有的部分真理來尋找一個理解原則：它不應該為了部分而犧牲整體，也不可能為了整體而犧牲部分。重要的是闡明整體與部分之間的關係，他們互相憑藉。”(以扣因此，複雜性科學要在對還原論和整體論超越的基礎上，將二者有機地結合起來，以便形成複雜性科學所獨有的方法論。在這一方面，國內外的學者們已經做出了一些探索，取得了一些成果。如，錢學森提出的“綜合集成方法”，後來發展成為“綜合集成研討廳體系”。錢學森說：“我們所提倡的系統論，既不是整體論，也非還原論，而是整體論與還原論的辯證統一，是更高一層次的東西，即我們的系統論既要包括整體論，也要包括還原論。”成思危在論述複雜性科學方法論時，也曾明確提出還原論和整體論相結合的原則；美國學者歐陽瑩之則提出了“綜合微觀分析”，而本文中所使用的“融貫論”(Syncretism)，來源於黃欣榮的博士學位論文。這些提法雖然稱呼不同，指的都是在超越還原論和整體論的基礎上，將兩者結合起來所形成的一種新的方法論。黃欣榮認為融貫論的精髓是：“既包括客觀的過去和現在，也包括未來”；既重視分析，也重視綜合；在研究具體系統時，既注意部分也注意整體；從內外上下、橫縱前後認識和解決問題。
由此可見，在超越還原論和整體論基礎之上所形成的融貫論，既吸收了整體論從整體看問題的長處，又涵括了還原論深入分析問題的優點。這是一種在注意克服各自局限性的前提下，敞開胸懷、取長補短、實現互補而形成部分和整體、分析和綜合有機融合的新的方法論。
我們生活在一個複雜的世界裡，要想窮盡複雜性科學的方法論意蘊，是完全超出我們能力範圍的。對此，美國哲學家、匹茲堡大學哲學系教授、科學哲學中心主席尼古拉斯·雷舍爾(Nicholas Rescher，1928一)曾說：“對複雜性進行研究既是一種禍害也是一種福音，說它是福音是因為它總是不可避免的與我們相伴，並成為進步的真正先決條件；說它是禍害是因為它自身既是消極的，又是阻礙我們順利實現進一步發展的重負。但是，我們並不能因此而停止探索的腳步，複雜性科學的研究之路任重而道遠，我們才剛剛上路。
套用
複雜性科學不但在物理、數學、生物等傳統自然科學中成就斐然，而且在經濟、社會、管理等研究領域也已蓬勃興起。雖然非線性分析最早揭示了確定性社會學中人口增長存在的混沌特徵，但是後續研究卻相對缺乏。喬治·梅森大學的Warfield率先探討了管理中的複雜性，並提出了在複雜環境下提高決策效果的結構化系統分析方法。Flood等從系統方法的角度研究了管理混沌與複雜性的方法。Tesfatsion把人工生命模型用來為商業網的演化建模；Albin和Folay則把這一模型用於研究市場結構的演化、貨幣政策問題以及囚徒兩難遊戲中合作的出現等。作為世界複雜性研究發源地和研究中心，聖塔菲研究所在經濟系統複雜性研究方面更是取得了突出成就，相關研究舉世矚目。Epstein和Axtell把人工生命模型套用到了人工社會。Loye和Eisler對社會科學中的混沌和非均衡現象的探討，是複雜性在社會科學中的套用研究之一。
複雜性科學同樣逐漸被公共管理研究所接受。Kiel和Elliott認為政府預算是一個充滿變化的非線性和複雜系統，Kiel還運用非線性動力學方法發現在政府組織中存在混沌和“隱序”現象。Comfort證明了複雜性科學能作為一種模型在自然的或技術的災難發生期問協調組織內部的活動。回Thietart和Forgues研究了混沌與組織的關係。Stacey指出組織是複雜的演化系統。Sack—mann研究了組織的文化複雜性問題後指出，新時代的企業文化充滿了衝突和複雜性，並從多個層次進行了初步分析。Axlord研究了組織合作複雜性問題，初步分析了組織合作穩定與不穩定性條件。@網路研究不僅被用於政府組織研究，而且發展了公共政策分析的網路視角，同時還被用於疾病傳播等公共安全領域，Euel將多智慧型體建模和仿真的技術用於分析恐怖分子行為，發展出相應的公共安全策略。複雜網路研究已經從更深層次的人際網路互動，為突發公共衛生事件的處理提供了新的解決思路。網路不僅是疾病傳播的載體，而且因為網路的特殊結構而直接導致了疾病傳播規律的改變。固進一步研究表明，這些疾病傳播網路內部的生物群落是由一個無限方差的連線分布所耦合的，均表現出顯著的無標度特徵和小世界現象， 正是具有這樣的複雜網路特徵，才使得傳統的疾病傳播模型找不到閾值，因而即使這種傳染病的傳染性極低，它也將持續傳播。複雜網路研究已經從更深層次的人際網路互動為突發公共衛生事件處理提供了新的解決思路。
總體而言，社會科學領域中的複雜性研究的理論和套用主要集中在經濟管理領域，在公共管理等領域的研究還相對比較滯後，許多研究還主要停留在概念和定性的層面，定量分析和模型並不多見；而且，已有的研究成果多數隻涉及公共管理的某一方面，分析方法也比較單一(多集中在以混沌為代表的系統非線性研究)，將公共事務統籌管理作為整體評價研究目標，進而在相關複雜性研究中綜合考慮經濟、社會、管理等問題的研究成果還少見報導。正如克勞斯指出的“社會學理論中，對於複雜性和非線性的認識論考察仍然處於初期”，公共管理領域中的複雜性研究也正面臨這樣的情況。
在我國，成思危教授領導了管理科學方面複雜系統的研究，其多數研究成果集中在對經濟系統的非線性，尤其是混沌分析；另外，也有學者開始關注複雜性理論在人力資源管理、高技術企業成長機制以及組織管理中的套用。伴隨著複雜性研究所在國內很多管理學院相繼成立，管理科學中的複雜性研究已經成為這一領域中的熱點問題之一。管理學的這一新的研究動向也開始影響到國內的公共管理複雜性研究。公共管理領域內，已經有學者已經開始注意Keil的有關混沌非線性公共管理研究，逐漸認識到複雜性科學的重要作用；也開始將複雜性科學的有關成果套用到諸如農民工流動這樣的中國公共管理問題研究中。這些研究基本都處在跟蹤階段，與國際研究前沿差距較大；而這種差距，也正反映出與美國等已開發國家相比，目前我國公共管理學科的教學與研究仍然比較落後的現實。
