国防科普加油站之对话专家（37）复杂系统仿真：穿透信息化战争“迷雾”的利器

记者：您一直致力于计算机仿真方面的研究工作，曾领衔研制出“银河”系列仿真机，请问近年来计算机仿真有什么新的进展？

金士尧：计算机仿真是以数学理论、相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术。它是一种描述性技术，也是一种定量分析方法。它通过建立某一过程和某一系统的模式，来描述该过程或该系统，然后用一系列有目的、有条件的计算机仿真实验来刻画系统的特征，从而得出数量指标，为决策者提供有关这一过程或系统的定量分析结果，作为决策的理论依据。计算机仿真技术被称为继科学理论和实验研究后的第三种认识和改造世界的工具，计算机技术的发展，计算数学的成熟，使计算机仿真技术成为工程领域必不可少的重要设计手段。

经过半个多世纪的发展，计算机仿真已经从纯数学仿真，实物在回路中的数学与实物混合仿真，发展到现在的人在回路的智能化仿真。从仿真的深度和广度来看，计算机仿真已从单系统单设备仿真，发展到多系统体系仿真和复杂系统仿真。2001世界计算机仿真大会确定的主题就是：“用仿真来构造世界，用仿真来构造未来。”可见，计算机仿真对人类社会进步和科技发展有着非常深远的影响。

记者：复杂系统仿真与一般的系统仿真有什么区别？它有哪些特点呢？

金士尧：计算机仿真应用早期局限在国防科技和军工部门，如航天、航空等，如今已深入到科学研究、工程设计、辅助决策、系统优化等各个方面。复杂系统仿真已成为当前计算机仿真研究的热点和难点。我们知道，系统是由许多部分组成，组成部分之间又是互相关联、互相作用和互相影响的，因而形成了系统完整的特性。现代系统论的开创者冯·贝塔朗菲（L.Von.Bertalanffy）根据系统自身的表征，将系统定义为“相互作用的多元素复合体”。我国科学家钱学森将系统定义为“由相互制约的各个组成部分形成具有一定功能的整体”。因此，系统具有多元性、相关性和整体性等特性。

复杂系统本身也是系统。不过，复杂系统组成部分之间的关联性非常复杂，可能是非线性的，甚至无法描述，其主要差别就在于复杂系统的整体性。系统科学把系统整体所具有，而孤立的组成部分及其总和所不具备的性质，称之为系统整体的涌现性（WholeEmergence）。所以，复杂系统是具有系统整体涌现性的系统。科学家希尔伯特·西蒙（HerbertSimon）指出：“已知系统组成部分的性质及其之间的相互关系，也很难把整体的性质推断出来”，通俗一点说，就是“系统的整体性质大于部分性质之和”。这些特点就决定了复杂系统仿真与一般系统仿真有着本质的区别，其难度要大得多。

记者：看来，复杂系统真是名符其实。那么，如何来研究复杂系统呢？

金士尧：研究复杂系统的困难就在于系统的整体性和整体的涌现性。传统的研究方法，比如过去广泛应用的笛卡儿（R.Descartes）还原法（Reductionism），它的基本思想是将整体分解为部分去研究，认为部分弄清楚了，整体也就迎刃而解。其实，问题远没有这么简单，因为“系统的整体性质大于部分之和”。突变论的创始人勒内·托姆（RenèThom）提出了一个有创新性的建议，即采用动力学的方法来研究复杂系统，既从局部走向整体，又从整体走向局部。对于从局部走向整体，数学中是解析性概念；对于整体走向局部，数学中是奇点概念。我国著名科学家钱学森等主张采用辨证逼近法来研究复杂系统，即从定性到定量综合集成。这些方法，都有助于我们进行复杂系统仿真研究。

记者：战争也是一个复杂系统，目前国际上对这个复杂系统的仿真研究情况怎样？其应用前景如何呢？

金士尧：前面我已经谈到，计算机仿真的早期应用主要是国防科技和军工部门，这就说明，它在国防和军队现代化建设中具有广泛的应用前景，能发挥巨大作用。毫无疑问，战争属于复杂系统范畴，这是因为：第一，战争系统是由许多具有自主能力的作战单元组成；第二，作战过程中由于多方的对抗和协同，所形成的关联很难描述清楚；第三，战争具有许多不确定的因素，导致系统的状态演化结果不能确定，战争的态势直接决定各参战单位作战方式与任务；第四，战争过程是不可重复的，充满了必然的偶然性。归结到一点，战争系统的各个组成部分在分解以后，不能反映战争系统的整体特性，特别是在“人”作为系统的组成部分时，这一点更为突出。

当前，世界先进的军事强国都在利用复杂系统仿真进行“网络中心战”的研究。网络中心战是相对平台中心而言的，过去现代化作战是以坦克、飞机、军舰等单位自主作战，观察设备、交战武器和作战指挥都安装在统一平台上，作战能力受到了限制。随着信息时代的到来，战争的形态可以通过网络来共享、海陆空天统一作战和联合指挥可以通过网络来协调，各种武器可以通过网络来形成合力，在更大的范围内打击敌人。美国在这方面已有实际应用，并取得了重要进展。因此，打赢现代化信息战争，必须开展复杂系统的仿真研究，通过对战争这一复杂系统的仿真研究，能够拨开信息化战争的“迷雾”，提高军队指挥与控制决策的效率与科学性，赋予部队更强的战斗力和更高的战场应变力。（作者：王握文 来源：国防科技大学“科普中国”共建基地）