复杂科学精选书单：入门到进阶20本丨世界读书日

导语

过去的40年，自组织、涌现、分形、非线性、混沌、复杂适应系统等概念已经不仅遍布科学文献，并且在大众视野中广泛传播。复杂科学正在商业生态、社会治理、疾病传播、生命探索、人工智能、元宇宙等诸多领域发挥越来越重要的作用。

集智俱乐部精选20本复杂科学领域经典的科普、教材、专著读物推荐给各位读者。世界读书日，祝大家阅读愉快，认知常新！

 复杂科学关键词词云

复杂科学入门+进阶书单

带你深入复杂性研究领域

书目一览：

1. 《复杂：一门诞生于秩序与混沌边缘的学科》

2. 《复杂》

3. 《规模：复杂世界的简单法则》

4. 《隐秩序：适应性造就复杂性》

5. 《链接：商业、科学与生活的新思维》

6. 《宇宙为家》

7. 《从存在到演化》

8. 《预知社会 : 群体行为的内在法则》

9. 《失控 : 全人类的最终命运和结局》

10. 《哥德尔、艾舍尔、巴赫：集异璧之大成 》

11. 《系统科学》

12. 《网络，群体与市场》

13. 《网络科学引论》

14. 《从抛物线谈起》

15. 《热力学与统计物理》

16. 《复杂性与临界现象》

17. 《信息论基础》

18. 《非线性动力学与混沌》

19. 《随机方法手册》
    

20. 《A New Kind of Science》

复杂：一门诞生于秩序与混沌边缘的科学

图书链接：

https://book.douban.com/subject/1030898

作者: 米歇尔·沃尔德罗普

出版社: 生活·读书·新知三联书店 

出版年: 1997-04

页数：505

分级：入门，经典，故事

推荐语：详细介绍圣塔菲研究所早期开山鼻祖的故事，生动展示了复杂科学的精神。

说明：集智俱乐部曾多次推荐本书，其中译版于 1997 年由三联出版社出版，印数不到一万册，后无再版。有需求请自寻中英文资源，并期待再版吧~

这部书叙述一群美国科学家如何开创“21世纪的科学”的故事，对正在形成的科学的复杂体系做了深入浅出的描述。介绍了“一场新的启蒙运动”。

它为我们讲述了美国的一些不同领域的科学家们越来越无法忍受自牛顿以来一直主导科学的线性和还原的思想束缚。他们在各自领域发现，这个世界是一个相互关联和相互进化的世界，并非线性发展的，并非现有科学可以解释清楚的。他们认为这个世界上不仅存在着混沌，也存在着结构和秩序，他们逐渐将自己的新发现和新观点聚集起来，共同努力形成对整个自然界，对人类社会的一个全新的认识。

 扫码收听音频版《复杂：诞生于秩序与混沌边缘的科学》，持续更新中～

复杂

图书链接：

https://book.douban.com/subject/6749832/

作者：梅拉妮·米歇尔

出版社: 湖南科学技术出版社

出版年: 2011-8-1

页数：409

分级：入门，科普，经典

推荐语：作为侯世达的高徒，米歇尔从计算理论和人工智能的角度重新表述了复杂性。

蚂蚁在组成群体时为何会表现出如此的精密性和具有目的性?

数以亿计的神经元是如何产生出像意识这样极度复杂的事物？

是什么在引导免疫系统、互联网、全球经济和人类基因组等自组织结构？

这些都是复杂系统科学尝试回答的迷人而令人费解的问题的一部分。

理解复杂系统需要有全新的方法，需要超越传统的科学还原论，并重新划定学科的疆域。借助于圣塔菲研究所的工作经历和交叉学科方法，复杂系统的前沿科学家米歇尔以清晰的思路介绍了复杂系统的研究，横跨生物、技术和社会学等领域，并探寻复杂系统的普遍规律。与此同时，她还探讨了复杂性与进化、人工智能、计算、遗传、信息处理等领域的关系。

规模: 复杂世界的简单法则

图书链接：

https://book.douban.com/subject/30244461/

作者: 杰弗里·韦斯特
出版社: 中信出版社

出版年: 2018-6-1

页数：568

分级：入门，大师，科普

推荐语：物理学家杰弗里·韦斯特利用规模法则（scaling law）这个独特视角统一看待生命与死亡，城市与公司，并初步建立起了统一框架。

享誉全球的复杂系统性科学研究中心圣塔菲研究所前所长杰弗里•韦斯特潜心研究数十年，经过反复试验和求证，终于找到了解构复杂世界的简单逻辑——规模法则。在韦斯特眼中，规模成为衡量世间万物的不变标准，利用规模法则，复杂世界变得可量化、可预测、清晰明了且极度统一。

《规模》将帮助你重新思考生命、认识自身、了解你的生活与工作，并告诉你复杂世界其实充满简单的逻辑，只要跳脱思维框架，打破学科限制，你就会重新看清你周遭的一切。

隐秩序：适应性造就复杂性

图书链接：

https://book.douban.com/subject/6797698/

作者: 约翰·霍兰 
出版社: 上海世纪出版集团 上海科教出版社

出版年: 2011-8

页数：168

分级：入门，大师，经典

推荐语：遗传算法之父约翰霍兰在本书中首次强调了适应性在复杂性中的作用，并将复杂适应系统看作是积木块的拼接组合，同时积木又可以行成层级结构。

作为遗传算法之父和复杂科学的先驱者之一，霍兰从一开始就处于复杂适应系统（CAS）这一新兴研究领域的中心。

这部里程碑式著作为这一崭新领域首次提供了一种协调一致的综合，展示了霍兰的独特洞见。《隐秩序:适应性造就复杂性》强调寻找支配CAS行为的一般原理，注重扩展众多科学家的直觉。书中提供了一个适用于全部CAS的计算机模型。霍兰通过描述我们能够做什么，总结了如何增强对CAS的理论认识。他提出的若干理论方法，可以指导人们对付耗尽资源、置我们世界于危险境地的棘手的CAS问题。

链接：商业、科学与生活的新思维

图书链接：

https://book.douban.com/subject/24862722/

作者：巴拉巴西 
出版社: 浙江人民出版社

出版年: 2013-8-1

页数：369

分级：入门，科普，经典

推荐语：复杂网络研究权威巴拉巴西的经典著作，回顾了网络科学的研究历史，解释了“富者愈富”的无标度网络背后的机制，为理解生命和社会提供了崭新视角。

巴拉巴西在书中追溯了网络的数学起源，分析了社会学家在此基础上得出的研究成果，最后提出自己的观点：我们周围的复杂网络，从鸡尾酒会、恐怖组织、细胞网络、跨国公司到万维网，等等，所有这些网络都不是随机的，都可以用同一个稳健而普适的架构来刻画。这一发现为我们的网络研究提供了一个全新的视角。

本书叙事生动，充满真知灼见，它使我们认识了许多现代社会的“制图师”，这些人正在多个科学领域研究绘制网络地图，在超级计算机的帮助下，他们正一步步揭示出社会关系网络、企业和细胞等拥有的相似性其实超出了它们之间的差异。他们的发现为我们提供了了解自己周围相互连接的世界的重要的新视角。

宇宙为家

图书链接：

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作者: 斯图亚特·考夫曼 
出版社: 湖南科学技术出版社
出版年: 2004-4

页数：369

分级：科普，大师，经典

推荐语：宇宙为家是从生物学的视角阐述复杂性，混沌边缘，涌现与自组织等概念的典范。

一道分子汤里产生了生命，最终进化出我们今天见到的生物圈。不管我们谈论的是分子和分子如何协作组成了细胞，还是生物体跟生物体如何协作组成了生态系统，还是买方与卖方如何协作组成了市场和经济形态，我们都会发现一些理由使我们相信，光有达尔文主义是不够的；相信我们今天看到的世界不仅仅起源于自然选择。

从存在到演化

图书链接：

https://book.douban.com/subject/2112914/

作者: 普里高津
出版社: 北京大学出版社
出版年: 2007-01-01

页数：226

分级：入门，大师，经典

推荐语：普利高津可谓是从动力系统和热力学研究复杂科学的先驱。热力学，时间之箭，混沌在这本书中完美融合。

本书试图回答自然界是怎样演化发展的。作者根据耗散结构理论等非平衡自组织理论的成果，结合当代科学的其他新成果，并放到科学史和文化史中进行考察，指出自然系统从混沌到有序、从已有的有序演化到新的有序的过程，是“活”物质的自组织过程。

作者志在把热力学嵌入到动力学之中，重新发现时间的意义，进而消除物理学和生物学的对立，把自然科学和人文科学、西方文化和东方文化结合起来，在更高的起点上建立起人与自然的新联盟。

预知社会 : 群体行为的内在法则

图书链接：

https://book.douban.com/subject/4908898/

作者：菲利普·鲍尔 
出版社: 当代中国出版社
出版年: 2010-7

页数：405

分级：入门，科普，经典

推荐语：社会物理与经济物理是复杂科学在社会科学大背景下的一个分支，预知社会是对这个领域的全面性介绍。

在纷繁的社会生活中，个体的行为是无法预知的，但是，当个体数量达到一定程度时，群体的行为反而表现得有章可循，于杂乱中显现秩序和稳定。这是为什么呢？

围绕这一问题，作者从统计物理、生物化学等自然科学中探寻其中的缘由，发现了自然与社会之间奇妙的结合点，以及它们共同的法则。从细菌生长的形态到交通流的运行，从流体相变到政治结盟，从电脑网络到市场交易，等等，莫不于纷繁多样中遵从一致的奇妙规则。

失控 : 全人类的最终命运和结局

图书链接：

https://book.douban.com/subject/5375620/

作者: 凯文·凯利 

出版社: 新星出版社
出版年: 2010-12

页数：707

分级：入门，经典

推荐语：失控是站在旁观者的视角介绍复杂科学最全面和精彩的一本书。

这是一部思考人类社会（或更一般意义上的复杂系统）进化的“大部头”著作，对于那些不惧于“头脑体操”的读者来说，必然会开卷有益。

《失控》成书于1994年，作者是《连线》杂志的创始主编凯文·凯利。这本书所记述的，是他对当时科技、社会和经济最前沿的一次漫游，以及借此所窥得的未来图景。

书中提到并且今天正在兴起或大热的概念包括：大众智慧、云计算、物联网、虚拟现实、敏捷开发、协作、双赢、共生、共同进化、网络社区、网络经济，等等。说它是一本“预言式”的书并不为过。其中必定还隐藏着我们尚未印证或窥破的对未来的“预言”。

哥德尔、艾舍尔、巴赫：集异璧之大成

图书链接：

https://book.douban.com/subject/1291204/

作者: 侯世达 

出版社: 商务印书馆
出版年: 1997-5

页数：1053

分级：大师，经典，深度

推荐语：GEB是一本奇书，它完美地用高超的文学技巧向我们的心智展现了复杂性中的本质困惑——涌现，整体论，还原论，自我的本质究竟是什么？如果你没有对这些问题产生困惑，那你就没有真正理解它们。

集异璧－GEB，是数学家哥德尔、版画家艾舍尔、音乐家巴赫三个名字的前缀。《哥德尔、艾舍尔、巴赫书：集异璧之大成》是在英语世界中有极高评价的科普著作，曾获得普利策文学奖。

它通过对哥德尔的数理逻辑，艾舍尔的版画和巴赫的音乐三者的综合阐述，引人入胜地介绍了数理逻辑学、可计算理论、人工智能学、语言学、遗传学、音乐、绘画的理论等方面，构思精巧、含义深刻、视野广阔、富于哲学韵味。

系统科学

图书链接：

https://book.douban.com/subject/1322872/

作者: 许国志 编 
出版社: 上海科技教育出版社
出版年: 2000-1
页数: 413

分级：教材，基础，经典

荐书语：该书较为全面系统地介绍了系统科学的各个分枝，是入门必读读物。

《系统科学》全面介绍了系统科学的基础理论、应用理论和工程应用，重点是基础理论的内容。《系统科学》系统阐述了对各类系统的结构、功能和演化有普适意义的动力学系统理论(包括分岔、混沌等)、自组织理论、随机性理论，以及简单巨系统、复杂适应系统、开放的复杂巨系统的理论，对信息论、控制论、运筹学、系统工程方法论等系统工程技术作了简要介绍。

网络、群体与市场

图书链接：

https://book.douban.com/subject/6885949/

作者: 大卫·伊斯利 / 乔恩·克莱因伯格

出版社: 清华大学出版社
出版年: 2011-10-1
页数: 511

分级：教材，基础，经典

荐书语：该书利用系统科学工具包括复杂网络、博弈论等研究社会经济系统问题。

本书是本科生的入门教材，同时也适合希望进入相关领域的高层次读者。它从交叉学科的角度出发，综合运用经济学、社会学、计算与信息科学以及应用数学的有关概念与方法，考察网络行为原理及其效应机制。以深入浅出的方式描述了在网络的作用下正在浮现与发展起来的一些交叉学科领域，讨论了社会、经济和技术领域相互联系的若干基本问题。本书是一本带你跨入信息科学和社会科学交叉领域研究之门的优秀参考书。

网络科学引论

图书链接：https://book.douban.com/subject/25970086/

作者: 马克·纽曼 

出版社: 电子工业出版

出版年: 2014-1-1
页数: 487

分级：进阶，教材，经典

荐书语：该书为复杂网络的进阶教材，全面而系统。

网络科学大牛 Mark Newman 作品，刚刚更新至第二版，第一版有中译本。

作者凭借在计算机、信息论、物理等相关学科的深入研究和丰富经验，系统地分析和论述了网络作为一门科学理论如何应用在现实生活中的方方面面。全书分为5部分，讨论了目前科学研究中的网络类型和用以确定其结构的各种技术，介绍了研究网络的基本数学理论及用以量化网络结构的各类测度与参数，描述了有效分析网络数据的计算机算法，以及有助于预测网络系统行为并理解其生成和演化过程的网络结构数学模型，最后给出了网络上的一些动力学过程，如社会网络中的疾病传染或计算机网络上的搜索过程。

从抛物线谈起

图书链接：https://book.douban.com/subject/25929253/

副标题: 混沌动力学引论(第2版)

作者: 郝柏林 
出版社: 北京大学出版社
出版年: 2013-10-1
页数: 164

分级：进阶，经典

荐书语：该书可作为系统动力学的入门读物。

著名理论物理、计算物理学家郝柏林教授的作品。本书借助于抛物线映射这一很初等的工具，介绍混沌动力学的一些最基本的概念和方法。全书计分七章，即：最简单的非线性模型，抛物线映射，倍周期分岔序列，切分岔，混沌映射，吸引子的刻划，过渡过程。本书深入浅出，图文并茂，文献丰富。可供理工科大学教师、高年级学生、研究生、博士后阅读，也可供自然科学和工程技术领域中的研究人员参考。

热力学与统计物理学

图书链接：https://book.douban.com/subject/1968023/

作者: 林宗涵 
出版社: 北京大学出版社
出版年: 2007-1
页数: 637

分级：教材，基础

荐书语：热力学和统计物理是步入复杂科学大门的必备知识。

热力学及其引申的统计物理是另外一个研究系统和复杂性的分支，思想来源于10世纪的热力学以及后来的玻尔兹曼、吉布斯统计物理再到后来的普利高津的耗散结构论，这一分支可归结为对一类热、熵、流等现象的研究。

复杂性和临界状态

图书链接：https://book.douban.com/subject/1974638/

作者：Kim Christen
出版社: 复旦大学出版社
出版年: 2006-11
页数: 392

分级：教材，基础

荐书语：详细讲述了临界、相变、标度律等入门复杂科学的基本概念。

《复杂性和临界状态》是作者在从2000年开始给伦敦帝国理工学院研究生讲授统计力学的讲稿基础上形成的。

复杂性是21世纪的重点研究课题之一，而临界状态则是统计物理中已有相当深入研究的一个分支，《复杂性和临界状态》旨在采用统计力学的方法，以渗滤和伊辛模型为范例，讨论突破复杂性研究的途径。

信息论基础

图书链接：https://book.douban.com/subject/2305237/

作者: Thomas M. Cove 

出版社: 机械工业出版社
出版年: 2008-1
页数: 439

分级：教材，经典

荐书语：掌握信息论中的相关概念是横跨统计物理与计算科学的必备知识。

《信息论基础》(原书第2版)是信息论领域中一本简明易懂的教材。主要内容包括：熵、信源、信道容量、率失真、数据压缩与编码理论和复杂度理论等方面的介绍。《信息论基础》(原书第2版)还对网络信息论和假设检验等进行了介绍，并且以赛马模型为出发点，将对证券市场的研究纳入了信息论的框架，从新的视角给投资组合的研究带来了全新的投资理念和研究技巧。

非线性动力学与混沌

图书链接：https://book.douban.com/subject/27049323/

作者: Steven H. Strogatz 

出版社: 机械工业出版社

出版年：2016-10-1

页数：496

分级：教材，进阶，大师

荐书语：该书较为系统全面地介绍了系统动力学与混沌的相关知识。

Steven Strogatz  教授是美国艺术与科学院院士，康奈尔大学应用数学系 Schurman 讲席教授，国际非线性动力学专家。本书是他的经典入门教材，试图建立一个非线性系统动力学的学科框架，已经更新至第三版，第二版有中译本。

Handbook of Stochastic Methods

（随机方法手册）

图书链接：https://book.douban.com/subject/10257827/

副标题: for Physics, Chemistry and the Natural Sciences

作者: Crispin Gardiner 
出版社: Springer

出版年: 1994-1-1
页数: 442

分级：教材，进阶，工具书

荐书语：随机过程是连接系统动力学与统计物理的中间纽带，是分析复杂系统的必备工具。

如何理解复杂系统中的随机过程？这本书系统地以简单的语言介绍了马尔科夫系统基础、随机微分方程、Fokker-Planck 方程、逼近方法和 quatum-mechanical  马尔科夫过程等。这本也包含了关于各种系统形式的民间传说，适合作为参考。

A New Kind of Science（一种新科学）

图书链接：

https://book.douban.com/subject/1468622/

作者: Stephen Wolfram 
出版社: Wolfram Media Inc
出版年: 2002-5
页数: 1197

分级：进阶，深度，拓展

荐书语：该书可作为计算理论、元胞自动机、多主体模拟的参考读物。

一本上千页，至今未成功翻译成中文的神书。什么是计算？简单如何定义复杂，如何产生随机，如何理解计算等价性？元胞自动机如何应用于计算机、人工智能等领域？这本书都给了解答。作者是 Mathematica 软件之父，Wolfram 语言发明人，元胞自动机资深研究者。

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