玩转复杂系统，洞察「三体」奥秘，实战「生命游戏」 | 新课上线

导语

2021年诺贝尔奖物理学奖授予“对理解复杂物理系统的开创性贡献”的三位科学家，让此领域的研究者备受振奋，同时也让复杂系统的研究走入大众视野。那初学者应该如何走进这个领域呢？

复杂系统研究是一门蓬勃发展的新兴学科，其研究和学习尚未形成完整的航海图，解决一个问题，所需的知识点、理论和方法可能会散落各处，尚没有十分明晰的道路可循。为了帮助学习者更好地进入此领域，集智学园联合北京师范大学（珠海校区）复杂系统国际科学中心副研究员刘宇老师开发了「复杂系统入门与实战（Python）」课程，课程中会从具体的实例，从小处出发：把你拖入复杂系统的海洋，时不时登上几个岛屿，以期形成自己的航海图；直到有一天你真正跳出这片海洋，有了第一颗自己的“卫星”之后，你才会看到复杂系统真正的全貌。如果对这场探索之行感兴趣，现在邀请你加入，入口在文中~

复杂系统研究

在现代科学层面上，对复杂系统的研究可明确追溯到 1970s，其中比较著名的事件有，1972 年Philip Anderson（1977年诺贝尔物理学奖得主）于 Science 上发表《More is different》论文，1977 年普利高津对非平衡态物理和耗散结构的研究获得诺贝尔化学奖；1984年Murray Gell-Mann、Philip Anderson、Kenneth Arrow等多名诺贝尔奖得主共同筹办了位于美国新墨西哥州的圣塔菲研究所，这是全球第一所专门研究复杂系统的科研机构。

事实上，在 1970s 之前，古典政治经济学中的“看不见的手”，甚至古代哲学比如道家“无为”和中医的整体论思想等，也可以归入对复杂系统研究的范畴。当然，现在对复杂系统的研究并不是大而空的或者仅仅是哲学讨论，而是有诸多具体、严格的数学方法。2021年诺贝尔物理学奖（1/2）授予了Giorgio Parisi，以表彰其在复杂系统理论方面的开创性研究，这势必掀起对复杂系统理论研究的又一热潮。

“for groundbreaking contributions to our understanding of complex physical systems”——the Nobel Prize in Physics 2021

复杂系统及其典型特征

现实世界中大大小小的系统，都可以成为复杂系统的研究对象。按物理尺度划分，从化学小分子和蛋白质等大分子构成的细胞，到神经元构成的神经网络、大脑，到各种微生物、动植物构成的生态系统，到个体、家庭、社群构成的社会经济系统，到有相互作用的陆地、海洋、大气等构成的地球气候系统，到行星、恒星及各种天体和物质构成的星系乃至整个宇宙等。

这些复杂系统背后，有很多重要的科学问题，值得我们去探索，例如：

1. 生命的起源：我们为什么是活的？

1. 意识的起源：大脑为什么会思考？

1. 数学的理想国与现实世界：为什么我们不是二维生物？

1. 群体行为：股票为什么我一买就跌？

1. 社会经济系统：为什么财富的分布是幂律的？

1. 地球气候系统：如何更好预测极端天气、气候？

值得研究的科学问题还有很多，需要你去提问、去探索。

对于大问题的追问，吸引了众多科学家投身于复杂系统研究，他们发现了其具有的典型特征，包括混沌、分形、涌现、层级结构、自组织、适应性、非线性和反馈循环等，能帮助我们去更好地理解复杂系统。

开启复杂系统研究之路

要做好复杂系统研究，需要你有一双智慧的眼睛和跨学科探索的思维，能够发现散落在不同领域的知识点、理论和方法。例如虽然科学家对蚁群的习性有非常深入的了解，但成千上万只蚂蚁聚集起来，遇到障碍会连接成桥梁结构，遇到大火会攒成一团，它们是如何成为具有集体智能的「超生物」呢？这正是复杂系统研究所关心的问题——在不存在中央控制的情况下，大量简单个体如何自行组织成整体，产生模式、处理信息、甚至能进化和学习。而蚁群的这种特征，与细胞如何自组织形成大脑、经济系统中个体如何形成结构复杂的全球市场以及个体如何通过交互形成城市的分布特点具有很多共性。对这些系统进行宏观上普适性及统一性的研究，是复杂系统研究的重要目的。

但是复杂系统领域的研究尚没有清晰的地图，这种探索颇有难度，为了帮助想要入门复杂系统的研究者与探索者进入这个领域，以及希望能为对复杂系统已有一定涉猎的同学提供一些新视角和研究进展，集智联合北京师范大学（珠海校区）复杂系统国际科学中心副研究员刘宇老师开发了「复杂系统入门与实战（Python）」课程，带你学习科学家用来理解复杂系统的思想、工具、方法。

刘宇老师从事物理、数学、生物、化学交叉领域的研究工作，也多次参加世界知名复杂系统研究机构举办的暑期学校等，不断在复杂系统研究之路上前进探索。这次课程，刘老师会结合自身的学习方法、探索历程，带领我们对复杂系统这片远洋、这个未垦之地开启游历与探索，体会复杂系统研究的魅力。

复杂系统研究的魅力何在？

听刘宇老师分享

课程大纲与安排

本系列课程分为 8 节，每节课时长 100 分钟左右，包括 5 节录播和 3 节直播：

1. 首次上线第 1-2 节录播课程、后续每周更新一节（录播和直播穿插）；

1. 本课程共有 3 次作业，旨在督促学员亲自动手、帮助学员更好地学习和研究复杂系统；

1. 本次课程涵盖 2 次夜谈，每次 2 小时左右，旨在和学员讨论前面所学知识、答疑等。

课程讲师

刘宇，北京师范大学珠海校区复杂系统国际科学中心副研究员。

个人主页：https://www.wuyichen.org

2018年于瑞典Uppsala大学获得应用数学与统计博士学位。多次参加世界知名复杂系统研究机构举办的暑期学校等，包括美国圣塔菲研究所（Santa Fe Institute）复杂系统暑期学校、德国德莱斯顿马克思.普朗克研究所（Max Planck Institute）多层次复杂系统暑期学校、西班牙马略卡交叉物理与复杂系统研究所（IFISC）暑期学校。

2018-2021年分别在荷兰Groningen大学系统分子生物学院、瑞典Mittag-Leffler数学研究所、英国Glasgow大学化学学院任副研究员，多次受邀在国际会议上作主题演讲报告。作为Full lecturer在瑞典Uppsala大学讲授硕士研究生课程Modelling Complex Systems、在北京师范大学珠海校区讲授博士研究生课程“复杂系统前沿进展”。

从事物理、数学、生物、化学交叉领域的研究工作，目前主要围绕两个主题：自我复制（生命的基本特征之一）系统是如何从无到有的？生命和智能的复杂性是如何从简单中涌现出来的？首次提出了对分子复杂性的定量描述（Liu et al., Science Advances, 2021）及更一般的描述层次和结构信息的梯径理论，活跃在复杂系统研究前线。

课程目的

本系列课程为初学者提供一个低门槛、高水平的入门课程，并且为在复杂系统已有一定涉猎的同学提供一些新视角和研究进展。学完课程，你能收获：

1. 对复杂系统形成一个大体的认识，了解该学科具体的研究问题、一些的基本方法和思维方式；

1. 了解复杂系统的知识脉络，在后续遇到具体问题或开展研究工作，需要更专业、更技术的场景时，能否知道从何查找，如何切入。

1. 通过讲解、作业、及夜谈答疑，带领同学们通过 2-3 个示例系统，使用 Python 从零开始搭建模型、可视化、初步分析等，对复杂系统研究形成一个感性认知（hands-on experience）。

对学员的基础要求

1. 了解大学数学、微积分等内容；

1. 具有 Python 编程基础，能完成课程作业，以达到更好的学习效果。

课程适用对象

本课程学习起点低，不涉及太多数学推导。适合这样的你：

1. 希望了解复杂系统的思维方式；

1. 对复杂系统研究、交叉学科（物理/数学/生物）研究感兴趣的大学生、研究生、科研工作者；

1. 具有一定数学、物理背景，或有一定的科研训练；并想跳出圈子，从复杂系统和交叉学科的新角度来思考的学生和学者；

1. 对复杂系统感兴趣的中学生，也能从中获得启发。

报名加入课程

欢迎对复杂系统感兴趣的你，欢迎加入《复杂系统入门与实战（Python）》课程！付费学员可加入课程交流群，另外，还将在2022年10月31日前，提供作业批改、交流、答疑等服务。

注意：2022年10月31日之后，则不再提供此服务。

欢迎你及早参与课程学习，与同学、老师共同交流探讨。

课程价格 499，早鸟报名九折优惠仅需 449 元，优惠于2022年7月31日截止。

扫码付费报名课程

第一步：扫码付费

第二步：在课程详情页面，填写“学员信息登记表”

第三步：扫码添加助教微信，入群

本课程可开发票。

课程特色

1. 由点及面，逐次击破各知识点及模型；

1. 深入模型理论，含有 Python 实战环节；

1. 课程形式多样，提供夜谈针对性解答问题；

1. 提供答疑与交流的社群服务；

课程内容框架

推荐阅读

1. [美]梅拉尼·米歇尔.复杂[M].唐璐译.长沙：湖南科学技术出版社，2018.

1. 《系统科学进展》第1卷，主编：郭雷，2017-5，科学出版社

1. 《系统科学进展》第2卷，主编：郭雷，2019-10，科学出版社

1. [英]罗杰·彭罗斯.皇帝新脑[M].许明贤,吴忠超译.长沙：湖南科学技术出版社，2018.

1. [英]杰弗里·韦斯特.规模:复杂世界的简单法则[M].张培译,张江校译.北京:中信出版社，2018.

推荐阅读

点击“阅读原文”，即可加入