受限生成过程-涌现的研究模型
2026年10月18日
当我们每个人和这个世界初遇的时候，一切事物都是新奇的。在婴儿的世界里，我们仿佛处于魔法世界，种子埋在泥土里，只需每天浇一些水，一段时间后就会生长出形状各异的植物；雨过天晴后，天空中就会出现美丽的彩虹；不同的食材放在锅里翻炒过后，就会出来一道美味的佳肴......几乎每个儿童都会贪婪地享受着这个世界的新奇与美好，就如同几乎每个成人都叹息于这个社会的现实和枯燥。可是，倘若我们从现实生活的繁忙中抽身片刻，以儿童的视野去观察我们生活的人类社会，也会看到很多的魔法时刻，货币只是印刷后的纸张，大量的货币在流通过程中却会产生金融危机；沙子原来只是大自然的一抹干燥的配色，但是经过提纯和雕刻处理后却能造出超越人类计算能力的芯片；单个神经元只是一个激活函数，但是上亿的神经元组成特定结构的网络后就能和人类自然对话......这些“魔法”都有一个共性，就是一些基本单元组合在一起后，从这些基本单元已表现出来的现象出发，无法直接预测出它们组合成的整体所表现出的新的现象。有一个术语专门用来描述这一性质，就是“涌现”。
在历史上有无数聪明的大脑都投入到涌现现象的研究当中，其中就包括美国物理学家John Holland，他提出了一个研究涌现的框架：受限生成过程模型。它包括4个步骤，首先，将规则的概念转化为机制的概念，这一步是将研究对象从静态的状态转变为具体的动态过程。例如对于象棋，马走日是规则，而马具体可以走不同的日字，这是机制。第二步是定义把多种机制连接起来的方法，例如相同颜色的棋子不能占据同一个格子，不同颜色的棋子占据同一个格子时，后占据该格子的棋子就会吃掉先占据该格子的棋子，通过这种方式，不同的棋子可以联系起来。第三步是定义总的系统可能的状态，通过前两步，系统的单元会产生不同的可能性结果，因此需要考虑这些所有的可能性，把它当作一个单一研究对象，称为全局状态。它需要根据机制和连接方法排除一些可能性，例如象棋中不可能出现将或帅离开米字格的状态。最后一步是定义子集合的层次，例如从单个棋子来看，根据机制和连接方法可以有不同的走法，但是从棋盘来看，一旦将或帅被吃，棋子就无法再移动，这盘棋就结束了，棋子和棋盘就属于不同的层次，有不同的机制，子层次可以通过连接方法一步步构成更高的层次。
利用这种受限生成过程模型的框架，我们可以普适地研究不同的涌现现象，在上一段中我们以象棋为例简单介绍了这一框架，这里我们再以泥土中的种子生长出花朵为例，讲解利用这一框架研究涌现现象的过程。首先，研究基本单元的机制。对于种子来说，一旦环境的温度，湿度和营养达到特定区间，其内部的基因便会表达，产生具有不同功能的蛋白质，有的负责运输养分，有的负责控制细胞分裂和分化。泥土的机制是吸收和存储水分，矿物元素等养料。第二步是研究机制连接的方法，在这里就是种子和泥土直接接触，种子表面的细胞可以通过渗透压直接从周围的泥土环境中交换水分和养料。第三步是研究全局状态。种子根据其生长过程，可以分为休眠，吸涨，萌动，幼苗，分化和开花的状态，泥土可以简单分为湿润，干燥，贫瘠和富有的状态。第四步是研究层次。这里我们研究的是单个花的生长，如果不同的花生长在一棵树上，那么根据新的竞争机制其生长过程还会受到其他花的影响，这时花这个子层次通过竞争的方式连接在一起，产生了整个大树上的花群这一更高的层次。需要注意的是，这里介绍的框架是非常简洁的，实际的研究中，每一步都可以进行非常细致和深刻的研究，例如对于种子这一基本单元的机制研究，其萌发的温度，湿度和营养条件具体是什么？它的内部基因是怎么表达的？表达的基因序列是什么？产生什么类型的蛋白质？其结构和功能是什么？不同的环境会导致不同的基因表达吗？基因对于环境的依赖原理是什么？等等问题都是值得深入研究的。可以说，当我们深入研究过一个涌现现象的受限生成过程模型的每个步骤后，才能说我们对该涌现现象有了比较全面的认识。
有人可能又有疑问了：你说了那么多，跟没说一样！不是到最后还是要对具体现象具体研究，那么你提出这个框架有什么用，我没有你这个框架一样可以进行深刻的研究！这个观点是比较片面的，因为我们人类认识自然规律的过程是螺旋式的，需要从特殊情况出发，然后提取出一般规律，接着再发现违背已知规律的新特殊情况，然后扩展一般的规律将新的情况也囊括进去，这样通过不断地从特殊到一般再到特殊再到一般的反复的过程，我们就能一步步逼近自然界真正的规律。这个框架的提出正是由特殊到一般的过程，如果我们一直专注于研究不同的涌现现象，最后会陷入一种面对复杂系统的茫然和无力感当中，这个受限生成过程模型的提出强调了单元机制，连接方法，全局状态和层级的重要性，给我们研究具体涌现现象时也指导了重点的研究方向，避免陷入到对次要的细枝末节的迂腐式八股研究当中。
