复杂适应系统(Complex Adaptive System CAS)理论觉得系统演化的活力本质上来因为系统内部，微观主体的相互作用生成宏观的复杂性现象，其研究思路着眼于系统内在要素的相互作用，所以它采取“自下而上” 的研究路线；其研究深度不限于对客观事物的描述，而是更着重于揭示客观事物组成的原因及其演化的历程 。与复杂适应系统思考困难的独特思路相对应，其研究困难的方法与传统方法也有不同之处，是定性分析与定量计算相结合，微观分析与宏观综合相结合，还原论与整体论相结合，科学推理与哲学思辨相结合。复杂适应系统建模方法的核心是通过在局部细节模型与全局模型间的循环反馈和校正，来研究局部细节改变如何突现出整体的全局举动，其模型构成一般是基于大批参数的适应性主体，其首要手段和思路是正反馈和适应，其觉得环境是演化的，主体应主动从环境中学习。正是受于以上这些特点，CAS理论具有了其它理论所没有的、更具特色的新功能，给予了模拟生态、社会、经济、管理、军事等复杂系统的重大潜力。
复杂适应系统理论的造成
复杂适应系统(Complex Adaptive System，下方简称CAS)理论是美国霍兰(John Holland)教授于1994年，在Santa fe研究所成立十周年时正式提出的。复杂适应系统(CAS)理论的提出对于民众认识、理解、控制、管理复杂系统给予了新的思路。CAS理论包含微观和宏观两个方面。在微观方面，CAS理论的最基本的概念是具有适应能力的、主动的个体，简称主体。该种主体在同环境的交互作用中遵循一般的刺激——反映模型，所谓适应能力表当下它能够依据举动的效果修改自己的举动规则，以便更好地在客观环境中生存。在宏观方面，由如此的主体构成的系统，将于主体之间以及主体与环境的相互作用中发展，表现出宏观系统中的分化、涌现等种种复杂的演化过程。CAS理论尽管提出不久，但是受于其思想的新颖和富裕启发，它已经在很多领域得到了应用，助推着民众对于复杂系统的举动规律执行深入研究。
作为CAS理论的造成背景，有必要对于Santa fe研究所作一简要的介绍。Santa fe研究所成立于1984年。在很多著名科学家的支持下，首次研讨会于1984年，在美国新墨西哥州的首府桑塔菲市举办。这次会议以经济为主题，参与者不但有以诺贝尔经济学奖得主阿罗(Kenneth Arrow )为首的很多经济专家，而且有很多物理学家，包含诺贝尔物理学奖得主盖尔曼(Murray Gell-Mann )和安德森(Philip W. Anderson)。这次成功的交流使与会者十分兴奋，而且统一答应按此方向走下去。这就是Santa fe研究所的诞生。它是一个独立的非赢利的研究所，靠申请各种基金来支持跨学科的研究工作。不久前，它被评为全美国最优秀的十个研究所之一。Santa fe研究所出版了很多出版物，除了已出版的几十种专著之外，它还出版杂志《复杂性》(Complexity)。为了加速交流，Santa fe研究所还编发内部交流的工作论文(Working Papers)，每年有一百篇左右，不但印成单份散发，而且放在网立稳。这一措施大大加快了该领域的交流。复杂适应系统(CAS)理论就是在如此一个环境中孕育和诞生的。
CAS理论的核心思想
复杂适应系统(CAS)理论的基本思想可以简述如下：
“我们把系统中的成员称为具有适应性的主体(Adaptive Agent)，简称为主体。所谓具有适应性，就是指它能够与环境以及其它主体执行交互作用。主体在该种连续持续的交互作用的过程中，持续地“学习”或“积攒经验”，而且依据学到的经验更改本身的结构和举动方式。整个宏观系统的演变或进化，包含新层次的造成，分化和多样性的显现，新的、聚合而成的、更大的主体的显现等等，均为在这个基础上逐渐派生出来的。”
复杂适应系统(CAS)理论把系统的成员看作是具有本身目的与主动性的、积极的主体。更重要的是，CAS理论觉得，正是该种主动性以及它与环境的反复的、相互的作用，才是系统发展和进化的基本动因。宏观的改变和个体分化都可以从个体的举动规律中寻到根源。霍兰把个体与环境之间该种主动的、反复的交互作用用“适应”一词加以概括。这就是CAS理论的基本思想——适应造成复杂性。
复杂适应系统的首要特质
Application Research of Computers 2008 年5 月 民众每时每刻都处在并能目睹许很多多的复杂系统, 如蚁群、生态、胚胎、神经网络、人体免疫系统、计算机网络和世界经济系统。所有这些系统中, 大量独立的要素在很多方面执行着相互作用。在每种情形下, 这些无穷无尽的相互作用使每个复杂系统作为一个整体造成了自发性的自组织。霍兰把这类复杂系统称为复杂适应系统。
在霍兰的复杂适应系统理论中, 复杂适应系统被看成是由用规则描述的、相互作用的适应性主体构成的系统 。这些主体持续地学习或积攒经验, 并依据学到的经验持续变换其规则、更改本身的结构和举动方式, 进而体现了主体持续适应环境改变的能力。整个宏观系统的演变或进化, 包含新层次的造成、分化和多样性的显现以及新的、聚合而成的、更大的主体的显现等, 均为在这个基础上逐渐派生出来的。在复杂适应系统中, 任何特定的适应性主体所处环境的首要部分都由其余适应性主体构成, 复杂适应系统中的主体在同环境的交互作用中遵循一般的刺激—反映模式。所以, 任何主体在适应上所做的付出就是要去适应别的适应性主体。这个特质是复杂适应系统生成的复杂动态模式的首要根源 。
即使在不同领域中存在着大量的复杂适应系统, 而且每一个复杂适应系统都表现出各自独有的特质, 但伴随民众对 复杂适应系统认识的持续深化, 可以发现它们都有四个方面的首要特质。
基于适应性主体
适应性主体具有感知和效应的能力, 本身有目的性、主动性和积极的“活性”, 能够与环境及其余主体随机执行交互作用, 自动调整本身状态以适应环境, 或与其余主体执行合作或竞争 , 争取最大的生存和保持本身的利益。但它不是全知全能的或是永远不会犯错失利的, 错误的预期和分析将致使它趋向消亡。所以, 也正是主体的适应性造就了纷繁复杂的系统复杂性。
共同演化
适应性主体从所得到的正反馈中增强它的存在, 也给其保持导致了改变自己的可能, 它可以从一种多样性统一形式转变为其他多样性统一形式, 这个具体过程就是主体的演化 。但适应性主体不导致演化, 而且是共同演化。共同演化造成了无数能够完美地相互适应并能够适应于其生存环境的适应性主体, 就像花朵靠蜜蜂的帮助来受精繁殖、蜜蜂靠花蜜来保持生命; 共同演化是任何复杂适应系统突变和自组织的强大力量, 而且共同演化都永远导向混沌的边沿。
趋向混沌的边沿
复杂适应系统具有将秩序和混沌融入某种特殊的平衡的能力, 它的平衡点就是混沌的边沿, 也即一个系统中的各种要素从来没有静止在某一个状态中, 但也没有动荡到会解体的地步。一面, 每个适应性主体为了有助于自己的存在和接连,全将稍稍增强一部分与对手的相互配合, 如此就能很好地依据其余主体的行动来调整自己, 进而使整个系统在共同演化中向着混沌的边沿发展; 另一面, 混沌的边沿远远不止是简单地介于完全有秩序的系统与完全无序的系统之间的区界, 而是自我发展地进入特殊区界。在这个区界中, 系统会造成涌现现象 。
造成涌现现象
涌现现象最为本质的特质是由小到大、由简入繁 。沃尔德罗普觉得: “复杂的举动并不是出自复杂的基本结构, 极为有趣的复杂举动是从极为简单的元素群中涌现出来的。生物体在共同进化过程中既合作又竞争, 进而形成了协调精密的生态系统; 原子通过形成相互间的化学键而寻求最小的能量形式, 进而形成分子这个众所周知的涌现结构; 人类通过相互间的买卖和贸易来满足自己的物质需要, 进而创建了市场这个无处不见的涌现结构。”涌现现象造成的根源是适应性主体在某种或多种毫不有关的简单规则的支配下的相互作用。主体间的相互作用是主体适应规则的状况, 该种相互作用具有耦合性的前后关联, 而且许多地充满了非线性作用, 致使涌现的整体举动比各部分举动的总和更为复杂。在涌现生成过程中, 即使规律自身不会更改, 但是规律所决定的事物却会改变, 因此会存在大批的持续生成的结构和模式。这些永恒新奇的结构和模式, 不仅具有动态性还具有层次性, 涌现能够在所生成的既有结构的基础上再生成具有许多组织层次的生成结构。也就是说, 一种相对简单的涌现可以生成更高层次的涌现, 涌现是复杂适应系统层级结构间整体宏观的动态现象。
复杂适应系统模型的基本特性
复杂适应系统是由适应性主体相互作用、共同演化并层层涌现出来的系统。霍兰环绕适应性主体这个最核心的概念提出了在复杂适应系统模型中应具备的七个基本特性, 分别是聚集、非线性、流、多样性、标志、内部模型以及积木。其中前四个是复杂适应系统的通用特性, 它们将于适应和进化中发挥作用; 后三个则是个体与环境执行交流时的机制和相关概念。
1) 聚集聚集有两个含义, 第一个含义是指简化复杂系统的一种标准方法, 即是把类似的主体聚集成类, 相互作用, 这是指主体聚集的条件。在这个意义上讲, 聚集是构建复杂适应系统模型的首要手段之一。聚集的第二个含义是指较为简单的主体的聚集相互作用, 必然会涌现出复杂的大尺度举动。这是指主体聚集后造成的结果, 该种涌现的结果是复杂适应系统的一个基本特质。
主体通过聚集可以形成更高一级的主体———介主体( meta-agents) 。这些介主体又能够执行再聚集, 造成介介主体( meta-meta-agents) 。这个过程重复几次后, 就得到了复杂适应系统的层次组织。
在复杂系统的演变过程中, 较小的、较低层次的个体通过某种特定的方式结合起来, 形成较大的、较高层次的个体, 这是一个十分重要的核心步骤。这往往是宏观形态发生改变的拐点。但是对于这个步骤, 以往基于还原论的思想方法是很难加以表明和理解的。聚集不是简单的合并, 也不是消灭个体的吞并, 而是新类型的、更高层次上的个体的显现; 以前的个体没有消失, 而是在新的更适宜自己生存的环境中得到了发展。
2) 非线性非线性指主体以及它们的属性在发生改变
时, 并不是遵从简单的线性关系。特别在主体与系统或环境反复的交互作用中, 这一点更为显著。近代科学之所以在很多方面遇到问题, 重要原因之一是它把自己的眼界局限于线性关系的狭窄规模内, 进而无法描述和理解丰富多采的改变和发展。复杂适应系统理论觉得个体之间相互影响不是简单的、被动的、单向的因果关系, 而是主动的适应关系。以往的历史会留下痕迹, 以往的经验会影响将来的举动。在该种情形下, 线性的、简单的、直线式的因果链已经不复存在, 事实的情形往往是各种反馈作用( 包含负反馈和正反馈) 交互影响的、互相缠绕的复杂关系。正由于如此, 复杂系统的举动才会这样很难预期; 也正由于如此, 复杂系统才会历经曲折的进化过程, 呈现出丰富多彩的性质和状态。
复杂适应系统理论把非线性的造成归之于内因, 归之于个体的主动性和适应能力。这就更深一步把非线性理解为系统举动必然的、内在的要素, 进而大大丰富和加强了对于非线性的理解。正由于这样, 霍兰在提出具有适应性的主体这一概念时, 特别强调其举动的非线性特质, 而且觉得这是复杂性造成的内在根源。
3) 流流可以看成是有着大量节点与连接者的某个网络上的某种资源的流动。一般来看, 节点即是指主体, 而连接者显示或许的相互作用。在复杂适应系统中, 网络上的流动因时而异, 节点和连接会伴随主体的适应和不适应而显现或消失。所以, 无论是流依旧网络, 皆随时间而改变, 它们是伴随时间的流逝和经验的积攒而反应出变易适应性的模式。
4) 多样性复杂适应系统的多样性是一种动态模式, 其多样性是复杂适应系统持续适应的结果。每一次新的适应均是更深一步的相互作用和新的生态位开辟了机会。假使与前面讲到的聚集结合起来说, 这就是系统从宏观尺度向上瞧到的结构的涌现, 即所谓自组织现象的显现。
5) 标志在聚集体形成的过程中, 始终有一种机制在起作用, 该种机制就是标志。在复杂适应系统理论中, 标志是为了聚集和边界生成而广泛存在的一个机制。标志能够促进选择性相互作用, 为了相互识别和选择, 主体的标志在主体与环境的相互作用中是非常重要的。设置不错的、基于标志的相互作用, 为过滤、特化和合作给予了合理的基础, 这就使介主体和组织结构得以涌现。标志是隐含在复杂适应系统中具有共性的层次组织结构后面的机制。
6) 内部模型霍兰用内部模型来定义达到主体达到某项功能的机制。在复杂适应系统中, 当适应性主体接收到大批涌入的输入时, 就会选择相应的模式去响应这些输入, 而这些模式最终会凝固成具有某项功能的结构———内部模型。
7) 积木复杂系统常常是在一部分相对简单的部件的基础上, 通过更改它们的组合方式而形成的。所以, 实际上的复杂性往往不在于块的多少和大小, 而在于原有积木的从新组合。内部模型和积木的作用在于增强层次的概念。客观世界的多样性不仅表当下同一层次中个体类型的多种多样, 还表当下层次之间的差别和多样性, 当逾越层次时就会有新的规律与特质显现。概括地说, 它们给予了如此一条思路: 把下一层次的内容和规律作为内部模型封装起来, 作为一个整体参与上一层次的相互作用, 临时忽视或搁置其内部细节, 而把注意力集中于这个积木和其余积木之间的相互作用和相互影响, 由于在上一层次中, 该种相互作用和相互影响是核心性的、起决定性作用的主导原因。该种思想与计算机领域中的模块化技术以及近年来作为软件设计、开发主流技术的面向对象的方法是完全统一的。
通过上述七个基本特性的刻画, 复杂适应系统模型可以看做是在内部模型为积木, 通过标志执行聚集等相互作用并层层涌现出来的动态系统。
CAS理论在管理领域的应用
在目前的经济环境下，企业的生存与发展不仅取决于企业本身策划的战略，更取决于与其它企业和组织之间的作用关系以及相应的应变能力。因此，适应性形成企业生存与发展的一个重要能力，企业如何加强其适应性能力已形成目前管理领域研究的热点。复杂性科学的成长，特别是CAS理论的提出，恰好满足了管理科学对这些困难研究的需要。当下管理科学发展的一个趋势，就是将企业管理作为一个复杂系统的管理来研究，利用复杂性科学特别是CAS理论的成果，探讨复杂环境条件下企业管理的原理与方法。
对于企业系统来看，首先企业是有层次性的，企业雇员首要是在所属部门形成团队并相互作用，同期企业内部可划分为两个层次：企业中的每一名雇员和以雇员为基本个体构成的部门，这两个层次上的个体均具有智能性、适应性、主动 等特质；其次企业发展过程中，个体的性能参数在变，个体的功能、属性亦在变，整个企业系统的结构、功能跟随造成改变；最后企业系统中个体并行地对环境中的各种刺激作出反映、执行演化，而且存在大批随机复杂性原因。企业系统的特质和CAS理论有很好的契合性，用CAS理论对企业更具有描述性和表达能力，这也使 CAS理论在管理领域的应用具有广阔的前景。
CAS理论最先应用于经济管理领域是1987年Arthur与Holland等合作开发了一个模拟股票市场的计算机程序：圣塔菲人工证券市场，以期来研究股票市场的泡沫上涨或崩盘现象。他们的系统是由很多具有不同信念和期望的主体构成，这些主体根据市场的改变，通过归纳的方法持续地学习，进而修正或抛弃自己已有的信念和期望，如此个人的信念和期望对市场来看就成了内生变量，通过相互竞争，整个信念构成的生态式系统就伴随时间而共同进化。他们用一种基于心理或认知的看法来描述系统，如各种信念、预估、期望和解释，以及所有的基于这些信念和期望的决策、战略规划和行动等。运用如此一种看法来说待经济管理系统是很有帮助的，这是由于一切经济人的行动或选择，均为基于他们当下对将来的单价、竞争者将来的行动或者他们对世界将来特质的如果或信念，而当这些选择或如果累积起来后，倒过来又会从新塑造价格、市场战略以及他们所面对的世界。Arthur觉得假使我们不导致研究经济管理系统中的最简单的困难，那么采取如此一种生态学的看法会是不可避免的。这个系统的计算机试验结果解释了新古典经济学所不能解释的一部分困惑，比如股票市场中存在的技术性交易、市场心理学、流行效应等，这一成功是对Holland所提出的CAS理论的支持，也促进了CAS理论在管理领域的应用研究。
此后，国外大部分研究是基于CAS理论对宏观经济的仿真模型研究，在管理领域首要集中于对组织管理的研究。Haeckel利用CAS理论在相关企业的组织管制、组织设计和“适应性企业” 方面作出了重要贡献。他在1995年出版的著作《Adaptive Enterprise：Creating and Leading Sense—and—Respond Organizations>中觉得，到迄今为止，存在两种模式的企业，即“制造一销售” 模式与“感知一响应”模式，前者如果改变可预期，追求形成有效率的企业，后者如果改变不可预期，追求形成适应性企业。Haeckel建立了四步式“感知与响应企业模型”：感知、解释、决定、行动，强调应该把客户作为企业价值链的源头，通过价值链的后移为企业供应运转输入信息，创造具有核心竞争能力的企业资产与组织结构。Haeckel觉得客户回馈的基本点是企业投资在客户自己仍未发觉的可能，在客户没有认识到其消费举动已经在逐渐更改的时机，企业超前从嘈杂纷繁的市场消费需求中得到响应，及早更改自己，得到竞争优势。适应性企业的适应能力来因为该类组织模块化的反映机制，他们将组织的各部分能力模块化，通过各模块对外界环境改变的迅速适应来提高整个企业的适应能力，这里值得我们注意的是企业的各功能模块对外界是一种适应关系，并非是企业内部各单元对将来的计划与预期。
Jun Kamo和Fred Phillips提出了基于CAS理沦的“进化型组织” 看法。他们觉得“进化型组织”符合CAS的四个特质：并行性、新颖性、重组和多样性。相应于这四个特质的“进化型组织” 的概念模型中，并行性特质包含多主体、非线性、分散化、混沌边沿，新颖性特质包含涌现、非简单加和与弱蝴蝶效应(The Weak Butterfly Efect)，重组是指内部规则，多样性指远离单重优化。同期他们给出了“进化型组织”演化示意图(如下图)，在此基础上，他们对美国高科技上市公司执行实证分析，得出了Microsoft、Intel、Netseape的组织情况符合“进化型组织” 的标准 。
由于CAS理论在其它领域的应用所获得的成果和重大应用前景，国内CAS理论在管理领域的应用研究近几年也渐渐兴起。刘洪(2004)觉得复杂适应系统的组织是现代运营环境条件下企业生存的重要形式，他在对传统组织与复杂适应组织执行比较的基础上，分析了要使一个企业形成具有复杂适应系统特质的网络结构组织核心就是要使企业内部单位是“自治”、“关联” 和“变革” 的，而企业内部市场化是“自治”与“关联”重要的达到渠道，内部单位的“变革” 则具有多样性、自发性、融合性、适应性和变形性，复杂适应组织的成长策略就是认识差异、培育差异、加强学习与适应能力以及加强创新能力 。
金吾伦、郭元林(2004)觉得学习型组织是具有人性的复杂性组织，由相互关系和相互作用极其复杂的大量要素组成的层级复杂适应系统；要素组成子系统，子系统再通过相互联系和作用构成系统，该系统具有自组织功能，是复杂适应性组织。他们基于CAS理论分析了学习型组织的组织模式，觉得学习型组织重在变革人的思维方式，应当从简单性思维迈向系统的复杂性思维 。
朱爱平和吴育华(2003)分析了企业创新系统的复杂适应性，他们觉得在复杂适应性的企业中，集权式的企业组织框架和企业举动命令方式不利于企业创新活动，建立以知识为基础的复杂适应组织体系是提升企业创新能力的重要手段 ；陈蔚珠和陈禹(2004)运用CAS理论分析了企业信息系统项目中各种风险关系以及如何执行风险管理和应当采取的策略 ；张兵和曾珍香(2004)基于CAS理论分析了企业可连续发展活力机制以及核心理念、资源平台、位势平台、制度平台和能力平台五大要素之间的相互关系，建立了企业可连续发展的金字塔模型 ；吴绍艳和杜纲(2005)应用CAS理论和涌现机理分析了企业动态能力的构建机理 。此外，国内学者在企业战略管理和提供链管理等领域也运用CAS理论执行了初步研究。
复杂适应系统和复杂适应组织
美国的圣菲研究所(Santa Fe Institute，简称SFI)一直是复杂性研究的中心。1994年，约翰·霍兰德(John Holland)在圣菲研究所举行的乌拉姆纪念讲座中做了名叫“隐秩序”的著名演讲，而后，出版了《隐秩序——适应性造就复杂性》一书，提出了复杂适应系统的理论。复杂适应系统理论被觉得是“二十一世纪的新科学”，属于“第三代系统思想”，所提出的系统理念不仅完全颠覆和替代了传统的研究范式，而且也有别于早期的系统思想。
霍兰德环绕着适应性主体(Adaptive Agent，简称主体)这一中心，构造了复杂适应系统的回声模型(ECHO模型)。复杂适应系统理论的核心在于系统中的个体具有主动性和能动性。主体的适应性体现为能与其余主体和环境执行信息和资源的交流，为达到本身目标而调整和更改举动模式，进而适应环境改变的要求¨ 。霍兰德将主体的学习过程表述为：“接受刺激一作出反映一得到反馈一修正规则一提升适应度(fit—ness)”¨ 。适应性主体的学习能力促使其持续成长和演化，而回声模型研究的“涌现(Emergence)”现象则将个体进化和系统演化联接了起来。详细来看，复杂适应系统由大批适应性主体组成，主体之间以及主体和环境之间存在着复杂的非线性相互作用，该种相互作用致使了系统的“涌现”现象，即微观个体的进化使宏观系统呈现出新的状态和新的结构，所以，“涌现”就将个体的适应与系统的演化这两个不同的层次联接了起来 。
作为“第三代系统思想”的复杂适应系统理论能更好地解释组织的复杂现象和处理组织的复杂困难。刘洪表示复杂适应系统理论的提出，恰好处理了管理实践中如何才可加强组织适应力的困难¨ ；觉得将复杂适应系统理论应用到组织管理中，研究如何建立符合复杂适应系统特质的组织并执行有效管理，是组织管理的重要发展方向；而且，提出了“复杂适应组织”的概念 。刘洪觉得“复杂适应组织”，是指在组织成员具有自主分析和举动能力，具有与其余成员和环境交互信息和物质的能力，能够依据其余成员的举动和环境的改变持续调整举动规则，进而使本身以及整个组织与环境相适应。