从描述到设计：基于自动化优化的复杂系统工程化
物理与社会
2026-03-18 v1 信息论
math.IT
适应与自组织系统
摘要
复杂系统研究产生了大量用于描述复杂系统各类涌现模式的描述性统计量，供科学家使用。然而，工程系统以显示这些模式的能力则面临更大的挑战，因为复杂性的一个标志是宏观涌现属性往往难以从微观特征中预测。本文提出一种通用的基于优化的管道，用于自动化工程涌现特征的难题，通过将描述性统计量重新用于损失函数，并让梯度下降优化器完成微观特征和相互作用的设计工作。在以耦合振子的 Kuramoto 系统为测试平台后，我们展示该方法能够可靠地产生具备非平凡全局属性的系统，包括更高阶的协同信息、多吸引子的 metastability 以及类似于模块和集成信息的中尺度结构。我们进一步表明，该管道还能处理并容纳系统属性的约束，如连接成本或拓扑限制。本工作是推动复杂系统科学从主要基于描述和事后叙事的领域，迈向能够工程化具有理想中尺度和宏尺度属性的实际系统的重要一步。
关键词
引用
@article{arxiv.2603.15631,
title = {From description to design: Automated engineering of complex systems with desirable emergent properties},
author = {Thomas F. Varley and Josh Bongard},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.15631},
year = {2026}
}