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生命游戏为何迷人？

涌现是复杂性科学的核心概念，看似简单规则常常可以涌现出迷人的复杂行为。以“生命游戏”为代表的游戏，让计算机产生超出设计者构想的行为，这体现了涌现的思想，也代表着未来电子游戏的发展趋势。“生命游戏”的发明者、数学大师约翰·康威虽然远去，但他发明的“生命游戏”却将长久运行。

一、游戏的未来

二、涌现与复杂性科学

三、计算机中的涌现实例

生命游戏

Boid

Tierra——进化的数字生命

四、涌现系统的共性

感知局部环境下的简单运算

大量个体的非线性相互作用

混沌的边缘（EdgeofChaos）

五、游戏中的涌现

技术层面

设计层面

网络层面

一、游戏的未来

如今，计算机游戏、网络游戏的迅猛发展已经远远超出了人们的想象。3D图形技术的突破使得人们可以搭建丰富多彩的游戏世界、网络游戏的普及使得成千上万的玩家在网络环境下形成空前规模的互动。然而人们不禁要问，游戏进一步将去向何方？更绚丽的图形？更快的互连速度？更庞大的虚拟世界？诚然，随着技术的突破游戏将会变得更绚、更快、更大，然而仅仅是这些么？游戏会不会在某些更加深刻的理念上得到突破呢？

对于玩家来说，设计者事先设定的代码或脚本往往是一段固定的程序，它限制了玩家的表现。虽然人们已经能够创造各种各样逼真的画面和栩栩如生的角色，然而游戏整体却仍然是相对静态的、固死的。游戏不得不按照固定的预定主线展开，千篇一律的游戏情节会在各台计算机上重复，玩家只能在有限的空间中表达自己的个性。

对于设计者来说，虽然他们都知道应该给游戏添加更多的趣味性、给玩家提供更广阔的选择空间，但是毕竟游戏是由程序搭建的，每添加一种可变化因素就要给整个游戏世界添加大量的代码。而且代码的增加也使得游戏的可维护性和Bug调试变成了不可能的任务。

难道就没有解决办法了么？存在不存在一种方法在不增加设计者工作量的前提下提高游戏的可交互性、灵活性和不可预测性呢？答案是肯定的，这就是本文需要讲的游戏中的涌现。

二、涌现与复杂性科学

涌现（Emergence，动词Emerge，形容词Emergent，国内也有人翻译成突现）目前已经成为西方世界中的一个时髦词汇，它虽然来源于系统科学，但是已经广泛地流行于商业界、计算机界和游戏娱乐界。然而Emergence一词在引进中国的时候却遭到了各种各样变态的翻译，“紧急事件”、“浮现”等等千奇百怪、让人摸不到头脑。其实涌现与其说是一种技术、方法还不如说是一种全新的理念，是一种人们认识客观世界的全新的世界观，也是人类社会发展到后信息时代的必然产物。所以，我们有必要追根溯源来深刻理解涌现的思想理念。

Emergence一词的提出是在19世纪一群生物学家们为了描述古老的原生生命是如何诞生于大量的无生命物质相互作用的时候而使用的。然而，该词的流行却要等到20世纪后期，随着复杂性科学的兴起，Emergence即涌现才得到了越来越多的关注。

随着科技的发展，人类已经可以深入到原子核的内部研究夸克的行为，然而一味的分解并不能揭示生命如何起源、大脑如何产生思维等复杂系统中的规律。所谓复杂系统是指一类由大量个体通过相互作用组成的整体，例如生态、人脑、经济等都是复杂系统，它们都不能用传统的分解还原的方法来分析。

20世纪80年代，在美国圣塔菲（SantaFe）这个地方，一群离经叛道的科学家（包括物理诺贝尔奖得主、夸克之父盖尔曼、经济诺贝尔奖得主阿罗，遗传算法之父霍兰等人）成立了一个叫做圣塔菲的研究所（SantaFeInstitute）开始正式探讨复杂系统中的问题，这标志着现代复杂性科学（ComplexityScience）的诞生。圣塔菲研究所的人们来自于科学的各个领域，却不受传统观念束缚，主张展开一系列跨学科的研究，他们打破了学科之间的界限，力图用一种全新的、统一的视角来认识生命系统、神经系统、经济系统、计算机系统等广泛的领域。他们关注的不再是每个特定领域的细枝末节，而是大量运用隐喻和类比的方法，力图寻找不同系统之间的共性。

在所有这些复杂系统的共性中，涌现是一种最引人注目的普遍现象。所谓涌现，就是指系统中的个体遵循简单的规则，通过局部的相互作用构成一个整体的时候，一些新的属性或者规律就会突然一下子在系统层面诞生了，这个现象就是涌现。因此，涌现属性或者规律并不打破个体规则，然而它却又不能简单地用低层次的个体进行解释。所以，简单说，涌现就可以理解为“系统的整体大于部分之和”。

例如，我们都知道生命无非是一大堆分子的组合产物，虽然每个分子都必然遵循固定的物理规律，然而当这些分子组合到一起，并发生特定的化学反应的时候，原生生命却会在整个分子群体之上诞生。突然一下子，分子构成的系统整体活了，它可以为了自己的利益控制着低层次的分子个体而自主移动，它具备了自己的生命。很显然，在这个过程中，我们不能指望把生命还原为单个分子的物理规则，而且也并不存在某个“领导”分子给其他分子下达命令，所有的过程和奥秘都只是存在于系统和相互作用之中。

另外一个有趣的例子就是蚂蚁。我们都知道，蚂蚁的神经系统非常简单，它们只能进行简单的思考，然而当大量的蚂蚁通过相互作用的时候就会形成等级森严的蚂蚁王国。科学家们指出，蚁后并没有直接给所有的蚂蚁下达命令，每只蚂蚁也没有整个蚂蚁王国的地图，然而大量蚂蚁只要遵循简单的规则交互，就能够聪明的觅食、建巢、分工等。因此，我们说蚂蚁王国是在整个蚁群之上的一种涌现现象。

复杂性科学就是研究各种自然或者人工系统中广泛存在的涌现现象的，包括飞鸟如何聚集成群、生命如何起源、亿万个神经元连接到一起如何产生智慧、东欧各国为何在短时间内发生巨变、“看不见的手”如何指导经济系统的发展等等几乎无所不包。著名物理学家霍金曾经指出，复杂性科学是一种21世纪的科学。可以看到，一种整体的、综合的、涌现的世界观开始在西方科学界形成。

三、计算机中的涌现实例

面对自然界中这么多丰富多采的涌现现象，人们怎样进行科学的认识与分析呢？答案就在于计算机模拟（Simulation）。圣塔菲研究所的科学家们发现，计算机天生就是一个模拟各种复杂系统的工具，只要正确设定一些规则，现实世界中大量的复杂现象都可以在计算机中得以重现。自从20世纪60年代以来，人们就逐渐发现只要在机器中写下一些简单的程序就可以在计算机中观察到神奇的涌现行为，并且这些行为往往超出了程序编制者的想象。究其原因是因为计算机本身就是一个复杂系统。机器中的每个小的程序都可以比拟成复杂系统中的个体，它们之间总会发生着错综复杂的相互作用，因此把大量的小程序放到一起的时候，就会自下而上地突然在整个系统层次产生超出人们想象的、不可预料的涌现行为。为了进一步理解计算机中的涌现，让我们来看看几个著名的实例。

1.生命游戏

计算机中最著名的涌现程序恐怕要数康威的“生命”游戏了。现在，无论是复杂性科学家、计算机程序爱好者还是游戏设计大师都爱谈论这个简单但是却寓意丰富的模型。

1970年，剑桥大学的约翰·康威编制了这个游戏程序，它由几条简单的规则控制，然而组合这些规则就可以使该程序产生无法预测的结构和动态。“生命”游戏是在一个二维的方格世界上运转的，每一个方格可以被看作是一个小的生命体，它有两种状态：生存（涂成黑色）或死亡（白色）。