可持续发展与经济复杂性研究，本文主要内容关键词为：复杂性论文,可持续发展论文,经济论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
可持续发展这个命题，已经有了广泛的讨论，特别是在《我国国民经济和社会发展“九五”计划和2010年远景目标纲要》的规划中，可持续发展作为长期的国策被规定了下来，因此，探讨资源和环境并与之相联系的经济和社会的可持续发展更成为一个各方关注的问题。本文着重阐明可持续发展各个层面之间的关系，在揭示其复杂性的基础上讨论一种分析处理方案，以使得可持续发展的问题可以在一个较为定量的背景上进行研究。
一、可持续发展的一些基本问题
可持续发展（Sustainable Development）的概念原是针对资源和环境的问题提出来的。1987年，联合国环境与发展世界委员会在《我们共同的未来》报告中指出：可持续发展是这样的发展，它满足当代的需要，而不损害后代满足他们需要的能力。这个概念旋即在90年代初得到了扩展，可持续发展不仅要追求代际公正，即当代人的发展不应损害下代人的利益，而且还要追求代内公正，即一部分人的发展不应损害另一部分人的利益。到1992年，里约热内卢会议的《21世纪议程》规定，改革人类社会现有的生产方式和消费方式，使之与地球的有限承受力相适应。我国政府参与了《21世纪议程》的制订，并于1994年3月通过了《中国21世纪议程》，表明了中国走可持续发展道路的决心。1996年6月，中国发表了环境白皮书，指出了生态环境遭到破坏的情况越来越严重，又在最近参加的1996年农业可持续发展会议上，参与讨论了粮食安全的问题。上述可持续发展的概念演化和发展表明，它已形成了一个复杂系统。不仅包括资源、环境等方面的问题，还涉及到影响和决定资源、环境的社会、经济发展水平。分析和讨论可持续发展问题，不能脱离对社会发展的基础——经济的研究。在国际上已逐步形成了总体可持续发展系统（Global Sustainable Evelopment System）的概念（见图1）在这个总体系统中，包括了三个子系统，即资源、环境可持续发展系统、经济可持续发展系统和社会可持续发展系统。在讨论这个总体可持续发展系统的时候，有两点是需要说明的。第一点，三个子系统之间是相互作用、相互影响的。每个子系统的可持续发展都有赖于其他子系统的可持续发展，同时又具有相对的独立性。例如，社会和经济发展的状况，生产技术的水平必然影响和制约着资源利用与保护的效率以及环境问题的范围和严重程度，而经济的持续、稳定与健康的发展需要一个安定、平等和公正的社会环境。这三个子系统之间是相互作用、相互影响，它们又是相对独立的。这体现了总体可持续系统及其三个子系统形成了一个复杂的系统，如果需要对其中一些问题作定量处理的时候，需要考虑子系统之间的复杂耦合关系。第二点，可持续发展的三个子系统特征时间是明显不同的，特征时间是我们在分析系统时采用的一个量，它表明一个系统发生质的演变所需要的时间尺度，例如，治理沙漠为土壤化的过程至少需要50年左右的时间。一般地说，资源、环境系统的特征时间可取在百年的量级上，地质、地理系统的特征时间就要长得多了。经济系统的发展演化相对于资源、环境系统要快一些，如劳动力的培训、生产、投资的周期以及人口、GNP、增长率中的较大变化，大多以年或数年来计算，很多国家作经济计划时，多用“五年计划”、“十年计划”等等，所以，经济系统的特征时间很多情况下取在10年的量级上。社会系统由于受到经济、政治、环境多方面的影响，其发展进度更快。社会的安全状况、政策导向、文化价值取向是经常发生变动的，可以考虑取更短的特征时间，大约为年的量级。特征时间的考虑是为了在分析复杂系统的时候，各个变量相互影响程度的估计，以便设置适当的方程，描述系统的演化过程。
图一 总体可持续发展系统。
从以上可持续发展的介绍来看，这个系统是非常复杂的，涉及的问题很广泛，可以从各个角度提出问题并进行分析。从可持续发展系统总体把握的角度上看有一些问题是重要的，一是报警和预警系统，及时报告在可持续发展的某些环节所出现的警报讯号，如不及时注意和把握，就会发生严重的后果，或者是通过分析预测，预报一些严重的隐患，由于所涉及的子系统特征时间比较长，如果一旦形成祸害，将付出极大的代价，及时地予以预警或在未完全形成祸害时就予以防范，效果会好得多。另一种情况是对已经形成的某些环节的问题，通过资源、环境、经济、社会各方面功能的综合治理，予以改进或好转。这种治理，通常是阶段性的，即在一段时间内集中解决或整治某一类问题，并使其在协调的周围环境条件下进行。这种治理方案从协调的分析角度上讲是从一个均衡态平稳地过渡到另一个均衡态，并使协调的总体状况有所好转。还有一类问题是对已经基本良好运转的子系统如何保持其资源、环境、经济、社会各方面的协调，以使得这种良好运转能够维持下去，不断地往好的方面发展。这里所提到的一些应把握的事项，预警系统的分析、系统治理中的均衡态转移，以及系统状态的维持等等，必然要涉及定量的讨论，在这种情况下，系统的复杂性研究对于这些分析是十分有用的。我们阐述一些中国可持续发展的例子来说明这一点。
中国的资源与环境可持续发展目前面临严重的问题，这些问题能否解决，解决得好不好，将直接影响到中国可持续发展事业的成败。中国的资源涉及人口、耕地、水、矿产等各个方面，都面临严峻的情况。中国的人口问题是严重的，到1995年2月，人口已达到12亿，占世界总人口的22%，并且在相当长的一段时间内，人口还将保持较高增长势头，到2050年，人口预计将达16亿，人口压力是巨大的。中国的耕地资源有限，通常讲占世界7%的耕地养活占世界22%的人口，7%的实际数字是16亿亩，人均耕地面积只有1.3亩。严重的还有水土流失面积达367万平方公里，占国土面积的38%。土壤流失约为50亿吨，为世界的20%。土壤沙漠化的面积已达国土总面积的15.9%，为153万平方公里。水资源严重匮乏，人均淡水拥有量只有世界平均水平的1／4左右。城市缺水更为突出，在全国500多个城市中有300个城市缺水。矿产资源的状况滞后于经济发展，且后备不足，石油可采储量不能保证2000年时建设的需要。煤是储量较多的，但也已有缺口。能源利用率低于30%。在45种重要矿产中，多种不能满足需求，铁、锰、铬，铝现已有赖于进口。在各种资源的分析中，没有引起足够注意的可能是专业人才资源，特别是高技术人才的缺乏，这将是影响我国21世纪可持续发展的重要瓶颈。环境是人们关心的另一重要问题，我国的环境状况已呈恶化的趋势，工业废气、废液、废物造成的大气、江湖及农田的污染不仅危及人们的身体健康，而且也加速了原本有限资源的衰退。高消耗、高污染的发展模式一方面让我们付出了沉重的代价，一方面也限制了进一步发展的可能性和持久性。
上面所述的情况表明，我国的可持续发展在人口、资源和环境等方面都面临着严峻的问题。对这些问题进行系统的研究和分析，寻找相应的对策以协调经济、社会与资源环境系统的相互关系，是保证总体可持续发展的必要条件。需要强调的是，从根本上解决人口膨胀、资源短缺和环境污染等方面的问题，都需要以经济的可持续发展为基本前提，脱离了经济的稳定、持续增长，单一的探求某一子系统的可持续发展，必然会是无本之木，无源之水，缺少必要的发展动力，这也是我们将资源、环境的可持续发展与经济可持续发展，即经济的持续稳定增长联系在一起，并通过经济复杂性研究促进总体可持续发展系统的顺利进行。
我们以人口为例说明上述的问题处理方案，中国的人口问题应该从二个角度来考察。既要考虑其不利的一面，又需要考虑既然巨大的人口已是现实，如何充分发挥人口的储备，促进经济的发展。作为不利的方面，人口数量巨大，且每年新增人口已达1400万，年增长率1.2%，对资源、环境造成极大的压力，严重制约了经济的发展和人均生活水平的提高。按照人口控制的近期目标，到2000年和2010年，分别把人口控制在13亿和14亿以内，但由于人口基数过大，人口总量要到2050年左右才能达到峰值16亿，以后才开始回落。另外，从质量上看，中国人口的素质也不容乐观，据1990年的统计，全国文盲，半文盲占人口的12%。以上是人口数据中种种不利的因素。但是人口问题又有另外的一面，人口的众多又为经济发展提供了重要的劳动力资源及其储备。既然中国巨大的人口在21世纪已成为事实，需要考虑的是如何发挥好这个人口因素的作用，需要有些定量的分析。在人口促进中国经济增长中有几点是基本的：就目前的情况而言，中国劳动力的素质基本符合现有经济水平的需要，并且平均工资水平相对比较低，这是中国经济近几年连续保持10%左右高速增长的重要因素；现有的劳动力与投资相结合，促进了劳动密集型产业的发展，增强了经济的活力；大量的消费人口，特别是一部分先富起来的人口，增大了社会消费水平，刺激了经济进一步发展；在经济结构改变和体制转换过程中出现的新的经济增长机制，会进一步发挥劳动力资源中涵藏的巨大的发展潜力。这些分析表明，人口问题的处理方案，应与经济系统协调地进行，生育观念的形成与改变，也不仅受到文化传统的影响，更重要的是受到经济有力的制约，“养儿防老”观念作用下的人口高增长率必将随着经济发展包括家庭经济状况的发展而发生重大变化。因此，人口问题本质上是个经济问题。人口、劳动力以及经济系统的各个因素，如资金和总产值，市场和政府的调控等等，组成了一个复杂系统，经济复杂性的研究及一些定量化的处理方案将有助于人口问题的理解和解决。
资源问题具有另一些特点，与相对丰富的人力资源相比，我国的自然资源非常紧缺，人均资源拥有量居世界后列，并且在资源利用上存在着不容忽视的浪费现象和破坏现象。由于资源的需求、利用与保护的问题与经济发展密切相关，资源问题应该作综合的考虑：了解和掌握我国资源的基本情况，对资源进行调查和估算，以此为进一步分析的依据；进行趋势分析，社会经济的发展在很大程度上依赖于对资源的需求与利用能力，需根据经济发展的预测对资源的变化趋势进行分析，并及早研究解决的办法；提高资源的利用效率，合理利用与保护资源，加强资源的深度开发，缓解资源的紧缺等等。从资源和解决系统的耦合关系上看，资源所涉及的是一个合理配置和提高效率的问题。解决复杂性分析中关于最优配置的理论处理方案，会有助于对资源利用的优化。
环境的问题有两个方面需要重视和解决。一方面是已经形成的由废气、废液、废物所造成的环境污染需要治理，另外一方面是现有的生产技术，特别是工业生产技术所隐含的环境隐患需要防范。前面提到过环境变迁的特征时间要长一些，所以无论是治理现有污染或形成别的污染，其时间尺度都是比较长的，所以在设计方案和提出措施上都需要进行仔细的分析，并尽可能进行定量化的预测。
以上我们说到的是可持续发展中的一些基本问题，这些情况都表明了可持续发展是一项涉及社会经济、资源、环境诸多方面的复杂系统，仅靠某一方面的努力是远远不够的，这就需要我们综合分析，了解各子系统之间的相互作用和影响，比较各系统的发展规律和处理方法，互相借鉴，在深入研究每个子系统演化方式的基础上，对总体可持续发展系统有深入的理解，并尽量把握其演化发展的趋势，以最终实现协调、均衡发展的可持续发展道路。
二、经济系统复杂性研究
复杂系统各部分关系的分析，以及从整体上把握其演化和发展，采用定量化的分析是必要的，因为在上述提到的经济、资源、环境诸系统中都需要分析大量的数据。这些数据表明了各个系统的各种基本特征，采用定量化的分析方法，可说明各种数据的成因及背景，以及各种数据之间的内在关系。这种定量化的分析方法与通常社会科学中的定性分析方法并不矛盾，正是定性和定量分析相结合使得复杂系统的研究更趋深入。
在讨论经济复杂系统时引入数学已有很长的历史，并取得很好效果。它主要是在经济运行这一层次上进行，讨论的是如何使得各种经济资源有一个最优的配置，使得经济系统获得最大的效益。到60年代左右形成的一般均衡理论（General Equilibrium Theory ），以公理化，形式化的严格逻辑演绎体系，论证了在复杂经济系统中存在着均衡点，主导着经济的优化行为。这一理论体系认为各经济行为的主体（厂商，消费者等）为实现自身目标最优化而相互作用，最终达到供求等方面力量平衡的特殊静止状态——均衡。通过均衡的存在，唯一与稳定性质可以大致地确定经济发展的趋势。系统演化的模式被描述为逐渐趋于开达到均衡状态。在外界扰动下，在均衡点附近波动，或准静态地转移至新条件下的稳定均衡。一般均衡理论在很长时间内主导着西方经济学。并且在现时仍有巨大而广泛的影响。
一种新的数理分析方法被广泛地引入到经济系统中来是80年代末期的事情，并迅速地进入主流。这是由于最近20年来，随着非平衡系统理论和非线性科学的发展，人们深入研究和寻找各种复杂现象的共性和规律，并取得了大量的成果，这些都为进一步研究经济系统的复杂非平衡演化现象提供了契机。这种数理方法有时也称之为非线性经济动力学（Nonlinear Economic Dynamics）。动力学这个名词是从数理科学中借用过来的，它不同于在社会科学中分析经济关系中动力的含义，也许动力学（Dynamics）这个名词今后在经济领域中会找到更好的说法。这种分析方法的兴起和发展，是由于一般均衡理论处理经济运行问题的框架已不能使人们满足，在理论方面，由于它的基本分析方法是静态的和均衡的，因而无法描述和解释系统达到均衡，特别是远离均衡的复杂非平衡动态演化过程。在实践方面，战后世界经济的巨大变化和东亚经济的快速起飞等现象都迫切要求新的经济运行理论来解释和说明这种非均衡演化的经济现象。非线性经济动力学的研究因之而兴起，并在国际上有很强的数学、物理和经济的背景。北京师范大学的非平衡系统研究及其在经济领域中的展开已进入到这个前沿，并与国际国内的诸多单位保持良好的联系，经过多年的工作，形成了我们自己的一些特点。我们的工作是在经济系统复杂性分析的基础上，吸收一般均衡理论对经济系统处理的成功之处，着重研究经济系统远离均衡状态以及在均衡状态之间转移的非均衡动态演化过程，在经济系统复杂演化的非线性、动态分析方法方面进行探索，以期对经济演化中的各种复杂现象的本质和规律有更深层次的理解和把握。本文前半部分所讨论的可持续发展系统，是一个复杂系统，特别是需要对经济复杂系统进行分析。经济复杂性研究的数学处理框架自然会有助于这个复杂系统中所涉及的各种数据的定理分析。
以下我们具体地来介绍我们对经济系统的基本认识及其数学处理的基本框架。在处理经济系统的各种复杂现象时，首先需要对系统的基本特性和性质进行刻画。从系统分析的角度出发，在讨论经济的运行、讨论经济系统中诸因素的定量关系时，经济被处理为一个演化的复杂系统。系统内部各要素之间的非线性相互作用内在地决定了经济系统的各种消长和波动现象，系统外部环境的随机变化与扰动，时刻影响着经济的演化状态，但并非是系统涨落与波动现象的唯一决定因素。系统的基本特征可以描述为以下几个方面。
复杂性。经济系统由为数众多的商品、厂商、消费者等因素来构成，并且系统内部各要素之间以及系统与外部环境之间存在着复杂的非线性相互作用。这种变量参量之间的强耦合作用，使得系统内部形成了某种内在的结构，某些特定的变量或参量是形成稳定的组织模式和作用方式。从而在一定意义上规定和限制了经济系统的演化行为。
层次性。经济系统的另一个显著特点是层次性。大致可分为微观和宏观两大层次。在不同的层次上人们所关心的问题不同，系统的运行方式和机制也存在着很大的差异。因此，在进行系统分析之前，必须首先明确系统所处的层次。一般地说，在微观层次，均衡和优化问题是关注的焦点；而在宏观层次，总量的增长和波动等问题更具有实际意义。经济系统这种层次性使得宏观经济的微观机制或微观基本问题成为经济学研究的重要内容。
功能。经济系统变量之间的复杂相互作用和耦合使得系统通过变量之间的组织和结构形成各种复杂的功能，这也是复杂系统的重要特点。在经济系统中，这种功能正日益为人们所发现和认识。如以规模效益递增为主要特征的自增强（Self-reinforcing）或正反馈机制，边干边学（Learing by doing）机制以及经济发展过程中的垄断，集中和一体化等自组织等等。经济系统的这些功能直接导致了各种复杂演化现象。
开放性。经济系统不是一个孤立的封闭系统，而且随时与外界进行着物质、能量和信息的交流，国际资本的流动、劳动力的地区转移以及科学技术的普及和传播等，都使得经济系统成为典型的开放系统。
信息不完备与不确定性。随着经济的复杂性程度的提高与外界环境的变化，经济系统时刻存在着各种随机的和不确定的扰动因素。完全掌握系统的全部信息不仅由于系统的复杂性而变得不可能，同时，也因获取信息需要成本而变得不可行。于是，在不完备信息和不确定条件下寻找经济系统演化的规律便成为目前经济学面临的一大问题。
动态演化性。传统的均衡理论本质上是一种静态理论，只考察系统均衡的位置和稳定性质，而不研究系统达到均衡的动态非均衡过程。世界经济的变革和发展日益揭示了经济的动态演化特性。这种演化，一方面表现为系统趋近并达到均衡并且从一个均衡向另一个均衡转移的非均衡过程，另一方面也表现为整个经济结构、体制的变动，以及由此引发的系统均衡格局的变迁。
经济系统复杂性的研究，引起了诸多著名学者的注意，提出了很多重要的见解。1985年，耗散结构理论的创始人，诺贝尔化学奖获得者I.Prigogine 提出了用自组织理论处理社会经济复杂系统的途径。1988年，诺贝尔物理奖获得者P.W.Anderson和经济奖获得者 K.J.Arrow在经济作为一个演化的复杂系统的认识的基础上，联合提出了经济系统可能存在内在核心动力学机制的设想，这种机制可以由少维变量和参量的子系统表述并支配整个经济的发展演化行为。与之相应，著名数学家S.Smale 也于1991年提出，动态问题是经济学的主要问题。从战后经济巨大变革和发展的实践来看，也呼唤着一个能说明复杂经济系统演化发展的理论，在这个理论的基础上能够说明经济发展中的一些重要问题，包括经济增长、失业和通货膨胀的运行机制。这使得经济系统的动态非平衡过程的研究逐步进入到经济学研究的主流，并日益为人们所关注。
在本文的最后，对复杂系统特别是经济系统进行定量处理的数学框架作一简单介绍。这里对具体问题不作展开，前面所述的可持续发展系统的各个方面，包括资源、环境、经济等等都可以采用这种数学工具，以利在定量上得到对分析系统复杂性质有帮助的结果。
考虑一个经济系统，表示为微分方程组
其中X＝（X[1]，…，X[N]）为描述系统的状态变量，λ＝（λ[1]，…，λ[N]）为系统的参量，F＝（F[1]，…F[N]）是X的光滑连续函数，F给定了系统状态变量X随时间变化的方式和机制。若系统是自治的，即F不显含时间，则F＝0给出了系统演化的定态，表现为各状态变量不再随时间变化的一种恒常的状态。一般地，这种状态对应于经济均衡，方程反映了均衡与非均衡的联系。
描述经济系统的微分方程组（1）的解给出了系统的演化轨道，表示为演化空间T×X中的光滑曲线X（t）＝（X[1]，…，X[N]（t）），系统所有的解轨道在T×X中构成了一个曲面，曲面的形状反映了系统演化的整体性质和结构。若把变量X的时间导数X也看作另外一组描述系统的变量，则构成了更大的广义射流空间T×X×X[（1* ]，其中X[（1）]代表由X的一阶导数构成的空间，在射流空间中，微分方程X＝F（X，λ）＝0成为代数方程，它们确定的超曲H同样反映了系统的全部性质。若方程形式不变，则方程的解也保持不变，于是，如果对射流空间中由方程唯一确定的超曲面H进行某种变换，H仍保持原来的几何形状，则可以肯定，方程以及由方程确定的系统及其演化方式也没有改变，这种变换，称之为对称变换，于是就可以通过变换了解超曲面H的几何性质，即系统演化的整体趋势和内在结构。
系统的连续变换是通过李群来实施的，对称变换的全体构成一个李群G，如g∈G是对称变换，则满足：
go（X－F（X，λ））＝0＝（gox），λ）＝0 （2）
即如果X（t）是方程X＝F（X，λ）＝0的解，则变换后X（t）也是方程的解。由于方程的对称变换g通常是复杂的，难以直接求解，我们利用无穷小生成元的延拓技术，将
以上是简单介绍用微分方程组的数学方法来处理复杂系统，微分方程组（1）的解的性质也可以采取多种方案来处理，我们这里所提到的对称性处理是希望在分析复杂性系统中揭示其结构和功能的特性。在经济系统需要考虑随机因素时，微分方程的框架就不够了，这时需要用随机方程和随机微分方程来处理，但也与微分方程（1）是有联系的。
上述处理的例子是宏观经济系统的模型分析，我们也只简单列出它的框架，而不作展开。宏观经济系统模型是把整个经济作为一个整体，讨论它的总体运行演化趋势。参考各种宏观经济模型的讨论，我们假定一个宏观经济系统以8个状态变量和7个参量来描述。状态变量是：产出Y，劳动力N，资金K，消费C，投资I，价格指数P，利率r，和工资指数w，参量是：税收T，政府公共支出G，货币发行量M，债券B，资本折旧率ε，价格预期π（t），人口增长率n（t）。宏观经济系统的基本方程为
上述基本模型对于宏观经济进行了一般描述，在各种具体条件下，上述模型可以回传统意义上的索洛新古典增长模型，凯恩斯宏观经济模型和萨金特的宏观经济模型等。在上述宏观经济模型的基础上可以作宏观的定量分析，讨论诸如增长，波动等问题，并对此进行数据的对比和模拟。