1.1　什么是复杂系统

我们很难给复杂系统下一个举世公认的定义。专门从事复杂系统研究的Melanie Mitchell在接受Ubiquity杂志专访时，“勉为其难”地为复杂系统给出了一个相对通俗的定义：由大量相互作用的部分组成的系统。与整个系统比起来，这些组成部分相对简单，没有中央控制，组成部分之间也没有全局性的通信，并且组成部分的相互作用导致了复杂行为。[1]388

这个定义庶几可以表达软件复杂度的特征。定义中的“组成部分”对于软件系统，就是所谓的“软件元素”，基于粒度的不同可以是函数、类、模块、组件和服务等。这些软件元素相对简单，然而彼此之间的相互作用却导致了软件系统的复杂行为。软件系统符合复杂系统的定义，不过是进一步证明了软件系统的复杂度。然而该如何控制软件系统的复杂度呢？恐怕还要从复杂度的成因开始剖析。

Jurgen Appelo从理解能力与预测能力两个维度分析了复杂度的成因[2]39。这两个维度各自分为不同的复杂层次：

• 理解能力维度——简单的（simple）和复杂的（complicated）；
• 预测能力维度——有序的（ordered）、复杂的（complex）和混沌的（chaotic）。

两个维度都蕴含了“复杂”的含义：前者与简单相对，意为复杂至难以理解，可阐释为“复杂难解”；后者与有序相对，意为它的发展规律难以预测，可阐释为“复杂难测”。在预测能力维度，“难测”还不是最复杂的层次，最高层次为混沌，即根本不可预测。两个维度交叉，可以形成6种代表不同复杂意义的层次定义，Jurgen Appelo通过图1-1形象地说明了各个复杂层次的特征。

图1-1　复杂系统的特征[1]

以下是Jurgen Appelo对这些例子给出的说明[2]39：

我的内衣很简单。我很容易理解它们的工作原理。我的手表是精密复杂的，如果把它拆开，我需要很长时间才能了解其设计原理和组件。但是我的手表或我的内衣都没有什么让人吃惊的（至少对我而言）。它们是有序的、可以预测的系统。

一个三人软件开发团队也是简单的，只需要开几次会议，提供一些晚餐，外加几杯啤酒，就可以了解这个团队的每一个人了。一座城市是不简单的、繁杂的，出租车司机需要几年时间才能熟悉这座城市的所有街道、胡同、宾馆和饭店。但同时，团队和城市又都是复杂的。不管你有多了解它们，总会有意想不到的事情发生它们身上。在某种程度上，它们是可预测的，但是你永远不清楚明天会发生什么。

双摆（两个摆锤互相连接）也是一个简单的系统，容易制作也很容易理解。但因为对钟摆的初始设置具有高度敏感性，所以它进行的是不可预测的混沌运动。股票市场也是混沌的，根据定义，它是不可预测的，否则每个人都知道怎么利用股票交易来赚钱，就会导致整个系统崩盘。但是，股票市场又不像钟摆那样，它是相当繁杂的。

软件系统属于哪一个复杂层次呢？

大多数软件系统需要实现的整体功能往往是难以理解的，同时，随着需求的不断演进，它又在一定程度具有未来的不可预测性，这意味着软件系统的“复杂”同时覆盖了“复杂难解”（complicated）与“复杂难测”（complex）两个层面，对标图1-1给出的案例，就是一座城市的复杂特征。无独有偶，Pete Goodliffe也将软件系统类比为城市，他说：“软件系统就像一座由建筑和后面的路构成的城市——由公路和旅馆构成的错综复杂的网络。在繁忙的城市里发生着许多事情，控制流不断产生，它们的生命在城市中交织在一起，然后死亡。丰富的数据积聚在一起、存储起来，然后销毁。有各式各样的建筑：有的高大美丽，有的低矮实用，还有的坍塌破损。数据围绕着它们流动，形成了交通堵塞和追尾、高峰时段和道路维护。”[5]33既然如此，那么设计一个软件系统就像规划一座城市，既要考虑城市布局，以便居民的生活与工作，满足外来游客或商务人员的旅游或出差需求，又要考虑未来因素的变化，例如“当居民对城市的使用方式有所变化，或者受到外力的影响时，城市就会相应地演化”[3]13。参考城市的复杂度特征，我们要剖析软件系统的复杂度，就可以从理解能力与预测能力这两个维度探索软件复杂度的成因。