複雑性

複雑性とは

複雑性（ふくざつせい、英: complexity）という概念は、多様な構成要素が相互に結びつき、繊細に組織されたシステムにおける特質を示す言葉です。本記事では、複雑性の定義やその科学的アプローチについて概観します。

複雑性の定義

複雑性は、しばしば「システム」という概念と関連しています。システムは相互に関係する部品や要素の集合であり、この要素群は他の外部要素とは異なる関係性を持っています。多くの定義では、システム内の多数の要素状態とその関係性の多様性が複雑性を表すとされています。何が複雑で、何が単純であるかは、文脈や状況によって変化することも理解されており、相対的な特性を持ちます。

特定の定義には、システムの特性が与えられた時の、システム状態に遭遇する確率を考慮するものもあります。有名な研究者ウォーレン・ウィーバーは、特定の部品の属性が与えられた場合に、システム全体の特性を予測する難しさを複雑性だと考えました。ウィーバーは、複雑性を「組織化されていない複雑性」と「組織化された複雑性」に分類しました。彼のこの観点は後の複雑性研究に大きな影響を与えています。

組織化されていない複雑性と組織化された複雑性

複雑性に関する検討の一つとして、システム内に存在する部品間の相互関係と、無作為に選ばれた事象間の多様性が挙げられます。システムには制約があり、その結果、要素間の関係性の質がより一貫したものとして区別されます。

ウィーバーは、この観点から二種の複雑性を提唱しました。組織化されていない複雑性は、膨大な数の部品を持ちながら、相互作用が無作為であるシステムから生じます。例としては、容器内のガス分子が挙げられます。対照的に、組織化された複雑性では、要素間の相互作用が無作為ではなく、相関関係が存在します。このような構造は、他のシステムと相互作用しながら、特有の性質を持つシステムを形成します。例えば、都市や地域社会における人々の関係性がこれに当たります。

複雑性の要因

組織化されていない複雑性の主な要因は、システム内の部品が膨大であり、各要素間の相関性がないことです。組織化された複雑性の明確な定義は存在しませんが、要素間に何らかの相関関係があることが指摘されています。システムの部品数や関係の数が重要である可能性がありつつも、その重要性を識別するための普遍的な法則は存在しません。

特定の分野では、複雑性が異なる意味を持つことがあります。例えば、計算複雑性理論では、問題解決に必要な計算資源の量を研究します。ここでは、「複雑性」が「計算量」と同義に使われます。特定の問題を最適なアルゴリズムで解くために必要な手続きの数が、その問題の入力サイズの関数として表されます。これにより、問題を複雑性クラス（P、NPなど）に分類することが可能です。

また、アルゴリズム情報理論では、特定の文字列が生成されるプログラムの最小長さに基づく「コルモゴロフ複雑性」が注目されています。さらに、情報処理の観点からも、複雑性はオブジェクトの属性の多様性として定義されます。

複雑系の研究

複雑性は多くの科学分野で研究され続けています。これには、自然科学や社会科学、さらには人工知能や進化的計算といった分野が含まれます。特に現代では、アリの行動や脳の機能、金融市場など、複雑系の分析やシミュレーションに関する学際的な研究が活発に行われています。

このように、複雑性は多岐にわたる学問領域で探求されており、その理解は私たちの周囲の現象を解明するための鍵とも言えるでしょう。

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