高一上學(xué)期復(fù)雜性科學(xué)再思考試題一、選擇題（每題3分，共30分）下列現(xiàn)象中，不屬于復(fù)雜性科學(xué)研究范疇的是（）A.蟻群覓食路徑的動(dòng)態(tài)調(diào)整B.單擺運(yùn)動(dòng)的周期性軌跡C.城市交通流量的早晚高峰演化D.股票市場(chǎng)價(jià)格的非線性波動(dòng)“蝴蝶效應(yīng)”體現(xiàn)了復(fù)雜系統(tǒng)的哪個(gè)核心特征（）A.涌現(xiàn)性B.自組織性C.初始條件敏感性D.層級(jí)嵌套性在元胞自動(dòng)機(jī)模型中，“生命游戲”的演化規(guī)則不包括（）A.存活細(xì)胞周圍有2-3個(gè)活鄰居時(shí)保持存活B.死亡細(xì)胞周圍有3個(gè)活鄰居時(shí)復(fù)活C.存活細(xì)胞周圍鄰居少于2個(gè)時(shí)死亡D.細(xì)胞狀態(tài)每代隨機(jī)翻轉(zhuǎn)下列關(guān)于復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)（CAS）的描述，錯(cuò)誤的是（）A.主體具有學(xué)習(xí)和適應(yīng)環(huán)境的能力B.系統(tǒng)演化方向由外部指令決定C.主體間的互動(dòng)會(huì)產(chǎn)生涌現(xiàn)行為D.生態(tài)系統(tǒng)是典型的CAS案例網(wǎng)絡(luò)科學(xué)中，“小世界效應(yīng)”指的是（）A.網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量隨時(shí)間指數(shù)增長(zhǎng)B.任意兩節(jié)點(diǎn)間平均路徑長(zhǎng)度極短C.節(jié)點(diǎn)連接強(qiáng)度呈現(xiàn)冪律分布D.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有嚴(yán)格的層級(jí)關(guān)系在Logistic映射中，當(dāng)參數(shù)r>3.57時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入的狀態(tài)是（）A.穩(wěn)定不動(dòng)點(diǎn)B.周期2分岔C.混沌D.周期4分岔下列不屬于自組織現(xiàn)象的是（）A.雪花晶體的六邊形結(jié)構(gòu)形成B.學(xué)生按照座位表排列座位C.貝納德對(duì)流中出現(xiàn)的規(guī)則花紋D.沙丘在風(fēng)力作用下形成的波狀條紋復(fù)雜系統(tǒng)建模時(shí)，“粗?；碧幚淼闹饕康氖牵ǎ〢.保留系統(tǒng)所有微觀細(xì)節(jié)B.簡(jiǎn)化模型以突出核心機(jī)制C.提高計(jì)算精度D.避免出現(xiàn)混沌現(xiàn)象社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析中，“中心性”指標(biāo)不包括（）A.度中心性B.介數(shù)中心性C.密度中心性D.接近中心性下列關(guān)于復(fù)雜性科學(xué)與經(jīng)典科學(xué)差異的說(shuō)法，正確的是（）A.經(jīng)典科學(xué)強(qiáng)調(diào)整體等于部分之和B.復(fù)雜性科學(xué)以線性方程為主要研究工具C.經(jīng)典科學(xué)更關(guān)注系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)演化過程D.復(fù)雜性科學(xué)認(rèn)為系統(tǒng)行為可完全精確預(yù)測(cè)二、填空題（每空2分，共20分）復(fù)雜系統(tǒng)中，涌現(xiàn)性指的是系統(tǒng)整體呈現(xiàn)出其組成部分所不具備的新性質(zhì)。元胞自動(dòng)機(jī)的三大組成要素是：元胞格子、狀態(tài)集合、演化規(guī)則。冪律分布的數(shù)學(xué)形式可表示為P(x)∝x??，其中a為冪指數(shù)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)具有高度的容錯(cuò)性和脆弱性雙重特征。耗散結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為，系統(tǒng)形成有序結(jié)構(gòu)的前提是處于遠(yuǎn)離平衡態(tài)、開放系統(tǒng)和存在非線性相互作用。三、簡(jiǎn)答題（每題10分，共30分）簡(jiǎn)述復(fù)雜系統(tǒng)“整體論”與“還原論”的方法論差異，并舉例說(shuō)明。還原論強(qiáng)調(diào)將系統(tǒng)分解為部分，通過研究部分特性推導(dǎo)整體行為，例如經(jīng)典力學(xué)中通過質(zhì)點(diǎn)受力分析預(yù)測(cè)物體運(yùn)動(dòng)；整體論則認(rèn)為系統(tǒng)整體行為無(wú)法由部分單獨(dú)解釋，需關(guān)注部分間的相互作用及涌現(xiàn)性質(zhì)，例如人體免疫系統(tǒng)的防御功能無(wú)法通過單個(gè)免疫細(xì)胞的特性完全闡明。兩者的核心差異在于是否承認(rèn)“涌現(xiàn)性”：還原論認(rèn)為整體等于部分之和，整體論則認(rèn)為整體大于部分之和。以“鳥群集群行為”為例，說(shuō)明自組織系統(tǒng)的形成條件。鳥群集群無(wú)需中央控制，其自組織過程滿足三個(gè)條件：局部相互作用：個(gè)體僅與鄰近幾只鳥保持距離、速度同步；正反饋機(jī)制：某只鳥的轉(zhuǎn)向會(huì)引發(fā)周圍個(gè)體的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)；環(huán)境擾動(dòng)：風(fēng)力、障礙物等外部因素觸發(fā)群體形態(tài)調(diào)整。這些條件共同導(dǎo)致鳥群呈現(xiàn)出“整體有序、局部隨機(jī)”的涌現(xiàn)行為。用網(wǎng)絡(luò)科學(xué)原理解釋“謠言傳播速度為何遠(yuǎn)超傳統(tǒng)信息”。謠言傳播網(wǎng)絡(luò)具有以下特征：小世界結(jié)構(gòu)：社交網(wǎng)絡(luò)中任意兩人平均僅需6步連接，加速傳播效率；樞紐節(jié)點(diǎn)作用：意見領(lǐng)袖（高degree節(jié)點(diǎn)）的轉(zhuǎn)發(fā)形成傳播爆點(diǎn)；偏好依附機(jī)制：熱門謠言被更多人關(guān)注，形成“富者愈富”的冪律傳播模式；免疫失效性：謠言內(nèi)容常通過變異規(guī)避辟謠（類似病毒變異）。四、分析題（20分）背景：某高中校園內(nèi)，學(xué)生自發(fā)形成了多個(gè)興趣社團(tuán)，各社團(tuán)初期規(guī)模相近，但經(jīng)過一年發(fā)展后，出現(xiàn)了“戲劇社人數(shù)激增、天文社維持穩(wěn)定、棋社逐漸解散”的現(xiàn)象。問題：用復(fù)雜性科學(xué)中的2個(gè)核心概念解釋這一現(xiàn)象的成因；設(shè)計(jì)一個(gè)基于元胞自動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)化模型模擬社團(tuán)演化過程，需說(shuō)明元胞狀態(tài)、鄰居規(guī)則及參數(shù)設(shè)置；若學(xué)校計(jì)劃扶持弱勢(shì)社團(tuán)，基于模型結(jié)果提出2條具體建議。參考答案要點(diǎn)：成因分析：正反饋與路徑依賴：戲劇社因一次成功演出獲得更多資源（場(chǎng)地、宣傳），吸引更多學(xué)生加入，形成“成功→資源→更多成功”的增強(qiáng)回路；網(wǎng)絡(luò)外部性：學(xué)生選擇社團(tuán)時(shí)，更傾向于加入人數(shù)多的群體（“從眾效應(yīng)”），導(dǎo)致小社團(tuán)成員持續(xù)流失。元胞自動(dòng)機(jī)模型設(shè)計(jì)：元胞狀態(tài)：0（未加入）、1（戲劇社）、2（天文社）、3（棋社）；網(wǎng)格設(shè)定：100×100網(wǎng)格代表學(xué)生群體，每個(gè)元胞為獨(dú)立個(gè)體；鄰居規(guī)則：Moore鄰域（8個(gè)方向），個(gè)體狀態(tài)以50%概率向鄰居中占比最高的社團(tuán)轉(zhuǎn)化；參數(shù)設(shè)置：戲劇社初始吸引力參數(shù)α=1.2，天文社α=1.0，棋社α=0.8。建議：打破路徑依賴：為弱勢(shì)社團(tuán)提供“初始資源傾斜”（如專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)、跨校交流機(jī)會(huì)）；降低網(wǎng)絡(luò)外部性影響：推行“社團(tuán)成員上限制度”，避免優(yōu)勢(shì)社團(tuán)過度擴(kuò)張。五、開放探究題（20分）主題：用復(fù)雜性思維重新理解“學(xué)習(xí)困難”問題要求：結(jié)合本學(xué)期所學(xué)（如混沌理論、自組織、網(wǎng)絡(luò)科學(xué)等），任選一個(gè)角度分析傳統(tǒng)“補(bǔ)課刷題”模式的局限性，并提出一種基于復(fù)雜系統(tǒng)視角的改進(jìn)方案。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：理論應(yīng)用準(zhǔn)確性（5分）論證邏輯嚴(yán)密性（5分）方案創(chuàng)新性與可行性（8分）語(yǔ)言表達(dá)清晰度（2分）示例思路：從“混沌邊緣”理論出發(fā)，傳統(tǒng)補(bǔ)課模式試圖通過重復(fù)訓(xùn)練將學(xué)生思維“鎖定”在固定解題路徑（穩(wěn)定不動(dòng)點(diǎn)），但實(shí)際學(xué)習(xí)是一個(gè)“有序（知識(shí)體系）與混沌（問題變式）”的動(dòng)態(tài)平衡過程。改進(jìn)方案可設(shè)計(jì)為“問題復(fù)雜度梯度演化系統(tǒng)”：建立知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖譜，標(biāo)注概念間的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度；根據(jù)學(xué)生錯(cuò)題生成“鄰近復(fù)雜度問題”（類似混沌控制中的“微擾法”）；通過小組協(xié)作（自組織）解決跨學(xué)科綜合問題，觸發(fā)知識(shí)涌現(xiàn)。（注：本題為開放性題目，言之成理即可酌情給分）六、編程實(shí)踐題（附加20分）任務(wù)：使用Python編寫一個(gè)簡(jiǎn)化的SIRS模型（易感-感染-恢復(fù)-易感）模擬疫情傳播，需實(shí)現(xiàn)以下功能：隨機(jī)生成100×100的初始人群網(wǎng)格，設(shè)置20個(gè)初始感染者；定義感染概率β=0.3、恢復(fù)概率γ=0.1、免疫喪失概率μ=0.05；輸出第0、50、100步的感染人數(shù)曲線及網(wǎng)格可視化結(jié)果；分析當(dāng)μ=0（永久免疫）與μ=0.1（短期免疫）時(shí)，系統(tǒng)演化的差異。提示代碼框架：importnumpyasnpimportmatplotlib.pyplotasplt#初始化網(wǎng)格grid=np.random.choice([0,1,2],size=(100,100),p=[0.98,0.02,0])#0易感1感染2免疫defupdate(grid):new_grid=grid.copy()foriinrange(100):forjinrange(100):ifgrid[i,j]==1:#感染態(tài)ifnp.random.rand()<0.1:new_grid[i,j]=2#恢復(fù)#補(bǔ)充易感態(tài)和免疫態(tài)的轉(zhuǎn)換規(guī)則returnnew_grid參考答案：（略，需完整實(shí)現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換邏輯及可視化代碼，分析部分應(yīng)指出μ=0時(shí)系統(tǒng)可能滅絕，μ=0.1時(shí)出現(xiàn)周期性波動(dòng)）命題說(shuō)明：試卷覆蓋課程核心概