什么是蝴蝶效应

蝴蝶效应”说的是：一只南美洲亚马孙河边热带雨林中的蝴蝶,偶尔扇几下翅膀,就有可能在两周后引起美国得克萨斯的一场龙卷风原因在于：蝴蝶翅膀的运动,导致其身边的空气系统发生变化,并引起微弱气流的产生,而微弱气流的产生又会引起它四周空气或其他系统产生相应变化,由此引起连锁反应,最终导致其他系统的极大变化“蝴蝶效应”听起来有点荒诞,但说明了事物发展的结果,对初始条件具有极为敏感的依赖性；初始条件的极小偏差,将会引起结果的极大差异

一、蝴蝶效应的由来

蝴蝶效应来源于美国气象学家洛仑兹60年代的发现,1961年冬季的一天,洛仑兹（ELorenz）在皇家麦克比型计算机上进行关于天气预报的计算他在某一初值的设定下已算出一系列气候演变的数据,当他再次开机想考察这一系列更长期的演变时,为了省事,他走了一条捷径,没有令计算机从头运行,他把上次的一个中间数据直接打入作为计算的初值,然后按同样的程序进行计算,希望得到和上次系列后半段相同的结果然后他穿过大厅下楼,去喝咖啡,一小时后,他回来时发生了出乎意料的事,他发现天气变化同上一次的结果迅速偏离,在短时间内相似性完全消失了问题出在他这次作为初值输入的数据上计算机内原储存的是16位小数0506127…,但他打印出来的是只有3位的小数0506,他输入的就是0506进一步的计算表明,输入的细微差异可能很快成为输出的巨大差别,这种现象被称为初始条件的敏感依赖性,在气象预报中,称为‘蝴蝶效应’洛仑兹1979年12月29日在华盛顿的美国科学促进会的演讲：“可预言性：一只蝴蝶在巴西扇动翅膀会在得克萨斯引起龙卷风吗”

二、蝴蝶效应的含义

某地上空一只小小的的蝴蝶扇动翅膀而挑动了空气,长时间后可能导致遥远的彼地发生一场暴风雨,以此比喻长时期大范围天气预报往往因一点点微小的因素造成难以预测的严重后果微小的偏差是难以避免的,从而使长期天气预报具有不可预测性或不准确性这如同打台球、下棋及其他人类活动,往往“差之毫厘,失之千里”、“一着不慎,满盘皆输”“今天的蝴蝶效应”或者“广义的蝴蝶效应”已不限于当初洛仑兹的蝴蝶效应仅对天气预报而言,而是一切复杂系统对初值极为敏感性的代名词或同义语,其含义是：初值稍有变动或偏差,将导致未来前景的巨大差异,这往往是难以预测的或者说带有一定的随机性典故]

某地上空一只小小的蝴蝶扇动翅膀而扰动了空气,长时间后可能导致遥远的彼地发生一场暴风雨,以此比喻长时期大范围天气预报往往因一点点微小的因素造成难以预测的严重后果．微小的偏差是难以避免的,从而使长期天气预报具有不可预测性或不准确性．这如同打台球、下棋及其他人类活动,往往“差之毫厘,失之千里”、“一着不慎,满盘皆输”． 

蝴蝶效应（TheButterflyEffect）是指在一个动力系统中，初始条件下微小的变化能带动整个系统的长期的巨大的连锁反应。这是一种混沌现象。

任何事物发展均存在定数与变数，事物在发展过程中其发展轨迹有规律可循，同时也存在不可测的“变数”，往往还会适得其反，一个微小的变化能影响事物的发展，说明事物的发展具有复杂性。

美国气象学家爱德华·洛伦兹（EdwardNLorenz）于1963年，在一篇提交纽约科学院的论文中分析了这个效应。

万维钢的精英日课

你肯定听说过一个词，“蝴蝶效应”，形容的是一件微小的事情，可能会带来很大的风险。但万老师说，当人们在谈论“蝴蝶效应”的时候，基本上都说错了。

这是为什么呢？我们一起来听听万老师的讲解。

“蝴蝶效应”是人们经常谈论的一个科学典故，说巴西的一只蝴蝶震动翅膀，有可能在几周之后，在美国德克萨斯州，导致一场飓风。人们经常用蝴蝶效应形容微小的事情可能带来很大的影响。

而这一讲我想说的是，当人们谈论蝴蝶效应的时候，基本上都说错了。而这个认知错误更体现了一个重要的观念错误。

咱们先说说“蝴蝶效应”是怎么来的。

1961年，美国数学家爱德华·洛伦兹（Edward Lorenz）在用计算机模拟天气变化的时候，发现一个有意思的现象。我们知道计算机模拟都有输入的参数和输出的结果。本来有个输入参数的数值应该是 0506127，有一次模拟中洛伦兹为了省事，就把它给来了个四舍五入，用 0506 代替。其实我们平时工作中经常这么干，误差不到万分之二，对吧？

可是洛伦兹发现，计算机输出的结果，不是相差万分之二，也不是相差百分之二，也不是相差百分之二十 —— 而是变成了一个完全不同的天气状况。

这就相当于说，你测量某地大气压数值如果有万分之二的误差，你预测出来的天气就从晴天变成下雨了。

这是一个令人绝望的发现。如果是这样的话，请问谁能保证测量的参数都无比准确呢？那所谓的天气预测还有什么意义呢？

不过数学家们可不是第一次遇到这种情况。数学家早就知道，对于“非线性系统”，结果有时候就是会对初始值非常敏感 —— 初始值差一点点，结果就会相差很大。这也是“混沌”这个概念的起源。比如著名的“三体问题”就是一个非线性系统。三个临近的星球在引力作用下会如何运动？开始的位置差一点点，后面的结果就会很不一样。反过来说，“线性系统”就简单了，输入差一点，输出也差一点。

洛伦兹有感于非线性系统这个性质实在太不好对付，就打了个夸张的比方，说这简直就是说巴西的蝴蝶震动翅膀，带来了德克萨斯的一场飓风啊……

请注意，洛伦兹说的只是一个夸张的比喻而已。蝴蝶不会导致飓风。

洛伦兹当初可能正好用了一个特别敏感的模型。事实上并不是所有的非线性系统对所有的输入参数都那么敏感。天气系统并不是一个特别夸张的变化多端的系统。人们经常把股市描写成混沌系统，有些看起来很无害的小波动也有可能带来股市比较大的波动，但是小波动不会导致股灾之类的大事件。

人们经常用蝴蝶效应形容小事导致了大事，但这个观念是错误的。如果你对“导致”这个动词的理解跟我一样，我就要说服你，小事不会“导致”大事。

咱们先看看什么叫“导致”。

下面这张图，大概是人心目中蝴蝶效应的一个形象写照 ——

从小到大的一堆多米诺骨牌排在一起，最大的一块有一个人那么大，最小的一块比指甲盖还小，只能用镊子拿。放倒最小的一块，骨牌就会连锁反应，最终把最大的一块也推倒。

这不就是蝴蝶效应吗？这不就是小骨牌导致了大骨牌的倒下吗？

不是。

是这些骨牌的排列方式，导致了大骨牌的倒下。这是一个极其危险的系统。就算最小的骨牌不倒，中间任何一个骨牌倒下，都会导致后面所有的骨牌倒下。

如果要追责的话，你要问的不是谁推倒了最小的骨牌 —— 最小的骨牌有权做它想做的事情 — 而是谁把骨牌排列成这个样子！这就好比说如果你把一堆炸药堆放在一起，只要一个火星就能引起爆炸，那如果真的爆炸了，你不应该埋怨那个火星，你应该反思的是为什么炸药这么危险的东西不好好管理。

火星总会来的。小骨牌总要倒下。蝴蝶总要震动翅膀。你应该怪罪的是系统，而不是导火索。

那什么样的系统容易出危险呢？1979 年，美国宾夕法尼亚州的三里岛核电站，发生了一次严重的反应堆融毁事故。事故没有造成直接或者间接的人员伤亡，但是光是清理费用就超过了 10 亿美元。当时美国政府请了一位叫查尔斯·佩罗（Charles Perrow）的社会学家帮着分析事故原因。佩罗的研究，从此改变了人们对大事故的看法 [1]。

跟一般公众的观点相反，核电站，其实是一种非常不容易出毛病的东西。切尔诺贝利核电站是完全没经验的设计，才出了那么大的灾难。三里岛核电站是老式的设计，安全性能跟今天的新型核电站不能比，但就是这样，它也没那么容易出问题。佩罗发现，三里岛事故，是由三个原因同时起作用导致的 ——

第一，反应堆有个给水系统，正常情况下应该供水，但是出现故障没用供水。本来这个可能性在设计方案中就考虑到了，还有两个备用系统可以自动供水 —— 但不巧的是，备用系统在之前维护的时候被关闭了，没有按规定打开。

第二，因为没有水，反应堆温度就上升，这时候有个泄压阀就自动开启降低温度。等到温度降下来，按理说泄压阀应该自动关闭，可是因为故障它没有关上，于是导致反应堆的冷却剂往外流。

第三，如果工作人员能正确判断发生了什么，也能立即采取有效措施。可是工作人员看到的指示灯显示泄压阀已经关闭了。这是因为指示灯的设计是显示是否已经“命令 ”泄压阀关闭，而不是显示泄压阀的真实状态。工作人员被误导了。

这三件事只要有一件不发生，大事故就不会发生。英文中有个词叫“完美风暴（perfect storm）”，意思是几个因素恰好一起发生了，导致一个剧烈的后果 —— 三里岛核事故，就是一场完美风暴。

那请问，这个事故里谁是蝴蝶呢？应该指责谁呢？人们本能反应是指责当时负责操作的工作人员，可是三件事是在 13 秒内发生的！工作人员根本来不及反应！

佩罗说，我们真正应该指责的是系统。

从三里岛事故出发，佩罗总结，现代几乎所有重大事故 —— 包括飞机坠毁、化工厂爆炸等等 —— 都有两个共同特征。

第一个特征是“复杂”。中文的“复杂”对应到英文有两个词，一个是 complex，一个是 complicated。后者的意思差不多是“很麻烦、不容易理解”，而前者的意思是系统的各个部分互相关联，不是简单的连接。我们说的这个复杂是 complex。

以前我们专栏说过“系统思维”，我们知道系统里有正反馈和负反馈回路 [2]。正反馈回路会让系统不稳定，负反馈回路会让系统回归稳定。核电站这种系统实在太复杂了，其中有各种反馈回路，有些部分之间的关联还是隐藏的，可能设计者都想不到。那么如果有一个正反馈关联回路是你没想到的，在事故中开启了，就会很麻烦。

第二个特征是“紧致耦合（tight coupling）”。所谓紧致耦合，就是这个系统缺少缓冲地带 [3]，错一点都不行，没有余闲 [4]。

出现这个情况往往是系统过于追求效率，搞得什么东西都一环套一环可丁可卯，结果错一步就导致后面全错。

比如大桥就是一个不复杂、耦合也不紧的系统。哪个桥墩有问题，不至于马上波及别的桥墩，大桥对付着还能用上一段时间。道路交通也不复杂，但是耦合比较紧，一条路上任何一个地方出事故，整条路都得堵车。大学系统很复杂，但是耦合不紧，教授们就算搞搞政治斗争也翻不了天。可是像核电站和化工厂这种东西，如果又复杂耦合又紧，那就容易出大事故。

当人们强调“安全”的时候，总爱说什么要狠抓“安全意识”，什么“年年讲月月讲天天讲”，什么“警钟长鸣”。可是安全意识有用吗？

其实“天天讲”是个不好的教育方法，重复的信息会被人脑自动忽略。如果一个烟雾报警器有事儿没事儿动不动就叫，你会直接关掉它了事。

更重要的是，真正的大事故不是蝴蝶引起的。我们需要的不是安全意识，而是安全系统。

经常与蝴蝶效应共同出现的一句话是“XX无小事”，这也是一个错误的观念。无小事 = 无大事。

如果一个领导只会笼统地说什么“这很复杂啊！这很重要啊！千里之堤毁于蚁穴啊！核电站无小事！”，我认为这领导啥也不懂。做事得善于分清轻重缓急。敢于忽略小事，你才能做好大事。

把系统搞好了，有缓冲区有余闲有稳定回路，我们就可以有恃无恐。反过来说如果系统不行，人就算整天战战兢兢也难保不出事儿。

凡夫畏果，菩萨畏因，我们有现代化管理知识的人还要再加一句：佛畏系统。

注释：[1] 此事详情见于 Meltdown: Why Our Systems Fail and What We Can Do About It, by Chris Clearfield and András Tilcsik, 2018

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蝴蝶效应是指在一个动力系统中，初始条件下微小的变化能带动整个系统的长期的巨大的连锁反应。

也就是说，任何事物发展均存在定数与变数，事物在发展过程中其发展轨迹有规律可循，一个微小的变化能影响事物的发展，说明事物的发展具有复杂性。

之所以叫蝴蝶效应是因为，蝴蝶扇动翅膀的运动，导致其身边的空气系统发生变化，并产生微弱的气流，而微弱的气流的产生又会引起四周空气或其他系统产生相应的变化，由此引起一个连锁反应，最终导致其他系统的极大变化。

因此，我们称会导致连锁反应的事件会蝴蝶效应事件，也就是一个事物的变化肯定会引起另一个事物的变化。

蝴蝶效应（TheButterflyEffect）是指在一个动力系统中，初始条件下微小的变化能带动整个系统的长期的巨大的连锁反应。这是一种混沌现象。

任何事物发展均存在定数与变数，事物在发展过程中其发展轨迹有规律可循，同时也存在不可测的“变数”，往往还会适得其反，一个微小的变化能影响事物的发展，说明事物的发展具有复杂性。

美国气象学家爱德华·洛伦兹（EdwardNLorenz）于1963年，在一篇提交纽约科学院的论文中分析了这个效应。

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