试论竞技能力系统的复杂性及其网络模型

摘要：运动员的竞技能力系统是复杂性系统，复杂性是其基本属性。竞技能力系统中的体、技、战、心、智等众多构成要素之间相互联系、相互促进、相互制约交织在一起，构成一个立体性复杂网络结构，共同负责机体对不同外环境和内环境的运动训练适应与反应。竞技能力系统的整体性和复杂性研究需要从复杂网络开始。竞技能力复杂网络是竞技能力各要素的运动的自我调节形式，是研究竞技能力复杂性系统性质、功能和演化的基础。它将多变量、多层次、多目标的要素有机联系在一起，表达它们之间复杂的、动态的非线性关系。竞技能力复杂性网络理论模型势必会给竞技能力研究开辟一条新的路径。

关键词：运动训练；运动员；竞技能力；网络模型

中图分类号：G808.12 文献标识码：A 文章编号：10062076（2016）04010306

Abstract： Competitive ability system is a complex system， and its complexity is its basic attribute.In the competitive ability of the system， body athletic ability， technology， intelligence and other system linkage among many constituents with mutual promotion and mutual restraint intertwine together to form a threedimensional network structure， responsible for the body's movement to different external environment and internal environment adaptive response.Research on the complexity and integrity of competitive ability system needs to start from the complex network.Competitive ability complex network is the selfregulated form of the competitive ability， and it is the basis to study the nature， function and evolution of the complex system of competitive ability.It is a multivariable， multilevel， multiobjective element of the organic link， to express the complex， dynamic and nonlinear relationship between them.As a result， the competitive ability of the complex network theory model is bound to open up a new path for the research of competitive ability.

Key words： sports training； athlete； competitive ability system； simplicity； integrity； complexity； network model

近年来，随着人们对竞技能力探讨的不断深入，竞技能力结构问题成为人们研究的重要课题之一。国内外许多训练学专家和学者对此进行了广泛而深入研究，提出了各种各样的竞技能力结构理论模型，诸如“金字塔模型”“木桶模型”“双子模型”“合金模型”“复合理论模型”等，它们或独立或互为补充，有力推动了运动训练理论与实践的发展。然而，以上哪一种模型都无法充分解释与说明运动员的竞技能力在运动训练实践中的复杂性问题与现象，因为运动员竞技能力系统实际上是一个复杂性系统，复杂性是其本质属性。在运动训练实践中，竞技能力系统必然会不断涌现出许多不稳定性、突变性、不确定性、偶然性、难以预测性等复杂性现象与问题。于是乎现有的这些理论在面对和解释这些问题的时候就显得愈发苍白无力。这也就引发了我们对运动员竞技能力系统结构的进一步思考。本研究就根据竞技能力各组成要素之间复杂性相互联系、相互作用的方式及其在运动训练实践中的复杂性表现，运用复杂性系统理论与方法对运动员竞技能力结构重新进行描述和解读，旨在进一步完善和发展竞技能力结构理论，并更好地为运动训练理论与实践服务。

1 竞技能力的简单性探索及局限

1.1 竞技能力研究的简单性特征

1984年，田麦久先生首先系统地阐明了竞技能力的含义及其在运动训练过程中的重要性，即竞技能力是运动员参加训练和比赛所必须具备的本领，是运动员技能、体能和心理能力的综合[1]。这一概念，很快得到了广泛认可和在实践中的应用。同时，国内外学者对竞技能力进行不同程度的研究。然而，受到近代科学的简单性研究范式的影响，目前竞技能力的研究主要追求其简单性：一是竞技能力的运行规律或机制的简单性，即：1）运行机制的线性性，即竞技能力提高的机制就是刺激反应适应的简单线性过程，也就是运动员的竞技能力输入什么样的刺激就会产生什么的反应，刺激与反应是一一对应关系，也就是说有什么原因就有什么结果。2）演化过程的有序性，即竞技能力提高过程是一个有序的过程，竞技能力的发展就是“获得”“保持”“消失”的三个周期性变化的时间序列阶段，与运动训练周期的“准备”“竞赛”“过渡”三个时期相对应[2]。3）功能状态的平衡性。也就是说竞技能力的训练实质就是不断打破竞技能力功能状态的旧的平衡、建立新平衡的过程，即平衡不平衡新平衡……[2]。

二是竞技能力研究方法的简单性。传统竞技能力的研究主要采用机械还原分解的方法，即：1）“分解”观，即把竞技能力整体简单地分解为各个不同的简单要素，如有“三要素”“四要素”“五要素”“六要素”与“七要素”等[36]。2）“组合”观。把竞技能力理解为“组合之物”，也就是说竞技能力是由以上不同的要素或部分组合而成，复杂的高层次是由简单的低层次整合而成，如有“合金理论”“复合理论”和“木桶模型”等[78]。3）“实体”观。把竞技能力的本质理解并归结为其因素或功能的研究，如速度、力量、耐力等，或把这些功能追寻到其物理、化学或机械的过程，并最终归结为原子、分子等那样的实体微粒。

1.2 竞技能力简单性研究的价值与局限

竞技能力研究的简单性科学理论模型与方法确立，对运动训练实践产生了重要的影响，对运动成绩的提高、竞技运动的发展作出巨大贡献。1）移植和运用近代科学还原研究成果，开辟竞技能力训练研究的还原之路，形成了有关竞技能力还原性的知识体系（体能、技能、心理、智能等），突破了过去竞技能力一贯的整体的经验性研究。2）从实践来看，这种竞技能力“分解还原”方法有一定的实践可操作空间。即人们可根据竞技能力的分解与还原的内容（力量、耐力、速度、柔韧等）进行具体内容和机制的研究，对竞技能力提高和发展来说在一定程度上是可行的与实用的。3）在以还原为基础的竞技能力研究成果上，建立起竞技能力训练线性模式，形成一系列不同运动项目训练的优秀运动员的竞技能力结构模型，对运动训练过程具有一定指导作用。

然而，竞技能力的简单性研究理论模式具有一定的局限性，主要表现为：1）“分解组合”原理的局限性，分解还原方法取决于两个条件：一是各部分之间不存在相互作用，或者弱到忽略不计；二是描述各部分行为的关系是线性的，因而整体的行为是部分行为的简单加和。而对于运动员竞技能力有机体来说，竞技能力子系统或各部分之间不是简单线性关系，而是一种强烈的非线性关系[9]。于是，分解还原组合的方法并不能完全适用竞技能力的研究。2）把高层次规律归结为低层次规律的局限性，即竞技能力的结构是有层次的，而规律也有层次性，宏观有宏观的规律，微观有微观的规律，宏观竞技能力的现象不受其微观规律的支配，不能由原子、分子等实体微粒来解释。3）否定和割断了竞技能力各部分之间的相互作用关系的局限性。竞技能力之间存在着多种的相互作用（如力量与速度、速度与耐力、力量与耐力等），而分解还原就是割断这些相互作用，消除了由相互作用产生的关系等[2]。

2 竞技能力系统的复杂性阐述

2.1 竞技能力系统的复杂性内涵与特征

竞技能力系统是一个复杂性系统，复杂性是其本质属性。竞技能力复杂性系统是指相互作用和相互依赖的体能、技能、战术能力、心理能力和智能等要素构成的，竞技能力系统的整体功能或特性不等于各竞技能力子系统的功能或特性的简单加和。竞技能力系统的复杂性主要表现为：1）组成要素及层次的复杂性。即竞技能力系统由体能、技能、战术能力、运动智能以及心理能力要素组成。每一个要素下面又有许多子要素或子能力，而且每一层子要素或子能力还包括其他要素等。2）功能的复杂性。也就是说竞技能力的整体功能并不是其各要素功能的简单加和，它们或大于或等于或小于各子系统功能之和。3）环境的复杂性。竞技能力系统环境主要包括自然环境、训练或竞赛环境和社会环境等，这些环境之间相互作用、相互影响，共同形成竞技能力系统复杂性有机的环境整体。4）状态的复杂性。竞技能力系统的状态主要有平衡态、周期态、拟周期态和混沌态等，竞技能力系统状态复杂性主要表现为波动性、多维性、过程性和难以预料等特性[11]。5）演化的复杂性。竞技能力系统在运动训练实践中的演化过程是非线性动力学过程，作为非线性动力学过程其行为应具有饱和、时延、临界效应、失灵、分岔、突变、混沌、涌现性和动态性等非线性动力学现象特征[9]。

2.2 竞技能力系统的复杂性根源

不同的复杂性系统，其复杂性的根源不同。竞技能力系统的复杂性主要源于以下几个方面：1）非线性。即竞技能力系统的各要素间作用是非线性的，竞技能力系统在演化过程表现出许多的非线性动力学特征，如饱和、时延、临界效应、失灵、分岔、突变等。2）非平衡性。竞技能力系统的状态不是平衡态而是非平衡态，竞技能力系统的平衡态是不可能产生复杂性的，其复杂性只有也只能出现远离平衡的状态。普利高津指出：当系统处于远离平衡的临界点附近，涨落可能变大，形成“巨涨落”，使系统从不稳定的热力学分支突变到另一个耗散结构分支上。3）自适应性。复杂适应系统理论的创始人霍兰德指出：适应性造就复杂性。竞技能力系统是复杂的适应系统，竞技能力系统的演化就是系统的要素、结构或功能等随时间自我调整、自主适应内外环境的变化，而在不断地适应环境的过程中必然产生出整体的复杂性。4）开放性。竞技能力系统是一个对外部环境开放的系统，其不断与外界环境进行物质、能量和信息的交换，开放性是竞技能力系统的复杂性重要源泉。

3 竞技能力系统的复杂性网络模型

3.1 竞技能力系统的复杂性网络模型构建

3.1.1 竞技能力复杂性网络模型的基本构件

竞技能力系统作为一种复杂性系统，网络是其存在的基本结构形式。也就是说竞技能力复杂性系统的结构形式是一种复杂性网络。复杂网络是一种关联性结构，是由节点和节点间的连线（边）组成，其中节点是系统的组成元素，边则表示元素之间的关系（相互作用、相互关联），两个节点之间具有某种特定的关系则连一条边。无数的节点通过其节点间的边相互交联，形成网状[10]。在竞技能力的网络结构中，其网络节点是运动员的竞技能力的各个要素或子能力。竞技能力系统由各种不同要素组成。不同层次或同一层次不同方面竞技能力系统的各要素内容各相不同，而具体到运动训练实践的层面中，可能具体的要素更多。因此，关于竞技能力网络的节点选择要根据不同层次、不同角度或同一层次的不同方面而定，具体还要根据运动项目和实践的具体内容进行选择，可能是3个、5个、7个、11个或更多的N个等等。另外，这样复杂性网络的节点分布具有不均衡性，多数节点是普通节点，只有少量关联，越重要的节点其数量少，但与其他节点的关联较多，属于典型无标度网络[12]。

3.1.2 环境的开放性是竞技能力网络的基本条件

任何系统都是在一定的环境中产生出来，又在一定的环境中运行、延续、演化的。系统的结构、状态、属性、行为等都在一定程度上与环境有关并受到其影响。系统受环境的影响主要通过系统与环境不断地进行信息物质、能量和信息的交换。竞技能力系统的环境是指竞技能力系统之外的一切与它相关联并对系统产生影响的因素构成的集合。主要包括自然环境、训练、竞赛环境和社会环境等。竞技能力系统的自然环境是指运动员发挥竞技能力所需要的地理和气象环境。竞技能力系统的训练、竞赛环境主要是指运动员在训练或比赛中按照运动任务的特殊要求而进行加工改造后的自然环境。而竞技能力系统的社会环境是指运动员发挥竞技能力所需要的社会政治、经济和历史文化人文环境。竞技能力系统与环境有信息物质、能量和信息的交换，所以具有开放性。竞技能力系统的环境开放性使得系统各要素之间以及系统本身与环境之间相互作用，并能不断地向更好地适应环境的方向发展变化。竞技能力系统的环境开放性也决定了竞技能力系统的复杂性，复杂性促使竞技能力系统网络结构的形成。因此，竞技能力系统的环境开放性是竞技能力复杂系统网络形成的基本条件。

3.1.3 耦合反馈式回路是竞技能力网络的基本形式

竞技能力系统内各层次的无数节点通过相互作用、相互关联的边构成了一个耦合反馈式回路，这是竞技能力网络的基本形式，也是对复杂竞技能力网络的一种简约化认识。造成这种网络结构形式的根本原因是竞技能力各要素在自组织形成过程中，形成了一个相互作用、相互影响的因果链、树与环合成的结构。正是由于这种内在的链、树、环因果相互作用形成了竞技能力系统整体的耦合反馈式回路网络结构（有多个环状因果相互作用就会形成网络的因果结构）。如在竞技能力心理、技能和体能三要素关系中，三者之间互为因果关系形成的耦合反馈式回路的网络模型（如图1）。也就是说体能影响技能，技能也影响体能；技能影响心理，心理也影响技能；体能影响心理，心理也影响体能。在这样环状的因果关系中，没有哪一个要素比另一个要素更为重要、更根本，它们之间是相互联系、相互促进、相互制约交织在一起共同构成竞技能力系统的整体。图2是竞技能力体能、心理、技能、战术和智能五要素之间形成的耦合反馈式回路的网络模型。图3和图4分别是由7、11个竞技能力要素形成的网络模型。同时，各个要素层次中可能又包含许多子要素，这些子要素之间同样形成耦合反馈式回路的网络结构。于是根据具体运动项目和实践情况，我们可以发展到由N个竞技能力要素形成更为复杂网络模型，如图5。

3.2 竞技能力系统的复杂网络模型的基本特征

3.2.1 竞技能力网络的自组织性，赋予竞技能力系统以有序状态

竞技能力系统是自组织系统，自组织系统是指系统通过自身的力量自发地增加它的活动组织性和结构的有序度的进化过程，它是在不需要外界环境和其他外界系统的特定的干预或控制下进行的[10]。即一个远离平衡态的开放系统，当某个参量的变化达到一定的阈值时，通过涨落，有可能发生突变，即由原来的无序状态转变为一种在空间、时间或功能上的有序状态。这种宏观结构具有稳定性有序状态，因而是“确定性”的结构。竞技能力网络就是这种“确定性”的稳定有序性结构的表现形式，因为“秩序纯粹产生于网络，而不是产生于细节[13]。竞技能力结构的秩序性首先表现为各要素之间的关系的有序性，即可能是“体能是基础，技、战术是关键”或“技术是基础，体能是关键”。而从其演化过程来看表现为时间上有序性（周期性）、空间上的有序性（空间表现形式有序，如运动技术空间表现等）或功能上的有序性（如不同运动项目能量代谢功能的有序性表现）等。另外，不同的运动项目其竞技能力在时间、空间或功能性有序性各不相同。也就说不同的运动项目都有其各自竞技能力在时间、空间或功能上的特点等。

3.2.2 竞技能力网络的自稳定性，赋予竞技能力系统以稳定状态

竞技能力网络是一种动态性网络。一是竞技能力网络动态的演化。竞技能力网络随时间和空间而变化，即竞技能力系统从一种低级的结构或形态向另一种或高一级的结构或形态转变的过程。二是竞技能力网络中各要素都在变化，同时它们之间的关系也处于动态变化中。三是竞技能力系统与环境不断进行物质、能量和信息的交换。这种交换是动态的，即每时每刻都在进行。

竞技能力网络是动态的，但又是自稳的。也就是说竞技能力网络是在动态变化中的自我稳定结构。这种自稳性在网络中则表现为网络的鲁棒性（即网络的容错与抗攻击能力）。竞技能力网络的自稳性是通过竞技能力网络结构中的各组成要素之间耦合反馈回路形成的环状因果关联来实现的。竞技能力网络的自稳性是竞技能力系统的一种重要维生机制，稳定性愈好，竞技能力系统的维生能力愈强。如在竞技比赛中，表现为某一能力下降，由另外能力补偿，而使得运动员竞技能力水平发挥稳定。但若从演化角度看，如果没有动态变化， 竞技能力网络无从进行结构上的自我更新和功能上的调适，竞技能力系统也不可能向新的结构、状态、行为模式演化，即竞技能力系统也不可能有提高、发展或创新的可能。

3.2.3 竞技能力网络的非线性，赋予竞技能力系统以优化状态

竞技能力网络中各要素之间具有复杂的有机的相互联系和相互作用，这种作用是非线性的。所谓非线性作用是指不独立的从而可以相干的相互作用，即对象之间存在着的相互作用不再只是简单地从数量上叠加，而将相互制约、藕合成为全新的整体效应。同时，非线性作用是时空的不均匀性作用，也就是随着时间、地点、条件的不同，相互作用的方式和效应也可以迥然不同。另外，非线性作用是多体间不对称的相互作用。即作用对象之间存在着支配与从属、催化与被催化、策动与响应、控制与反馈等关系”[13]。在运动训练中，耐力和力量训练是许多运动员采取的训练手段，以满足机体对这两种素质的需要，但机体对耐力和力量训练具有不同的生理性适应，同时进行耐力和力量训练会使肌体产生生理适应的相干效应，这已通过对力量训练以及耐力训练的信号转导途径的研究所证明[14]。正是竞技能力系统中各要素之间非线性作用从而构成了具有一定结构、功能、环境、特征和运动规律的竞技能力网络。同时，在竞技能力网络中，由于各构成要素之间非线性相干或协同性作用导致了竞技能力系统的优化。这种优化是通过对要素、结构和环境的选择起作用的，使竞技能力系统的结构升级和功能得到放大，竞技能力系统的演化得到稳定和发展。

3.2.4 竞技能力网络的整体性，赋予竞技能力系统以涌现状态

竞技能力网络就是反映竞技能力系统的各要素相互作用、相互联系的这种整体性结构模型，主要表现为要素对系统的非加和性关系，即整体不等于部分之和。也就是说竞技能力的属性、特征、行为、功能并不是各要素的的属性、特征、行为、功能简单叠加。简单地说，一个运动员的体能或技术因素提高了，其竞技能力整体就会提高或运动成绩就会上升。相反，运动员的某一要素下降了，也并不意味这运动员的竞技能力就会下降或运动成绩不会提高。同时，整体不等于部分之和（由于要素之间存在相干性、协同性），意味系统会有新质的突现，这个新质不是单个要素所具有的，而是系统整体才具有的，这种新质的突现就是竞技能力系统的涌现，涌现是竞技能力复杂系统的整体现象和特性。

3.2.5 竞技能力网络的随机性，赋予竞技能力系统以混沌态

竞技能力网络结构具有确定性，同时也有随机性或不确定性。也就是说竞技能力系统中各要素关系或连接具有确定性也具有不确定性（或随机性）。竞技能力这种网络结构上的随机性表现为竞技能力系统的波动性或无序性。在竞技能力系统的运动中这种确定中的随机性则表现为竞技能力系统的混沌状态。而竞技能力系统的演化就是从无序到有序，再从有序到无序的过程。如在运动技能形成的过程就是从运动技能的泛化（无序或波动）到运动技能的有序化过程。而在竞技比赛中经常发生所谓的埃蒙斯现象、Choking现象、克拉克现象等则是竞技能力系统的波动性或无序性的表现（竞技能力网络的随机性决定了竞技能力状态的不稳定性）。同时，由于竞技能力系统的混沌状态具有对初始条件的敏感性，因此运动成绩存在长期难以预测性等问题。

4 结语

运动员竞技能力是复杂性系统，网络是其存在的结构形式。竞技能力复杂网络是对竞技能力复杂系统非常一般的抽象和描述方式，它突出强调了其系统结构的拓扑特征。竞技能力复杂网络是竞技能力各要素运动的自我调节形式，是研究竞技能力复杂性系统性质、功能和演化的基础。它将多变量、多层次、多目标的要素有机联系在一起，表达它们之间复杂的、动态的非线性关系。从网络角度认识竞技能力系统的整体性和复杂性将成为未来运动训练科学研究的重要方向。要理解竞技能力复杂系统的行为应该从理解其系统相互作用的网络结构开始。不可否认，与以往的理论模型相比，这种理论模型更有着重要的科学意义和应用价值，更符合运动实践的本身。但是，任何一个理论模型的提出，都只是一种理论上探索，要真正达到这些目标，还需要对模型进行实践上的不断检验。这也正是我们以后研究的方向，同时也期待着在运动实践不断检验的过程中提出争论与质疑，以便更能深刻地理解与丰富其本质和内涵。

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