人类语音演化过程中,元音系统的演化直至稳定成型,是非常关键的环节。元音稳定成型后,就可以和辅音一道组合出足够多的语音。元音系统演化的最重要特点就是具有明显的普遍倾向,因此元音在种群层面具有很强的稳定性。该系统的演化计算研究是人类智能演化问题的重要分支,是数理语言学和人工社会等研究领域的重要问题。目前该研究在国外已经成为研究热点,但是在国内却鲜有文献报道。当前,国际上该领域研究所遇见的主要困难是:由于已经没有有效方法可以直接观察到人类所经历的元音演化乃至稳定成型过程,因此,目前所能使用的研究方法十分有限。文中分析了现有元音系统演化计算模型的缺陷:要么是使用基于最优化思想的计算方法试图用静态的方式构建元音系统演化直至稳定成型的模型,显然这只能直观地描述单一个体在单一时间点上的行为;要么是描述群体在单一传播平面内的元音系统演化,显然这不符合语言同时具有传承和传播特性的基本事实。现有研究存在上述缺陷的根本原因是:语言系统作为一种人类社会系统与自然系统有本质区别,其中,最关键一点就是人的参与,而且人是动态的,且拥有个性化差异。本文的核心工作和主要贡献是:(1)在前人的工作基础上,进一步明确指出:语言演化是典型的文化进化过程,而非生物进化过程。文化进化与生物进化之间的虽然有相似之处,但机制和发生作用的过程存在本质差别。因此本研究采用了人类社会文化进化进程中的另一种遗传因子——“模因”,而非人类生物进化进程中的遗传因子——“基因”来观察和研究语言演化。(2)提出元音系统中的种群个体之间进行模因传递是立体的,既包括纵向的传承,也包括横向的传播,是一个纵横融合的复杂自组织过程。(3)阐述了模因理论、文化进化、复杂自组织系统及其社会计算乃至计算机仿真建模方法,实现了元音系统生理属性的数字化表达,提取了独立于具体语言的元音物理属性——共振峰,构造了从元音数字化生理属性(元音舌位圆唇度编码)到物理属性(元音共振峰值)的连续插值函数,从而有效打通了元音的物理属性和生理属性。(4)提出了基于模因机制的兼具“纵向”结构(即传承)和“横向”结构(即传播)特征的元音系统融合演化的多智能体复杂社会计算模型,并在Boer等人的工作基础上,进行了编程实现。该模型采纳了与传统的系统动力学、最优控制理论等均不一样的建模方法——自下而上方法。这种自下而上的多智能体复杂社会计算模型不考虑中央控制,更注重基于个体行为模拟元音系统在种群层面的宏观状态。每个智能体(行为主体)按照自己的行为模式对元音模因进行复制和传递(包括传承和传播),模因复制和传递过程中充分考虑了语言系统的开放性,将元音系统演化和系统外部环境状态关联起来。这使得模型更符合语言系统演化的事实。语言作为一种复杂自组织系统,其个体层面的微观行为与种群层面的宏观状态之间的关系是非线性的,抑或是混沌的,因此该模型有助于我们深刻认识微观行为和宏观状态之间的非线性关系。仿真实验表明:该模型涌现出了与现实元音系统分布规律等价的宏观状态,较好地刻画出了元音系统的演化乃至稳定成型过程。