復雜系統與復雜網絡 ?????????????????????????

　　20世紀90年代以來，以Internet為代表的信息技術的迅猛發展使人類社會大步邁入了網絡時代。從Internet到WWW，從大型電力網絡到全球交通網絡，從大腦神經網絡到各種新陳代謝網絡，從科研合作網絡到各種經濟、政治、社會關系網絡等，可以說，人們已經生活在一個充滿著各種各樣的復雜網絡的世界中。人類社會的網絡化是一把“雙刃劍”：它既給人類社會生產與生活帶來了極大便利，提高了人類生產效率和生活質量，但也給人類社會生活帶來了一定的負面沖擊，如傳染病和計算機病毒的快速傳播以及大規模的停電事故等。因此，人類社會的日益網絡化需要人類對各種人工和自然的復雜網絡的行為有更好的認識。長期以來，通信網絡、電力網絡、生物網絡、和社會網絡等分別是通信科學、電力科學、生命科學、和社會學等不同學科的研究對象，而復雜網絡理論所要研究的則是各種看上去互不相同的復雜網絡之間的共性和處理它們的普適方法。從20世紀末開始，復雜網絡研究正滲透到數理學科、生命學科和工程學科等眾多不同的領域，對復雜網絡的定量與定性特征的科學理解，已成為網絡時代科學研究的一個極其重要的挑戰性課題，甚至被稱為“網絡的新科學（new science of networks）”。

　　以生命科學為例，20世紀的生命科學研究主流是建立在還原論基礎上的分子生物學。還原論的基本前提是，在由不同層次組成的系統內，高層次的行為是由低層次的行為所決定的。具有還原論觀點的生物學家通常認為，只要認識了構成生命的分子基礎（如基因和蛋白質）就可以理解細胞或個體的活動規律，而組分之間的相互作用常常被忽略不計。盡管基于還原論的分子生物學極大地促進了人類對單個分子功能的認識，然而絕大多數生物特征都來自于細胞的大量不同組分，如蛋白質、DNA、RNA和小分子之間的交互作用。對這些極其復雜的交互作用網絡的結構和動力學的理解已成為21世紀生命科學的關鍵性研究課題和挑戰之一。

　　對網絡的科學研究最早起源于著名的歐拉七橋問題。之后的近兩百年中，數學家們一直致力于對簡單的規則網絡和隨機網絡進行抽象的數學研究。隨著近年來計算機存儲能力和處理數據能力的增強，以及一些大規模系統的數據庫的建立，人們重新獲得了真實網絡的特征數據，發現真實網絡既不是規則的，也不是隨機的，而是呈現一定規律的復雜網絡。復雜網絡之所以復雜，不僅在于網絡規模的巨大，網絡結構的復雜，而且網絡在時間、空間上都具有動態的復雜性，網絡行為也具有復雜性。

　　許多真實系統都可以用網絡的形式加以描述，一個典型的網絡是由許多節點與鏈接節點之間的邊組成的。節點代表系統中的個體，邊則表示節點之間的作用關系。如WWW網絡可以看成是網頁之間通過超鏈接構成的網絡；Internet網絡可以看作不同的計算機通過光纜鏈接構成的網絡；科學家合作網絡可以看作不同的科學家合作關系構成的網絡；基因調控網絡可以看作是不同的基因通過調控與被調控關系構成的網絡。

　　這些真實網絡的普遍存在，促使來自不同學科領域的科學家共同致力于復雜網絡的研究。這些學科領域包括復雜性科學、數學、物理、生物、計算機等。復雜網絡的研究可以使人們更好的了解現實世界的復雜系統，為設計具有良好性能的網絡提供依據。同時復雜網絡的理論成果將會廣泛地應用到生物、計算機等各個學科領域。

　　復雜網絡的研究大致可以描述為三個密切相關但又依次深入的方面：大量的真實網絡的實證研究，分析真實網絡的統計特性；構建符合真實網絡統計性質的網絡演化模型，研究網絡的形成機制和內在機理；研究網絡上的動力學行為，如網絡的魯棒性和同步能力，網絡的擁塞及網絡上的傳播行為等。

　　

轉自：http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=216824

　　參考文獻：

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　　[3] 曾憲釗. 網絡科學.? 北京：軍事科學出版社， 2006.

　　[4] 何大韌，劉宗華，汪秉宏. 復雜系統與復雜網絡. 北京: 高等教育出版社，2008.

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與50位技術專家面對面20年技術見證，附贈技術全景圖

總結

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