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关于《Science》上复杂系统与网络专辑的杂感(5)

已有 4149 次阅读 2009-11-21 08:04 |个人分类:信息交流|系统分类:论文交流| Science, 复杂网络, 复杂系统, 专辑, 杂感

关于Scinece》上复杂系统与网络专辑的杂感(5

               方锦清

 

在这个杂感(5)里,我想就利用网络科学研究城市交通堵塞、流行病学和社会中博弈演化三个问题谈谈自己个人的看法。

一.城市交通堵塞问题

“科学”专辑里介绍了国外关于利用复杂网络研究交通堵塞的情况,认为在过去十年里,国际上在这方面研究取得了一些显著进展。我国在这个课题研究也取得了一些成果,据说还应用于北京奥运会期间的交通管理等,取得有一定的成效并获奖。但是仍然与广大民众的要求还有不少的差距,因此目前我国第一个关于“城市交通运输网”的973项目还在进行中,有可喜的进展。但是,我认为,希望“把科研成果尽快转化成实际应用”的心情是完全可以理解的,但是要做到立竿见影是不太现实的,更何况实际交通问题十分复杂,随时空而不断变化,与许多问题有关。

    我基本同意李德毅院士在今年青岛会议上对城市交通目前状况的评论和建议,即需要提出“科学任务:城市交通缩微模拟。”“对典型的城市区域、道路环境和特定时段,通过缩微模拟,说明自主驾驶车的数量、分布、动力学行为和道路拥挤程度的关系,并论证成果的普遍性意义。”“不要求发现解决城市交通拥堵的一个万能数学公式,但缩微模拟研究有助于不同人从不同角度去研究解决城市交通问题。”他分析指出:为什么把城市交通缩微模拟作为网络科学研究的载体?理由有三个:“(1)以城市交通为载体的网络科学研究有前期积累。 (2)《视听觉认知计算》重大项目为缩微自主驾驶车的实现奠定了基础。(3)在解决城市交通拥堵问题上太多的杂音,没有找到其中最根本的科学问题。” 他并认为:“交通拥堵问题,根本上说不仅是一个科学问题,而是一个社会问题、经济问题、历史问题、文化问题,也可以说是土地利用问题、城市形态问题。”这个提法很正确,与我杂感(4)中关于反恐怖分子网络的观点、思想和方法很相似,相当一致。因此,我赞同这样的研究思路,并能够尽快开展研究工作。

二、流行病学问题

现在,我转到略评一下复杂网络在流行病学方面进展。“科学”专辑上提到:在2001年Vespignani和他的同事提出对一类被称为“无标度网络”的高度连接网络,不论给多少人注射疫苗,都不可能完全阻止疾病的传播。然而,“2003年,工作于以色列拉马特甘的巴伊兰大学的物理学家Shlomo Havlin和他的同事发现了简单却比随机注射疫苗更有效的防疫策略。只需要在随机被接种者的朋友当中再次进行随机接种,卫生官员们通常就可以使拥有更多社会联系的人们产生免疫力,从而切断社会关系这个疾病传染的渠道。”

国外的理论结果和经验是否对于我国甲型H1N1流感疫苗接种有效或参考价值?是否敢在我国一定地球范围试验一下?谁也不敢说。因为我国卫生系统似乎从来还没有采用复杂网络的思想方法来指导疫苗接种方面的工作,这是提出今后注意的一个问题。我国政府在预防疾病传染方面虽然有大量的科研经费投入,例如研制各种疫苗。但是,就是没有投一小部分经费给科学工作者从复杂网络角度来研究甲型H1N1H1N1流感的预防问题。这说明我国对此国际上前沿课题还缺乏敏感性,卫生系统的科研人员在这方面知识不了解,思想可能也比较保守。

目前在国外,这些工作非常及时——甚至是紧迫的工作,比较重视。根据报道:“在会议上,Vespignani提出来一个猪流感H1N1流行的详细模型,该模型包括了全球航线网络,以及主要大城市详尽的交通地图。这样的投入使得研究者们不仅可以预测疾病的感染率并且还可以预测疾病传播的地理途径。他的初步结果表明到十月份为止,将有30%到60%的澳大利亚人会感染上H1N1病毒。这些成果使得他们的研究进入了主流流行病学的行列。医疗官员们已经让建模者们加入到某些问题,例如H1N1流行问题的研究中来。和Eubank的建模工作一样,Vespignani的工作也是由美国国立卫生研究院提供基金支持的。”“这在一定程度上要归功于那些中层人员,他们不断的努力使高层官员们认识到需要让科学在流行病防治上发挥更大的作用。” 我想,我国大概不会出现上述情况。但是,我认为应该改变这个状态,以适应实际需要,希望政府卫生部门要有眼光和胆认,打破传统观念。卫生系统与网络科学工作者密切合作,主动开展这方面的研究工作。

三、网络博弈演化问题

 

为了探索社会中广泛的合作与竞争规则的出现原因和转变规律等,

年来国内外都把博弈论应用于复杂网络演化计算机模拟,使极大数量的虚拟参与者进行逻辑竞争。

从理论上讲,博弈论是研究理性的行动者(agents)相互作用的形式理论,是研究决策主体的行为发生直接相互作用时的决策以及这种决策的均衡问题,而实际上它正深入应用到经济学、政治学、社会学等等社会科学领域。
  我在博士客的科普文章:“有趣味的博弈论模型 ”里,请参见(http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=244598)。研究介绍了反映自然与社会中合作与竞争的博弈论的三个模型:囚徒困境(Prisoners DilemmaPD)模型,雪堆博弈(Snowdrift Game)模型,争当少数者博弈Minority Game模型。国内外对这三个模型的改进和完善已经有许多工作,我国在这方面的研究也不错工作,例如中国科技大学汪秉宏小组和上海交通大学汪小帆小组等都有自己的研究特色,发表在国际著名的Pys. Rev. Ed等杂志上。

在“科学”专辑上只介绍了众所周知的“囚徒困境”,而且主要引用Helbing的工作:“在任一种情况下,背叛者最终都会占据整个体系。但是把模仿和迁移的策略结合,就会导致合作者数量的不断扩大。更引人注意的是,Helbing让两拨参与者分别在不同的规则下进行相同的博弈,结果导致了不同的主导策略。可是,交流会使来自某个群体的博弈者,学习另外一个群体的博弈者的策略。”这就像社会规范的产生、交流会使得参与者们改变他们的行为。社会规范通常可以是任意内容的,可将其从具体内容中抽象出来研究。

从上可见:撰写“科学”专辑中的作者选择例子和材料,显然存在个人的偏好或偏见。我认为,我国学者在这方面研究与国外比较并没有什么差别,也有些特色可以与国际上想妣美。当然,我国学者还需要继续深入研究。特别注意:改变以往随风跑的传统模式,我们不仅要跟踪国外最先进的课题,而且更要提倡大胆创新、勇于引领潮流的大无畏精神。我坚信:中国人有志气、有魄力、有能力去攀登网络科学与应用的高峰。能够急国家和国防之所需,在应用上多下功夫,为人类的和平、进步和繁荣作出应有的贡献。

 



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