关于《Science》上复杂系统与网络专辑的杂感（1）

                   方锦清

 

最近，我初步阅读了《Science》上关于复杂系统与网络专辑（Vol. 325, 405 (2009)），该专辑反映了国际上“一小撮”顶尖的科学家在这方面的工作概况。

第一篇题为“联系”，是想把这个专辑的所有文章进行内在的“联系”，由BARBARA R. JASNY, LAURA M. ZAHN, ELIOT MARSHALL所写，我想就是这么几个人搞的专辑。我认为,《联系》该文写得并不深刻和精彩,也"联系"得很不够,水平也不很高,So So罢了.记得去年在“Nature”的类似专辑上也引了Martin Luther King Jr.的话：“我们身处在相互联系、不可避免的网络世界中，无论是那些直接影响我们的，还是间接影响我们的网络体系。”，说明无论是从混沌状态到复杂系统，还是从人体细胞内分子运动到世界各国的相互联系，网络无处不在，我们都是网络的一部分，以此显示科学家们已经将网络分析推广到各个学科领域，说明网络科学具有广泛的交叉性和应用性。特别提到，Barabasi 十年前发表了一篇关于无标度网络的开创性文章，引导我们回顾过去，展望未来(p. 412)。其中有这么一句话值得注意：“由于认识到误用基本假设所带来的潜在危险”，实际上是指：不同领域的不少人员在数据不充分的条件下，乱用和胡套了“无标度”（幂律）特性，在这个专集中Barabasi写的《无标度网络：过去十年及未来前景》一文，也特别提到“早期发现带来的喜悦也不是没有负面影响，促使一些研究者甚至在缺少好的证据的情况下来标注许多无标度网络”。这个问题确实如此，今天能够认识到为时稍微晚了一点，我国学者也比较早上就认识到这一点，在“2005年全国复杂网络会议”（武汉）我也在大会报告中就特别提醒过，这种现象的严重性，希望能够引起大家注意和重视。很有讽刺意义的是，在1999年Science的论文中[A.-L. Barabasi, R. Albert, Science 286 (1999) 509.]，Barabasi自己所用的实证网络，即线虫的神经网络和电力网络，后来也被认为不是无标度的。可见：难怪他的理论严格性受到国外和我国数学家的质疑，这就不令人奇怪了。因此，《联系》文中提出需要缓和这个研究热潮(Butts, p. 414)是非常必要的。

同时《联系》一文中也指出：“网络分析也为我们提供了一个平台，帮助我们应对重大社会挑战”，他们举了专集中几篇为例，像 Bascompte(p. 416)正在研究着气候变化对生态系统影响这一全球性问题，而Ostrom 则在研究能可持续性维持的组织系统。物理学家们同样也承担起了这一挑战，Adrian Cho 在报告中说到(p. 406)，最近物理学家们旨在使用定量的方法来预测索马里发生的种族冲突，观察因特网用户的情绪变化，追踪新的行为范式的出现。”。我认为，John Bohannon(p. 409)调查研究了网络分析中一个最具争议性的应用问题：那就是查明恐怖组织的重要头目并且企图消灭他们，这当中网络分析并不很成功，因为那是动态的复杂网络，需要发展新的网络分析工具，例如元分析方法等。当然，网络还可以帮助我们理解一些潜在的机制，这些机制可影响到我们人类个体和一些社会系统，诸如货币兑换(Schweitzer et al., p.422)，以及可以导致病毒传播(Vespignani, p. 425)的交通输运系统。

网络科学从宏观层次推进到微观层层次，这个课题在国内我们课题组与武汉理工大学合作首先做了点工作，特别是探索了几个微观网络：量子信息网、纳米相干网络、量子强关联网络和时空量子网络。我们力图发现微观网络在这些跨度十分不同领域之间的内在联系及某些普适关系。尽管这样的研究跨度很大，但我们认为这恰好可以应用统计物理的理论方法和我们多年积累的优势来统一地研究，并寻找其某些内在规律提供了可能性。这些探索工作极具有挑战性，但是可能产生源头创新成果。遗憾的是，我们的工作没有引起重视和有关部门的支持。 

《联系》中提到的是，分子生物学家正在利用网络系统分析基本的细胞回路，并且利用基本细胞回路(Kim et al., p. 429)来描述如何测量并且模拟出细胞内部结构的相互联系，并基于此原理生成对外界扰动的反应预测。

在我国生物网络的研究相对还比较薄弱。但是值得一提的是，在我国青岛刚刚开完的“2009年第五届全国复杂网络学术会议”上获得“学生最佳论文奖”的四名学生中，易奇志（中山大学）的论文：“多细胞网络系统中信号整合的效果”,与这个“科学”专辑上该文课题是一致的，正好Science Signaling 将注意力集中在信号网络的动力学研究上。与我们会议评选的最佳学生论文的内容方向基本相同。由此可见，我们“最佳学生论文评委会”的评选结果是正确的，正好反映了我们的初衷所在，这对我国生物网络的研究无疑是一个鼓舞和促进。希望我国网络科学研究能够在国际竞争中继续赶超，有更好的表现，更好的成果涌现。正如“学生最佳论文奖”评审结果公告指出：“希望再接再厉，更上一层楼。”“我们期盼明年能够涌现出更多的优秀学生及其最佳论文，为推动我国网络科学与应用的进一步发展作出新的贡献。”

在许多网络问题的研究上，我们确实需要更多更好更完整的数

据，例如，我组在探索多层次的高科技网络时就特别迫切感到这是一个关键环节。显然，目前只观察结构斑图是不够的，我们还需要深入研究他们是如何随时间和空间而演化和变化的。因此，我们面对的空前挑战，我在青岛会议的宴会上报告中特别引用了2001年美国国防部报告指出：“网络中心作战 可能是美国政府历史上最复杂的任务,可与第二次世界大战及对前苏联的冷战相比,是长期、困难、高费用和高风险的任务。”“这一任务岂止是非常复杂, 所需的知识甚至还不存在。这类似当年美国的曼哈顿‘原子弹工程’、‘阿波罗’登月工程, 需要长期的、动员全国力量的创新”。美军预计，网络中心战的全面实现，大约要经历20～30年左右的时间。美军计划在2015年建成全球信息网格，2020年能够实行比较成熟的网络中心战。这些说明：网络科学与应用需要的知识还远远不能满足实际需要，我们需要不断学习，勇于探索，网络科学的理论和方法才能更上一层楼，才能帮助我们从一个新的高度来深刻理解和解决整个世界和人类社会面临一系列问题。当然，网络科学与工程应用和发展前景将是美好的和令人振奋的。

 

 

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