一门崭新的交叉科学:网络科学(上)

本文试图比较系统地概括和评述正在兴起的一门崭新的交叉科学—网络科学,内容涉及网络科学的发展简史,基本概念,网络分类,主要理论模型及其特性,目前国内外该领域的若干重要课题的研究进展概况。全文结构分为:序言,主体部分共12章,最后是结束语,分别概述和涵盖网络科学的主要课题的研究成果和近年的进展,特别是着重介绍和总结了我们"一院二校"(原子能科研院、上海交大和北京师大)国家自然科学基金重点项目联合研究组开展的复杂网络研究所取得的若干成果和进展。分两期发表,下篇请见《物理学进展》27卷4期。     

一门崭新的交叉科学:网络科学(下篇)

在上篇综述里,我们评述了网络科学的发展简史,基本概念和网络分类,以及国内外迄今提出的复杂网络的主要理论模型及其拓扑特性。着重总结了我们"一院二校"开展的国家自然科学基金重点项目的研究进展,上篇的研究成果主要涉及加权网络模型、和谐统一的混合模型和量子信息网络模型及其纳米网络,简单说,我们探索了从宏观网络到微观网络的不同层次的若干特点和结果。在下篇综述里,我们将系统概述5个重要课题的研究进展,从第7章到第11章,课题内容包括:复杂网络的动力学完全同步与网络的拓扑结构之间的关系;网络拓扑结构的对称性破缺导致动力学部分同步;给出判断给定网络部分同步斑图稳定性的方法和一般判据,讨论了由网络的多种拓扑对称导致的部分同步斑图的竞争和选择问题以及李指数谱的简并性质。进一步,分别以具有小世界和无标度拓扑结构的束流输运网络为典型的"混沌复杂网络",提出了实现束晕-混沌的同步和控制的若干方法,特别是实现分区网络的多目标的同步控制问题。同时,基于Vicsek模型和Boid模型,研究了生物体集群动态网络的拓扑结构和动力学方程,提出复杂多智能体网络的协调控制策略。另外,从复杂网络的不同拓扑结构对合作涌现和资源分配的作用角度,评述了三个主要的博弈模型—少数者博弈、囚徒困境和雪堆博弈,研究了复杂网络的群聚系数和网络异质性等结构特性对个体的博弈行为的重要影响。最后第12章,我们简介其它课题的进展,讨论了网络科学面临的挑战,并展望了其应用与发展前景。     

一门崭新的交叉科学:网络科学(下篇)

在上篇综述里,我们评述了网络科学的发展简史,基本概念和网络分类,以及国内外迄今提出的复杂网络的主要理论模型及其拓扑特性。着重总结了我们"一院二校"开展的国家自然科学基金重点项目的研究进展,上篇的研究成果主要涉及加权网络模型、和谐统一的混合模型和量子信息网络模型及其纳米网络,简单说,我们探索了从宏观网络到微观网络的不同层次的若干特点和结果。在下篇综述里,我们将系统概述5个重要课题的研究进展,从第7章到第11章,课题内容包括:复杂网络的动力学完全同步与网络的拓扑结构之间的关系;网络拓扑结构的对称性破缺导致动力学部分同步;给出判断给定网络部分同步斑图稳定性的方法和一般判据,讨论了由网络的多种拓扑对称导致的部分同步斑图的竞争和选择问题以及李指数谱的简并性质。进一步,分别以具有小世界和无标度拓扑结构的束流输运网络为典型的"混沌复杂网络",提出了实现束晕-混沌的同步和控制的若干方法,特别是实现分区网络的多目标的同步控制问题。同时,基于Vicsek模型和Boid模型,研究了生物体集群动态网络的拓扑结构和动力学方程,提出复杂多智能体网络的协调控制策略。另外,从复杂网络的不同拓扑结构对合作涌现和资源分配的作用角度,评述了三个主要的博弈模型—少数者博弈、囚徒困境和雪堆博弈,研究了复杂网络的群聚系数和网络异质性等结构特性对个体的博弈行为的重要影响。最后第12章,我们简介其它课题的进展,讨论了网络科学面临的挑战,并展望了其应用与发展前景。     

非线性网络的动力学复杂性研究

综述了非线性网络的动力学复杂性研究在网络理论、实证和应用方面所取得的主要进展和重要成果;深刻揭示了复杂网络的若干复杂性特征与基本定量规律;提出和建立了网络科学的统一混合理论体系(三部曲)和网络金字塔,并引入一类广义Farey组织的网络家族,阐明网络的复杂性-简单性与多样性-普适性之间转变关系;揭示了网络的拓扑结构特征与网络的动态特性之间关系;建立具有长程连接的规则网络的部分同步理论并应用于随机耦合的时空非线性系统的同步;提出复杂网络的动力学同步与控制多种方法;提出若干提高同步能力的模型、方法和途径,如同步最优和同步优先模型、同步与网络特征量关系、权重作用、叶子节点影响等;提出复杂混沌网络的多目标控制及具有小世界和无标度拓扑的束流输运网络的束晕一混沌控制方法;提出集群系统的自适应同步模型及蜂拥控制方法;探讨网络上拥塞与路由控制、资源博弈及不同类型网络上传播的若干规律;揭示含权经济科学家合作网及其演化特点;实证研究并揭示了多层次的高科技企业网和若干社会网络的特点;提出一种复杂网络的非平衡统计方法,把宏观网络推进到微观量子网络.     

非线性网络的动力学复杂性研究

综述了非线性网络的动力学复杂性研究在网络理论、实证和应用方面所取得的主要进展和重要成果;深刻揭示了复杂网络的若干复杂性特征与基本定量规律;提出和建立了网络科学的统一混合理论体系(三部曲)和网络金字塔,并引入一类广义Farey组织的网络家族,阐明网络的复杂性-简单性与多样性-普适性之间转变关系;揭示了网络的拓扑结构特征与网络的动态特性之间关系;建立具有长程连接的规则网络的部分同步理论并应用于随机耦合的时空非线性系统的同步;提出复杂网络的动力学同步与控制多种方法;提出若干提高同步能力的模型、方法和途径,如同步最优和同步优先模型、同步与网络特征量关系、权重作用、叶子节点影响等;提出复杂混沌网络的多目标控制及具有小世界和无标度拓扑的束流输运网络的束晕-混沌控制方法;提出集群系统的自适应同步模型及蜂拥控制方法;探讨网络上拥塞与路由控制、资源博弈及不同类型网络上传播的若干规律;揭示含权经济科学家合作网及其演化特点;实证研究并揭示了多层次的高科技企业网和若干社会网络的特点;提出一种复杂网络的非平衡统计方法,把宏观网络推进到微观量子网络。     

超网络中标度律的涌现

本文构建超网络和复杂网络中统一演化模型,研究超网络无标度特性演化机理和拓扑性质.利用Poisson过程理论和连续化方法对模型进行分析,获得网络稳态平均超度分布的解析表达式.仿真实验和理论分析相符合.结果表明:随着网络规模的增大,这个动态演化网络的超度分布遵循无标度的特性.它不仅将每次增加一个新节点与若干个老节点围成一条超边的超网络模型和每次增加若干个新节点与一个老节点围成一条超边的超网络模型统一在一个模型中,而且将复杂网络中著名的无标度模型也作为我们模型的特例.     

网络科学与统计物理之间的联系与挑战

 世纪之交国际上诞生了一门新兴交叉学科——网络科学,在国内外遍地开花,迅猛发展。研究方兴未艾。网络科学的两大主要理论基石——图论数学与统计物理发挥了极其重要的作用。我们一直面对一个值得思考的问题:网络科学和统计物理(平衡和非平衡态)之间究竟有何内在联系？它们的主要前沿课题是什么？无标度网络理论的创立者艾伯特· 拉斯洛· 巴拉巴希(Barabasi)在其科普名著《链接》一书里的回答是:“寻找或发现网络的动力学普适规律及其网络拓扑结构、功能的关系就是前沿课题之一。”“我们需要攻克下一个前沿问题,就是理解在网络中发生的动力学过程。……是否有这样的可能:这些动力学过程有着一些共同的特征？” 大家确信:动力学共性肯定是存在的,只是迄今尚未完全构建成其普遍性的理论框架。复杂网络必然存在丰富多彩的平衡态和非平衡态统计物理过程,寻找复杂网络及广泛的复杂系统的理论基础离不开统计物理方法。与网络拓扑结构的普遍性相比,发展网络动力学共性的理论基础不可能离开统计物理方法的创新和发展,特别是非平衡统计物理将大有作为。进而,理论上自然提出的问题是,网络科学是否存在或需要建立一套包括动力学方程在内的网络科学的统一的基本理论体系？回答是肯定的。本文将分四部分来讨论上述问题。     

微重力科学进展

微重力科学是研究重力极大地减小的一种极端环境中的流体科学，材料科学，生物科学和技术，以及物理学若干基础问题的新兴学科，近年来，由于地面研究的加强，空间实验的增加以及实验定量化水平的提高，微重力研究取得了很好的进展。     

交通流驱动的含权网络

文章对含权复杂网络研究的最近进展给予了评述，特别报道了文章作者最近提出的一个交通流驱动的含权技术网络模型。这一模型能够同时给出网络连接度分布的幂函数律、网络强度分布的幂函数律、网络权重分布的幂函数律，以及高聚集性和非相称混合性等五大特征，因此成功地刻画了真实技术网络的无尺度性质和小世界效应     

核分析开放研究实验室

1998年我室负责国家自然科学基金重大项目“核分析技术及其在若干环境问题中的应用”顺利通过专家组验收，被评为优秀。国家攀登B项目“脑功能诊断技术的研究”取得显著进展，院重点项目“核分析新方法研究及在表面科学中应用”进展良好，与上海原于核所合作的院重大项目“现代核分析技术对生态系统若干前沿问题的研究”己取得成果。国家自然科学基金委“九五”重大交叉项目“发展近场技术，研究生物大分子体系特征”等课题也己起步。此外，还有面上基金及国际原子能机构台作项目多项。     

原子物理

长期以来,实验原子物理不但与基础研究的进展并驾齐驱,而且还是检验新理论的试金石。要是没有原子物理学家们许多巧妙和精密的实验所提供的数据,当今物理所基于的量子力学和量子电动力学简直是不可想象的。尽管现在在世界最大的加速器上所从事的核物理及主要是基本粒子物理研究已成为科学工作的主要课题,但是,为了更多地理解自然界所遵循的基本规律.     

量子物理百年历程

 20世纪科学史册中最有影响的科学进展大概应当包括广义相对论、量子力学、大爆炸宇宙学、遗传密码的破译、进化生物学以及读者选择的其他一些课题。在这些进展当中,量子力学因其深奥的根本属性,而具有更加独特的地位。     

基于多Agent的无线传感器网络分层融合框架研究

客户端/服务器（C/S）模式和移动代理（MA）模式是无线传感器网络中的两种最主要的计算模式,MA计算模式可以弥补C/S计算模式能量消耗大、延时长等方面的不足。为了更好的降低能量消耗和缩短网络中数据融合时间,提出一种基于多Agent的无线传感器网络分层融合框架。将无线传感器网络监测区域分层若干个区域,将每个小的监测区域分为簇头―sink和簇头―簇成员节点两层,由sink节点根据用户需求向每个监测区域派遣移动Agent并完成数据采集和数据融合。这种模式可以有效地缩短网络中数据融合时间和降低能量消耗。     

激光显示技术

激光发展成为实用的、连续光源以后,产生了一种新的显示技术,这就是激光显示。已发表的若干报告和文章是有关这个课题的[21,22,23]。下边的材料打算提供有关这一技术的一个综合性讨论,并进而指出可能的进展及与大屏幕、实时、多色显示的实现有关的问题。 激光的独特性质,使人们考虑控制光束强度和空间位置的新技术、新元件。读者都会明白,用通常的光源于这些技术中,有些是不现实的。从这个技术的进展,可以予见     

凝聚态物理学的新进展Ⅱ

本文综述了凝聚态物理学近年来的重要进展,并举出若干例子予以阐述。第Ⅱ部分主要关注的问题为非周期结构与低维体系的物理学。讨论的课题包括:无序体系中经典波的局域化;分形结构的动力学行为;准周期结构的能谱;量子霍尔效应;二维熔化;有机导体与超导体。     

凝聚态物理学的新进展Ⅱ

本文综述了凝聚态物理学近年来的重要进展,并举出若干例子予以阐述。第Ⅱ部分主要关注的问题为非周期结构与低维体系的物理学。讨论的课题包括:无序体系中经典波的局域化;分形结构的动力学行为;准周期结构的能谱;量子霍尔效应;二维熔化;有机导体与超导体。     

一组1553B总线网络可靠性评估模型研究

在工程中,数据网络结构往往决定了数据传输的网络可靠性;比如,若干节点的1553B总线可以设计为1个BC和多个RT的单层总线结构,也可以设计为双层BC-RT的总线结构;因此,如何比较这两种设计的网络可靠性高低成为关键问题;为了解决这一问题,文中以上述总线结构设计问题为切入点,结合容斥原理和总线网络结构的特点,提出一组网络可靠性评估模型,并通过这组模型对单层和双层1553B总线结构的网络可靠性进行评估、比较和分析,为工程中网络可靠性评估模型的选择和使用提供指导,为总线网络结构设计合理性的定量分析提供数据支撑,同时为网络可靠性设计要求的满足提供理论依据;最后,文中对总线设计网络可靠性问题研究的发展趋势进行讨论。     

非线性系统中混沌的控制与同步及其应用前景（一）

全文系统地综述了非线性科学中一个富有挑战性及具有巨大应用前景的重大课题——非线性系统中混沌的控制与同步及其应用的主要进展,包括了作者关于超混沌同步及其控制等方面的研究成果。我们对现有的各种混沌的控制方法和混沌的同步原理提出了分类和评述。概述了实验与应用的现状,指出了发展前景,全文分为（一）（二）两篇,第（一）篇以混沌控制的机理和方法为主要论题展开广泛的讨论;第（二）篇以混沌的同步、超混沌的同步及其控制为论题,同时包括众多的实验应用的研究,进行较详尽的综述和分析评论,比较完整地概括了迄今国内外该课题的发展现状和主要趋势。     

非线性系统中混沌的控制与同步及其应用前景（一）

全文系统地综述了非线性科学中一个富有挑战性及具有巨大应用前景的重大课题－－非线性系统中混沌的控制与同步及其应用的主要进展，包括了作者关第超混沌同步及其控制等方面的研究成果。我们对现有的各种混沌的控制方法和混沌的同步原理了分类和评述。     

学习迁移与工科物理教学

 在实施素质教育的今天,如何培养学生科学素质,提高工科物理教学质量,是继物理课程现代化之后我国工科物理教学改革的又一重要课题。工科物理是培养和提高学生科学素质、科学思维方法和科学研究能力的重要基础课。它不仅是自然科学发展的基础,也是科学技术、特别是高新技术的主要源泉,现在和未来仍将处于主导地位。