Species diversity in rock–paper–scissors game coupling with Levy flight

The rock–paper–scissors （RPS） game is a nice model to study the biodiversity in an ecosystem. However, in the previous studies only the nearest-neighbor interaction among the species was considered. In this paper, taking the long-range migration into account, the effects of the interplay between nearest-neighbor-interaction and long-range-interaction given by Levy flight with distance distribution lh （-3 ≤ h 〈-1） in the spatial RPS game are investigated. Taking the probability, exchange rate, and power-law exponent of Levy flight as parameters, the coexistence conditions of three species are given. The critical curves for stable coexistence of three species in the parameter space are presented. It is also found that Levy flight has interesting effects on the final spatiotemporal pattern of the system. The results reveal that the long-range-interaction given by Levy flight exhibits pronounced effects on biodiversity of the ecosystem.     

具有空间因素的社会网络上的舆论形成

舆论形成是个体因素与外部影响共同作用的结果. 个体因素包括个体理性的认知与非理性的情绪因素, 外部影响则包括文化、认知以及行为模式的作用和社会网络上个体之间的影响, 而文化、认知等背景因素往往与空间地域相关联. 本文通过构建一个同时具有空间位置特征与小世界特征的无标度网络以及网络上的Ising模型, 全面考察了空间与网络共同作用对舆论形成的影响, 研究了舆论形成中的相变行为, 重点分析了与区域文化或认知背景以及与整体社会情绪等相关的参数在舆论形成过程中的作用. 计算机数值模拟结果表明, 区域间的认知背景差异足够大时, 会导致公共舆论形成明显的区域性特征, 此时, 空间因素和社会网络具有同样的影响强度时, 会有利于全局一致舆论的形成. 同时, 非理性因素引发的社会情绪可以通过提高个体影响力及降低背景差异使得一致性公共舆论快速形成.     

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。     

漫谈社会物理学

进入21世纪以来,社会系统的复杂性已经逐步成为科学研究的热点领域,社会物理学利用物理学的思想和方法研究社会问题,已经取得了不少成果.文章首先简要回顾了社会物理学发展的历史,然后简要介绍了当代社会物理学的研究问题和成果,主要包括行人动力学、社会网络分析和舆论动力学三个方面.涉及社会力作用下行人的运动以及所表现出的群体行为、社会网络结构分析的基本概念,特别是社团结构的定义及其探测方法、基于自旋相互作用的舆论形成模型和相变行为等.     

二维有限能量约束下最优导航问题的理论分析

最近，Li等研究了在Kleinberg导航模型中引入总能量／l=cⅣ约束后的最优导航问题，其中4为网络中所有长程连边的长度之和，C为正常数，Ⅳ为网络节点总数．他们通过在1维和2维导航模型中的模拟结果推测，在有限能量约束下Kleinberg导航模型中按照幂律方式添加长程连边的最优幂指数应该是α=d＋1，其中d为导航模型的维数．本文在平均场理论下，建立了2维有限能量约束下的导航过程的动态微分方程，通过对该方程进行数学分析以及数值求解，从理论上证明了当网络规模足够大且总能量相对较小时，2维有限能量约束下的最优导航幂指数确实为α=3，这一结果证实了Li等之前的推测．     

具有列维飞行与布朗运动特征的循环竞争博弈及物种稳定共存条件

循环竞争博弈常被用来研究物种多样性.以前有关循环竞争博弈的研究工作所考虑的相互作用距离模式包括最近邻、取固定距离或一定距离以内的随机值,这与实际情况不相符.考虑到实际生物系统中物种个体做列维飞行与布朗运动的情况广泛存在,综合考虑了最近邻相互作用模式和列维飞行(布朗运动)长程相互作用模式,对循环竞争博弈及保持物种多样性的条件进行了研究.得到了最大飞行距离与选择概率的临界关系(包括Logistic式和指数式关系),进一步得到了幂指数与选择概率的临界关系,以及保持物种共存的条件.     

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。     

从统计物理学看复杂网络研究

从统计物理学来看,网络是一个包含了大量个体及个体之间相互作用的系统。本文从统计物理学的角度整理与总结了复杂网络目前的主要研究结果,并对将来的研究工作做了一个展望。文章把网络分为三个层次———无向网络、有向网络与加权网络,对不同网络的静态几何量研究的现状分别做了综述,并结合网络机制模型设计与评价的需要,提出了新的有待研究的静态几何量;对网络机制模型做了总结与分析,提出了有待解决的关于双向幂律网络的机制模型的问题;部分地概括了网络演化性质,网络的结构稳定性以及网络上的动力学模型的研究。然后,以我们目前正在进行的两个方面的工作—科学家网络和产品生产关系网络—为例,粗略地介绍了网络研究在一些实际问题中的应用。最后,作为一个简单的补充和索引,我们整理了复杂网络研究中部分常用的解析与数值计算的方法。     

二元随机网

在二分网的基础上明确提出了二元网的概念：同样包含两类节点,二分网同类节点之间没有连接,而二元网同类节点之间可以有连接.构建了一个二元随机网模型,并对二元随机网的结构性质进行研究.二元随机网可以具有小世界效应,并且其平均最短路径长度比单元随机网还要小.另外,两类节点的规模比是一个重要参量,会对网络的结构性质产生重大影响. 关键词： 复杂网络 二分网 二元网 小世界