復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)課件

1、 試論網(wǎng)絡(luò)科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)的交叉性及挑戰(zhàn)性Fang Jin Qing(方錦清)China Institute of Atomic Energy, P. O. Box 275-68, Beijing 102413, 中國(guó)原子能科學(xué)研究院，北京OutlineI. 前言 III. 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)的差異性 IV. 面臨的挑戰(zhàn)性II.網(wǎng)絡(luò)科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)的交叉性 前 言從科學(xué)發(fā)展歷史考察，數(shù)個(gè)世紀(jì)以來(lái), 人類在無(wú)窮大和無(wú)窮小的領(lǐng)域留下了浩似煙海和猶如滿天繁星般的燦爛輝煌。一直到了20世紀(jì)后半期和本世紀(jì)初，兩大領(lǐng)域的實(shí)質(zhì)性進(jìn)展逐漸緩慢下來(lái)，而引人矚目的非線性科學(xué)（包括混沌學(xué)）、復(fù)雜性科學(xué)和網(wǎng)絡(luò)科學(xué)作為新興

2、科學(xué)陸續(xù)興起, 開(kāi)辟了嶄新的天地,這是既涵蓋傳統(tǒng)科學(xué)又相互交叉的一個(gè)更加廣闊的領(lǐng)域。 新興科學(xué)的發(fā)展之迅猛, 內(nèi)涵之新穎, 愈來(lái)愈激動(dòng)人心，越來(lái)越吸引著人們?nèi)ヌ剿髌淝把卣n題與實(shí)際應(yīng)用，匯入現(xiàn)代科學(xué)研究的大潮。 十年來(lái)，網(wǎng)絡(luò)科學(xué)在國(guó)內(nèi)外迅猛發(fā)展，與眾多科學(xué)廣泛交叉，在全世界產(chǎn)生極其深刻的影響。網(wǎng)絡(luò)科學(xué)提供了研究復(fù)雜系統(tǒng)和復(fù)雜性科學(xué)的新思想、新方法和新觀點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的理論基礎(chǔ)當(dāng)今，世紀(jì)之交誕生的網(wǎng)絡(luò)科學(xué)是在現(xiàn)代眾多科學(xué)特別是圖論、統(tǒng)計(jì)力學(xué)、非線性科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)等基礎(chǔ)上，博采眾長(zhǎng)，繼承、吸收和發(fā)展了當(dāng)代眾多科學(xué)的知識(shí)精華和優(yōu)勢(shì)，脫穎而出，成為研究復(fù)雜系統(tǒng)和復(fù)雜性問(wèn)題最重要的學(xué)科之一。 Network

3、Science provides new idea and method for complex systems網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究什么？ 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)，是專門(mén)研究自然和社會(huì)中復(fù)雜系統(tǒng)的定性和定量規(guī)律的一門(mén)廣泛交叉的科學(xué)，它以復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)為研究對(duì)象，研究復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其性質(zhì)，網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)力學(xué)特性、系統(tǒng)功能，及其兩者之間之間相互內(nèi)在關(guān)系，探索復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的各種涌現(xiàn)現(xiàn)象(突變行為)、動(dòng)力學(xué)行為及其產(chǎn)生的物理機(jī)制，研究復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)上信息等傳播、預(yù)測(cè)(搜索)與控制，以及實(shí)際工程和社會(huì)所需的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及其各種應(yīng)用。 系統(tǒng)科學(xué)的理論基礎(chǔ)把20世紀(jì)前半葉發(fā)展的“老三論”（系統(tǒng)論、信息論和控制論）及20世紀(jì)后半葉發(fā)展的“新三

4、論”（耗散結(jié)構(gòu)論、協(xié)同學(xué)和突變論）,統(tǒng)稱系統(tǒng)科學(xué)。“六論”在20世紀(jì)產(chǎn)生了廣泛而深刻的影響，隨后非線性科學(xué)及其混沌理論、復(fù)雜性科學(xué)的興起，猶如春風(fēng)吹遍五洲四海，非常強(qiáng)勁地影響著當(dāng)今和未來(lái)的科學(xué)研究和發(fā)展，當(dāng)然也為系統(tǒng)科學(xué)和網(wǎng)絡(luò)科學(xué)提供了極其重要的理論基礎(chǔ)和科學(xué)方法論。 1968年貝塔朗菲發(fā)表了一般系統(tǒng)論基礎(chǔ)、 發(fā)展和應(yīng)用 專著，全面 地總結(jié)了他40年來(lái)的理論 研究成果， 為在世界范圍 內(nèi)興起的系統(tǒng)科學(xué)研究熱潮 提供了較為完整 的理論框架， 發(fā)揮出它重大而深遠(yuǎn)的影響?！靶氯摗眲?chuàng)始人耗散結(jié)構(gòu)論 協(xié)同學(xué) 突變論I.普利高津赫爾曼 . 哈肯勒內(nèi)托姆勒內(nèi)托姆1969年，比利時(shí)布魯塞爾學(xué)派首領(lǐng)普利高津，

5、研究遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)開(kāi)放系統(tǒng)時(shí)提出非平衡熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)中的耗散結(jié)構(gòu)理論。1973年以后，德國(guó)理論物理學(xué)家赫爾曼 . 哈肯發(fā)現(xiàn)不同系統(tǒng)之間共同存在著同一系統(tǒng)的要素之間的協(xié)同現(xiàn)象，創(chuàng)立了協(xié)同論。具有很大的普適性。1972年法國(guó)數(shù)學(xué)家勒內(nèi)托姆勒內(nèi)托姆（Renethom 1923）提出突變論:結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和形態(tài)發(fā)生學(xué)。揭示在自然界和人類社會(huì)活動(dòng)中，除了漸變的和連續(xù)光滑的變化現(xiàn)象外，還存在著大量的突然變化和躍遷現(xiàn)象，如地震、海嘯、細(xì)胞的分裂、生物的變異、戰(zhàn)爭(zhēng)、經(jīng)濟(jì)危機(jī)等。將系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的整體性“突躍”稱為突變，突變論被用來(lái)認(rèn)識(shí)和預(yù)測(cè)復(fù)雜的系統(tǒng)行為。 我國(guó)系統(tǒng)科學(xué)的奠定人我國(guó)以錢(qián)學(xué)森為代表一批科學(xué)家對(duì)系統(tǒng)科

6、學(xué)做出了有中國(guó)特色的貢獻(xiàn)，推動(dòng)了我國(guó)系統(tǒng)科學(xué)與工程的實(shí)際應(yīng)用,并獲得了長(zhǎng)足進(jìn)展和豐碩成果。網(wǎng)絡(luò)科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)相似，不僅豐富了人類的科學(xué)理論知識(shí)，而且提供了強(qiáng)有力的科學(xué)方法論，既突破了傳統(tǒng)科學(xué)和方法論的局限性，又滲透到眾多學(xué)科和領(lǐng)域中，成為一門(mén)極其廣泛交叉的新興科學(xué)，正在產(chǎn)生越來(lái)越深遠(yuǎn)的影響。 錢(qián)學(xué)森在20世紀(jì)80年代復(fù)雜性研究剛剛興起的時(shí)候，就提出開(kāi)放的“復(fù)雜巨系統(tǒng)”的概念，其中系統(tǒng)是由相互作用和相互依賴的若干組成部分結(jié)合成的、具有特定功能的有機(jī)整體；如果組成系統(tǒng)的子系統(tǒng)種類很多并有層次結(jié)構(gòu)，它們之間關(guān)聯(lián)關(guān)系又非常復(fù)雜，則稱該系統(tǒng)為復(fù)雜巨系統(tǒng)；如果這個(gè)系統(tǒng)又是開(kāi)放的，則稱為開(kāi)放的復(fù)雜巨系統(tǒng)。開(kāi)

7、放的復(fù)雜巨系統(tǒng)主要特征(1)由巨量的子系統(tǒng)（節(jié)點(diǎn)）組成, 并有多種層次結(jié)構(gòu)(2)系統(tǒng)是開(kāi)放的，受外界影響(3)在特定條件下，節(jié)點(diǎn)之間產(chǎn)生相互作用(4)節(jié)點(diǎn)之間的相互作用和系統(tǒng)之間存在復(fù)雜的非線性關(guān)系。 復(fù)雜系統(tǒng)/巨系統(tǒng)無(wú)論在結(jié)構(gòu)、功能、行為和演化方面都具有“復(fù)雜性”。我們討論的問(wèn)題網(wǎng)絡(luò)科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)有什么交叉性（關(guān)聯(lián)性、同一性和差異性）？它們?cè)谡J(rèn)識(shí)世界復(fù)雜性和改造客觀世界中發(fā)揮什么作用 ？它們面臨的挑戰(zhàn)性課題是什么?II. 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)的交叉性第一、研究對(duì)象同一性 兩者都是研究自然界和人類社會(huì)中的復(fù)雜系統(tǒng)及其復(fù)雜性問(wèn)題。第二、研究目的一致性都從整體和全局的觀點(diǎn)出發(fā)，全面地系統(tǒng)地分析網(wǎng)絡(luò)系

8、統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)或要素、子系統(tǒng)或社區(qū)之間、整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或部分系統(tǒng)(社區(qū))與環(huán)境之間或與外部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的相互作用和彼此關(guān)系，從而把握其內(nèi)外部聯(lián)系，揭示其自然的和人造的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的規(guī)律性(包括拓?fù)涮匦?、?dòng)力學(xué)行為、功能及其相互關(guān)系等)。進(jìn)而利用這些規(guī)律，設(shè)計(jì)和發(fā)展實(shí)際需要的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的有效控制，為人類造福。 第三，關(guān)聯(lián)性與相似性網(wǎng)絡(luò)/系統(tǒng)是由一些相互關(guān)聯(lián)、相互作用和相互制約的子系統(tǒng)或社區(qū)構(gòu)成的具有某種特性或功能的整體。系統(tǒng)科學(xué)的基礎(chǔ)是一般系統(tǒng)論, 創(chuàng)立者是美籍奧地利生物學(xué)家貝塔朗菲，是20世紀(jì)三、四十年代發(fā)展起來(lái)的，并隨后不斷地獲得充實(shí)和發(fā)展。系統(tǒng)論的基本原則是：整體性和綜合化、聯(lián)

9、系性、動(dòng)態(tài)性、有序性、最優(yōu)化。其中，整體性和綜合性是系統(tǒng)科學(xué)的基本思想和一個(gè)最重要原則，整體效應(yīng)是系統(tǒng)論的最重要特點(diǎn)。整體的功能不等于各部分功能之總和。 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的研究方法示意圖綜合集成方法工作流程示意圖系統(tǒng)運(yùn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)決策部門(mén)提出問(wèn)題形成判斷建模仿真分析優(yōu)化結(jié)果分析綜合集成結(jié)論建議專家體系統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)信息資料任何系統(tǒng)的整體功能ET，等于各部分功能的總和E1，加上各部分相互聯(lián)系形成結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的功能ER，即: ET E1 ER。 這對(duì)任何復(fù)雜系統(tǒng)都一樣。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)更是如此. “聯(lián)系性”既是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)部各節(jié)點(diǎn)（元素）之間的相互聯(lián)系和制約，又是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與外部環(huán)境的聯(lián)系和制約。系統(tǒng)、環(huán)境和要素三者是有機(jī)統(tǒng)一的

10、相互聯(lián)系和相互制約。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)決定系統(tǒng)的拓?fù)涮匦浴⒐δ芎蛣?dòng)力學(xué)行為。但是，系統(tǒng)科學(xué)似乎并不強(qiáng)調(diào)動(dòng)力學(xué)特性，更強(qiáng)調(diào)功能。研究結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)節(jié)點(diǎn)（要素）的組織形式，功能是系統(tǒng)在一定環(huán)境下所能發(fā)揮的作用，不同的結(jié)構(gòu)可以發(fā)生不同的功能。 “動(dòng)態(tài)性”指網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)隨時(shí)間和空間在演化，隨環(huán)境的變化而發(fā)生變化，實(shí)際上任何系統(tǒng)都不是絕對(duì)的、封閉的和靜止的，它總是存在于特定地環(huán)境之中，與外界進(jìn)行能量、物質(zhì)、信息的交換，受著環(huán)境的影響，具有開(kāi)放性、適應(yīng)性和靈活性。 “有序性”：系統(tǒng)由于自身的矛盾運(yùn)動(dòng)能夠使其結(jié)構(gòu)由無(wú)序變?yōu)橛行?。這是系統(tǒng)通過(guò)信息反饋機(jī)制，在同環(huán)境交換物質(zhì)和能量的過(guò)程中，不斷地調(diào)整自己行為和活動(dòng)的

11、結(jié)果。結(jié)構(gòu)的有序性是系統(tǒng)功能得以實(shí)現(xiàn)的內(nèi)在根據(jù)。 “最優(yōu)化”被認(rèn)為是系統(tǒng)論的出發(fā)點(diǎn)和最終目的。人們對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行研究和改造的最終目的，是為了使系統(tǒng)發(fā)揮最優(yōu)的功能。 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)和系統(tǒng)科學(xué)的研究方法相似性在于：把研究的對(duì)象放在相互聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的體系中，形式多種多樣，需要從整體結(jié)構(gòu)、相互聯(lián)系、拓?fù)湫再|(zhì)、功能和動(dòng)力學(xué)特性變化上把握系統(tǒng)的演化發(fā)展規(guī)律，精確地考察整體與部分之間、部分與部分之間、整體與外部環(huán)境之間的相互關(guān)系，以求達(dá)到最終的所需要的研究目的/目標(biāo)（如最優(yōu)結(jié)果等）。典型實(shí)例：因特網(wǎng)（互聯(lián)網(wǎng)） 因特網(wǎng)（Internet）本身是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，并且是當(dāng)今世界上最大的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，可以說(shuō)，它是一個(gè)龐大的系

12、統(tǒng)工程。它是一種耗散結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不斷從外界獲取有序的信息（信息論意義的負(fù)熵），在時(shí)間上和空間上維持著一個(gè)有序的結(jié)構(gòu)，并且該結(jié)構(gòu)隨著外界的輸入而不斷地變化，結(jié)構(gòu)能夠進(jìn)行自組織，從而導(dǎo)致體系本身的熵減少。該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可能是物理的結(jié)構(gòu)，例如網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)洌豢赡苁沁壿嫿Y(jié)構(gòu)，例如WWW網(wǎng)的邏輯鏈接拓?fù)洹⒕W(wǎng)絡(luò)端到端或者鏈路流量構(gòu)成的流量拓?fù)涞取?對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)的相關(guān)理論研究，主要探討復(fù)雜系統(tǒng)的形成機(jī)制,結(jié)構(gòu)和進(jìn)化和動(dòng)力學(xué)特性（功能）研究。 Internet及其承載的業(yè)務(wù)構(gòu)成了開(kāi)放的、耗散與非平衡的復(fù)雜系統(tǒng)，其中存在著高度的非線性動(dòng)力學(xué)特性。而耗散和非線性相互作用的結(jié)果就可能產(chǎn)生混沌。因此，從理論上來(lái)說(shuō)網(wǎng)絡(luò)

13、環(huán)境下的海量信息組成的動(dòng)力系統(tǒng)也具有混沌特征。研究指出，網(wǎng)絡(luò)的流量、端到端時(shí)延、TCP協(xié)議的反饋控制等均具有混沌特征。已經(jīng)發(fā)展出了流量的混沌預(yù)測(cè)、路由器RED隊(duì)列管理等混沌控制方法。III. 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)的差異性網(wǎng)絡(luò)科學(xué)最為突出的理論基礎(chǔ)或研究工具是現(xiàn)代圖論和非線性科學(xué)與非平衡統(tǒng)計(jì)物理，不僅利用圖論來(lái)產(chǎn)生各種各樣的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)圖，網(wǎng)絡(luò)科學(xué)與混沌科學(xué)相融合，形成相互關(guān)系密切的一大類混沌節(jié)點(diǎn)連接的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，并且網(wǎng)絡(luò)科學(xué)業(yè)已初步形成一套現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)理論體系，提出了許多描述方法和各種特征量：度分布、平均路徑長(zhǎng)度、群聚系數(shù)、關(guān)聯(lián)系數(shù)等，這些不同于系統(tǒng)科學(xué)的理論體系。網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的誕生后，迅速與20世紀(jì)60年代

14、混沌科學(xué)引起的物理學(xué)革命, 相互交融，又一次提供了一種新的科學(xué)發(fā)展觀和方法論，使決定論與隨機(jī)性、有序與無(wú)序，簡(jiǎn)單性與復(fù)雜性，又一次達(dá)到了和諧的統(tǒng)一，人類的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生了一次新的飛躍。從網(wǎng)絡(luò)觀點(diǎn)來(lái)考察整個(gè)自然界和人類社會(huì)，網(wǎng)絡(luò)無(wú)處不在，觸手可及。“海內(nèi)存知己，天涯若比鄰”，網(wǎng)絡(luò)滲透到人類生活的方方面面，已經(jīng)成為人類生活不可缺少的組成部分，人類社會(huì)各方面因此發(fā)生了巨大變化，這些也是系統(tǒng)科學(xué)無(wú)法比擬的。III. 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)的差異性III. 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)的差異性由于物理學(xué)家和社會(huì)學(xué)家等眾多領(lǐng)域的學(xué)者投入了現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的共創(chuàng)研究，關(guān)注到由許多個(gè)體相互作用的復(fù)雜社會(huì)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，于是提出了“我們自

15、己和我們之間的相互作用：一個(gè)終極物理問(wèn)題？” ，類似于哲學(xué)和物理學(xué)中提出的終極問(wèn)題，最著名的例子就是牛頓問(wèn)：“蘋(píng)果為什么落地？”又問(wèn)：“天體的運(yùn)行規(guī)律和地球上物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是否一樣？”我國(guó)最著名的是屈原的“天問(wèn)”，這是屈原作品僅次于離騷的另一部長(zhǎng)詩(shī)，全詩(shī)九十五節(jié)，今存三百七十六句，有一百七十余問(wèn)。 III.網(wǎng)絡(luò)科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)的差異性現(xiàn)代科學(xué)的起源和很多重要的進(jìn)展都與探索這類“終極問(wèn)題”有關(guān)，因?yàn)樘絾?wèn)“終極問(wèn)題”正是站在更高的層次上來(lái)考察自然界和人類社會(huì)，這對(duì)于駕馭自然界和人類社會(huì)會(huì)起到高瞻遠(yuǎn)矚和推動(dòng)作用。我不知道系統(tǒng)科學(xué)是否也關(guān)心“終極問(wèn)題”。這是網(wǎng)絡(luò)科學(xué)有別于系統(tǒng)科學(xué)的另一個(gè)點(diǎn)。它將更有助于

16、推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的縱深發(fā)展。 III. 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)的差異性網(wǎng)絡(luò)科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)不同還有一個(gè)問(wèn)題是：如何對(duì)情感進(jìn)行刻畫(huà)和量化分析？國(guó)際上試圖用一些方法精確地讀取個(gè)體的情感。例如，“現(xiàn)在有數(shù)十種模型來(lái)解釋輿論的形成，卻沒(méi)有一個(gè)來(lái)詮釋情感?！?Holyst等8人小組獲得歐盟委員會(huì)360 萬(wàn)歐元的資助，想編寫(xiě)一個(gè)計(jì)算機(jī)程序來(lái)分析網(wǎng)絡(luò)聊天室里的對(duì)話，顯示人們是何時(shí)變成興奮、生氣等情緒的，以期能夠解釋群體的情緒。物理學(xué)家和社會(huì)-學(xué)家，以及人文學(xué)者，一起合作探索更符合現(xiàn)實(shí)和人類自身的模型，這將為深入理解人類以及人類社會(huì)各種現(xiàn)象提供了新思想和新方法。 3 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)的差異性我國(guó)系統(tǒng)科學(xué)里，錢(qián)學(xué)森提出

17、了“綜合集成方法”，它的“實(shí)質(zhì)是把專家體系、數(shù)據(jù)和信息體系以及計(jì)算機(jī)體系有機(jī)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)高度智能化的人-機(jī)結(jié)合、人-網(wǎng)結(jié)合的體系。它的成功應(yīng)用就這于發(fā)揮這個(gè)體系的綜合優(yōu)勢(shì)、整體優(yōu)勢(shì)和智慧優(yōu)勢(shì)。它能把人的思維、思維的成果、人的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)、智慧以及各種情報(bào)、資料和信息統(tǒng)統(tǒng)集成起來(lái)，從多方面的定性認(rèn)識(shí)上升到定量認(rèn)識(shí)。”需要注意的是，“運(yùn)用這個(gè)方法也需要系統(tǒng)分解，在分解后研究的基礎(chǔ)上，在綜合集成到整體，實(shí)現(xiàn)1+12的飛躍，達(dá)到整體上研究和解決問(wèn)題的目的。既吸收了還原論和整體論的長(zhǎng)處，同時(shí)也彌補(bǔ)了各自的局限性，既超越了還原論方法，也發(fā)展了整體論方法?！边@個(gè)做法是否可以推廣到復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)巨系統(tǒng)的研究中？

18、值得深思。III 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)的差異性另一個(gè)不同點(diǎn)：綜合集成方法的理論基礎(chǔ)是思維科學(xué)。方法基礎(chǔ)是系統(tǒng)科學(xué)和數(shù)學(xué)科學(xué)，技術(shù)基礎(chǔ)是以計(jì)算機(jī)為主的現(xiàn)代信息技術(shù)，實(shí)踐基礎(chǔ)是系統(tǒng)工程的應(yīng)用，哲學(xué)基礎(chǔ)是辯證唯物主義的實(shí)踐論和認(rèn)識(shí)論。后面幾點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)科學(xué)有相似點(diǎn)。問(wèn)題是：網(wǎng)絡(luò)科學(xué)能否學(xué)習(xí)和借鑒思維科學(xué)來(lái)促進(jìn)和發(fā)展自身的學(xué)科？我覺(jué)得，如能，這也許能更好描述復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中與情感、思維、人才和人性等相關(guān)的動(dòng)態(tài)復(fù)雜性問(wèn)題。 社會(huì)認(rèn)知知識(shí)體系機(jī)器體系社會(huì)實(shí)踐專家體系由認(rèn)識(shí)到實(shí)踐改造世界由實(shí)踐到認(rèn)識(shí)認(rèn)識(shí)世界客觀世界實(shí)例:研討廳體系結(jié)構(gòu)體現(xiàn)幾十年來(lái)世界學(xué)術(shù)討論的seminars經(jīng)驗(yàn)C3I及作戰(zhàn)模擬從定性到定量綜合集成方法

19、情報(bào)信息技術(shù)人工智能“靈境”（VR、人工虛擬現(xiàn)實(shí)）人-機(jī)結(jié)合智能系統(tǒng)系統(tǒng)學(xué)第五次產(chǎn)業(yè)革命中涌現(xiàn)出了的新技術(shù) 綜合起來(lái)，三種方法論可以形象地表示為:綜合集成方法：1+12還原論方法：1+12整體論方法：1+0=1這個(gè)研討廳體系的主要特點(diǎn)和表現(xiàn)IV 面臨的挑戰(zhàn)性為了滿足未來(lái)人類對(duì)科學(xué)的廣泛需求，網(wǎng)絡(luò)科學(xué)面臨著挑戰(zhàn)性課題，我認(rèn)為有以下值得關(guān)注的課題，與系統(tǒng)科學(xué)并非完全無(wú)關(guān)。 1建立網(wǎng)絡(luò)科學(xué)統(tǒng)一理論框架2完善數(shù)據(jù)，發(fā)揮人的想象力與創(chuàng)造力3探索整個(gè)自然界和人類社會(huì)4重新統(tǒng)一地認(rèn)識(shí)眾多傳統(tǒng)科學(xué)5開(kāi)展重大實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用研究6網(wǎng)絡(luò)中心作戰(zhàn)及國(guó)防領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用7 完善網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的理論和方法 8探索網(wǎng)絡(luò)科學(xué)與藝術(shù)的和

20、諧統(tǒng)一 面臨的挑戰(zhàn)第一,探索網(wǎng)絡(luò)科學(xué)前沿問(wèn)題：建立網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的統(tǒng)一理論框架（體系）需要深入探索和發(fā)現(xiàn)構(gòu)成復(fù)雜系統(tǒng)基礎(chǔ)的理論核心，形成統(tǒng)一理論框架，以便能夠進(jìn)一步揭示和深入了解發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的動(dòng)力學(xué)過(guò)程及其物理演化機(jī)制問(wèn)題，需要定性和定量地深刻理解所能感知的復(fù)雜系統(tǒng)的行為及其演化特性，揭示復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)洹?dòng)力學(xué)和功能之間的普遍聯(lián)系（規(guī)律性）。因此，這必然與許多交叉領(lǐng)域的前沿課題密切相關(guān)。例如，探索腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是21世紀(jì)科學(xué)的主要前沿領(lǐng)域之一。Barabasi 指出：“我們需要攻克下一個(gè)前沿問(wèn)題，就是理解在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。而問(wèn)題在于我們已經(jīng)有了幾乎和復(fù)雜系統(tǒng)一樣多的動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象。 盡管是多種多

21、樣的，但是否有這樣的可能：這些動(dòng)力學(xué)過(guò)程有著一些共同的特征？”這樣的共性是存在的；只是迄今還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)能夠解釋它們普遍性的理論框架。同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的普遍性相比，很快就能找到構(gòu)成復(fù)雜系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)。第二,需要突破關(guān)鍵問(wèn)題：完善數(shù)據(jù)和發(fā)揮人的想象力、創(chuàng)造力和智慧今后能否保持網(wǎng)絡(luò)科學(xué)發(fā)展的勢(shì)頭取得更輝煌的成果呢？回答：是可能的！主要的關(guān)鍵問(wèn)題之一是需要更多的完善的數(shù)據(jù)。事實(shí)上，在過(guò)去的十年里大型可靠的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的突現(xiàn)已經(jīng)促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)理論的發(fā)展。今后幾年只要能夠捕獲更詳細(xì)數(shù)據(jù)，并能反映發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。在此基礎(chǔ)上，關(guān)鍵問(wèn)題之二是，人就成為了唯一的決定因素，需要依靠全世界科學(xué)家發(fā)揮高度想象力、智慧

22、和創(chuàng)造力。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，今后肯定能夠挖掘和提供更多、更完善的實(shí)際數(shù)據(jù)，所以非常需要建立最廣泛的科學(xué)家國(guó)際合作網(wǎng)，開(kāi)展最密切的國(guó)內(nèi)外合作研究。相信依靠全球科學(xué)家的高度（原）獨(dú)創(chuàng)性的思維能力和智慧，有望今后10年進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)更普遍和更深層次的規(guī)律，從而獲得更深入廣泛的應(yīng)用。第三, 網(wǎng)絡(luò)/系統(tǒng)科學(xué)志在探索整個(gè)自然界和人類社會(huì) 我們要認(rèn)識(shí)的復(fù)雜系統(tǒng)，既不是細(xì)胞，也不是因特網(wǎng)，而是整個(gè)人類社會(huì)和自然界。這是Barabasi的一個(gè)大膽的預(yù)測(cè)是：“由于我們每天所要使用的電器設(shè)備數(shù)量的增長(zhǎng)，從移動(dòng)電話到全球定位系統(tǒng)和因特網(wǎng)，它們已經(jīng)捕獲了我們生活中的一切行蹤，在一個(gè)真正量化的方式下，我們首

23、先能夠認(rèn)識(shí)的復(fù)雜系統(tǒng)不是細(xì)胞，也不是因特網(wǎng)，而是我們?nèi)祟惿鐣?huì)?！辈?shí)現(xiàn)一個(gè)真正量化的定量理解。從而必將更多揭開(kāi)自然界和人類的“廬山真面目”。 第四，瞄準(zhǔn)共同目標(biāo)：運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)科學(xué)重新統(tǒng)一地認(rèn)識(shí)眾多傳統(tǒng)科學(xué)對(duì)于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)而言，節(jié)點(diǎn)（組元）之間內(nèi)在的相互連接（關(guān)系）特別重要，這正是人們關(guān)注網(wǎng)絡(luò)的原因。 “今天，對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)已經(jīng)成為一系列傳統(tǒng)學(xué)科的共同目標(biāo)” ，也就是今后需要運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)科學(xué)科學(xué)觀來(lái)重新統(tǒng)一認(rèn)識(shí)許多傳統(tǒng)學(xué)科.例如：計(jì)算機(jī)科學(xué)家正在繪制下一代互聯(lián)網(wǎng)和萬(wàn)維網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與功能；流行病學(xué)家追蹤病毒傳播與傳輸網(wǎng)絡(luò)；細(xì)胞生物學(xué)家使用網(wǎng)絡(luò)來(lái)研究信號(hào)傳導(dǎo)和代謝過(guò)程及其應(yīng)用；生物神經(jīng)科學(xué)家正在探索完全的大

24、腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖；。總之，我們需要運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)科學(xué)重新統(tǒng)一地認(rèn)識(shí)眾多傳統(tǒng)科學(xué)。 第五, 當(dāng)務(wù)之急：開(kāi)展重大網(wǎng)絡(luò)工程與實(shí)際應(yīng)用研究工作。開(kāi)展國(guó)家及國(guó)防急需的重大工程與應(yīng)用課題的研究，特別是涉及軍民兩用網(wǎng)絡(luò)安全等問(wèn)題。值得注意的是，美國(guó)高度重視網(wǎng)絡(luò)科學(xué)與應(yīng)用的研究。2009年9月由美國(guó)麻省理工大學(xué)等十所著名大學(xué)聯(lián)合組成了“美國(guó)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)與工程委員會(huì)”，該委員會(huì)提出了一個(gè)專題報(bào)告：“網(wǎng)絡(luò)科學(xué)與工程的研究議事日程”，報(bào)告空前強(qiáng)調(diào)美國(guó)今后加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)與工程應(yīng)用研究的重大意義和研究方向，并要求政府必須加大研究經(jīng)費(fèi)的投入力度。 為此，委員會(huì)向美國(guó)政府的基金機(jī)構(gòu)推薦必須大力支持研究的四大方面：未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究工

25、作；重建和擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)室規(guī)模、改善實(shí)驗(yàn)方法與技術(shù)，加大獎(jiǎng)勵(lì)制度以促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)工作者發(fā)揮重大作用；大力培養(yǎng)和支持網(wǎng)絡(luò)工程設(shè)計(jì)有關(guān)的科技活動(dòng)，包括理論計(jì)算機(jī)科學(xué)、網(wǎng)絡(luò)科學(xué)新課題和其他相關(guān)的理論課題的研究；支持更廣泛的交叉科學(xué)研究活動(dòng)，以便深刻理解和設(shè)計(jì)未來(lái)的包括互聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)各種網(wǎng)絡(luò)。 第六, 特別關(guān)注：網(wǎng)絡(luò)中心作戰(zhàn)及國(guó)防領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用美軍自1997年提出“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)” ，預(yù)計(jì)：網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的全面實(shí)現(xiàn)，大約要經(jīng)歷2030年左右的時(shí)問(wèn)。美軍計(jì)劃在2015年建成全球信息網(wǎng)格，2020年能夠?qū)嵭斜容^成熟的網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)。2009年美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬剛上臺(tái)，于5月29日批準(zhǔn)公布了國(guó)家網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估報(bào)告，指出來(lái)自網(wǎng)絡(luò)空間的威脅已成為美國(guó)面臨的最嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和軍事威脅之一，保護(hù)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施將是維護(hù)美國(guó)國(guó)家安全的第一任務(wù)，提出籌備美軍網(wǎng)絡(luò)司令部等重大決策。6月美國(guó)國(guó)防部馬