獲獎者合影

一個行蹤不定的犯罪嫌疑人，怎么才能最快地把他抓捕歸案？原來基本都是靠人耗費大量時間，通過監控視頻分析和明察暗訪把他找出來。如今，科學家使出“高招”，通過社交網絡的人類行為動力學分析，可以很快地鎖定目標。

這其實是復雜網絡的一個典型應用。

通過復雜網絡研究，人們可以對模糊世界進行精準量化和預測。科學家預言，如果他們的努力能有成效，也許有一天，預防停電、疏導城市交通和控制流行病傳播都會變得非常簡單，就像早晨從睡夢中醒來一樣自然。

影響廣泛而深遠的復雜網絡

2016年度國家自然科學二等獎中，就有一項是關于復雜網絡研究的——由中國科學院數學與系統科學研究院研究員呂金虎牽頭完成的成果“復雜動態網絡的同步、控制與識別理論與方法”。

十多年來，呂金虎與東南大學教授虞文武、香港城市大學講座教授陳關榮、武漢大學教授陸君安和副教授周進合作，主要從事復雜動態網絡的同步、控制與識別的理論與方法研究。

“互聯網就是典型的復雜網絡。”呂金虎向《中國科學報》記者舉例說，“社交網絡通過網絡這一載體把人們聯系起來，通過社交網絡的人類行為動力學分析，在原本雜亂無章的視頻和事件之間建立網絡關聯，找到關鍵線索——這個人有自己特定的社交網絡，具有一些特殊的愛好和習慣，結合起來有望找到潛在的恐怖份子。”

復雜動態網絡是系統與控制科學的前沿與熱點研究領域。陸君安告訴記者，他們的研究揭示了一類典型時變復雜動態網絡同步的普適性規律、復雜動態網絡牽制控制的基本規律及其結構識別的內在機理，突破了由節點局部信息獲取網絡全局信息的關鍵瓶頸，建立了一類不確定復雜動態網絡自適應同步的基本準則。

復雜動態網絡涉及數學、工程、生物甚至經濟和社會科學，其影響廣泛而深遠。“網絡同步在自然界和工程系統中廣泛存在，如電力系統頻率同步、傳感器時鐘同步、北斗地基增強系統的數據同步等。”虞文武欣喜地看到，復雜動態網絡的同步、控制與識別理論已廣泛應用到人們的日常生活和工作中。

被逼出來的高品位研究

二十年前，沒人想到復雜網絡會發展到今天這個地步。

“1998年前后，作為新興交叉學科，復雜網絡的基礎理論研究幾乎是一片空白。”呂金虎回憶說，當初做復雜網絡研究，很多人都認為是冷門，前景并不樂觀，很難有大的發展。

“幸運的是，我們堅持了下來。”呂金虎的特點是，自己看準的東西，一定會持之以恒地堅持去做。

2002-2004年，呂金虎追隨中科院院士郭雷進行博士后研究。“做高品味的研究”，這句郭雷常掛在嘴邊的話，也成為呂金虎的科研追求。

相比信息領域動輒二三十人的研究團隊，呂金虎帶著他的幾個研究生顯得“勢單力薄”，為此他們只能“盡最大努力做精品”。用呂金虎的話說，這是“被逼出來的”。

起初遇到的最大困難，是關鍵科學問題不清楚，不知道努力的方向在哪。“復雜網絡在社會經濟發展中的作用還不明朗，所以科學問題就不清楚，而如果找不到關鍵的科學問題就抓不住主要發展方向。”呂金虎說。

直到后來與武漢大學劉經南院士團隊合作，呂金虎將復雜網絡理論應用于北斗地基增強系統，為他們的理論成果找到了很好的應用場景。

“從中我們意識到要做哪些科學問題，將來往哪些方向發展。對于他們而言，則能夠把實際問題凝練成更加準確的科學問題。”在呂金虎看來，科學與工程互相促進，形成雙螺旋攀升。

在一個新的研究領域，靠“單打獨斗”是很難的。呂金虎的經驗是，與合作伙伴強強聯合，著力發揮各自優勢，協同攻關解決重大科學問題，推動學科實現跨越式發展。

一片令人興奮的新疆域

隨著互聯網的飛速發展，復雜網絡研究的重要性日益凸顯。2015年，美國國防部將基于社交網絡的人類行為的計算模型研究列入未來重點關注的六大顛覆性基礎研究領域之一。復雜網絡研究逐漸由“小眾”演變成“大眾”。

“獲獎只是對過去研究工作的一個認可，激勵我們為國家做出更大、更重要的貢獻。”呂金虎及其合作伙伴已有了下一個目標。

“超網絡、大數據的興起，顛覆了以往的一些概念，這就迫切需要發展新理論、新方法。”虞文武認為，理論研究離不開實際的載體，比如智慧城市就涉及通信網、交通網、電網等各類復雜動態網絡之間的交互。他希望所發展的網絡分析、控制與優化理論將來能在各類實際網絡中發揮更重要的作用。

復雜網絡研究的范圍正在逐漸拓展，這個正在迅猛興起的領域給科學家提供了一片令人興奮的新疆域，同時也面臨著一系列嚴峻的挑戰。

“科學研究永無止境，我們總是在不斷地探索未知世界。”陸君安說，“網絡科學不斷地提出新挑戰、新問題，我們需要繼續加倍努力，不斷探索才能真正摸清這片領域的情況。”

呂金虎的目標很明確：面向國際學術前沿和國家重大戰略需求，力爭攻克網絡科學與工程的若干瓶頸問題。下一步，他希望繼續加倍努力，力爭在網絡空間的探索研究中取得關鍵突破，為提升中國在網絡科學與工程這一新興交叉領域中的話語權、國際地位和學術影響力做出有益貢獻，努力培養優秀青年人才。

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編輯?∑ Gemini

來源：科學網

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