今后网络科学研究和应用的发展方向——方锦清老师的文章

我不认识方锦清老师,但我经常看方锦清老师的博客文章,非常棒的老师,他们应该算是科学家了!我在研究社会网络分析的过程中,发现了复杂网络问题, 进而看到了复杂网络科学网,可以看到国内自然科学领域,特别是系统科学等一批学者,在复杂网络领域的成果!受益匪浅!与大家分享!

【转载】今后网络科学研究和应用的发展方向:对专辑”九评”(杂感)的总结和进一步讨论   方锦清

原文来源:  http://www.sciencenet.cn/q/showtopic.aspx?g=ComplexNets&id=177

    这是我最后一篇关于《科学》复杂系统与网络专辑的杂感(10),目的是对前面的9篇杂感所作评论的进行总结,并作为对“复杂网络圈”开园的一个献礼,希望 引起“复杂网络圈”内圈友们对《科学》上“复杂系统与网络”专辑的进一步深入探讨:今后网络科学研究和应用的发展方向,提出今后我们加强学术交流等活动的 建设化建议。
首先,在这里我要向组织翻译《Science》复杂系统与网络的专辑的所有译者(中国科技大学汪秉宏小组,以及周涛、刘建国、赵明等)表示衷心的感谢,是 他(她)们为大家提供了从中文更方便快速地了解专辑文章的良机,使我们从中受益匪浅。我的10篇杂感也由此引发,还有许多其他同行都在热议,受益颇多,影 响颇广。希望今后在我们“复杂网络圈”里能够继续扩大交流,大力发扬科学精神,促进和提高我国网络科学与应用的研究水平。
20世纪八十年代,我第一次看到《 Science》(《科学》)是在美国德州大学(奥斯丁)“Prigogine统计力学与复杂系统研究中心”访问期间。当时“中心”把《 Science》放在大家每天取信信箱的桌子上,让大家自由随意地翻翻看。我那时并不在意,也只是随便翻翻看,认为它不过是图文并茂的高级科普刊物而已。 真没有想到:它现在竟然成为美国最有影响的综合性科学和高级科普期刊,最能反映当前自然科学各领域研究动态和最新成果,不仅刊载论文、报告、评论简讯,还 有新闻和书评等,内容十分丰富,课题非常前沿,已经成为闻名世界的最顶级刊物之一,堪称与英国的《自然》杂志并驾齐驱的世界上最有影响的两大科学刊物之 一。该刊确实许多值得我国期刊努力学习的宝贵经验,也为我们树起了高目标。
这次我比较仔细地通读了《科学》上专辑复杂系统与网络之后,在“九评”的基础上,我认为,这个专辑有以下特色:
(1) 确实不得不承认《科学》杂志的文章具有前沿性、综述性、前瞻性、科普性和趣味性等几大明显的特色,很清楚地看到:绝对大多数作者的文笔流畅,深入浅出和通 俗易懂地介绍了复杂系统和网络课题国际上研究的主要进展概况、脉络和发展前景,不仅起到了很好的启发作用和普及效果,而且具有引导性和推动作用,令人印象 深刻。因此,引起了广泛的关注。
(2)复杂系统与网络专辑共有12篇文章,课题内容极为丰富,它涵盖和评述了迄今网络科学的几乎所有的重要课题, 比较全面地系统地总结了十年来国际上复杂网络研究在国际上所取得的突出进展和重要成果。我国与国际上该领域的研究课题基本一致,同步发展。曾经在首篇杂感 里我说他们是“一小撮顶级科学家”,请大家不要误解。需要解释一下,我是指他们撰写专辑的作者们仅仅代表和“国际上极少数顶级的科学家”的研究概况,而不 是国际上全部的面貌。应该肯定:他们对这个专辑作出了难得的奉献,使我们收获匪浅,但是不能排除专辑作者和题目的选择存在偏好性,多少存在不够全面和不完 全性。纵观全辑,我仍然认为其中开宗名义第一篇“联系”一文倒是写得有点逊色,不够精彩、深刻和全面,提纲携领作用不很明显,某种程度上不如专辑中其他文 章。当然,这不排除他们自己的局限性和偏爱,因此难免会产生不够的地方。因为实际上任何综述文恐怕都不可避免陷入一定的“误区”,更何况文章那么短小精悍 的《联系》,做不到面面俱到,也就可以理解和谅解了。
整个专辑各篇文章对未来网络科学的理论与应用的研究方向及实际需求都提出了看法,其中Barabasi对后十年网络科学与应用的发展表示乐观,这些我很赞同,也很值得我们认真思考,按照我的自己体会和想法,概括起来,有以下几方面值得我们关注。

(1)下一个的前沿问题是:需要深入理解在网络中发生的动力学过程和物理机制问题,虽然我们已经了解了几乎和复杂系统一样多的动力学现象,但是仍然需要深刻理解所能感知的复杂系统的行为特性,以及物理的终极问题。
(2)需要能够预测因特网等对于攻击以及交通拥堵的级连反应过程或细胞对于它所在环境变化的反应问题。
(3)将继续研究和拓广的重要课题包括:生物学家研究代谢网络中的反应动力学;计算机科学家观测计算机网络中的信息流;流行病学家、社会学家以及经济学家探索社会网络系统中病毒和思想的传播、社会生态系统等。
(4)探索能够解释复杂网络的普遍性(统一)框架。如果可以做到,同网络拓扑结构的普遍性相比,则可能很快就能找到构成复杂系统理论基础的核心东西。
(5)目前网络科学的主要瓶颈是数据的驱动。继续挖掘系统完整的实际数据和理论研究密切结合,完全有可能保持目前的发展势头,并且在下一个十年或是更长的时间取得更好的成果。
(6) 唯一最需要的就是科学家的高度想象力和无限创造力,这成为下十年突破的关键所在。因为事实上大型可靠的网络数据图的突然出现在过去的十年里促进了网络理论 的发展。只要在近几年能够进一步捕获发生在网络系统中的动力学过程的详细数据,无疑就是依靠全世界科学家的创造性智慧了。
(7)对下十年的一个大 胆预测是:我们将能够认识的复杂系统既不是细胞,也不是因特网,而是整个人类社会和自然界。这是基于:每天所要使用的电器设备数量的增长,从移动电话到全 球定位系统和因特网,它们已经和将进一步捕获到我们生活中的一切行踪,并将实现一个真正量化方式的定量理解,从而揭开更多的“庐山真面目”。
(8) 对网络系统的认识已经成为一系列传统学科的共同目标。:细胞生物学家使用网络来研究信号传导和代谢过程,并命名在这一领域的一些应用;计算机科学家正在绘 制互联网和万维网的结构;流行病学家追踪病毒传播的传输网络;脑研究者正在致力于研究连接体——一种神经水平的大脑连接图。对于复杂系统而言,组元之间内 在的相互连接是如此的重要,这正是现在我们关注网络的原因。但是专辑上很少介绍以为核心的神经网络研究进展,这是这个专辑的一大不足之处。实际上,脑科学 已成为21世纪该领域研究的主要前沿领域之一。
(9)为此,我们与国际上物理学家、社会经济学家、生物学家和生态学家等应该组成浩浩荡荡科学家合网,需要付出更多的努力,共同致力于研究更加符合现实的网络理论,将为深入理解人类以及人类社会各种现象提供了新思想、新方法,并千方百计开辟更广阔的工程应用前景。
(10)网络科学的理论方法必须与实际紧密相结合,并受到实际的反复检验,不断完善,推陈出新,才能进一步得到健康发展,走向康庄的正确道路,真正实现科学的辉煌。

最后,我赞同李政道的一句话:科学与艺术是相通的。为了更深刻地描述真实的自然界和人类社会,网络科学应该能够达到科学与艺术和谐统一,这也是我们网络科学及其应用工作者共同追求的目标之一。
另外,应该注意到,国际上确实形势逼人,2009年9月由美国麻省理工大学等十所著名大学联合组成了“美国网络科学与工程委员会”,在专题报告“网络科学 与工程的研究议事日程”中,空前强调了美国今后加强网络科学与工程应用研究的重大意义和研究方向,并要求政府必须加大研究经费的投入力度,大力推荐了必须 大力支持研究的四大方面:未来互联网技术的实验研究工作;重建和扩大实验室规模、改善实验方法与技术,加大奖励制度以促进网络工作者发挥重大作用;大力培 养和支持网络工程设计有关的科技活动,并包括理论计算机科学、网络科学新课题和其他相关的理论课题的研究;支持更广泛的交叉科学研究活动,以便深刻理解和 设计未来的各种网络(包括互联网在内)等。
特别是美国国防部空前重视“网络中心战”,把它看成比美国“原子弹工程”和阿波罗登月”两大计划还重要的国家创新任务。最近美国总统奥地巴马提出要成立 “网络司令部”,美国国防部在积极筹划中。这必然引起发达国家(如欧盟等)对信息网战的重视和仿效,由此可能产生的级连效应是能以控制的。

目前网络科学在反恐怖网络应用在美国出现了黑暗面!它的反面教训是非常深刻的。令人更担心是,未来“网络中心战”可能会产生相当严重的不可预测性。可能产生比原子弹更大的“爆炸”威力和更严重后果。这个趋势今后应引起全世界的高度警惕和重视!让我们拭目以待。

今年美国军事研究实验室已经斥资1.62亿美元在一个新项目“网络科学与技术联盟”上,让学术、产业和军事研究人员在“网络中心战”上形成“一条龙”态势。种种迹象表明,美国不论是民间、政府,还是军方,都可以说比任何国家都要加紧科学网络与应用的研究。

鉴 于对上述整体的认识,我国怎么办?我认为,在这个领域研究我国也应具有紧迫感和国际竞争强烈意识。我们不仅要跟踪国外最先进的课题,而且更要提倡大胆创新 和引领潮流的大无畏精神,勇于开辟新天地。可喜的是,我国有关部门已经把网络科学与工程提到议事日程,并已把“复杂系统与复杂网络”列入我国“十二五”计 划,希望国家有关部门尽快抓紧落实和实施这个网络科学任务,使我国在国际这个领域竞争中能够与他们并驾齐驱,立于不败之地,为建设创新型国家作出贡献。

我们坚信:中国人有志气、有魄力、有能力,能够去攀登网络科学与应用的高峰。并急国家和国防之所需,在应用上多下功夫,为人类的和平、进步和繁荣作出应有的贡献,真正造福于人类文明。