一门崭新的交叉科学网络科学(上).pdf

第27卷第3期 物理学进展 2007年9月 PROGRESSINPHYSICS Sept．，2007 0239105 文章编号2007】03 一门崭新的交叉科学：网络科学(上) 方锦清1，汪小帆2，郑志刚3，毕桥1，狄增如3，李 翔2 (国家自然科学基金重点项目联合网络研究组 i中国原子能科学研究院，北京102413； 2上海交通大学，上海200240； 3北京师范人学，北京100875) 摘 要：本文试图比较系统地概括和评述正在必起的一fJ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，嘲络分类，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．丰体部分共12章，最后是结束语，分别概述和涌 盖网络科学的主要课题的研究成果和近年的进展，特别是着熏介绍和总结了我{¨“一院二校”(原 子能科研院、}海突大和北京师犬)国家自然科学基金重点项H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。 关键词：网络主要概念；网络理论模型．，J、世界网络；无标度网络；混台网络；无权和有权网络；同 步与控制；多智能体网络 中图分类号：0231．3，N93 文献标识码：A 0序言 2006年我国提出了建设自主创新国家的战略决策，为了落实和推进这个历史性的蕈大部 署，为国民经济持续健康发展提供重要的研究支撑和科学决策．并为繁荣我国基础研究，全而 提升国家自主创新能力，我国制定了第二个《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006～ 重大问题”和“国家重大战略需求的基础研究领域”。值得指出的是，在这两大计划中均把复杂 系统、下一代信息网络、信息安全理论等被明确定为重大(点)项日，和科学前沿的研究课题，这 为我们科学工作者指明了今后的研究方向，任重道远。 自然界和人类社会中广泛存在着复杂系统，而复杂系统正好可通过各种各样的复杂网络 来描述。事实上，复杂网络的研究极大地促进刘复杂系统的研究和发展，已经成为当今复杂系 收稿日期：2007—05—08 基金项日：国家自然科学基金重点项目(批号 物 理 学 进 展 27卷 统或复杂性科学研究中最受关注和最具挑战性的科学前沿课题之一，本文综述的“网络科学” 正是与众多学科和领域广泛交叉的一门新兴科学，它的诞生既适应了现代网络信息时代的需 要，又符合21世纪复杂性科学研究的大趋势，正如被誉为“当今爱因斯坦”的20世纪伟大的思 想家、物理学家史蒂芬·霍金在世纪之交时所预言的：“2l世纪将是复杂性的世纪”，21世纪6 年多来世界科学的发展越来越证实这个的科学预言。科学历史证明，任何科学的新发现和突 破都离不开时代背景和科学环境。20世纪90年代以来，由于计算机、互联网和高科技等科学 技术的迅猛发展，不断完善的各种数据库，比以往任何时候人们能够更容易快捷地获取所需的 各种信息和资源，促使人类加速跨进了网络信息时代，人类生活和科学研究因此发生了巨大的 历史性的变化，复杂网络已经成为信息时代生活中不可或缺的一部分和发挥着主导的作用。 与此同时，各领域的科学家积极合作和充分利用人类已有的科学知识和高科技的成果，从理论 和实证上深人探索网络科学的“庐山真面目”，推进各种复杂网络的广泛应用，这已经成为该 领域研究和发展的强大推动力。 性束缚，在复杂网络的研究中取得了突破性进展，其主要里程碑的标志是二项重要的发现：小 世界网络o’”和无标度网络o“一。大有“忽如一夜春风来，千树万树梨花开”，激起了国内外复 杂网络的研究热潮。最近，无标度网络的先驱和发现者之～，美国圣母(NotreDame)大学物 算机学会为与计算机相关的杰出科学技术成就而颁发的von (Computing 学家，可见这个奖对于复杂网络的新发现与计算机相关科学有多么密切关系和极端重要性，这 象征着复杂网络研究真