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描述复杂自适应系统中的作用者行为的动力学法则必须容纳类似生命系统特有的预测、选择、学习、进化等特征。作用者和它们的行为各不相同,作用者构成的系统绝不等同于它们的简单组合,不能用还原论的思路来处理,也不能用服务于确定论、还原论的传统数学来描述,必须探讨全新的描述工具。复杂网络研究的发展为我们提供了进行这种探讨的某种可能性。
复杂网络可以描述广泛多样的实际系统。我们进行了相当数量的实际系统的实证研究,希望能够根据实证研究所得到的统计结果把实际系统分类,找出每一类系统的实证统计性质共性,进而试图建立模型,理解它们的共同动力学特征和机制。这样一步一步地达到对复杂系统的更普遍一点的理解。在当前复杂网络研究的广阔范围中,我们的兴趣集中在所谓的“广义合作网络”上。这里网络的节点(参与者)在参与许多合作项目。在研究中只考虑参与者在项目中的合作关系,不讨论它们之间的竞争、对抗或其他类型的关系,而且定义参与者在项目中的合作关系为它们之间的边。这样,一个项目就可以用一个它包含的参与者两两连边所构成的完全图来表示。这样的网络不一定是社会网络,也可以包含其他许多类网络,但是由于拓扑结构具有共同特征,它们的统计性质和动力学特性也具有共同特征。在我们实证地研究过的实际网络中,我们发现好莱坞演员合作网、中国旅游线路网、北京和扬州的公交线路网、中药方剂网、以及淮扬菜肴网都可以用广义合作网络来描述。我们对这些实证数据分析之后,得到了一些共同的统计特征:首先,项目是这类网络中的主导因素,项目如何组成是网络演化的关键问题。参与者的项目度分布(即参与者参与的项目数目的分布)很可能是这类网络最主要的统计性质,在很大程度上左右顶点的度分布。其次,参与者的同类性系数也随着这样的分布规律的变化而呈现单调依赖关系的变化。我们建议了一个简明的、体现上述思想的网络演化模型,来说明这两项共同统计特征的动力学机理,由此模型的解析分析和数值模拟产生的统计结果与实证结果很好地符合。最后,根据这类被称为广义合作网络的共同拓扑特征,我们建议群落和层次的一种定量定义和相应的划分群落和层次的方法。由此所建议的一个新的统计参量——网络交连度可能富有实际意义。
纯粹合作或者纯粹竞争的网络可能都是大量实际系统的一种极端化的近似描述,大量存在的是参与者既竞争又合作的网络。例如上述的公交网络的演化过程中,如果忽略掉许多次要因素,可以认为公交公司、乘客、交通管理部门对于网络演化的意见是最重要的。他们之间存在矛盾,也就是竞争关系,公交公司可能最优先考虑公司的经济效益;乘客只考虑出行的方便性和费用负担;而交通管理部门则优先考虑如何避免道路堵塞和事故。同时,他们也都知道三方面是缺一不可的,如果有一方不可忍受,自己必须做出让步,这就是互相合作的关系。如果假设三方面都在维持合作的前提下追求自己利益的最大化,那么公交线路网络的演化过程可能可以看作一个三方博弈,最终达到三方都可以接受的均衡状态,形成对三者都有利的公交网络的过程。基于这样的思想,我们建立了一个三方博弈来逐渐建立公交网络的简化模型。模型演化最终形成的公交网络的顶点度分布、项目度分布以及其它一些统计性质都与我们实证统计的2003年度北京市65条骨干公交线路构成的网络,或者扬州2006年公交网络结果一致,也与南京航空航天大学公交网络研究小组实证统计的北京、上海、南京、杭州四大城市最新公交网络的相应结果一致,说明这个极其简化的模型在一定程度上抓住了本质,反映了客观现实。