運(yùn)籌學(xué)與網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的交叉

虎牙變大貓 2019-10-05

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網(wǎng)絡(luò)科學(xué)是本世紀(jì)剛剛興起的一個(gè)新的交叉學(xué)科。它以復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)為主要研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特性的提取和刻畫(huà)，探究其所反映的復(fù)雜系統(tǒng)的普遍規(guī)律。網(wǎng)絡(luò)科學(xué)是將運(yùn)籌學(xué)的思想和方法應(yīng)用于生命科學(xué)的主要橋梁之一。網(wǎng)絡(luò)科學(xué)在過(guò)去的十余年間飛速發(fā)展，在計(jì)算機(jī)、社會(huì)學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域都產(chǎn)生了重大影響，已經(jīng)成為研究復(fù)雜系統(tǒng)、解決復(fù)雜性問(wèn)題的重要理論和方法。例如，大量基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)社團(tuán)結(jié)構(gòu)的分析方法已經(jīng)成為系統(tǒng)生物學(xué)中研究生物功能的基本工具。運(yùn)籌學(xué)的各個(gè)分支，特別是最優(yōu)化方法和圖論已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)科學(xué)中發(fā)揮了重要作用。

今后十年內(nèi)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)預(yù)期將有重大的突破，并成為應(yīng)用科學(xué)的主流性分支。運(yùn)籌學(xué)同網(wǎng)絡(luò)理論有著天然的聯(lián)系：運(yùn)籌學(xué)有可能給出網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)方式、理論刻畫(huà)以及分析方法。未來(lái)十年網(wǎng)絡(luò)科學(xué)和運(yùn)籌學(xué)的交叉研究可能在以下兩個(gè)方面有所突破。

（1）網(wǎng)絡(luò)生成模型

隨著各種實(shí)際網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的大量產(chǎn)生，人們對(duì)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)基本特征的認(rèn)識(shí)必將深化，對(duì)普適性的網(wǎng)絡(luò)和個(gè)性化的網(wǎng)絡(luò)建立合適的網(wǎng)絡(luò)模型的時(shí)機(jī)將日趨成熟。例如，生命科學(xué)中，各種生物網(wǎng)絡(luò)迅速積累和擴(kuò)張。在過(guò)去十余年間伴隨著網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的發(fā)展，生物網(wǎng)絡(luò)相關(guān)研究已經(jīng)成為系統(tǒng)生物學(xué)研究最基本的部分。但是，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的復(fù)雜性和實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的不確定性都使得刻畫(huà)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生機(jī)制成為重要且極具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題?？梢灶A(yù)見(jiàn)的是，隨著網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的積累和發(fā)展，人們終將認(rèn)識(shí)其產(chǎn)生機(jī)制。運(yùn)籌學(xué)的最優(yōu)化理論、圖論與隨機(jī)運(yùn)籌模型和方法等，將會(huì)在模型的建立與分析起到無(wú)可替代的作用。

（2）網(wǎng)絡(luò)演化特征的刻畫(huà)

現(xiàn)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)不斷更新、變化著的復(fù)雜系統(tǒng)。揭示和刻畫(huà)網(wǎng)絡(luò)演化的特征對(duì)理解網(wǎng)絡(luò)的功能和結(jié)構(gòu)具有重要的意義。隨著生物技術(shù)與計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展，大規(guī)模時(shí)序數(shù)據(jù)的積累將成為可能，如何有效的分析和利用這些數(shù)據(jù)，運(yùn)籌學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等應(yīng)用數(shù)學(xué)分支將會(huì)為徹底的認(rèn)識(shí)、解決這一問(wèn)題起到無(wú)比重要的作用。

此外，網(wǎng)絡(luò)科學(xué)目前尚處于實(shí)證研究為主的階段。它要真正成為一門(mén)獨(dú)立的科學(xué)分支，必須建立其基礎(chǔ)理論、運(yùn)算理論，以及從目前的實(shí)證地從實(shí)際世界中提煉網(wǎng)絡(luò)模型，發(fā)展到應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)理論去建立自然界的或技術(shù)性的系統(tǒng)，使其具有特定的性質(zhì)。在這一過(guò)程中，運(yùn)籌學(xué)可以成為一個(gè)主要的工具。在這一方面，運(yùn)籌學(xué)的發(fā)展歷史可以借鑒。在線性規(guī)劃的算法背后，是強(qiáng)有力的對(duì)偶理論；在非線性規(guī)劃算法的后面，是收斂性理論和凸分析理論；在圖論和組合方面，是計(jì)算復(fù)雜性理論。由此構(gòu)成運(yùn)籌學(xué)這門(mén)學(xué)科。而網(wǎng)絡(luò)理論勢(shì)必在以后的十年中完成這一過(guò)程。

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來(lái)自：虎牙變大貓 > 《組織智能》

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