1、探索复杂网络：原理、方法与应用

探索复杂网络：原理、方法与应用

1. 复杂系统的骨干——复杂网络概述

复杂网络构成了复杂系统的骨干，从人类大脑到计算机通信，从交通基础设施到在线社交系统，从新陈代谢反应到金融市场，无处不在。研究复杂网络的结构，有助于我们更好地理解塑造世界的物理、生物、经济和社会现象。

1.1 复杂系统的典型案例

复杂系统是由大量单一单元（个人、组件或代理）相互作用而形成的系统，其行为并非单个单元行为的简单组合，会出现一些无需中央控制的集体行为。

社交派对案例

想象一场派对，宾客们到达后会形成不同的小团体，团体的大小、形状不断变化，人们在团体间流动。派对中不同性别、年龄的人分布在不同团体，讨论的话题也可能取决于团体构成。当食物和饮料供应时，人们会排队，之后又会重新组合坐在不同桌子旁继续交流。晚餐后音乐响起，人们会形成情侣并开始集体跳舞。这体现了社交系统中集体行为的出现，类似于人类社会在不同层面上，众多个体的相互作用催生了文明、城市形态、文化和经济。

人类大脑案例

人类大脑约有 1020 亿个神经元，每个神经元通过突触与数千个其他神经元相连，是人体最复杂的器官。神经元通过电化学信号处理和传输信息，其核心的“整合 - 激发”机制相对简单。每个神经元接收来自其他神经元的兴奋或抑制性突触信号，将这些信号整合，当综合兴奋超过一定阈值时，神经元就会激发，产生动作电位并通过突触传递给其他神经元。尽管神经元之间的相互作用极其简单，但大脑能够自组织出难以从单个元素动力学预测的集体行为，如感觉神经元协调身体对外部刺激的反应，运动神经元控制肌肉的收缩和放松，前额叶皮质的神经元负责推理和抽象思维，边缘系统的神经元参与处理社会和情感