《anna1sofatheatics》的接收通知所带来的学术地震余波尚未完全平息,张诚却已如精密的仪器,迅将心态调整回高运转的科研轨道。
赞誉与关注是外在的涟漪,而系统任务那sss级的终极目标,以及内心深处对未知领域永不停歇的探索欲,才是驱动他前行的核心动力。
第四个系统任务项目,在他的审慎权衡下,很快尘埃落定。
正如他之前所留意到的,那个来自上海交通大学,关于“复杂网络系统同步性与鲁棒性的数学基础”
的项目,进入了他的核心视野。
项目四(上海交通大学):
名称:大规模异质动态网络同步相变与结构鲁棒性的内在机理与数学描述。
难点:现实世界网络(如神经网络、电力网、社交网络、生物调控网络)普遍存在节点异质性(动态方程、参数不同)、连接稀疏性与非均匀性、以及随时间演化的拓扑结构。
现有理论(如主稳定函数法、an-fie1d近似)在描述此类高度异质、非线性耦合动态网络的同步阈值、同步态稳定性、以及面对随机针对性攻击时的鲁棒性崩溃临界点方面,存在显着局限性,缺乏普适的数学框架。
负责人:交大自然科学研究院和数学科学学院,周文彬教授(复杂系统理论专家,擅长结合统计物理与动力系统方法)。
这个选择并非随意。
张诚敏锐地察觉到,复杂网络系统所呈现出的集体动力学行为——同步、斑图形成、相变、鲁棒性与脆弱性——其背后蕴藏的数学结构,与他之前研究的诸多问题存在着深层次的联系。
杨-米尔斯模空间中不同能量标度下的结构分层,是否可以类比于网络在不同耦合强度下的相变?量子纠错中处理关联噪声的整体约束思想,是否可用于理解网络面对攻击时,特定子结构对全局鲁棒性的关键作用?甚至软体机器人中材料本构的非线性,也与网络中节点动力学的非线性有着某种形式上的相似。
这是一种高维度的“知识迁移”
直觉,是他在跨越多个截然不同的领域后,开始形成的独特科研视角。
与周文彬教授的视频会议,氛围更像是学术沙龙上的深入交流。
周教授年约四十,气质儒雅,眼神中带着理论物理学家特有的、对复杂现象背后简洁规律的追求。
“张诚同学,欢迎你对网络科学产生兴趣!”
周教授的笑容温和而富有感染力,“我们这个问题,说简单也简单,就是一堆相互连接的‘小东西’如何步调一致地行动,又如何被轻易打垮。
说复杂,也极其复杂,因为‘小东西’各不相同,连接方式千奇百怪。”
他展示了几组仿真结果:一个模拟的神经元网络,在突触强度达到某个临界值时,会突然从混乱放电转变为高度同步的节律活动(癫痫作模型);一个模拟的智能电网,当某些关键输电线路被意外切断时,会引连锁故障,导致大面积瘫痪。
“看,这就是同步相变和鲁棒性崩溃,都是典型的非线性临界现象。”
周教授指着屏幕上陡变的曲线说道,“但现有的理论,比如基于线性化稳定性的主稳定函数(sf),对于异质节点和非线性耦合的情况,预测能力很弱。
而基于平均场近似的方法,又无法捕捉网络结构的微观细节,比如关键节点、社区结构对全局行为的影响。
我们需要一个能同时容纳节点异质性、非线性动力学和复杂拓扑结构的、更强大的数学框架。”
张诚认真聆听着,大脑中关于动力系统、图论、随机矩阵、统计物理乃至他最近深入研究的几何分析工具都在被快调动、筛选、组合。
“周教授,”
张诚思考后回应道,“我注意到,现有方法的一个核心局限,或许在于它们大多试图用一个‘统一’的标度或平均场来描述整个网络,这必然会抹杀异质性和微观结构带来的丰富行为。”
他顿了顿,提出了一个方向:“或许我们可以换一个思路,不再追求一个覆盖全网的平均描述,而是尝试构建一个‘多尺度’或‘分层有效’的理论。
比如,将网络视为由不同动力学子系统(可能对应社区结构或功能模块)通过‘有效连接’相互作用构成的系统。
先在每个子系统内部,根据其节点异质性和内部连接,定义一个‘内部同步序参量’或
