虽然无尺度网络很普遍,但仍有许多明显的例外。例如,美国的高速公路系统和电力网络就不是无尺度网络。材料科学中的大部分网络也不是。以晶格为例,各原子都和同样数目的邻近原子相连结。对于其他的一些网络,我们还难以得出定论。如反映捕食者与猎物关系的食物链网络,由于网络规模太小,科学家还难以断定它的型态。此外,由于缺乏大规模的人脑内部连结图,科学家也无法得知这一重要网络的本质。
确定某一网络是否无尺度,对了解该网络的行为特性是相当重要的,但是其他的重要指标也值得注意。其中参数之一就是网络的直径,或称为"路径长度"。它指的是从一节点到另外的任意节点所需经过的最大的中间段数(参见附录《这毕竟是一个小世界》)。
最后,具备网络一般拓扑结构的知识,只能了解系统行为与全面特性的一部分。例如,在美国高速公路网这样的系统中,为某一指定节点添加一条连结的成本是极其昂贵的,这就阻止了它向无尺度方向发展。在食物链中,某些猎物比其他猎物更容易被猎取,这对整个生态系统具有深刻的影响。在社会网络中,家庭成员之间的关系比点头之交者要密切得多,因而疾病(和信息)就更容易在这种连结中散播。对于运输、传送和通信系统(如因特网)而言,主要的问题是某些特定连结的拥堵:某一特定连结的流量过大,将导致该连结中断,而其他连结接手处理过剩流量,也可能会跟着失效。而且节点本身可能不具有同质性,如某些网页可能很有吸引力,那它就会严重影响优先连结的机制。
由干上述的种种原因,科学家可以说才刚开始了解无尺度网络的行为。例如,仅仅对集散节点免疫,也许并不足以阻止疾病的蔓延;更好的办法是,不仅仅考虑某人的连结数目,还要考虑这些连结的频度和接触时间。
基本上,我们在开始研究复杂网络时,会先忽略个别连结和节点的细节。通过远离这些细节,我们才能找出这些看似无法理解的系统背后的组织原则。我们的一些研究成果,至少已让研究者重新审视许多基本的假设。例如,研究者过去都把因特网视作随机网络,用来测试新的路由协议对系统塞车现象的影响。现在我们知道,因特网其实是一个无尺度网络,它的行为特性与随机网络有天壤之别。因此,像W.Byers和他在波士顿大学的同事们这样的研究者,正在修改因特网的电脑模拟模型。了解无尺度网络的特性,对其他许多领域都是有价值的,特别是当我们超越网络拓扑结构,进一步探讨复杂系统内部深奥得难以理解的动力学的时候。
参考文献
All the World's a Net.David Cohen in New Scientist,VoL 174,No.2338,pages24-29;April 13,2002.
Statistical Mechanics of Complex Networks.Reka Albert and Albert-Laszlo Barabosi in Reviewsof Modern Physics,V01.74,pages47-97;January2002.
Linked:The NeW Science of Networks.Albert-Laszlo Barabasi.Perseus Publishing,2002.
Evolution of Networks:From Biological Nets to the Internet and WWW. J.F.F. Mendes and SergeiN.Dorogovtsev.Oxford University Press,2003.
Find links to papers on scale-free networks at www.nd.edu/~netWorkS
[原载《科学的美国人》中文版203年第7期 何毓嵩/译 曾少立/校。原文:Scale-Free Networks,pp.50-59,May2003]
作者简介
Albert-Laszlo Barabasi和Eric Bonabeau研究了从因特网到昆虫群落等一系列复杂系统的行为和特性。Barabasi是美国圣母大学的霍夫曼物理学教授,并在校内指导对复杂网络的研究,他著有《连结:网络新科学》一书。Bonabeau现为美国麻省剑桥咨询公司"伊可系统"的首席科学家,专门运用复杂科学方面的工具来开发商业机会。他与别人合作撰写了《虫群智慧:从自然系统到人工系统》一书。这是他在本刊上第二次发表文章。
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