網(wǎng)控世界 融通未來

王涵

如果用一個(gè)詞來形容我們現(xiàn)在生活著的這個(gè)世界，那就是“網(wǎng)”?，F(xiàn)代科技尤其是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步，推動(dòng)了社會(huì)的發(fā)展。人們的認(rèn)知越來越多，世界變得越來越“小”。大家就像生活在一張“大網(wǎng)”里，這張網(wǎng)包羅萬象、高度融合，各種元素、環(huán)節(jié)盤根交錯(cuò)，互相交叉，互相聯(lián)系……

對(duì)復(fù)旦大學(xué)青年教授盧文聯(lián)來說，他所研究的世界就可以用“網(wǎng)絡(luò)”這個(gè)詞來描述。不管是他所研究的對(duì)象——網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能、復(fù)雜系統(tǒng)等；還是他所接觸的學(xué)科和人，包括數(shù)學(xué)、工程、生物、醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、社會(huì)科學(xué)甚至還有金融、管理等領(lǐng)域及領(lǐng)域里的人，都有著“網(wǎng)”的特性或和“網(wǎng)”有著千絲萬縷的聯(lián)系。

萬變不離其“宗”

“腦科學(xué)”大概是近幾年來科技研究領(lǐng)域里最熱的話題之一了。它的興起與人類一直以來對(duì)大腦的探索欲望有著緊密的聯(lián)系。但令人遺憾的是，時(shí)至今日，大腦依舊是人類認(rèn)知的黑洞。

人類大腦大約有1000億個(gè)神經(jīng)元，它們究竟是怎么連接、如何工作的？人類能否能制作模擬人腦的人工神經(jīng)元……了解大腦的生物學(xué)原理，包括從遺傳基礎(chǔ)到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，是21世紀(jì)最主要的科學(xué)挑戰(zhàn)之一。這個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展將解開腦的奧秘，而且將會(huì)對(duì)社會(huì)發(fā)展的多方面有深遠(yuǎn)影響。腦科學(xué)的研究同時(shí)催生了計(jì)算神經(jīng)科學(xué)。計(jì)算神經(jīng)科學(xué)是一門跨領(lǐng)域的交叉學(xué)科，科學(xué)家們意圖把實(shí)驗(yàn)神經(jīng)科學(xué)和理論研究聯(lián)系在一起，運(yùn)用物理、數(shù)學(xué)以及工程學(xué)的概念和分析工具來研究大腦的功能。

“對(duì)我來說，不管是數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能還是各種復(fù)雜系統(tǒng)，我們都試圖通過網(wǎng)絡(luò)化的方式建模，然后通過獨(dú)特的數(shù)學(xué)工具來描述它……”俗語有云：萬變不離其宗，不管萬事萬物如何變化，它都離不開一條基本的規(guī)律。但是如何撥開繁冗的各種表象，直擊事物的本質(zhì)和規(guī)律？在盧文聯(lián)和他的研究伙伴們這里，數(shù)學(xué)就是這么一門幫助人們尋找規(guī)律的基礎(chǔ)性學(xué)科。數(shù)學(xué)之美，在于它能通過抽象化和邏輯推理的使用，通過計(jì)數(shù)、計(jì)算、量度和對(duì)物體形狀及運(yùn)動(dòng)的觀察和分析，來實(shí)現(xiàn)對(duì)事物的精確表達(dá)和完美演繹。

盧文聯(lián)與數(shù)學(xué)的“淵源”自小就開啟。他的母親是小學(xué)數(shù)學(xué)老師，潛移默化下，他對(duì)這門學(xué)科的愛好一直多于其他學(xué)科。高中畢業(yè)后，他以優(yōu)異成績(jī)考取復(fù)旦大學(xué)數(shù)學(xué)系，自此踏上了數(shù)學(xué)研究的大門。

因?yàn)橛信d趣愛好作為基礎(chǔ)，盧文聯(lián)攀爬起象牙塔來顯得“還挺輕松”，先后于2000年和2005年獲得復(fù)旦大學(xué)數(shù)學(xué)系本科和博士學(xué)位，且博士論文獲得“全國優(yōu)秀博士論文”，而他所在的團(tuán)隊(duì)是國際上最早把不連續(xù)激發(fā)函數(shù)引入到人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的團(tuán)隊(duì)之一。

也因?yàn)橛信d趣作為指引，驅(qū)使盧文聯(lián)用好奇的視角去不斷尋找自己感興趣的研究方向：從最初關(guān)注應(yīng)用數(shù)學(xué)，到研究生時(shí)“情定”神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)方法及應(yīng)用，包括之后在人工智能、計(jì)算系統(tǒng)生物學(xué)，非線性動(dòng)力系統(tǒng)和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性研究等領(lǐng)域里翱翔探索，期間多次轉(zhuǎn)換方向，越做越精細(xì)，但其實(shí)也是“萬變不離其宗”，一直堅(jiān)持到現(xiàn)在。

為拓展自己的視野，盧文聯(lián)于2005年至2007年到德國萊比錫馬普科學(xué)數(shù)學(xué)所從事博士后研究工作，其后于2012年至2014年在英國華威大學(xué)計(jì)算機(jī)系擔(dān)任歐盟瑪麗居里研究員。兩次游居海外學(xué)習(xí)和工作，使他獲益匪淺。簡(jiǎn)單的科研環(huán)境讓他能夠靜下心來做科研，期間順利完成了各個(gè)科研方向的轉(zhuǎn)換。值得一提的是，借助項(xiàng)目資助，他還有機(jī)會(huì)到歐洲等地去學(xué)習(xí)和交流，期間接觸了很多不同學(xué)科背景的人，包括數(shù)學(xué)、工程、氣象和電力等領(lǐng)域的專家。盡管在溝通交流的過程中，不同國家、不同領(lǐng)域的人或多或少都會(huì)有所隔閡，但在盧文聯(lián)看來，發(fā)現(xiàn)并盡力去打破、彌補(bǔ)這些隔閡，從而實(shí)現(xiàn)多領(lǐng)域的溝通是件“非常值得”“非常有意思”的事情。這些溝通和交流工作為他之后在交叉學(xué)科領(lǐng)域里的一些合作項(xiàng)目埋下了良好伏筆。

當(dāng)研究逐漸深入、細(xì)化，盧文聯(lián)對(duì)數(shù)學(xué)的神奇魅力領(lǐng)略得越深。

“你會(huì)發(fā)現(xiàn)把數(shù)學(xué)作為工具到哪兒都是有用的，而且非常有意思的是，不同問題的內(nèi)核其實(shí)可以歸結(jié)為幾種類型的數(shù)學(xué)問題，比方神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法的收斂性可以歸結(jié)為動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信息傳遞的形態(tài)可以歸結(jié)為網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的分析問題等。我們有一套數(shù)學(xué)工具，可以將他們放在不同的環(huán)境背景下去演化改進(jìn)，用于解決生物、醫(yī)學(xué)、物理等領(lǐng)域里不同的實(shí)際工作問題……”

從早期只是單純的喜歡到后來逐漸深入其中，領(lǐng)略更深層次的奧妙和作用，盧文聯(lián)通過多年的科研磨礪，早已褪去了當(dāng)年的稚嫩走向成熟，而他對(duì)數(shù)學(xué)的喜歡也是由表及里，愈加深厚。正是這把鑰匙，為他打開了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究的大門——

神奇神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究

2015年，盧文聯(lián)領(lǐng)銜的“復(fù)雜耦合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性行為分析與控制”項(xiàng)目榮獲教育部高等學(xué)校優(yōu)秀科研成果二等獎(jiǎng)。這一項(xiàng)目向世人展示了一個(gè)看似復(fù)雜，其實(shí)可以從中找到規(guī)律的“神秘網(wǎng)絡(luò)世界”。

從互聯(lián)網(wǎng)到通訊網(wǎng)、從電力網(wǎng)到交通網(wǎng)，復(fù)雜耦合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性行為表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)通過節(jié)點(diǎn)間的局部相互作用實(shí)現(xiàn)整體化行為，對(duì)于理解網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的行為和實(shí)現(xiàn)其控制有重要的意義。不僅如此，隨著分布式多智能體系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域和系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)性已成為影響系統(tǒng)性能的重要因素。因此，復(fù)雜耦合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性分析與控制在智能控制、電路系統(tǒng)、模式識(shí)別以及生命科學(xué)和社會(huì)科學(xué)中有著越來越著重要的應(yīng)用。

盧文聯(lián)和他的研究團(tuán)隊(duì)通過這一項(xiàng)目提出了一系列的新觀點(diǎn)和新方法，對(duì)于復(fù)雜耦合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的牽制穩(wěn)定性、分群同步和系統(tǒng)性，以及各類耦合特性對(duì)于協(xié)調(diào)性的影響，完成了一系列獨(dú)特的工作，包括首次提出了通過牽制單個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的整體穩(wěn)定性、分別揭示了非線性耦合函數(shù)和動(dòng)態(tài)演化耦合結(jié)構(gòu)對(duì)于復(fù)雜耦合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)協(xié)調(diào)性的影響等，被系統(tǒng)控制和信息科學(xué)等領(lǐng)域20多個(gè)國家的知名學(xué)者正面評(píng)價(jià)并且采用。

事實(shí)上，在盧文聯(lián)和他研究伙伴這里，利用網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)方法研究世界就是這么神奇：人們可以通過它來避免電網(wǎng)因?yàn)橄辔怀霈F(xiàn)異步而導(dǎo)致的大面積崩潰和故障；也可以讓機(jī)器人、航空器、車輛和輪船等在一個(gè)有限的范圍內(nèi)保持通訊協(xié)調(diào)；科學(xué)家甚至還能可以通過它研究群聚行為，避免大規(guī)模情緒行為帶來的沖撞而造成重大的安全問題……endprint