基于复杂网络的信号检测与传递_刘宗华精选.pdfVIP

中国科学: 物理学 力学 天文学 2014 年 第44 卷 第12 期: 1334– 1343 《中国科学》杂志社 SCIENTIA SINICA Physica, Mechanica Astronomica SCIENCE CHINA PRESS 非线性科学专辑 评述 · 基于复杂网络的信号检测与传递 刘宗华* 华东师范大学物理系, 上海 200062 *联系人, E-mail: zhliu@ 收稿日期: 2014-04-23; 接受日期: 2014-06-30 国家重点基础研究发展计划资助项目(编号: 2013CB834100) 摘要 近年来, 关于复杂网络的研究已取得了长足的进展, 且将复杂网络理论应用于其他学科的研究 正方兴未艾. 本文简要介绍复杂网络理论在信号检测与传递方面的一些初步研究进展, 主要关注三方面 的研究成果: (1) 复杂网络上的信号放大; (2) 与复杂网络有关的信号检测; (3) 复杂网络上的自维持振 荡. 这些阶段性的研究成果从复杂网络的新角度加深了我们对神经元网络宏观动力学行为的微观机制的 理解, 并有助于刻画信息传递从神经元物理网络向脑功能网络的过渡. 关键词 复杂网络, 信号放大, 锁相, 自持振荡, 神经元网络 PACS: 89.75.Hc, 05.45.Xt, 87.19.lj doi: 10.1360/SSPMA2014-00122 1 引言 身的生老病死特别是与脑有关的疾病是否也可从网 络的角度得到新的理解? 如果可以, 是否表明在不 今天越来越多的科技工作者认识到自然界是由 远的将来可以用人造网络来取代或修复部分生病的 极其大量的网络构成的, 其范围涵盖从人体自身的 自然网络? 因此对网络的研究为物理学提出了全新 经络网、新陈代谢网到周围环境中的无线电网、电力 的挑战与应用课题. 网、电话网、交通网再到因特网、万维网及手机网等, 为了刻画这些不同网络的共性, 近年来一门新 很难想象如果没有了这些我们的日常生活将会是什 的学科— 复杂网络科学应运而生[1–6]. 复杂网络是复 么样子. 然而, 任何事情都有两个方面, 网络也不例 杂系统各组元间相互作用或关系的一种抽象表述, 外. 在时时享受网络带来的快捷与便利时, 网络也在 组元为节点, 相互作用为连边. 不同于全联通网络, 不时地提醒我们它可能带来的灾难, 比如电力网坍 复杂网络通常表现为一种稀疏连接. 现已发现不同 塌的雪崩效应, 高速公路的拥堵效应, 及严重急性呼 的复杂网络如生物网络、社会网络与人造网络等具有 吸综合征(SARS) 、禽流感与猪流感等流行病的传播 一些共同的普适结构性质, 如小世界特性和无标度 效应等. 这些正的与负的效应除了它们本身提出的 特性等, 并据此提出了一些相关的检测手段如度分 重要课题外, 也提示人们考虑一个新的问题: 人体自 布、簇团系数、类匹配、网络距离及社区结构等. 这 引用格式: 刘宗华. 基于复杂网络的信号检测与传递. 中国科学: 物理学 力学 天文学, 2014, 44: 1334–1343 Liu Z H. Signal detection and transmission in complex n