系统科学的难题与突破点

一、系统科学的发展瓶颈：复杂性 系统科学是由分属不同层次的诸多学科组成的一大门类新型科学,最初的几个分支：一般系统论、信息论、控制论、运筹学和系统工程,都诞生于２０世纪４０年代。５０、６０年代,应用理论层次的信息论、控制论、运筹学和工程技术层次的系统工程取得了巨大成功,强烈诱使科学家努力把它们推广应用于更广泛更复杂的对象领域;虽也取得某些成绩,却遇到了未曾料到的困难。例如,把现代控制理论应用于生物系统,提出所谓生物控制论,以线性系统为模型刻划极其复杂的生物体,至今并无（也不可能有）实质性的成果;…     

系统科学视角下的复杂网络研究

系统科学在科学研究方法论的层面上要求我们从还原论走向系统论,其关注的核心科学问题是复杂系统的涌现性.复杂系统的涌现性通常是指系统通过个体之间的非线性相互作用,可以在宏观层次上出现新的时空结构和功能.通过对各个领域复杂系统宏观涌现行为的研究,抽象出具有普适性的一般规律,是认识系统复杂性的基本途径.而复杂网络作为刻画系统相互作用的基本工具,是构建系统模型、研究系统性质和功能的基础.     

基于演化涌现的复杂信息网络设计优化

 针对复杂信息网络设计优化问题,分析了复杂信息网络特性,提出了基于演化涌现的复杂信息网络设计优化方法和拓扑结构演化模型。该设计优化方法以融贯论为指导,采用系统分析、建模分析和仿真分析相结合技术途径对复杂信息网络设计优化问题进行多尺度研究,树立基于网络化思维的安全观,突出网络拓扑结构设计,强化网络可控性、安全性和健壮性,体现局域结构演化形成功能整体涌现。拓扑结构演化模型综合选取网络建设成本、时延、健壮性和吞吐量等网络工程特征参数作为网络演化动力,通过调整参数权重生成优化网络。对实测ISP路由器级网络数据的仿真实验表明,方法模型具有可行性、有效性和扩展性,可加深对复杂信息网络动力学行为认识,促进信息网络科学发展。     

复杂网络稀疏性的统计物理研究综述

大多数实际存在的复杂网络是稀疏的,即网络平均度远小于节点数:k—N.到目前为止,关于这一性质的起源,它对于网络功能与网络上动力学过程的影响,可能的应用价值的研究还都远远不足.实际上,稀疏性与网络的其它拓扑性质密切相关.近几年来,人们对复杂网络稀疏性的相关效应从理论和实验两个方面都做了深入的研究,但是,还缺乏原理性的探讨.从统计物理的视角出发,稀疏性应当被看作复杂系统中个体之间相互作用的涌现性质,而不应当是现有模型中先验的前提.本文拟就复杂网络稀疏性的统计物理研究作一综述.     

基于多物理场耦合的非晶合金变压器短路特性分析

非晶合金变压器具有显著的节能优势,但是抗短路能力不足。针对在实际试验研究中非晶合金变压器绕组短路系列故障设置困难问题,本文基于电磁场-结构力场-温度场的瞬态多物理场耦合理论,建立变压器有限元三维模型。仿真了低压侧出口三相短路条件下非晶合金变压器矩形绕组的短路特性,研究了非晶合金变压器发生短路时温度剧烈升高所带来的热应力对绕组形变的影响。并对单独电磁力作用和电磁力热应力耦合作用下的绕组应力和形变进行了对比,计算结果表明热效应会对变压器形变产生较大影响,造成矩形绕组多处严重变形损坏。短路温升是变压器变形损坏不可忽略的因素,同时也是提升变压器抗短路能力中需要重点考虑的问题。     

基于信息熵的网络数据演化涌现性度量方法研究

为了衡量网络数据演化过程中产生的"涌现现象",从涌现性特征的宏观分析出发,建立信息熵与网络数据演化涌现性之间的关联关系,基于概率估计提出1种可行的信息熵值计算方法,用信息熵对网络数据演化涌现性进行度量,并对演化行为和系统层次可能引入的误差进行校正,使度量方法更贴近实际情况.用实验分析说明该方法的合理性和有效性.     

基于CPS的空中交通系统架构及能力涌现方法

针对现行集中式空中交通系统架构下空域管理、空中交通服务、流量管理、交通管制功能割裂,融合不顺的问题,提出了基于CPS的空中交通系统架构,引入了航空器群的运行概念,介绍了系统能力涌现的机制。该架构中每架航空器作为智能个体,在新型网络支撑下实现节点间交互与反馈、激励与响应,进行局部寻优,实现系统整体行为涌现,空中交通系统按能使用、按需服务。提出了系统涉及的自主4D航迹生成、规则提取、下一代网络等需要解决的关键技术,给出了若干能力涌现度量参数,并且针对信息流量、时间开销这2个测度参数进行了具体分析,验证了所提出空中交通系统运行架构的合理性及有效性。     

统计物理中量子效应的层次性

通过对统计物理中量子效应的深入分析,提出了在教学中应当注意区分量子效应的层次性。按照量子力学的基本假设,量子效应可以分为个体效应和集体效应两种不同的层次,分别对应统计物理中的两种不同的特征温度。认识量子效应的这种层次性,可以帮助学生深入准确理解统计物理的基本概念,针对不同情况选择适当的统计物理学方法。     

复杂耦合系统的统计能量分析及其应用

文章综合导纳分析法、经典统计能量分析方法和经典功率流理论的各自优点，提出适合复杂耦合系统的统计能量分析方法，为研究实际机械结构之间的振动传递规律、复杂机械系统的声辐射特性提供理论依据，为实际工程结构的振动隔离、噪声治理提供理论指导。文章首次提出统计能量分析参数必须统一定义，将影响实际机械结构相互之间能量传递的若干要素各自分离，并引入相应的参数分别开展研究。利用理论研究的成果，发展后的统计能量分析首次应用于水下航行器振动和噪声特性分析，预报了水下航行器的振动传递规律和辐射噪声级。理论分析与实验测试结果符合较     

时变条件下滑动轴承系统的多物理场耦合分析

针对传统非耦合分析方法无法研究轴颈、油膜与轴瓦之间的相互作用以及普通流-固耦合方法无法真实反应轴承运转工况的问题,提出了一种融合计算流体动力学、流-固耦合和热流耦合的瞬态分析方法,分析了时变条件下轴承系统速度、压力和温度的多物理场耦合,并分析了空化现象的影响,精确计算了恒定载荷下的偏心率和温升场,以及从启动到稳定过程的轴心轨迹.同时,分别考虑腔结构、轴颈转速和载荷对油膜压力、偏心率、温升和气穴的影响,并将计算结果与相关文献的实验结果进行比较.结果表明:所得计算结果与实验结果较吻合;轴承的轴心轨迹呈螺旋形;油腔数目对轴心轨迹、气穴和温升的影响很大.     

复杂系统结构及动力学现象的统计物理研究

近年来生物学、信息学和社会科学海量数据的积累,推动了各类定量分析手段的发展.统计力学作为联系多体系统微观与宏观描述的数学理论,在复杂性科学的发展历程中正发挥着作用.本文结合复杂网络和非平衡态系统的若干研究成果,对统计物理方法在复杂现象的描述、主要变量及其相互依赖关系的确定、模型的提出与分析、及普适性规律的发现等方面的进展作一简单介绍,并探讨统计物理学与相应学科深层次交叉所面临的机遇和挑战.     

Hom-李三系上的乘积结构和复结构

本文主要从代数角度研究Hom-李三系上的两种几何结构,即积结构、复结构.分别给出了积结构和复结构存在时对应的Hom-李三系的分解.同时,也研究了一些特殊的积结构和复结构.最后,在这两种结构间增加一个兼容条件,得到了复积结构.     

复杂系统的标度律与层次结构分析

为了对复杂非线性系统的特性进行分析,将用于分析湍流信号的标度律和层次结构理论,推广到对人脑电图、图像灰度分布和英文小说随机字母的分布等复杂信号进行统计分析.结果发现:这些复杂信号与湍流信号一样,也具有很好的扩展自相似ESS(extended self similarity)标度律和较明显的层次结构或相似律(Hierarchical Structure,简称HS层次结构理论).说明ESS标度律与SL层次结构理论具有定量刻画一般复杂信号统计规律的能力,它对揭示存在于一般复杂系统结构中的多尺度、多涨落和多强度(或激发状态)的统计自相似特性具有一定的普遍指导意义.     

Summarization based on physical features and logical structure of multi documents

With the rapid development of the Internet, multi documents summarization is becoming a very hot research topic. In order to generate a summarization that can effectively characterize the original information from documents, this paper proposes a multi documents summarization approach based on the physical features and logical structure of the document set. This method firstly clusters similar sentences iuto several Logical Topics (LTs), and then orders these topics according to their physical features of multi documents. After that, sentences used for the summarization are extracted from these LTs, and fiually the summarization is generated via certain sorting algoritluns. Our experiments show that the information coverage rate of our method is 8.83 % higher than those methods based solely on logical structures, and 14.31% higher than Top-N method.     

分块统计特征和最优分辨力选择特征相融合的掌纹识别

为提高掌纹识别的性能,提出一种分块统计特征和最优分辨力选择特征相融合的掌纹识别方法。首先对预处理后的掌纹图像进行多方向、多尺度Gabor变换;然后将掌纹划分多个子块提取特征,将各子块特征进行拼接得到整个掌纹特征向量;最后以特征分辨力为准则选出最优掌纹特征子集建立两分类器,通过投票机制建立掌纹多类分类器,并采用Po1yU掌纹库进行性能测试。测试结果表明,该方法的掌纹识别性能优于对比掌纹识别方法。     

基于BPEL描述的移动工作流的协同机制与实现

针对基于面向服务架构的移动信息服务平台,研究了移动工作流的结构模型,分析了流程设计中的Web服务接口及其消息驱动的协同机制.移动工作流主要依赖SMS和MMS协议发起同外部进行通信和服务调用.当用户发起某一事项申请时,工作流引擎实例化流程,按照每一个活动中协同规则调用服务来完成该活动的任务.由于流程节点之间的流转体现出多种协同关系,在进行逻辑规则和时间规则分类的基础上,提出了基于业务流程执行语言BPEL协同规则的描述方法.以申请开放实验项目协同流程为例,涉及多种人员角色,利用移动短消息的模式驱动流程的流转,利用基于BPEL描述的服务协同规则进行了实现,取得了良好的效果.表明所提出的方法有利于简化移动服务平台的系统集成,缩短系统设计周期.     

JCR 2008—2010年收录急诊医学文献及中国机构发文统计分析

利用ISI(Institute for Scientific Information)的JCR(Journal of Citation Reports),从发文篇数、影响因子、国家和地区分布、文献语种分布等方面对急诊医学学科文献进行了统计分析。结果显示:2008—2010年JCR收录急诊医学期刊的文献合计6936篇,分布在95个国家和地区。其中美国在22种期刊中有发文(Notarzt上没有发文)且在23种期刊的55个年度上有29个年度排在第一位,发文3147篇,占总发文量的45.37%。结论是:SCI收录的急诊医学文献中,以英文发表的文献有6365篇,占91.77%。中国作者在13种杂志上发表论文为152篇,占比2.19%。我国国内有36个机构发表92篇文献,说明我国急诊医学在SCI的占比较少,我国的急诊医学杂志有待于增强国际合作以提高我国急诊医学在国际上的地位和影响力。     

基于RBF神经网络的复杂系统的建模与优化

针对BP神经网络算法在用于函数逼近时,存在着收敛速度慢、易陷入局部极小的不足,提出基于RBF(径向基函数,Radail Basis Function)神经网络的建模与优化方法,并以典型复杂系统联合制碱工业过程为例,利用神经网络算法的强大学习能力建立RBF神经网络模型,并进行优化研究。以联合制碱工业过程中的煅烧工段为例进行了仿真研究,仿真结果显示RBF神经网络的优越性,效果令人满意。     

空间结构热-动力学耦合系统稳定性的有限元分析

针对在轨航天器柔性附件的热-动力学耦合系统,提出了一种稳定性分析有限元方法。该系统的状态方程既包括考虑辐射换热且耦合了结构变形的非线性瞬态热传导方程,也包括与瞬态温度场相联系的结构动力学方程。由于结构变形对于受热条件的耦合影响以及辐射换热的存在,该系统具有高度非线性。借助于非线性振动理论,给出了系统热诱发振动的稳定性准则。针对不同的结构,可以计算出不同的运动稳定边界,该边界将参数空间分成了稳定区域和不稳定区域。对哈勃太空望远镜太阳帆板进行了稳定性分析,该方法所得数值解与文献结果一致。对更为复杂的卫星天线,用该方法给出其发生热颤振的参数条件,探讨了结构参数、加热条件对其热-动力学耦合系统稳定性的影响。     

记忆模型与认知调控——突发状态下政府与公众信任关系信息调控策略

公众与政府之间的信任关系是政府突发事件治理的关键影响因素.突发状态下,公众对政府的信任主要来源于记忆系统的回溯与直觉,由于记忆的不全美性和直觉偏差,这种信任关系可能被扭曲.引入了近因效应和重复效应两个参数,构建了基于记忆模型的政府信任度认知调控模型,针对不同信息的诱导作用,给出了突发状态下政府最优信息发布的决策模式,即...