網(wǎng)絡(luò)科學(xué)（第3卷）

前言

　　在人類進(jìn)入21世紀(jì)之初，網(wǎng)絡(luò)科學(xué)受到世界各國(guó)科學(xué)、技術(shù)、教育、經(jīng)濟(jì)及軍事等社會(huì)各界人士及民眾的高度關(guān)注。2009年7月24日出版的《science》雜志推出了新專題“復(fù)雜系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)”，包括12篇文章。在其前言“聯(lián)系”中首先引用了美國(guó)黑人民權(quán)領(lǐng)袖馬丁·路德·金的名言：“我們都無法逃避地處在相互聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)中，只要任一事物直接地影響了其中一個(gè)人，就會(huì)間接地影響其他所有人。”他還寫道：“從混沌到復(fù)雜性，從我們細(xì)胞中的分子運(yùn)動(dòng)到全球通信網(wǎng)絡(luò)，我們都是網(wǎng)絡(luò)的一部分。本專題將全面介紹目前在各學(xué)科領(lǐng)域中科學(xué)家們?nèi)绾巍畬⒕W(wǎng)絡(luò)推向極限’?！保ㄔ搶ｎ}每一篇文章均配有通欄標(biāo)題“Pushing Networks to the Limit”）　　在美國(guó)和英國(guó)等歐美國(guó)家，網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的研究正在興起。2006年5月16~25日，國(guó)際網(wǎng)絡(luò)科學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議（NetSci 2006）在美國(guó)印第安納大學(xué)召開并得到了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金資助；2007年5月20～25日，Netsci 2007在美國(guó)紐約科學(xué)館召開，并舉辦了網(wǎng)絡(luò)科學(xué)圖片展覽；2008年6月23~27日，NetSci 2008在英國(guó)諾里奇生命科學(xué)學(xué)院召開；2009年4月24日，第一屆IEEE國(guó)際網(wǎng)絡(luò)科學(xué)用于通信網(wǎng)絡(luò)學(xué)術(shù)會(huì)議（NetSeiCom 2009）在巴西里約熱內(nèi)盧召開；2009年6月29日～7月3日。NetSci 2009在意大利威尼斯召開，意大利Sapienza大學(xué)物理系42歲的副教授G。 Caldarelli擔(dān)任了此次會(huì)議的主席，他從事生物學(xué)及生態(tài)網(wǎng)絡(luò)研究，建立了網(wǎng)絡(luò)世界模型并應(yīng)用于食物網(wǎng)絡(luò)研究。

內(nèi)容概要

　　完全是機(jī)緣巧合。在1987年7月，網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究的一個(gè)先行者——美國(guó)密執(zhí)安大學(xué)教授Manrred Kochen（1928年至1989年1月7日）曾應(yīng)《網(wǎng)絡(luò)科學(xué)（第3卷）：生物網(wǎng)絡(luò)》作者之邀來軍事科學(xué)院作學(xué)術(shù)報(bào)告“智能管理系統(tǒng)”，相關(guān)照片刊登在《軍事系統(tǒng)工程》雜志（J987年第2期），他主編的《小世界》一書于1989年1月1日出版，現(xiàn)已被列入美國(guó)科學(xué)院研究報(bào)告推薦的35種網(wǎng)絡(luò)科學(xué)代表著作之一。在2009年7月24日出版的《Scieiice》雜志推出了新專題“復(fù)雜系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)”，其中有著名網(wǎng)絡(luò)科學(xué)家A。L。Barabasi的一篇論文，他再次引用了I。Pool和M。Kochen于1978年發(fā)表的題為“接觸及影響”的著名論文。該論文介紹了以小世界現(xiàn)象為原理建立數(shù)學(xué)模型的開創(chuàng)性工作，這是最早的小世界網(wǎng)絡(luò)模型，后來被稱為PoolKochen模型。

作者簡(jiǎn)介

　　曾憲釗，廣東梅縣人，1968年畢業(yè)于哈爾濱軍事工程學(xué)院計(jì)算機(jī)系。1981年在中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所獲得碩士學(xué)位。1981年至2005年，在軍事科學(xué)院軍事運(yùn)籌分析研究所工作，曾任研究員、博士生導(dǎo)師：現(xiàn)受聘為北京科技大學(xué)信息工程學(xué)院教授，中國(guó)系統(tǒng)仿真學(xué)會(huì)理事及《系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)》編委會(huì)委員。1992年至1993年，作為國(guó)家公派高級(jí)訪問學(xué)者赴美國(guó)從事人工智能研究，主要從事網(wǎng)絡(luò)科學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、系統(tǒng)仿真及人工智能研究。享受國(guó)家政府特殊津貼。獲得軍隊(duì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、全軍軍事科研成果一等獎(jiǎng)、軍事科學(xué)院軍事科研成果一等獎(jiǎng)及其他獎(jiǎng)多項(xiàng)。在國(guó)內(nèi)外重要學(xué)術(shù)刊物和會(huì)議上發(fā)表論文50余篇，在國(guó)內(nèi)編寫出版著作5部。

書籍目錄

第一章 引言1.1 網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的定義1.2 新世紀(jì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的迫切需求1.2.1 世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的需求1.2.2 網(wǎng)絡(luò)社會(huì)崛起對(duì)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的需求1.2.3 軍事指揮控制網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的需求1.2.3.1 越來越龐大和復(fù)雜的軍事指揮控制網(wǎng)絡(luò)1.2.3.2 網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)和網(wǎng)絡(luò)中心作戰(zhàn)1.2.4 應(yīng)對(duì)生物恐怖主義威脅對(duì)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的需求1.2.5 事關(guān)世界各國(guó)安危的網(wǎng)絡(luò)安全對(duì)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的需求1.3 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)發(fā)展歷史回顧1.3.1 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的來源1.3.2 規(guī)則網(wǎng)絡(luò)理論1.3.3 社會(huì)網(wǎng)絡(luò)圖和社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析1.3.4 隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論1.3.5 從阿帕網(wǎng)、因特網(wǎng)到萬(wàn)維網(wǎng)1.3.6 從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)到網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究的新進(jìn)展1.3.6.1 從“六度分離”理論到“小世界網(wǎng)絡(luò)”1.3.6.2 冪律與無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)1.3.7 網(wǎng)絡(luò)研究的新發(fā)現(xiàn)迫切需要發(fā)展網(wǎng)絡(luò)科學(xué)1.3.8 美國(guó)和歐盟重視網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究1.4 在新世紀(jì)之交出現(xiàn)的百家爭(zhēng)鳴和百花齊放的網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究1.4.1 研究網(wǎng)絡(luò)社會(huì)的新理論1.4.2 動(dòng)態(tài)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展1.4.3 有關(guān)超家族的研究進(jìn)展1.4.4 社會(huì)網(wǎng)絡(luò)傾向于更多連接，而生物和技術(shù)網(wǎng)絡(luò)卻相反1.4.5 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)子圖和環(huán)的不同演化機(jī)制1.4.6 基于優(yōu)化原理的因特網(wǎng)新模型和無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)模型的對(duì)比研究1.4.7 人腦與社會(huì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的相似性1.5 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)與多學(xué)科的交叉融合1.5.1 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)促進(jìn)了新交叉科學(xué)——網(wǎng)絡(luò)社會(huì)學(xué)1.5.2 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)促進(jìn)了新交叉科學(xué)——網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)學(xué)1.5.3 新交叉科學(xué)：系統(tǒng)生物學(xué)、網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)與網(wǎng)絡(luò)醫(yī)學(xué)1.5.3.1 生物科學(xué)家提出了系統(tǒng)生物學(xué)1.5.3.2 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)家提出了網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)1.5.3.3 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)家提出了網(wǎng)絡(luò)醫(yī)學(xué)1.5.4 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)促進(jìn)了新交叉科學(xué)——萬(wàn)維網(wǎng)科學(xué)1.5.5 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)促進(jìn)了新交叉科學(xué)——網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)學(xué)1.5.6 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)、技術(shù)與實(shí)驗(yàn)1.6 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究方法及體系結(jié)構(gòu)框架1.7 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的子學(xué)科1.8 網(wǎng)絡(luò)的分類方法參考文獻(xiàn)第二章 從生物武器對(duì)人類的威脅看生物科學(xué)及網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的重要性2.1 生物武器對(duì)人類的威脅2.1.1 使用生物武器的歷史2.1.2 聯(lián)合國(guó)《生物和毒素武器條約》留下允許研制生物武器的隱患2.1.3 一些新病毒可能用作生物武器2.1.4 基因武器2.2 為有效防范生物武器，各國(guó)應(yīng)采取的對(duì)策2.3 美國(guó)政府重視防御生物武器襲擊2.3.1 美國(guó)克林頓總統(tǒng)召開的“基因工程與生物武器”圓桌會(huì)議2.3.2 美國(guó)總統(tǒng)重視防御生物武器2.4 美國(guó)科學(xué)院研究報(bào)告《未來陸軍應(yīng)用生物技術(shù)的機(jī)遇》建議重視防范生物武器威脅2.5 美國(guó)陸軍研制的士兵系統(tǒng)包括防范生物武器的設(shè)備2.6 美國(guó)科學(xué)院研究報(bào)告《網(wǎng)絡(luò)科學(xué)》論防御生物武器襲擊2.7 美國(guó)西點(diǎn)軍校網(wǎng)絡(luò)科學(xué)中心重視研究生物戰(zhàn)及生物恐怖主義參考文獻(xiàn)第三章 生物學(xué)面臨的新挑戰(zhàn)及其為網(wǎng)絡(luò)科學(xué)帶來的重大發(fā)展機(jī)遇3.1 生物學(xué)3.2 生物科學(xué)技術(shù)發(fā)展歷史簡(jiǎn)介3.3 發(fā)現(xiàn)生物網(wǎng)絡(luò)并應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)圖的典型案例3.3.1 《黃帝內(nèi)經(jīng)》描述人體12條經(jīng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)圖3.3.2 Darwin描述物種進(jìn)化的網(wǎng)絡(luò)圖3.3.3 Crick描述細(xì)胞遺傳信息流的網(wǎng)絡(luò)圖3.4 人類基因組計(jì)劃的結(jié)果使生物科學(xué)面臨新挑戰(zhàn)3.4.1 人類基因組計(jì)劃及相關(guān)研究的結(jié)果3.4.2 世界各國(guó)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)家與生物科學(xué)家聯(lián)合起來應(yīng)對(duì)新的挑戰(zhàn)3.4.3 系統(tǒng)生物學(xué)的研究進(jìn)展3.4.3.1 系統(tǒng)生物學(xué)研究機(jī)構(gòu)的創(chuàng)建3.4.3.2 系統(tǒng)生物學(xué)將挑戰(zhàn)以DNA雙螺旋為基礎(chǔ)的分子生物學(xué)的統(tǒng)治地位3.4.4 基因網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展3.4.4.1 針對(duì)單一靶標(biāo)的基因療法的挫折3.4.4.2 利用基因網(wǎng)絡(luò)的概念研究針對(duì)多重靶標(biāo)另與血液干細(xì)胞等療法相結(jié)合的基因療法3.4.4.3 尋找與疾病有關(guān)的基因網(wǎng)絡(luò)3.4.5 蛋白質(zhì)組及人類相互作用組的研究進(jìn)展3.4.6 遺傳信息網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展3.4.6.1 第一遺傳密碼3.4.6.2 第二遺傳密碼的假說3.4.6.3 第三遺傳密碼的假說3.4.7 表觀遺傳網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展3.5 后基因組時(shí)代為網(wǎng)絡(luò)科學(xué)帶來新機(jī)遇參考文獻(xiàn)第四章 系統(tǒng)生物學(xué)、網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)與網(wǎng)絡(luò)醫(yī)學(xué)4.1 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)家獲得系統(tǒng)生物學(xué)獎(jiǎng)4.2 “系統(tǒng)”與“網(wǎng)絡(luò)”的概念4.3 系統(tǒng)生物學(xué)4.3.1 系統(tǒng)生物學(xué)概述4.3.2 基本的研究?jī)?nèi)容4.3.3 基本的研究工作流程4.3.4 基本的研究方法4.3.4.1 自頂向下的研究方法4.3.4.2 自底向上的研究方法4.3.4.3 綜合方法4.3.4.4 干涉方法4.3.5 高精度的綜合測(cè)量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)4.4 網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)4.4.1 生命復(fù)雜性的金字塔4.4.2 網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)概述4.4.3 生物學(xué)中的網(wǎng)絡(luò)：發(fā)現(xiàn)、分析和建模4.5 網(wǎng)絡(luò)醫(yī)學(xué)4.5.1 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)醫(yī)學(xué)之間的關(guān)系4.5.2 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)和人類疾病之間的關(guān)系4.5.3 蛋白質(zhì)交互網(wǎng)絡(luò)和人類疾病之間的關(guān)系4.5.4 構(gòu)建人類的疾病基因網(wǎng)絡(luò)4.5.5 為研制新藥構(gòu)建靶標(biāo)網(wǎng)絡(luò)參考文獻(xiàn)第五章 基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)及其模型5.1 概述5.1.1 基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)5.1.2 基因表達(dá)及其多層次調(diào)控5.1.3 基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的控制節(jié)點(diǎn)5.1.4 基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)和功能5.1.5 細(xì)菌基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的全局性定量分析5.2 基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)模型5.2.1 建立基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)模型的基本問題5.2.2 選擇適當(dāng)層次的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)模型5.2.3 基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)模型的種類5.2.4 今后基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)模型應(yīng)重點(diǎn)研究的問題5.3 基于有向圖的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)模型第六章 蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)及其模型第七章 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)及其模型第八章 代謝網(wǎng)絡(luò)及其模型第九章 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)及其模型第十章 基于網(wǎng)絡(luò)科學(xué)與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的生物網(wǎng)絡(luò)模型附件1：名詞術(shù)語(yǔ)中英文對(duì)照表附件2：邀請(qǐng)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的先行者——美國(guó)教授科欽來軍事科學(xué)院講學(xué)紀(jì)事

章節(jié)摘錄

　　3.系統(tǒng)控制　　為了應(yīng)用來自系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和行為理解的知識(shí)，有必要建立一個(gè)控制生物系統(tǒng)狀態(tài)的方法。如何將功能異常的細(xì)胞轉(zhuǎn)變成健康的細(xì)胞？如何控制癌細(xì)胞使之成為正常細(xì)胞或使之凋亡？能將處于分化狀態(tài)的特定細(xì)胞轉(zhuǎn)化為干細(xì)胞嗎？能否進(jìn)一步控制它使之分化為需要的細(xì)胞類型？完成這些控制技術(shù)將對(duì)人類健康造福無窮?！　?.系統(tǒng)設(shè)計(jì)　　最后，希望發(fā)明能夠使人類為了治療疾病而設(shè)計(jì)生物系統(tǒng)的技術(shù)。例如，在未來由病人自己的組織來設(shè)計(jì)和培養(yǎng)器官，這樣的器官克隆技術(shù)對(duì)需要器官移植的疾病治療有重大作用。在機(jī)器人、計(jì)算機(jī)等中使用生物材料，也有廣泛的工程用途。使用具有自修復(fù)、自維持性能的生物材料對(duì)工業(yè)發(fā)展所起的作用將是革命性的?！　D4.3以生物鐘系統(tǒng)為例顯示了系統(tǒng)生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容。圖中的生理節(jié)奏是指與地球24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)相關(guān)聯(lián)的新陳代謝、內(nèi)分泌與睡眠等節(jié)奏。　　2003年，德國(guó)布倫瑞克大學(xué)教授R.D.schmid在文獻(xiàn)中用一幅圖概括地描述了系統(tǒng)生物學(xué)基本的研究?jī)?nèi)容與方法，本書作者略作改動(dòng)，如圖4.4所示?！　D4.4簡(jiǎn)要描述了系統(tǒng)生物學(xué)基本的研究?jī)?nèi)容與方法：使用前期實(shí)驗(yàn)的和生物學(xué)的知識(shí)來公式化最初的成分和它們之間的關(guān)系，并推導(dǎo)所選擇的生物學(xué)參數(shù)。進(jìn)一步，系統(tǒng)地開發(fā)那些構(gòu)建生物現(xiàn)象的所有的最初的數(shù)學(xué)模型。對(duì)來自實(shí)驗(yàn)和各種模型預(yù)測(cè)的各種結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，有助于篩選出那些能最好地描述這些數(shù)據(jù)的模型。利用與以前構(gòu)建的模型相矛盾的案例及數(shù)據(jù)可以改進(jìn)現(xiàn)有的模型。為推算新的參數(shù)也可以設(shè)計(jì)和進(jìn)行新的實(shí)驗(yàn)。還可以反復(fù)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察并與模型的預(yù)測(cè)進(jìn)行對(duì)比。

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