复杂网络的奠基之作——《链接》

《链接》

在看这本书时,脑海中总是浮现起《失控》的影子,同时,总是需要提醒自己,这是一本十几年前写就的书,否则你可能会产生这是近几年畅销书的错觉。

                                                                                                                          ——题记

这本书的封面上赫然写着“全球复杂网络研究权威巴拉巴西经典作品、复杂网络奠基之作、社交网络入门之作”,或许这些是营销广告语,但是它的确不负这几个形容短语。


作者开篇就明确本书讨论的中心:网络。过去人们认识世界的方式倾向于还原论,“人们曾经拆卸过宇宙,却不知道该如何将它再拼起来”。拼不起来的原因在于,人们既没有一本地图可以按图索骥,对拆解之后的各部分的具体关系也一知半解。黑客MafiaBoy和基督教保罗的例子,说明从古至今,单个个体都可以对整个网络产生巨大的影响,他们的背后存在则是负载网络。当还原论遇上复杂性时,作者抛出问题:谁在支配网络的结构与演化?下一个大变革是什么?

首先,复杂网络是如何起源的。

而这就要先从图论说起,欧拉的图论证明体现了图或者网络的构造和结构是理解我们周围复杂世界的关键。拓扑结构的微小变化,即使只影响少数几个节点或边,也能打开隐藏的大门,让新的可能涌现出来。而两个数学家——保罗·埃尔得什和阿尔弗雷德·莱利提出了“随机网络”模型:

网络是通过随机连接节点搭建起来的,在这个网络中,链接是完全随机放置的,所有节点有相等的机会获得链接,只要网络足够大,几乎所有节点拥有的链接数都基本相同。因此,随机网络是一个高度平等的网络。

然而,这个模型将复杂性与随机性混为一谈,大多人还是相信,我们并不是生活在一个随机的世界中,背后一定有些复杂的规律或者理论在指导。随着理论的发展,作家卡林希在他的作品中提及我们如今熟知的“六度分隔”理论,这个理论甚至一度被誉为是社交网络的理论起源。而哈佛大学教授斯坦利·米尔格拉姆将此理论重新发掘,并转变成了一个关于人类联通性的著名的开创性研究:我们都生活在一个小世界里,而且这并不是人类社会所独有的。作者团队就发现,万维网其实是“十九度分隔”的小世界。

上文中提到的“小世界”是指一种特殊的复杂网络结构,在这种网络中,大部分节点彼此并不相连,但节点之间经过少数几步就可以到达。“小世界”有个“聚团性”的特点:

聚团性是指在网络中,同一个顶点的邻点之间有更大的概率有边链接的现象。

用人话来说,就是我们的朋友之间往往也是朋友,是不是很熟悉,想没想起前两年特别流行的“强关系和弱关系”理论?没错,葛兰托韦特在《弱关系的优势》论文中,提出了弱关系理论,这个理论背后的世界,跟我们前面提到的随机世界就完全不一样。而“聚团”并不仅仅发生在社交网络中,这是由瓦茨和斯托加茨首先发现,他们同时还提出了一个新的模型,把聚团现象和随机模型结合在一起。新模型展示了高度的聚团性,但是在该模型中,小世界不存在了,成为一个大世界,节点之间的距离非常远。

就这样,复杂网络的研究开始有模有样了。从图论、到完全随机理论、再到小世界弱关系、最后到达聚团模型,人们终于开始认识到,网络后面的复杂性。然而,至此为止,模型描述的都是高度平等的社会。

其次,复杂网络的本质。

作者在梳理完复杂网络的早期研究轨迹后,继续深入问,那么到底是什么复杂网络的关键要素?答案是枢纽节点。枢纽节点是指网络中少数连接度非常高的节点。在存在枢纽节点的网络中,网络的结构由枢纽节点支配,从而使网络呈现出小世界特性。枢纽节点不仅仅出现在万维网,它在许多真实的网络中都出现了,是复杂互联世界中的普适组件。而这个的存在,需要彻底推翻随机世界观,重新思考网络。

而枢纽节点是如何形成的?产生的机制是什么?它们如何分布?这里首先需要提及“幂律”和“无尺度网络”。幂律分布是一条没有峰,且不断递减的曲线,它最突出的特征是大量微小事件和少数非常重大的事件并存。它所对应的是“钟型曲线”,两种分布在尾部存在重要的定性差异。钟型曲线尾部衰减速度比幂律分布快很多,它的尾部没有枢纽节点。

网络中的节点是以幂律的形式分布的,因而在连续的层级中,无法找到一个能够代表所有节点特性的节点,在这些网络中不存在固定尺度(尺度可以简单理解为从一个节点到另一个节点之间的距离)。因而,“无尺度网络”就这么出来了,这也是复杂网络的本质:

遵循幂律分布的网络,在这个网络中大多数节点只有很少的那个链接,他们通过少数几个高度连接的枢纽节点联系在一起。在形状上,无尺度网络很像航空交通系统,很多小机场通过少数几个主要的交通枢纽连接在一起。

幂律是复杂网络背后的规律,它预示着每个无尺度网络中都有一些大的枢纽节点,它们从根本上确定了网络的拓扑。而影响枢纽节点形成的机制,则是生长机制和偏好连接,它们共同表明复杂网络中的先发优势和强者愈强规律。每个网络都是从一个小的核开始,通过添加新的节点而增长。然后这些新的节点在决定连向哪里时,会倾向选择那些拥有更多链接的节点。无尺度模型将生长机制和偏好连接在一起,首次解释了真实网络中观测到的无尺度幂律。

然而,下一个问题是,后来者如何居上?又有一个新的概念提出:适应度模型。它在无尺度模型的基础上引入了竞争因素。在无尺度模型中,节点的吸引能力仅仅由它的链接数量决定,但在竞争环境下,适应度也发挥作用,具有更高适应度的节点更经常被连接,先发者不一定是最后的胜者,适应度主导一切,制造和打破枢纽节点。

节点永远在为链接竞争,因为链接在互联的世界里代表生存。然而即使是这样的网络也存在着健壮性与脆弱性并存的情况。虽然无尺度网络面对故障时并不脆弱,因为故障更多的影响小节点,但面对攻击时,因为枢纽节点更容易被攻击,使得网络具有脆弱性。而且,往往有时候并不用攻击枢纽节点,只要攻击合适的节点,带来的级连故障也是能有毁灭性的灾难。

最后,复杂网络的影响。

最后一部分占据了很大的篇幅,作者从万维网的病毒传播、人类社会的创新传播、经济学、社会和政治、生命与DNA、网络营销等各个角度讲解复杂网络研究的重大意义,同时作者对自己的无尺度模型进一步进行反思和完善,本书的最后提出模块化及社区概念,作者说这可能是对无尺度模型的一个挑战,但是也许也是一个补充。


《链接》全名是《链接——商业、科学与生活的新思维》,由美国学者艾伯塔—拉斯洛·巴拉巴西于2003年写就。这是个很有意思的标题。解读标题就能非常清楚的理出本书的脉络。

本书的主标题表达出了本书的主题,即整个社会方方面面的互相联系,这种联系就是所有存在之间的“链接”;而它的副标题分为两部分:商业、科学与生活。作者在书中写道:

这些法则可以描述各种各样非常不同的系统,如语言网络、细胞内蛋白质间的链接、人和人之间的性关系、计算机芯片的布线图、细胞的新陈代谢、互联网、好莱坞网络、万维网、科学家之间的共同署名关系、经济系统背后的精巧的合作网络,举不胜举。

副标题的第二部分是“新思维”。新思维则是一种范式变革,而这种进行思维转变,以及作者由表及里、不断提出问题-解决问题的思路,也是本书带来的最实在的震撼。从最初的随机世界观到后来对复杂性的深度挖掘,作者不断提出问题,整个过程中,我们也看到了合适的问题对于研究进程的推动是多么的巨大。

如果说《失控》是凯文·凯利带着我们在经济学、生物学、心理学、社会学、物理学、数学等等学科里转了一圈,让我们自行在浩瀚的例子中总结出他的分布式社会模型和变自生变的发展趋势(《大千世界中的新生物学——读<失控>》),那么《链接》就是巴拉巴西让我们跟着他的脑回路,一缕缕的帮我们梳理过去、现在和未来。

如题记所言,这是本2003年写就的书。也许你不了解互联网的发展历史,但是98年99年那些世纪之交的年份,现在所说的BAT三家刚刚成立,Google网站刚刚启用,那个时候互联网开始兴起。在没有浩瀚的互联网之前,科学家想要探讨社会网络背后的复杂性,非常艰难。只有互联网能够让他们第一次接触到巨大的复杂网络内部结构,从而通过机器算法,发现幂律的存在,并且一步步的扩展到周边网络,最终发现了复杂网络的本质,实现了范式变革的第一步。

其实在看本书的最后时,作者提了98年的金融危机,认为是大家不了解复杂网络,因此在发现以及应对危机时,没有找好合适的枢纽节点和操作思路,最终导致严重的级连故障。不知道他在看到后来更严重的次贷危机时,又是怎样的一种感想。此外,作者还提及一家以六度分隔为理论基础的商业网站倒闭,那个时候是2003年,而伟大的facebook是在书写成后的一年,也就是2004年成立,而且后来居上,凭着优秀的适应度。这个如果作者再版本书,是不是会成为一个优秀的例子呢?

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