多维的网络的启发:少即是多

堵车的时候,政府是不是应该多修路?路多了,是不是就没那么堵了?

科学家的答案是否定的。有时候,路变少了,交通反而更顺畅。

1案例

你要是不太相信的话,我先和你分享一个真实的案例。

在韩国首尔有一条横贯市中心的河流叫清溪川。

清溪川原本被一条高架桥所覆盖,2003年的时候,首尔政府将高架路拆除,让这条河流重见天日,并把它变成了一座都市里的水岸公园。

这个改造工程当时引起了很大的争议。反对者说,清溪川高架路是首尔的交通大动脉,每天要经过17万辆车。首尔本来就很堵车了,拆掉高架路肯定会让首尔的交通更加恶化。

但是索尔政府还是力排众议,把高架路给拆了。

拆除以后,奇怪的事情发生了,首尔市中心反而不堵车了。

当时主持这项工程的首尔市长李明博,因为这项政绩受到民众的欢迎,后来还当选为韩国总统。

2WHY

为什么拆了一条路,反而不堵了呢?原来,秦西窗高架桥拆除后改变了人们的出行习惯。

原来大家都挤在高架桥的路上,因为他快。桥拆掉以后,大家就去走两岸的街道车流,反而疏散了。

美国纽约也有类似的例子,有一年的世界地球日,人们在第42号大街上组织游行。纽约市政府禁止机动车在这条道路通行。难以置信的是,周围的交通状况反而更好。

这两个例子都是关掉道路交通,反而改善的情况。那么你会想:有加条路后反而更堵车的情况吗?也还真有,在德国有一个城市叫斯图加特。

这个城市曾经想通过添加一些道路,来解决交通不顺畅的情况。结果造成了令人意外的大堵车,直到把新修的这些道路重新关闭以后,这个城市的交通状况才恢复了正常。

3布雷斯悖论

刚刚讲的这个现象在网络科学里被称为布雷斯悖论。

布雷斯是一位德国的数学家,1968年的时候,他在一篇叫做交通规划悖论的论文里,给这个现象给出了数学的证明。所以后人把多修路多添堵的现象,命名为布雷斯悖论。

4伤感的北京

大家都知道,北京很堵车,这就是布雷斯悖论,在现实中的极端情况。

北京的主干道都是环路从二环三环一直修到了六环,那么自然形成的路网可不是这样的。

比如说欧洲的很多城市,他的道路是网状的纵横交错而,环路都是人为设计的,是建国初期我们从苏联老大哥那学来的(让苏联大哥背锅锅吧)。

设计者其实想的很周到,他想原有的路我都保留,在此之外,我再加几条又宽又直的环路,这样交通不就更方便了吗?

而且环路使沿着市中心往外修,还可以加强市中心和外围的联系,环路本身又相对封闭,可以快速同行,你看这是不是一个精妙的设计。

但实际情况呢,就是堵车环路进出口有限,在这些地方容易形成拥堵,更重要的一点是,人们无论去哪里,都习惯先上环路,再去辅路,所以环路常常都变得非常的拥挤。

5大概率事件的启示

你可不要以为这是个小概率事件。

科学家用计算机模拟证明,在网络生长的过程中,布雷斯悖论出现的概率高达50%,也就是说,只要你在网络里增加一条路,有一半的可能性会弄巧成拙。

布雷斯悖论给我们一个什么样的启示呢?那就是在一个系统里,增加更多的资源或选择,未必是一件好事。

然后,我们就通过几个例子来解释下原因。

6两个例子

1、比如说一个足球俱乐部引,进了一个大牌球星,大家都指望球队能够赢更多的比赛。

结果,整个球队的表现却让人大失所望,这是为什么呢?

其实不是因为新的团队需要时间来磨合,而是因为从教练到队友,都对这名球星产生了过度的依赖,反而影响了全队能力的发挥。

刚才讲的是比赛,我们再来看一个生活中很常见的场景,男孩跟女孩搭讪。

2、在电影《美丽心灵》里边有这么一段故事:数学家纳什和他的哥们儿们到酒吧、喝酒,看到了一群女孩。

那时就和他的哥们商量说,如果我们都去追里边那个最漂亮的女孩,肯定是自相残杀,最后可能谁也没戏。

等到那个时候,我们再去追他身边的其他女孩的话,这些女孩谁也不会再搭理我们了,因为没有人愿意当备胎。

所以最好的方法是我们达成一个兄弟协议,谁都不要去追那个最漂亮的,这样,我们谁也不会拦谁的道,也不会让其他女孩难堪。

这就是让我们今晚都有收获的唯一方案。

你看,这就是数学家的智慧。

7优化配置

为什么增加新的资源和选择,会把好事变坏事?

这是因为新的通道打破了原有的网络的均衡,让网络过于依赖,这样一个新的通道,最终降低了网络效率。

那么怎样才能提高网络效率,避免布雷斯悖论呢?

一个思路是借助计算机的仿真技术。

有研究者用公交一卡通的数据,对北京市的路网交通的情况进行了计算机建模。

他发现,如果优化公交线路,可以把北京高峰时期的路况通行量提升10%到15%。

这意味着什么呢,这就相当于在咱们北京新建了2到3条地铁,相当于节省了6000亿到1000亿的交通建设投资。

你看利用大数据,优化资源的配置,也能达到提升网络效率的效果。

8仿生设计

要避免布雷斯悖论,还有一个思路是采用仿生设计,我们把目光投向自然界,向自然界中的网络去学习。

跟大自然相比,我们人类设计出来的网络都太年轻简直就像是婴儿的涂鸦之笔,而自然界的网络,都是经历了几十亿年进化,形成的更像是艺术大师的杰作。

在自然界优胜劣汰的过程中,只有高效率的网络能够幸存到今天。

比如说在我们每个人的身体里边,就有这么一个值得效仿的网络——那就是我们的血管。

人体的血管有9万多米长,可以绕地球两圈半,他负责把营养、氧气和蛋白质准确的供给给我们身体里的37万亿个细胞。

9多维的网络

1、那血管网络为什么能这么高效呢?

这是因为血管在身体里的分布是立体的,他布满我们的全身,而不仅仅是在我们的皮肤表面。

但是,如果看城市,你会发现,尽管我们有地铁、有高架桥,但是绝大部分的交通都集中在地面上。

换句话说,我们的城市交通主要是二维的,而血管系统是三维的,所以血管是一个比道路神奇得多,也高效得多的运输网络。

道路设计师在研究我们人的血管,企图从里面寻找路网设计的灵感。

自然界的网络还给了我们另外的一个启示,那就是我们不能把网络看成一个机械的系统,而应该把它看成一个活生生的有机体。

2、比如说,我们眼中的森林就是地面上的那些树树和树之间,看不到什么联系。但实际上,森林就是一个网络。

因为在我们看不见的地下有一个庞大的真菌网络,把所有的树木连接在一起。

这个地下网络在树木之间分配水、碳、氮这些营养物质,同时还让树和树之间实现沟通和互助。森林中的幼苗和受伤的树木,在这个网络中会受到格外的关照,这就是森林深深不息的奥秘。

因此,要提高网络效率,车联网也是一个未来的方向,两车与车之间对话协商路线就会极大地提升出行的效率。

10布雷斯悖论的启发

布雷斯悖论告诉我们

1、在系统中增加新的资源和选择,不见得是一件好事儿。

2、大自然是最好的设计师,我们应该向大自然学习。

总结:

在网络中增加一条通道,可能会因为过于依赖这条新通道,反而降低了网络效率。

而在我们的工作和生活中,是否也有方法达到——少即是多?


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作者茶壶:chahushui

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