复杂系统与城市科学 | SocioX 2021
导语
名校教育不能使你赢得人生的成功游戏,但教育本身就是启迪之光。X Academy 2021暑期项目将于8.1-8.12于上海举办,其中的SocioX项目致力于传播前沿的社会科学洞察,搭建青年交流平台。本届SocioX 暑期社科项目,包括计算社会科学、复杂系统与城市科学、经济计量学与因果推断三个系列课程。王成军、李睿琪等集智科学家任课程导师。
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01领域介绍
01领域介绍
宇宙中的混沌和复杂系统
金字塔被雪埋了起来,最下层是水的雪,中层是干冰的雪,上层是固态氧、氮的雪。夜空变得异常晴朗,群星像一片银色的火焰。一行字在星空的背景上出现:这一夜持续了四十八年,第137号文明在严寒中毁灭了,该文明进化至战国层次。文明的种子仍在,它将重新启动,再次开始在三体世界中命运莫测的进化,欢迎您再次登录。退出前,汪淼最后注意到的是夜空中的三颗飞星,它们相距很近,相互围绕着,在太空深渊中跳着某种诡异的舞蹈。 —— 刘慈欣《三体》
经历过两百段智慧生命从零开始的进化,这颗行星才诞生出一个稍微能够与这个恒星系残酷而诡异的力量抗衡的II型文明。在这个文明之前,是两百段被严寒或酷暑所淹没的历史。在这两百个文明的悲壮遗址上空,是三颗舞动的恒星。
半人马座 α 星
那是一个似乎和我们的太阳系很不一样的世界。在我们的单恒星系统中,人类文明自诞生不久之后就已经掌握了我们的恒星相对于地球的运动规律。各个时代的哲学家与科学家都能够对相似的运动作出各种解释。牛顿在前人观测数据的基础上,总结出了能够概括天体运动的最本质规律的万有引力公式:
而在三恒星系统中,最显著、最本质的作用力,与我们美妙而有序的太阳系没有任何差别:这些天体几乎只受到万有引力定律的支配;是万有引力定律决定了它们的运动状态。尽管最本质的相互作用力规律没有改变,但第三个星体的加入让整个三恒星系统成为了一片不确定的混沌。
三体能成为超高级文明所必备的能力,正是对复杂系统的掌握。在半人马座α星系统里观察那三颗太阳,所能得出的规律和公式只可能和那里行星的气候和温度一样,诡异而无法预测。然而就是在这样的条件下,小说中的三体人成为了 II 型文明:他们在进化过程中克服了根本观察不出规律的混沌,从这片混沌中提炼出了最核心的万有引力公式,以及拥有了对这一公式所带来的多个微分方程数值解进行精确计算的能力。
要从三颗飞星的折磨中走出来,简洁的万有引力公式就是突破混沌的第一步。这恰好体现了复杂系统研究的核心:从随机与混乱之中寻找简明的规律。这或许也是人类往更高级的文明发展的道路上一个时常需要解决的问题,因为宇宙各处都存在着这样的非线性混沌问题乃至复杂系统问题尚待解决。
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什么是混沌:拥有多个自变量的非线性系统。(非线性:变量与自变量不成正比) -
什么是复杂系统:由大量不受中心控制的个体组成的、持续变化的且难以预测的系统。 -
混沌和复杂系统的关系:混沌动力学系统的发展为刻画复杂系统提供了理论基础。
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红线处是目前已有定论的三体问题。 -
橙色框是稍微靠近应用层面的物理学课题。 -
蓝色框是仍未有大统一理论的基础理论物理学课题。 -
绿色框是一些典型的复杂系统:生态系统、经济活动以及生命演化。
人类社会的复杂系统
复杂系统与城市科学
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探究城市中的复杂网络,以交互的系统性建模的视角来发现城市中的规律; -
我们也会一起思考城市感知和人类动力学的课题,人类如何感知城市动态变化的信息,以及人类移动的特点; -
疫情尚存的背景下,我们也可以共同探究流行病传播动力学的各种模型; -
此外,我们还可以一同学习城市标度律理论和城市演化的建模,以量化的方法预测城市的未来……
02课程介绍
02课程介绍
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城市科学简介 -
城市的幂律分布与起源 -
城市演化建模 -
网络算法入门 -
人类移动的动力学 -
流行病传播分析 -
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03导师介绍
03导师介绍
04综合信息
04综合信息
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