复杂科学2021年度精选:从诺贝尔奖到未来科学
编者按:
俯仰一息辞旧念,晴空万里无闲云。2021年终于画上句点。
这一年,三位科学家因对理解复杂系统的开创性贡献而斩获诺贝尔物理学奖。诺奖既表彰了以地球气候系统为代表的复杂系统研究工作,也在提醒我们对于跨尺度的复杂系统问题和系统性的人类发展挑战,需要予以加倍关注。
这一年,从复杂网络到机器学习,从开放系统到生物信息,从个体智能到集体行为,从社会变迁到科学革命,我们探索着复杂系统背后的统一规律,也经历着学科分化与整合。作为跨学科研究的典型,复杂科学正在物质科学、生命科学、社会科学、信息科学的边界处引线穿针,开洞破墙。我们隐隐看到,颠覆性创新正在酝酿之中,重大科学发现逐渐浮出水面。
集智编辑部特别整理了集智俱乐部公众号2021年的推文,从中选取部分有代表性的新工作解读、重要前沿方向的综述探讨、经典文献与科学故事,以及集智这一年的行动探索,以飨读者。
从无序寻找有序,让混沌涌现新生。感谢朋友们相伴,我们2022年再见!
目录:
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诺奖——复杂科学正当其时 -
进展——2021年代表性研究 -
整合——学科交叉里程碑 -
经典——常读常新 -
科普——复杂之美 -
行动——探索实践,邀你同行 -
致谢
1. 诺奖——复杂科学正当其时
1. 诺奖——复杂科学正当其时
2. 进展——2021年代表性研究
2. 进展——2021年代表性研究
复杂系统前沿:网络、拓扑与临界
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网络遇见大数据:在大型静态数据集中恢复动态网络
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网络隔离器:改善网络结构以提升韧性
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PNAS前沿:多层网络的拓扑聚类
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PNAS前沿:几何分叉增长模型再现复杂网络演化过程
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Science重磅:非平衡系统中,秩序是如何涌现的?
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齐夫定律为何普遍存在?从最省力原则到最大化多样性 -
前沿解读:基于本征微观态分析复杂系统相变与临界现象
人工智能怎样理解复杂系统?
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如何以最小代价破坏系统结构?一套基于机器学习的方法
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PNAS前沿:系统何时走向崩溃?深度学习算法帮助预警临界点
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物理网络中的监督学习:从机器学习到学习机器
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周晓华:如何用数学语言来描述进行因果分析?
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用计算机真正模拟生命还要多久
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PNAS前沿:使用深度学习模拟宇宙流体动力学
物理世界的本源:信息、量子与尺度变换
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PRL:互信息帮助分离环境噪声与系统内部相互作用
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Nature:微观量子自旋系统中涌现出宏观经典现象
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PRL:首次在开放系统中观察到时间晶体
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时间测量可以无限精确吗?对时钟的热力学新理解
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PRL前沿:重整化群和信息论的关联
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人脸和宇宙是啥关系?看物理学家怎样用重整化群流模型重新理解视觉
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Science:迈向量子互联网
生命是什么,生命怎样起源?
生命是什么,生命怎样起源?
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巴拉巴西 Nature 刊文:人类基因组计划20年, 明星基因大放异彩,生物网络亟待探索
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老药新用治疗新冠疾病?网络医学框架加速药物研发
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Science封面文章解读:花椰菜分形结构的起源
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Science评论:深度学习助力高通量结构生物信息学
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蛋白质的动力学和进化之间的对应关系:两个不同时间尺度下的相同故事
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迈向生态进化动力学
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生物物理前沿:从液滴中窥探生命
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生命形式曾经多次发生?多重视角探寻生命起源的理论结构
智能是什么,智能怎样涌现?
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知识怎样在大脑中表征?Nature刊文揭示抽象知识的几何结构
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大脑为何如此耗能?比较计算与通信的代谢能效
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脑的进化:更大的脑容量预示更高的智能水平?
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Science:穿梭于个体大脑与群体大脑之间探索社会智能
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Science最新:用机器学习建模人类的风险认知
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信息大脑如何从物理大脑中涌现?
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作为因果科学家的神经系统:因果编码
如何量化人类行为,如何理解社会?
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集智科学家董磊Nature刊文,揭示人类出行的普遍模式
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前沿速递:大数据分析揭示我国人口流动复杂性
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社交网络视角下,怎样平衡防疫与经济?| PNAS速递
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AI经济学家:强化学习如何促进市场平等并提升生产效率
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Nat. Comput. Sci. 最新:人类移动行为涌现城市发展规律
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资产随时间幂律增长:公司发展的普遍规律与规模法则
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流动的集体注意力:在线教育背后的复杂系统
如何理解科学,如何孕育创新?
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Science最新:流行病大爆发期间政策与科学的共演化
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PNAS:数以亿计的论文,正在成为科学创新的阻力
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PNAS:应对系统性复合风险,科学需要新方案
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Nature子刊封面文章:想要原创成果?请建新鲜团队!
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获得诺奖预示着一个领域的终结,还是爆发?
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维基百科星星之火,照亮科研征途之路
3. 整合——学科交叉里程碑
3. 整合——学科交叉里程碑
诺贝尔奖新浪潮
网络、几何、量子、因果的纠缠
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陈关荣:探讨复杂网络的高阶拓扑及其应用
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Nature Reviews Physics综述:网络几何
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如何超越图论,探索大数据中的复杂联系? -
构建因果引擎,创新科研范式——因果科学的学习路线图 -
因果表征学习最新综述:连接因果科学和机器学习的桥梁
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耿直:因果作用评价与因果网络学习及其结合
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进化计算前沿综述:值得算法学习的6个生物进化特征
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长文综述:集群机器人的过去、现在与未来
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Physics Reports最新综述:解决物理、生物、经济中的稳定匹配
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量子联结:高能物理、凝聚态物理和量子信息之间的联系
从生命到生态:物理、信息、涌现的视角
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物理生物能量学:非平衡物理学、能量代谢与细胞生物学的新交叉
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信息视角下的生命是什么:横跨生命和非生命集群系统的信息化架构
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生命如何在复杂环境中生存?信息、调控和几何结构的交织
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涌现、因果与自指——“因果涌现”理论能否破解生命与意识之谜
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前沿综述:生命网络的合成路线
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长文综述:量子生物学的未来
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长文综述:神经系统中的心智因果模型
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长文综述:给生物学家的机器学习指南
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Science长文综述:通过空间斑图形成避免复杂系统崩溃
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地球系统科学简史:理解地球复杂性的多学科探索历程
社会、经济、金融的复杂性
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前沿综述:社会科学进入黄金时代
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罗家德:社会计算方法论
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Brian Arthur长文综述:复杂经济学的基础
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Nature Reviews Physics长文综述:金融网络的物理学
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César Hidalgo 长文综述:经济复杂性理论及应用
跨学科特刊
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量化集体行为特刊:信息论为量化集体性提供形式化框架
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传染病监测的数据科学方法特刊:大数据怎样应对大流行
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PNAS 特刊:生物演化模型如何帮助解决金融市场问题?
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Nature计算社会科学特刊:如何对21世纪人类社会进行有意义的度量?
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复杂生命的起源和兴起特刊:综合模型、地球化学和古生物学数据
4. 经典——常读常新
4. 经典——常读常新
5. 科普——复杂之美
5. 科普——复杂之美
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物理学和生物学中的真与美 -
从混沌到自由意志 -
数学家证明相变的对称性:从旋转对称性到标度不变性 -
几何、分形与时空:跨越百年的维度定义之旅 -
困扰热力学的三个妖精 -
因果涌现:数学理论揭示整体怎样大于部分之和 -
耗散结构与自然界的不可逆性——“热力学诗人”普里高津 -
人类世:地球上的新主人 -
大自然的剧本:人类能从复杂适应系统中学到什么 -
为什么大脑不是预测机器 -
微积分的未来:DNA、非线性、混沌、复杂系统与人工智能 -
大科学时代,指数级增长的科学仍然拥有前所未有的朝气与活力
6. 行动——探索实践,邀你同行
6. 行动——探索实践,邀你同行
科学还能这样玩
读书会与主题社群
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复杂经济学读书会启动招募,一起探索非均衡的、演化的经济系统
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连接统计学、机器学习与自动推理的新兴交叉领域——因果科学读书会再起航
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企业建模与发展预测读书会启动招募,探索复杂系统自动建模技术前沿
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融合计算科学、社会科学与复杂科学:社会计算系列读书会启动招募
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因果涌现读书会启动:连接因果、涌现与自指——跨尺度动力学与因果规律的探索
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复杂系统管理学读书会启动:用复杂性思维应对21世纪管理难题
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因果+X:解决多学科领域的因果问题 | 因果科学读书会第三季启动
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自生成结构读书会启动:剖解生命、意识与智能的核心结构
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地球系统科学读书会启动:统计物理与深度学习交叉前沿
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量子信息与量子计算预读班:追踪量子信息革命交叉前沿
前沿课程与知识体系
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2021重磅新课:探索网络动力学——网络科学第二期
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从数学建模到多学科应用——网络科学·集智课堂全新升级
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人人可学的范畴论——跨领域的科学方法论 | 精品入门系列课
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人人可学的范畴论第二季——跨学科的科学方法论 | 精品入门系列课
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面向应用的复杂系统建模实战 | 系列课程上线
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尤亦庄:Quantum Mechanics | 英文系列课程
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入门复杂性科学,从Netlogo课程开始
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集智俱乐部新书上市 | NetLogo开荒之作!
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《张江·复杂科学前沿27讲》完整上线!
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集智学园年费VIP计划开启,一起探索复杂性
7. 致谢
7. 致谢
蔡梦思、蔡心宇、陈关荣、陈晗曦、陈昊、陈斯信、陈翔、陈晓松、戴碧涛、邓宇昊、狄增如、董磊、杜旭冲、段月然、樊京芳、范星辰、方宏波、冯子健、付鑫玉、傅渥成、高见、高明、高爽、高鑫、耿直、苟泽鹏、谷伟伟、关国业、郭雷、郭瑞东、郭铁城、韩莹莹、胡一冰、扈鸿业、黄华津、黄俊铭、黄泽豪、纪洪波、江水、靳明瑜、Leo、李奉治、李昊轩、李红刚、李明章、李若兰、李小萌、李旭、李宜轩、李勇、李周园、刘慧、刘曼霞、刘宇、刘志航、陆超超、陆君安、陆怡舟、罗策、罗家德、吕丽莎、吕欣、孟凡圆、潘佳栋、仇玮祎、沈忱、师明磊、十三维、宋词、孙宇、汤迎、陶宁宁、田洋、王百臻、王大顺、王国成、王涵菁、王荣、王瑞、王帅、王硕、王婷、王晓、王有贵、许亦岚、魏猛、吴雨桐、熊宏晋、熊一蓉、徐恩峤、鄢鹏高、晏丽、杨文波、殷裔安、雨嘉、苑明理、张澳、张钢锋、张婧婧、张沛、张清鹏、张兴璇、张羿、张泽成、章彦博、赵一诺、赵雨亭、郑木华、周嘉俊、周莉、周晓华、周钰伦等,以及全体集智百科志愿者和集智众包术语库志愿者。