吳俊：在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中尋求最優(yōu)解

李明麗

在信息化與智能化時(shí)代，可以說(shuō)每一個(gè)人的生活中都充斥著網(wǎng)絡(luò)的影子。隨著互聯(lián)網(wǎng)、交通網(wǎng)、電力網(wǎng)、物流網(wǎng)等人們賴以生存的網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越錯(cuò)綜復(fù)雜，有些問(wèn)題卻一直回避不掉：這些復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可不可靠？一個(gè)小故障會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)崩潰嗎？在出現(xiàn)故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)怎樣才能保證正常運(yùn)行？面對(duì)這些問(wèn)題，對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的抗毀性進(jìn)行研究顯得十分重要和迫切。

北京師范大學(xué)自然科學(xué)高等研究院復(fù)雜系統(tǒng)國(guó)際科學(xué)中心教授吳俊堅(jiān)持擇一事終一生的態(tài)度，長(zhǎng)期從事復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)與大數(shù)據(jù)分析研究，深耕復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)抗毀性研究近20年，在領(lǐng)域內(nèi)取得了突出的學(xué)術(shù)成績(jī)。他正在思考如何將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)抗毀性與普通人的生活結(jié)合起來(lái)，真正地為社會(huì)服務(wù)。

持之以恒

“Enjoy Work，Enjoy Life”（享受工作，享受生活）是吳俊團(tuán)隊(duì)的微信群名稱，從這個(gè)名字不難看出這是一個(gè)崇尚快樂(lè)做科研的團(tuán)隊(duì)。吳俊團(tuán)隊(duì)所在的復(fù)雜系統(tǒng)國(guó)際科學(xué)中心才成立兩年多，中心成員的專業(yè)多種多樣，有系統(tǒng)科學(xué)、管理科學(xué)、生物學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)、計(jì)算機(jī)等，是一個(gè)不折不扣的交叉學(xué)科中心。而這正是吳俊選擇北京師范大學(xué)珠海校區(qū)的一個(gè)重要原因，“因?yàn)槲矣X(jué)得我的背景、我的研究都比較適合一個(gè)學(xué)科交叉融合的平臺(tái)”。

在此之前，吳俊在國(guó)防科技大學(xué)待了整整18年，從一名在讀的研究生成長(zhǎng)為教授、博士生導(dǎo)師，從軍事院校到地方高校，吳俊研究的重點(diǎn)始終沒(méi)有離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)抗毀性。

網(wǎng)絡(luò)抗毀性是什么？這或許會(huì)是大多數(shù)人在聽(tīng)到這個(gè)名詞時(shí)的反應(yīng)，它確實(shí)沒(méi)有那么被人熟知。網(wǎng)絡(luò)抗毀性研究最早起源于軍事領(lǐng)域，早期主要應(yīng)用于通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。通俗來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)抗毀性指的是網(wǎng)絡(luò)在節(jié)點(diǎn)或邊失效后繼續(xù)維持功能的能力。但實(shí)際上，幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)都存在抗毀性問(wèn)題。比如在生態(tài)系統(tǒng)里面，物種之間有復(fù)雜的關(guān)聯(lián)關(guān)系，一個(gè)物種的滅絕會(huì)給整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)怎樣的影響，這都屬于網(wǎng)絡(luò)抗毀性研究的范疇。

吳俊

大多數(shù)情況下，人們面對(duì)的網(wǎng)絡(luò)都是“有益的”。比如，通信網(wǎng)絡(luò)、電力網(wǎng)絡(luò)、交通網(wǎng)絡(luò)、物流網(wǎng)絡(luò)等。對(duì)于這些有益的網(wǎng)絡(luò)，科研人員會(huì)通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)、協(xié)調(diào)控制、防御修復(fù)等各種手段來(lái)保障它們持續(xù)、穩(wěn)定、有效地運(yùn)轉(zhuǎn)。但是，很多時(shí)候人們面對(duì)的網(wǎng)絡(luò)也可能是“有害的”。最典型的例子就是恐怖組織網(wǎng)絡(luò)和疾病傳播網(wǎng)絡(luò)。“我們一方面希望能夠提升有用網(wǎng)絡(luò)的抗毀性，另一方面我們還要找到辦法瓦解有害網(wǎng)絡(luò)的抗毀性。”在吳俊的眼中，世界上所有的網(wǎng)絡(luò)都是他研究的對(duì)象，他懷著探索的心情，一點(diǎn)一點(diǎn)挖掘其中的奧秘。

自然連通度是吳俊創(chuàng)新性提出的一種評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)抗毀性的指標(biāo)。“傳統(tǒng)的度量指標(biāo)計(jì)算復(fù)雜還不夠精確，我就一直想用一種新的指標(biāo)取代它。”在當(dāng)時(shí)，吳俊有同事是做網(wǎng)絡(luò)同步性研究的，他們有一個(gè)非常好的指標(biāo)，通過(guò)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)矩陣特征譜就可以知道網(wǎng)絡(luò)同步能力的強(qiáng)弱。吳俊深受啟發(fā)，但是一直不知道如何推廣到網(wǎng)絡(luò)抗毀性上使用，直到2006年的上半年，他去中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所訪問(wèn)學(xué)習(xí)，了解到了一個(gè)新的概念——節(jié)點(diǎn)的子圖中心性。

子圖中心性是衡量節(jié)點(diǎn)重要性的一個(gè)指標(biāo)，節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的閉途徑數(shù)目越多，也就是子圖中心性越大，該節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中就越重要。吳俊發(fā)現(xiàn)子圖中心性閉途徑的數(shù)目可以和網(wǎng)絡(luò)特征譜關(guān)聯(lián)起來(lái)，通過(guò)特征譜可以算出節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的閉途徑數(shù)目，那能不能用閉途徑數(shù)目來(lái)衡量網(wǎng)絡(luò)抗毀性呢？答案是可以，吳俊從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)屬性出發(fā)，通過(guò)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中不同長(zhǎng)度閉途徑數(shù)目的加權(quán)和刻畫(huà)網(wǎng)絡(luò)中替代途徑的冗余性。吳俊將其稱為“自然連通度”，該指標(biāo)可以從網(wǎng)絡(luò)鄰接矩陣的特征譜直接導(dǎo)出，在數(shù)學(xué)形式上表示為一種特殊形式的平均特征根，具有明確的物理意義和簡(jiǎn)潔的數(shù)學(xué)形式，能客觀刻畫(huà)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的抗毀性，目前已經(jīng)被國(guó)內(nèi)外研究人員廣泛使用。

“這個(gè)指標(biāo)我前前后后尋找了至少有3年的時(shí)間，去中國(guó)科學(xué)院計(jì)算所也是很偶然的一次機(jī)會(huì)，沒(méi)想到就是這樣找到了解決的辦法。”吳俊認(rèn)為，正是由于對(duì)自然連通度這一新指標(biāo)的極大興趣，促使他不斷地堅(jiān)持，隨時(shí)捕捉新的信息，享受尋找的過(guò)程，從而取得新的突破。

除了自然連通度外，吳俊的研究成果還有不少，比如他提出了基于信息偽裝的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)抗毀性增強(qiáng)方法，傳統(tǒng)提高網(wǎng)絡(luò)抗毀性的方法是從結(jié)構(gòu)入手，增加網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中邊或者點(diǎn)，但吳俊從信息的角度，對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行偽裝，讓關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)不易被發(fā)現(xiàn)，從而提升網(wǎng)絡(luò)抗毀性。

又比如將鏈路預(yù)測(cè)方法引入不完全信息條件下復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)瓦解問(wèn)題，揭示了鏈路預(yù)測(cè)的“漫畫(huà)效應(yīng)”。吳俊發(fā)現(xiàn)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)部分鏈接信息丟失后，通過(guò)鏈路預(yù)測(cè)可以有效提高網(wǎng)絡(luò)瓦解效果，而且當(dāng)丟失信息比例不高時(shí)，基于鏈路預(yù)測(cè)的瓦解效果甚至比完全信息條件下的瓦解效果還要好。

2002年，吳俊在國(guó)防科技大學(xué)攻讀碩士學(xué)位時(shí)，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)抗毀性研究才剛剛興起，那時(shí)很多人看好復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)抗毀性，但是慢慢地很多人都不再堅(jiān)持研究這個(gè)方向，但吳俊一直堅(jiān)持著。近20年的研究經(jīng)歷告訴他，做研究最忌諱“打一槍換一個(gè)地方”，“如果我是這樣的話，根本不可能做出這么多的成果”，正是因?yàn)檫^(guò)去20年一直沿著一個(gè)方向，從測(cè)度到優(yōu)化再到瓦解，一步一個(gè)腳印，吸收其他領(lǐng)域的新鮮思路，才有了如今的碩果累累。

寓教于樂(lè)

2020年，北京師范大學(xué)在珠海校區(qū)新增設(shè)立了系統(tǒng)科學(xué)與工程本科專業(yè)，這在吳俊看來(lái)是具有歷史意義的大事。吳俊介紹說(shuō)，從全國(guó)范圍內(nèi)來(lái)看，北京師范大學(xué)是系統(tǒng)科學(xué)領(lǐng)域比較領(lǐng)先的學(xué)校，但是相關(guān)領(lǐng)域的本科生培養(yǎng)一直比較欠缺。而去年北京師范大學(xué)珠海校區(qū)理科實(shí)驗(yàn)班招收了18名系統(tǒng)科學(xué)與工程的本科生，這意味著他們將從本科開(kāi)始培養(yǎng)具有復(fù)雜性思維的系統(tǒng)科學(xué)人才。為此，北京師范大學(xué)珠海校區(qū)配備了非常強(qiáng)大的師資力量，實(shí)行本科新生一對(duì)一導(dǎo)師制，每一個(gè)學(xué)生都有導(dǎo)師引導(dǎo)講解前沿的科研工作，讓他們盡早接觸系統(tǒng)科學(xué)的最新知識(shí)。

吳俊也非常重視人才培養(yǎng)，但他給出的方法卻有些與眾不同。他把網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)瓦解、網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗做成了3款游戲，在微信小程序上就能玩，分別是：“系者生存”、“斬首行動(dòng)”和“網(wǎng)弈大師”。這三款游戲都是鍛煉系統(tǒng)思維、博弈思維的科學(xué)策略游戲。“我們通過(guò)游戲的形式去培養(yǎng)人才，讓學(xué)生快速地了解網(wǎng)絡(luò)抗毀性是什么，在游戲的過(guò)程中學(xué)習(xí)知識(shí)。”吳俊認(rèn)為，科學(xué)研究一定是非常有趣的事情，他希望學(xué)生能通過(guò)這些游戲更好地體驗(yàn)科學(xué)的樂(lè)趣。

“我知道很多人覺(jué)得探索科學(xué)的路很艱辛，要風(fēng)雨之后才能見(jiàn)到彩虹，我不認(rèn)同這樣的觀點(diǎn)，我覺(jué)得科學(xué)研究的過(guò)程，它本身就是一個(gè)很快樂(lè)的事情。”這樣的理念讓吳俊希望他團(tuán)隊(duì)里的所有學(xué)生和老師都能抱著快樂(lè)的態(tài)度去面對(duì)科研上的所有事情。“我做了這么多年研究，有了這么多成果，我覺(jué)得應(yīng)該和更多的人分享，所以做游戲不僅是讓學(xué)生去學(xué)習(xí)，還能讓科研以外的人去了解網(wǎng)絡(luò)抗毀性。”

服務(wù)社會(huì)

“學(xué)以致用、研以致用”是吳俊一直以來(lái)堅(jiān)持的工作理念，除了開(kāi)發(fā)科學(xué)小游戲，吳俊還將團(tuán)隊(duì)在群體決策領(lǐng)域的研究成果做成軟件工具，面向大眾免費(fèi)使用。“‘灼品評(píng)審’是一款面向大眾的專業(yè)群體決策工具，它不僅可以投票還支持表決、評(píng)分和排名，可以在評(píng)審、評(píng)價(jià)、評(píng)選、評(píng)比、評(píng)估、選拔、選舉、競(jìng)賽、測(cè)評(píng)、考評(píng)、考核、答辯等各類場(chǎng)景中使用。它運(yùn)用的是我們團(tuán)隊(duì)自主創(chuàng)新的魯棒集結(jié)算法，可以有效消除惡意評(píng)價(jià)、消極評(píng)價(jià)、不完全評(píng)價(jià)等異常數(shù)據(jù)的影響。”這是吳俊2020年來(lái)到北京師范大學(xué)珠海校區(qū)后做的事情，讓不懂科研的人也能用到他們的模型和算法。“我發(fā)表的那些論文，如果沒(méi)有相應(yīng)的工具，那就只是論文，只有把論文做成工具，才能真正讓更多的人使用。”

而身處于大灣區(qū)腹地——珠海，更是讓吳俊瞄準(zhǔn)了數(shù)字經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。“因?yàn)橹楹Ｔ诖鬄硡^(qū)，它有很廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景，我們就把網(wǎng)絡(luò)抗毀性應(yīng)用到了數(shù)字經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的一些關(guān)鍵場(chǎng)景上。”在今天，想要了解一家餐廳好不好吃、一部電影好不好看，人們都會(huì)習(xí)慣性地打開(kāi)點(diǎn)評(píng)App，去了解別人的意見(jiàn)。很顯然在數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，群體智慧是很重要的，但是這里面也有一個(gè)很突出的問(wèn)題：這些意見(jiàn)可靠嗎？大量刷單和惡意差評(píng)的出現(xiàn)讓在線點(diǎn)評(píng)系統(tǒng)失去了最初設(shè)計(jì)的初衷，為此吳俊將網(wǎng)絡(luò)抗毀性的思想引入到點(diǎn)評(píng)系統(tǒng)，對(duì)那些異常的評(píng)論數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

“我們現(xiàn)在正在開(kāi)發(fā)一個(gè)全新的在線點(diǎn)評(píng)系統(tǒng)，把網(wǎng)絡(luò)抗毀性的相關(guān)模型和方法，應(yīng)用到數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代的在線點(diǎn)評(píng)系統(tǒng)，排除異常數(shù)據(jù)的干擾，使用戶的體驗(yàn)更好，真正地為更多的大眾服務(wù)。”除了在線點(diǎn)評(píng)系統(tǒng)以外，吳俊還把網(wǎng)絡(luò)抗毀性的相關(guān)模型和算法，擴(kuò)展到了文玩藝術(shù)品的拍賣上。他和團(tuán)隊(duì)推出的“估拍”新概念拍賣平臺(tái)將有效遏制傳統(tǒng)拍賣中“托兒”的出現(xiàn)，確保交易的公平、公正，維護(hù)消費(fèi)者的利益，為破解非標(biāo)準(zhǔn)商品交易難題提供新的思路和途徑。

追求意義

在吳俊的經(jīng)歷里，那些在國(guó)防科技大學(xué)的時(shí)光留下了濃墨重彩的一筆。“我之前求學(xué)工作的大部分時(shí)間都是在國(guó)防科技大學(xué)度過(guò)的，這個(gè)學(xué)校最大的特點(diǎn)就是所有的人心中都有明確的目標(biāo)：我是為什么服務(wù)的，要解決什么問(wèn)題？我在國(guó)防科大求學(xué)工作這么多年來(lái)的最大收獲，就是做任何事情，都要想到能解決什么需求，能作哪些貢獻(xiàn)。”吳俊很清楚地認(rèn)識(shí)到，哪怕研究的東西沒(méi)有經(jīng)濟(jì)效益，哪怕不能發(fā)表論文，但只要它是有意義的，它是能夠作貢獻(xiàn)的，是可以為國(guó)家和社會(huì)服務(wù)的，那就可以堅(jiān)持做下去。

吳俊（左三）和學(xué)生在全國(guó)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)大會(huì)上的合影

而在英國(guó)帝國(guó)理工大學(xué)的求學(xué)經(jīng)歷，則告訴了吳俊要想長(zhǎng)久地堅(jiān)持一個(gè)方向，需要選擇一些有意思的事情。“你研究的事情，比如你寫(xiě)出來(lái)的論文或者你做的實(shí)驗(yàn)，你都覺(jué)得不好玩，不能感動(dòng)自己的話，那么你做的研究，你寫(xiě)的論文一定是沒(méi)人看的，一定是沒(méi)有用的，一定是沒(méi)有什么意義的。”

這些在求學(xué)過(guò)程中的收獲，至今仍在影響著吳俊。他現(xiàn)在所做的研究都是他覺(jué)得有意思、有意義的研究，即使他可能10年都沒(méi)有在領(lǐng)域內(nèi)發(fā)表過(guò)一篇論文，但是他仍舊會(huì)堅(jiān)持研究下去。“就像我們前面說(shuō)的自然連通度一樣，這個(gè)東西我覺(jué)得特別有意思、特別有價(jià)值，所以說(shuō)雖然那么多年我沒(méi)有找到答案，但是我沒(méi)有放棄，我覺(jué)得我肯定可以把它研究出來(lái)。”吳俊的表情帶了些笑意，眼神堅(jiān)定地說(shuō)。

如今來(lái)到北京師范大學(xué)珠海校區(qū)快兩年的吳俊，迎來(lái)了更加開(kāi)放包容的環(huán)境，他又有了新的感悟。“團(tuán)隊(duì)的大家長(zhǎng)狄增如教授非常開(kāi)放包容，你想研究什么，他都會(huì)很鼓勵(lì)，想方設(shè)法地給你提供意見(jiàn)，不會(huì)給你束縛，不會(huì)給你干擾，所以我在團(tuán)隊(duì)里都是很開(kāi)心、很快樂(lè)的一個(gè)狀態(tài)，大家一起快樂(lè)地做研究，非常放松。”

雖然吳俊推崇“享受過(guò)程、快樂(lè)科研”的理念，但他的研究卻從來(lái)不馬虎，不放過(guò)一絲一毫的偏差，追求極致的嚴(yán)謹(jǐn)。未來(lái)，吳俊希望能將網(wǎng)絡(luò)抗毀性研究與社會(huì)需求深度融合，探尋研究更多的可能性，開(kāi)發(fā)相應(yīng)的實(shí)用工具，讓網(wǎng)絡(luò)抗毀性更好地與普通人的生活結(jié)合在一起，解決更多的實(shí)際問(wèn)題，在萬(wàn)物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，大展身手，開(kāi)創(chuàng)一片新天地。