王震:信息网络和数据技术的“侦查员”| “35岁以下科技创新35人”中国榜单专栏

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王震:信息网络和数据技术的“侦查员”| “35岁以下科技创新35人”中国榜单专栏
麻省理工科技评论 2018-04-18

2018-04-18

王震教授认为,“随着研究的进一步深入,我相信网络和数据科学一定会为世界带来更多的改变”。
数据科学
王震教授认为,“随着研究的进一步深入,我相信网络和数据科学一定会为世界带来更多的改变”。

自 1999 年起,《麻省理工科技评论》每年都会推出“35岁以下创新35人”(Innovators Under 35)榜单,旨在于全球范围内评选出被认为最有才华、最具创新精神,以及最有可能改变世界的 35 位年轻技术创新者或企业家,共分为发明家、创业家、远见者、人文关怀者及先锋者五类。

2017 年,该全球权威榜单正式推出中国区评选,并已公布并首届评选结果。现在,《麻省理工科技评论》正式开设“35岁以下创新35人”中国榜单专栏,以人物报道的形式帮助中文读者了解这些来自中国的新生代科技力量。

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王震·远见者

信息网络和数据技术的“侦查员”

获奖年份:2017年

年龄:31 岁

职位:西北工业大学教授

获奖原因:探索了群体行为动力学及其在网络工程中的应用,为如互联网、交通网、生物网等在内的各种复杂网络的稳定性分析与控制提供了有力的理论工具和全新视角。

信息网络是网络和数据科学中的一个概念,是对复杂系统的抽象。一个典型的信息网络由许多节点与节点之间的连边组成,其中节点用来代表系统中不同的个体,而连边则代表个体间的关系,承载了信息的传递和更新。

在我们的生活中,信息网络无处不在,例如,大脑中的神经系统就可以理解成一个由数以万计的神经细胞连接而成的信息网络,同样的,电力系统、社会系统、城市系统也可以理解成相应的信息网络。借助信息网络,模糊的世界得以被精准量化,并变得可以预测,就像是创造了一个上帝视角:在一个信息网络中,不同的元素(能量、信息或物质)会在其中“流动”,当它们有序流动时,整个网络运行顺畅,而一旦“流动”出现异常,整个网络就会出现不同程度的故障。而对于王震教授来说,他正在从事的网络和数据科学研究就是思考网络、不同元素及其流动状态与问题之间的关系。

他曾注意到,传统的方法往往假设信息网络是单一的,然而,越来越多的现实网络通过节点的不同耦合关系,呈现出相互关联、相互依赖等特征。例如,当某个网络发生故障时(如电网某些变电站停电),必然会影响相关网络(如互联网)的正常运行。因此,围绕多层耦合网络 ( Multilayer Networks ) 的结构和动态性能,王震提出了网络层之间信息传递和反馈的特征耦合机制,并研究了多层耦合网络的鲁棒性和性能优化。

拿一个日常生活场景举例,根据不同机场航班量,他构建了由核层、桥层和外围层构成的多层耦合中国航空网, 研究了不同(主要是根据节点度和节点流量)级联效应对网络整体鲁棒性的影响,这为航班流量控制提供了新的视角。在之后的进一步研究中,他通过 PSO 算法提出了能够缓解流量拥塞和提高运载能力的智能优化方案。在对多层耦合网络结构特性研究的基础上,王震还继续探索了多层耦合网络的群体行为动力学及其在网络工程中的应用,特别是在群体行为决策和传播免疫保护方面。他构建了行为动力学和信息动力学(如谣言、病毒传播)的闭合反馈环路(每个网络层支撑一个动态过程),为信息安全、预防信息泄露提供了重要的技术支持。

王震教授以上的研究成果均发表在 Phys. Rep(IF>20)、PNAS(美国科学院院刊)、 Science Advances(Science 子刊)、Phys. Life Rev. (IF>13)、美国物理学会评论、IEEE 汇刊等国际知名学术期刊上,并被 Science、Nature News、LiveScience、Science Daily、科学网、科学通报等国内外知名学术媒体广泛报道,也被美国科学院院士、欧洲科学院院士、AAAS Fellow、APS Fellow、IEEE Fellow、SIAM Fellow、AMS Fellow 等国际知名学者在 Nature、Science、PNAS 等国际知名杂志正面评价。

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事实上,随着近几年关于信息网络理论及其应用研究的不断深入,已经有大量相关文章刊登在《Science》、《Nature》等国际一流学术刊物上。这其实也释放着一个信号:作为一个新兴科学,曾经被认为是冷门的信息网络正在成为科技界的研究热点。

而在王震看来,其研究项目中最重要的创新要素也当属学科的交叉与融合。由于其学科交叉性和复杂性的特点,信息网络的研究涉及了众多学科的知识和理论基础,尤其是系统科学、统计物理、数学、计算机与信息科学等。他对我们介绍道,“这个新兴学科当初发起的原因就是为了解释物理空间、信息空间和人类社会中复杂系统所面临的各种科技问题、社会问题甚至军事问题。我们要将网络和数据与物理、信息、生物等学科进行交叉融合,否则网络和数据科学的研究就会成为无米之炊、无源之水”。现在,王震教授的研究成果已经被用于解决部分地区的交通拥堵问题、航空交通优化问题、网络对抗问题和政府大数据。但是,随着网络时代的到来,包括如互联网、交通网、生物网等在内的各种信息网络的稳定性分析与控制仍然存在许多挑战,这些网络的稳定运行也对人类社会至关重要。

在应对这些问题上,无论是网络科学研究本身还是将网络科学与大数据结合,都蕴含着极大的科研价值和应用价值。王震教授认为,“随着研究的进一步深入,我相信网络和数据科学一定会为世界带来更多的改变”。下一步,他将继续扩大自己的国际化研究团队,提高现有的科学研究水平,并将自己的科学研究与实际应用结合,为民生、国防事业贡献自己的力量。

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