中國科技網(wǎng)訊 在一個復(fù)雜系統(tǒng)中，如包含了2萬個互相聯(lián)系的基因的人類基因組，要想一次監(jiān)控整個系統(tǒng)幾乎是不可能的。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，來自美國東北大學(xué)、麻省理工大學(xué)等單位的研究人員開發(fā)出一種新算法，能識別出復(fù)雜系統(tǒng)的子單位或必要結(jié)點，使監(jiān)控大型復(fù)雜系統(tǒng)成為可能。相關(guān)論文發(fā)表在最近出版的美國《國家科學(xué)院學(xué)報》上。
 
    復(fù)雜系統(tǒng)如生物基因組、生化反應(yīng)系統(tǒng)、社會網(wǎng)絡(luò)等，由許多互相關(guān)聯(lián)的子部分組成，其中任何一個部分有了變化，都會對其余部分造成影響。因此要分析監(jiān)控一個復(fù)雜系統(tǒng)是極為困難的。“復(fù)雜系統(tǒng)的本質(zhì)是連接，各組成部分之間要憑借這些連接，才能將信息分布到整個網(wǎng)絡(luò)。因此我們不必監(jiān)控每個部分，也能從整體上把握整個系統(tǒng)。”論文作者之一、東北大學(xué)生物學(xué)院和計算機與信息科學(xué)院物理學(xué)教授艾伯特-拉斯洛•巴拉巴斯說，他們設(shè)計的方法利用了復(fù)雜系統(tǒng)子單位間相互依賴的特性，可超越數(shù)量限制觀察系統(tǒng)的整體情況。
 
    利用這種新算法，研究小組首次確定了用以描述系統(tǒng)動態(tài)學(xué)的所有數(shù)學(xué)方程，比如計算在一個生化反應(yīng)系統(tǒng)中，外圍分子之間較小的反應(yīng)對整個系統(tǒng)最終結(jié)果所產(chǎn)生的影響。通過觀察每個反應(yīng)對系統(tǒng)變量所造成的影響，就能繪制出整個系統(tǒng)的曲線圖。連結(jié)點是構(gòu)成曲線圖的基礎(chǔ)，每個點對理解系統(tǒng)其他部分而言都是不可缺少的。
 
    “令我們吃驚的是，在絕大部分例子中，必要結(jié)點也是充分條件。”東北大學(xué)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究中心副教授劉陽煜（音譯）說，只要有了這些必要結(jié)點，無需其他任何部分就能知道整個系統(tǒng)的全部情況。
 
    研究人員指出，新方法將控制論、圖論和網(wǎng)絡(luò)科學(xué)結(jié)合在一起，將大型復(fù)雜系統(tǒng)簡化為一套必要的“傳感結(jié)點”。比如生物的新陳代謝系統(tǒng)，是由上百分子和上千生化反應(yīng)組成的集合，新算法能使識別其中生物標記的過程大大簡化。生物標記是血液中的分子，能幫醫(yī)生辨別一個人是否健康。
 
    “目前的大部分生物標記幾乎都是隨機選擇的，只是化學(xué)家和醫(yī)生發(fā)現(xiàn)它們管用而已。”巴拉巴斯說，“而我們的方法是可觀察的，為選擇生物標記提供了一條理性的途徑，只要我們知道所要監(jiān)控的是什么系統(tǒng)。”（記者 常麗君）