孫恩慧，王伯魯

(中國人民大學 哲學院，北京 100872)

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復雜網(wǎng)絡方法與還原論方法關系探析

孫恩慧，王伯魯

(中國人民大學 哲學院，北京 100872)

復雜性范式的逐漸形成，為各種問題的解決提供了一種新思路和新方法，彌補了還原論的局限性。文章首先闡述科學研究方法從還原論到復雜網(wǎng)絡的過渡；其次強調(diào)還原論方法對簡單化的追求為復雜網(wǎng)絡方法所繼承，復雜網(wǎng)絡方法在還原論注重對“點”研究的基礎上，更加注重對“線”與“網(wǎng)”即事物之間結(jié)構(gòu)的研究；最后以人腦網(wǎng)絡為主要例證闡述復雜網(wǎng)絡中元素、結(jié)構(gòu)、功能之間的復雜關系以及其開放性與動態(tài)性的特點，展現(xiàn)復雜網(wǎng)絡方法對還原論方法的超越。

還原論；復雜網(wǎng)絡；超越；比較

20世紀以來，伴隨復雜性科學的興起以及復雜性范式的逐漸成型，科學的研究方法也出現(xiàn)了新的轉(zhuǎn)折。復雜網(wǎng)絡方法以復雜系統(tǒng)為研究對象，既對還原論方法有所繼承，更對其有所突破，為問題的解決提供了一種新思路和新途徑，被有效應用于各個領域，引發(fā)了當下各種理論對復雜網(wǎng)絡的研究以及對還原論的反思。通過對還原論方法與復雜網(wǎng)絡方法之間關系的對比與分析，能夠闡明復雜網(wǎng)絡對還原論的包容與超越，更深入地理解復雜網(wǎng)絡在眾多領域的廣泛應用及其獨特的優(yōu)勢，進而探究還原論方法在當下網(wǎng)絡環(huán)境中應用的表現(xiàn)形式。

一、從還原論到復雜網(wǎng)絡

科學的發(fā)展從脫離古代的直觀思辨進入近代經(jīng)驗分析以來，在傳統(tǒng)經(jīng)典科學研究范式還原論的指導之下，取得了眾多成就。但隨著科學技術的發(fā)展和人類對自然與社會認識的不斷深入，還原論方法面臨著無法解決的新問題，其局限性日益顯露。復雜性研究的興起為科學研究方法的突破展開了新的圖景，復雜網(wǎng)絡方法逐漸受到學界的重視。科學研究方法經(jīng)歷了從以還原論方法為主導到廣泛應用復雜網(wǎng)絡方法的轉(zhuǎn)變，對科學的發(fā)展起到了規(guī)范和引導的作用。

(一)還原論方法

不同學者及相關文獻對還原論(reductionism)的闡述不一，“‘還原論’已經(jīng)成為一個無定型的術語，有許多模棱兩可的含義”[1]( P55)。其中，劉勁楊認為存在兩種還原論形相，“一是方法論形相，即‘還原論方法’，這一形相奠定了經(jīng)典科學的方法論基礎……另一形相為本體論形相，即‘還原論信念’”[2]。還原論方法是一種分析、分解、還原的方法，是科學領域的還原方法；還原論信念則是一種看待世界的觀念與態(tài)度，是哲學層面上的還原主義[2]。本文中的還原論是指前者，即科學領域的還原方法。

還原論作為傳統(tǒng)經(jīng)典科學的研究范式，以其分析的思維堅信世界是由基本粒子等“宇宙之磚”以線性的方式構(gòu)成，“宇宙之磚”的性質(zhì)從根本上決定了世界的性質(zhì)。“一般意義上還原(reduce)或還原作用(reduction)是指事物和原因的可分解性?！盵1](P55)根據(jù)這種方法的主張，對事物的探究按照自上而下的順序把整體分解為部分，把高級的運動形式還原為低級的運動形式，探清部分的原因與本質(zhì)，然后再自下而上的重新把握整體的本質(zhì)與屬性。總的來看這是以先分解再重構(gòu)的方法把握整體。從15世紀中葉到19世紀中葉，還原論一直占據(jù)科學方法的主導地位并取得了一系列重大成就，引領著近代科學前進的方向。例如，牛頓、波義耳等人使用的“微?！备拍铙w現(xiàn)出其思想中的還原論意味；19世紀初化學家道爾頓等人提出的原子-分子論，賦予古典原子論以科學性。在這種傳統(tǒng)還原論方法的指導下，自然科學不斷進步發(fā)展，如今還原論方法依舊在物理學、化學、心理學等各個學科的發(fā)展之中起著重要作用。

但隨著科學的發(fā)展和認識的不斷深入，還原論的局限性開始日益顯露。還原論范式雖然取得了巨大成功，但人們在還原論的模式下只能對簡單系統(tǒng)進行分析，即使需要做大規(guī)模的還原工作，也只是在“量”上做化簡工作，是以簡單化和理想化為基礎的。當我們面對諸如“生物系統(tǒng)、人腦系統(tǒng)、地理系統(tǒng)、社會系統(tǒng)等開放復雜巨系統(tǒng)時，許多問題卻是還原論方法所不能應對的”[3]，因為復雜系統(tǒng)在整體上常常會涌現(xiàn)出其結(jié)構(gòu)組分所不具有的新性質(zhì)。在現(xiàn)代科研中，要想認識復雜事物，尤其是要認識以社會科學和生命科學為背景的復雜系統(tǒng)，就要“承認復雜性所具有的自身規(guī)定性和客觀存在性”[4]，于是對復雜網(wǎng)絡的研究開始受到重視。

(二)復雜網(wǎng)絡方法

從Euler的“七橋問題”開啟的圖論，到匈牙利數(shù)學家Erd?s和Rényi 建立的隨機圖的基本模型，再到Watts和Strogatz在1998 年提出的“小世界模型”以及Barabási 和Albert在1999年提出的“無尺度網(wǎng)絡”，復雜網(wǎng)絡理論逐漸引起了廣泛的關注。

現(xiàn)實世界中復雜系統(tǒng)有著各種復雜行為，在這些網(wǎng)絡中，組成系統(tǒng)的組分(節(jié)點)數(shù)目巨大，難以計數(shù)，組分之間的相互作用也錯綜復雜。由于復雜網(wǎng)絡模型更貼近現(xiàn)實中各種真實復雜系統(tǒng)，其所具有的統(tǒng)計特征能有效解釋復雜系統(tǒng)的宏觀行為，所以在眾多領域中得以廣泛應用，如分析和解決交通網(wǎng)絡、商業(yè)銷售網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)等復雜網(wǎng)絡中的現(xiàn)象與問題。這也恰恰體現(xiàn)出復雜網(wǎng)絡具有極強的交叉學科特色，而從事復雜網(wǎng)絡研究或?qū)Υ烁信d趣的人員來自各個不同的學科，包括計算機網(wǎng)絡、生物科學、生態(tài)學、社會學、經(jīng)濟學等眾多科目。

對復雜網(wǎng)絡的基礎研究是作為網(wǎng)絡科學理論本身而言的。首先是“定義各種網(wǎng)絡特征測度來刻畫真實復雜系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)”[5]，即通過對不同真實網(wǎng)絡所具有的特征進行測度，總結(jié)出各種網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中所共有的特性，比如小世界特性、無標度特性等等，有了這些特性就能夠解釋復雜系統(tǒng)的行為。其次是建立網(wǎng)絡拓撲模型，包括隨機圖、小世界網(wǎng)絡模型、無標度網(wǎng)絡模型以及其它變種或混合，將真實系統(tǒng)中各種宏觀性質(zhì)的微觀生成機制通過模擬再現(xiàn)出來。再次就是對網(wǎng)絡模型的性質(zhì)進行探究，例如網(wǎng)絡的自相似性、魯棒性與脆弱性、擁塞與路由問題，網(wǎng)絡的傳播行為問題等等，從而把握網(wǎng)絡中發(fā)生的動力學過程的行為和特征[5]。

對復雜網(wǎng)絡的基礎研究為其在現(xiàn)實中的應用提供了相關模型和方法。將復雜網(wǎng)絡的理論和模型落實到現(xiàn)實中，可以掌握各種真實的復雜系統(tǒng)的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及演化規(guī)律來解決實際問題，例如利用復雜網(wǎng)絡的理論和方法對大腦結(jié)構(gòu)與功能網(wǎng)絡、公司的競爭與并購、電網(wǎng)的合理分布、病毒式營銷手段等等方面的研究已取得了顯著成果，揭示了復雜系統(tǒng)中的隱藏特征。特別是在流行病的傳播與防控、網(wǎng)絡安全的加強、交通網(wǎng)絡的優(yōu)化與管理以及如何提高電網(wǎng)的抗毀性等方面取得的成果為人類社會這個復雜系統(tǒng)的構(gòu)建、控制以及功能的提高提供了新的分析途徑和有效的解決問題方式。

二、還原論方法對復雜網(wǎng)絡方法的基礎支撐作用

在復雜性研究的促動下，還原論方法不再具有普適性，但其采取的科學抽象和合理近似簡化方法的思路，依然是研究復雜網(wǎng)絡方法的前提與基礎。此外，復雜網(wǎng)絡在還原論重視對“點”研究的基礎上更加注重分析網(wǎng)絡中節(jié)點之間錯綜復雜的關系，即“鏈接”，從而把握整個網(wǎng)絡、系統(tǒng)，這是還原論方法在網(wǎng)絡中應用的表現(xiàn)形式。還原論與復雜性科學共同發(fā)展，復雜網(wǎng)絡在還原論基礎上得到更廣泛地應用空間。

(一)對簡單化的追求

還原論方法是一種有限但卻有效的簡化復雜問題的方式，還原論認為復雜事物可被還原成一組基本的要素，各基本要素相互獨立，相加之后還是原來的整體。這實質(zhì)上是把部分之間的關系、層次之間的關系，簡化為可相加的、可分割的。對復雜現(xiàn)象的簡化，就是把產(chǎn)生復雜性的非線性關系即不成比例的、糾纏往復的關系簡化為有規(guī)律發(fā)生變化的單向線性關系。

還原論方法就是這樣一種把復雜的事物簡單化的具體程式，強調(diào)用“分解”的方法把整體拆分為部分，然后在分析、分解的基礎上重新把部分累加為整體、把低層次整合為高層次，最終達到可以從低層次來解釋高層次、從微觀現(xiàn)象能夠解釋宏觀現(xiàn)象、從基本要素的研究推知整體的本質(zhì)的目的。在解決物理、化學領域中的簡單系統(tǒng)問題時常采取此種方法，比如在物理學中求兩個分力的合力，用兩個箭頭分別代表兩個力，以兩邊作平行四邊形，連接兩邊之間的對角線即為合力。

而對于復雜性網(wǎng)絡而言，是否完全排斥還原論的思路和分析方法呢？答案是，在系統(tǒng)方法中，簡化原則依然占據(jù)著重要地位，簡化方法仍然被保留并需要創(chuàng)造性的發(fā)揚其認識功能?！氨M管還原論已失去了昔日的主導地位，它還在以許多形式施加影響?！盵1] (P57)

復雜性網(wǎng)絡在一定程度上延續(xù)了簡化的方法。復雜網(wǎng)絡是對包含大量個體和個體相互作用的系統(tǒng)的抽象。其中大量的個體被視為復雜網(wǎng)絡中的網(wǎng)絡節(jié)點，個體之間的相互作用可以視為節(jié)點之間的連邊，系統(tǒng)從而就被抽象為由點和線連接而成的網(wǎng)絡，各個事物按照不同功能分為不同的網(wǎng)絡?，F(xiàn)實世界中的網(wǎng)絡受周圍環(huán)境的干擾，情況復雜多樣，表面形形色色，很難直觀的找出其中的規(guī)律，而通過將其簡化抽象，把一些次要因素和干擾去除，建構(gòu)起網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)與模型，就能夠展示出真實網(wǎng)絡的多種拓撲性質(zhì)特征，有助于更好的理解和描述網(wǎng)絡的真實面貌。在此基礎上進一步對網(wǎng)絡進行定量研究，從而把握研究網(wǎng)絡的運行機制、理解大規(guī)模網(wǎng)絡的行為。例如，我們將個人電腦作為節(jié)點，將用戶之間的郵件往來作為鏈接，就可以建立無尺度網(wǎng)絡模型來描述電腦病毒是如何通過用戶之間的郵件往來而被傳播的。通過對無尺度網(wǎng)絡性質(zhì)的把握，我們經(jīng)過進一步分析可以解釋病毒難以預測的行為方式：“互聯(lián)網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)的不平衡，無尺度網(wǎng)絡是被中心節(jié)點主宰控制的，并不存在傳染性閾值，所以即使病毒的傳染性不強，也照樣會傳播”[6](P157-158)。

(二)對“點”的探究是認識網(wǎng)絡的基礎

系統(tǒng)的功能是由元素和結(jié)構(gòu)共同決定的，每一個擁有必要性能的元素都是系統(tǒng)實現(xiàn)其功能的基礎，因此，要想了解系統(tǒng)不能忽略對其元素屬性的探究。還原論的特點就是注重對“點”的研究，通過對一個個組成部分或元素的內(nèi)在屬性的研究來理解整體的功能特征。如果沒有還原論方法對“點”的探究，也許我們至今就無法用科學的觀念來認識這個世界，看問題的深度也無法更加深入。例如，生命科學對生命現(xiàn)象的研究，是從整體形態(tài)水平到器官水平再到細胞水平，進而深入到分子水平的分解、還原，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)使得遺傳密碼得以破譯。生物學家相信只有在分子水平上展開不斷的研究，才能夠揭開生命復雜性的全部奧秘，這意味著人類對生命現(xiàn)象的研究進入到了一個嶄新的階段。

對于復雜網(wǎng)絡來說，網(wǎng)絡中的節(jié)點是重要組成部分。構(gòu)成復雜網(wǎng)絡的節(jié)點數(shù)量龐大，它們不是“死”的點，而是一個一個具有相對獨立性的主體。每一個主體都有自己的特性，有一定的自主性，且受到其他主體的影響，它們在變化的環(huán)境中不斷地調(diào)適自己，成為具有學習能力和適應性的主體?？傊W(wǎng)絡節(jié)點的屬性是演化的，是復雜的，要想探究某個復雜網(wǎng)絡的特點、生長趨勢等等，不能忽略對節(jié)點的考察，尤其是要重視對無尺度網(wǎng)絡中的中心節(jié)點的考察。例如，在經(jīng)濟全球化的今天，如果我們將某區(qū)域內(nèi)的各個公司視作復雜網(wǎng)絡，其節(jié)點就是公司，鏈接就是各種經(jīng)濟和金融紐帶。在網(wǎng)絡化的經(jīng)濟中，中心節(jié)點不斷隨著網(wǎng)絡的增長而共同增長，并且“有些適應性強的節(jié)點學會吞并較小的節(jié)點，由于全球化迫使節(jié)點增長，并購就成了不斷增長的經(jīng)濟所帶來的自然的結(jié)果”[6](P230)。通過分析作為個體的公司的行為以及它的經(jīng)營方式，有助于我們分析整個經(jīng)濟網(wǎng)絡的變化與發(fā)展。再如要研究人腦網(wǎng)絡，也同樣要了解腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡中神經(jīng)元細胞或腦區(qū)的性質(zhì)與功能。

由此可見，我們以網(wǎng)絡的視野看世界并不排斥我們要采用還原論方法以深入了解網(wǎng)絡的節(jié)點或系統(tǒng)的組成部分，在此基礎上注重分析網(wǎng)絡中節(jié)點之間錯綜復雜的關系即鏈接，從而把握整個網(wǎng)絡、系統(tǒng)。這體現(xiàn)了還原論方法在網(wǎng)絡中應用的表現(xiàn)形式。

三、復雜網(wǎng)絡方法的特點及其對還原論方法的超越

現(xiàn)實中的復雜網(wǎng)絡多種多樣，其中人腦系統(tǒng)就是一種典型的復雜網(wǎng)絡。人腦系統(tǒng)作為自然界中最復雜的系統(tǒng)之一，可以從不同尺度分別被看作由大量的神經(jīng)元、神經(jīng)元集群或者多個腦區(qū)相互連接而成的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡，它們之間相互作用以實現(xiàn)大腦的各種功能。復雜網(wǎng)絡理論在人腦中的應用為理解神經(jīng)、精神疾病的病理機制提供了全新的視角，并且充分體現(xiàn)出復雜網(wǎng)絡方法實現(xiàn)了元素、結(jié)構(gòu)、功能的統(tǒng)一。相對于還原論孤立、靜止分析事物的特點，復雜網(wǎng)絡以其開放性和動態(tài)性的優(yōu)勢更能解決現(xiàn)實中多變的問題，突出了復雜網(wǎng)絡方法自身所獨有的特點與優(yōu)勢。

(一)復雜網(wǎng)絡是元素與結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一

還原論認為構(gòu)成整體的基本單元可以從整體中孤立出來進行研究，然后根據(jù)對各個組成部分內(nèi)在屬性的研究結(jié)果來解釋或預測整體的性質(zhì)、狀態(tài)、功能和演變。由此可見還原論更注重于研究構(gòu)成整體的基本單元。以生物學為例，20世紀生物學研究的主流是建立在還原論基礎上的分子生物學。“分子生物學的誕生曾經(jīng)鼓舞了許多哲學家、生物學家以及物理學家，以為經(jīng)典遺傳學已經(jīng)被還原為分子生物學了，還將進一步還原為物理-化學?！盵7]持有還原論觀點的生物學家認為只要認識了生命的構(gòu)成分子基礎(基因或蛋白質(zhì))，就可以理解細胞或個體的活動規(guī)律，因此組分之間的相互作用常常被忽略不計?！氨M管基于還原理論的分子生物學極大的促進了人類對單個分子功能的認識，然而絕大多數(shù)生物特征都來自于細胞的不同組分之間的交互作用。對這些極其復雜的交互作用網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)和動力學的理解已成為21世紀生命科學的關鍵性研究課題和挑戰(zhàn)之一?！盵8]

復雜網(wǎng)絡將元素抽象為點，將元素與元素之間的關系抽象為線，從而系統(tǒng)就被抽象為由點和線連接而成的網(wǎng)絡。復雜網(wǎng)絡分析方法不僅注重組成系統(tǒng)的元素，更加注重對元素之間的關系即結(jié)構(gòu)的考察。事物之間的聯(lián)系是普遍的，在系統(tǒng)中，把元素之間相對穩(wěn)定的、有一定規(guī)則的、能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)目標的聯(lián)系方式的總合叫做結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)中元素與結(jié)構(gòu)缺一不可，元素組成系統(tǒng)，其橋梁就是元素之間的聯(lián)系即結(jié)構(gòu)，二者相互依存，相互滲透?！熬W(wǎng)絡思維明確反對在思想、技術或物質(zhì)條件方面的點狀決定論觀點?！盵4]在一定意義上說，“點”與“點”之間的“線”即結(jié)構(gòu)，在復雜網(wǎng)絡中起著決定性作用。

例如在復雜網(wǎng)絡中，“兩節(jié)點之間邊數(shù)最少的路徑即最短路徑，路徑所經(jīng)邊數(shù)即為最短路徑長度(shortest path lengths)，最短路徑是網(wǎng)絡中某節(jié)點的信息到達另一節(jié)點的最優(yōu)路徑，通過最短路徑可更快傳輸信息，從而能夠節(jié)約系統(tǒng)資源，提高網(wǎng)絡信息的傳輸效率”[9]。這一點也體現(xiàn)在人類大腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡當中，李永輝、劉勇等人研究了人類個體智力與大腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡屬性之間的關系，研究發(fā)現(xiàn)“腦網(wǎng)絡的邊數(shù)越多、平均最短路徑長度越短、網(wǎng)絡的全局效率越高的被試者，智力評分數(shù)越高”[10]。由此可見，大腦網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)對個體的智力水平有著重要影響。

再如，人腦中的神經(jīng)元細胞、神經(jīng)元集群或腦區(qū)可以看作腦網(wǎng)絡在不同層次上的節(jié)點，研究者并不主張僅從節(jié)點來窺探大腦內(nèi)部的神經(jīng)活動規(guī)律，因為單純的生物信號分子的屬性特征決定不了大腦的功能，研究者更注重節(jié)點之間的信號傳導以及相互作用?！吧窠?jīng)元之間縱橫交錯，有著復雜的連接模式和動態(tài)變化，腦區(qū)之間也有錯綜復雜的聯(lián)系，共同影響大腦的功能?！盵11]研究人員基于結(jié)構(gòu)磁共振數(shù)據(jù)來定義大腦網(wǎng)絡鏈接，即網(wǎng)絡節(jié)點形態(tài)學指標之間的統(tǒng)計關系，或者基于功能磁共振及腦電、腦磁的網(wǎng)絡連接，也就是“網(wǎng)絡節(jié)點的神經(jīng)活動信號之間的統(tǒng)計關系”[11]。對大腦鏈接的定義與分析，即對神經(jīng)元、腦區(qū)之間結(jié)構(gòu)的描述與分析，對于建立人腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡的拓撲模型有重要的意義。正是將各個節(jié)點及其之間的結(jié)構(gòu)統(tǒng)一起來建立網(wǎng)絡拓撲模型，才能清楚地看到滿足大腦模型所具有的“小世界”特性，從而可以進一步探究腦功能網(wǎng)絡。由此可見，復雜網(wǎng)絡超越了還原論只注重對元素研究的局限性，使元素與結(jié)構(gòu)得以統(tǒng)一起來。

(二)復雜網(wǎng)絡是結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一

復雜網(wǎng)絡是結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一。從系統(tǒng)科學的角度看，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基礎是節(jié)點與鏈接構(gòu)成的網(wǎng)絡，系統(tǒng)功能通常與點線網(wǎng)絡所實現(xiàn)的動力學行為和過程相關，例如食物鏈網(wǎng)絡上的能量流動、流行感冒在傳染源與被傳染源之間的傳播、互聯(lián)網(wǎng)中的信息傳播等。在復雜網(wǎng)絡中，通過對網(wǎng)絡上的各種動力學過程的研究，可以理清復雜網(wǎng)絡中結(jié)構(gòu)與功能之間的關系，利用網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)可以控制和優(yōu)化系統(tǒng)功能。

對功能的考察實際是對結(jié)構(gòu)的關注，“‘功能’可以具體表現(xiàn)為系統(tǒng)以及系統(tǒng)的各個部分與內(nèi)外環(huán)境的適應性‘關系’”[4]。例如某個時間段內(nèi)大腦的功能活動表現(xiàn)的是某幾個腦區(qū)之間的相互協(xié)調(diào)關系。在網(wǎng)絡當中，結(jié)構(gòu)在一定程度上決定功能，如果網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)合理，網(wǎng)絡功能就會正常發(fā)揮，反之不合理的結(jié)構(gòu)會使整個網(wǎng)絡功能發(fā)生紊亂或退化。同時網(wǎng)絡功能又塑造著網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了的結(jié)構(gòu)又使得功能得到更好的發(fā)揮。結(jié)構(gòu)與功能相互依賴，二者在這種動態(tài)的過程中統(tǒng)一起來，充分體現(xiàn)了復雜網(wǎng)絡是結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一體。相比較而言，由于還原論方法只注重對元素的研究，忽視了結(jié)構(gòu)與功能之間的復雜關系，具有很大的局限性。

功能是結(jié)構(gòu)的表征，結(jié)構(gòu)是功能實現(xiàn)的前提。眾多研究表明人腦的結(jié)構(gòu)和功能具有密不可分的聯(lián)系，許多神經(jīng)、精神疾病是由于病人大腦結(jié)構(gòu)異常而造成相應功能的紊亂或弱化。例如腦網(wǎng)絡研究表明，在癲癇病人發(fā)病時，“腦網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)趨向規(guī)則，并伴有局部子網(wǎng)絡的形成，直到發(fā)作終止腦網(wǎng)絡變?yōu)楦与S機的拓撲結(jié)構(gòu)”[12]，試驗驗證了腦網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的異常與腦功能的異常有著直接聯(lián)系。再如研究人員對強迫癥患者腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡的研究表明，“強迫癥患者具有非典型的小世界屬性和模塊性，具體來說，小世界性顯示局部效率降低，模塊化顯示模塊III(默認模式網(wǎng)絡)中的內(nèi)連接減少，并且模塊I(執(zhí)行功能)和模塊II(認知控制/空間)之間的互連性增加”[13]。與此相似，研究人員還分析了精神分裂癥患者在工作記憶任務中的大腦功能網(wǎng)絡，研究發(fā)現(xiàn)與正常的被試者相比，“精神分裂癥患者腦功能網(wǎng)絡的中‘小世界’的屬性沒有正常人的明顯”[14]，表明其大腦組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了異變。綜合以上幾例可見，腦網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)受到破壞對其正常功能的發(fā)揮有著致命的打擊，這恰恰說明復雜網(wǎng)絡中結(jié)構(gòu)與功能是統(tǒng)一的，相互影響，密不可分。

(三)復雜網(wǎng)絡具有動態(tài)性與開放性

復雜網(wǎng)絡是具有動態(tài)性的網(wǎng)絡。在網(wǎng)絡思維的視野下，事物是由處于變化狀態(tài)的層級結(jié)構(gòu)組成的，而非還原論用靜止、機械的觀點所認為的——事物由簡單的靜止性的元素及結(jié)構(gòu)組成。以自然觀念的轉(zhuǎn)變?yōu)槔?，在還原論視野下，“難以解釋高層次的‘活的’整體是如何由低層次‘死的’實體生成的”[15]。復雜性科學的興起超越了還原論的這一致命缺陷，揭開自然的整體性與復雜性，使“當代自然哲學探尋自然‘原則’”[15]從靜態(tài)向著動態(tài)的方向轉(zhuǎn)換，即“從存在到演化，從構(gòu)成到生成，從實體到過程”[16]。

網(wǎng)絡中元素的性質(zhì)或特征會發(fā)生一定的改變。也許在網(wǎng)絡中的一些元素具有其自身固有的、不變的屬性，但在另一方面，元素的屬性是在網(wǎng)絡中“相互參照的關系的基礎上確立起來的”[4]，而不是其自身所能決定的。所以網(wǎng)絡中各個元素的關系即網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)的變化才是整個網(wǎng)絡發(fā)生演變的重要原因。

此外，復雜網(wǎng)絡是開放的而不是封閉的網(wǎng)絡，隨著新的主體即節(jié)點的加入，網(wǎng)絡自身不斷生長。節(jié)點加入網(wǎng)絡并與已在網(wǎng)絡中的主體建立聯(lián)系即鏈接，網(wǎng)絡中適應性強的節(jié)點會不斷吸引新的節(jié)點與其建立聯(lián)系，也有很多普通節(jié)點蘊含著發(fā)展成為中心節(jié)點的潛力，同時也會有老的節(jié)點死去并與已有聯(lián)系中斷的。節(jié)點的動態(tài)變化也同樣伴隨著鏈接增加與消失，使網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)更加錯綜復雜。

動態(tài)性與開放性的特點使復雜網(wǎng)絡研究面臨著更大的挑戰(zhàn)。人腦中存在大量不同類型的神經(jīng)元細胞以及不計其數(shù)的突觸，它們之間有著復雜的連接方式和動態(tài)變化。對于大腦這個復雜網(wǎng)絡而言，大腦的功能活動是一個極為復雜的動態(tài)過程，例如相關研究者研究了不同頻率段不同任務狀態(tài)下腦功能網(wǎng)絡的拓撲特性，研究發(fā)現(xiàn)“各頻段腦網(wǎng)絡的全局拓撲性質(zhì)都比較穩(wěn)定，不同頻段下的功能網(wǎng)絡都具有‘小世界’屬性，但與此同時，在高頻波段大腦額葉和頂葉區(qū)域出現(xiàn)了新的功能連接和核心節(jié)點”[17]。這一結(jié)果說明腦網(wǎng)絡并不是一直保持靜止穩(wěn)定不變的狀態(tài)，在其維持“小世界”結(jié)構(gòu)的同時，也在自發(fā)地調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)之間的局部連接從而實現(xiàn)不同的功能需求。

目前的對大腦功能網(wǎng)絡的研究更多的是局限在對某個給定的時間段內(nèi)大腦功能活動拓撲性質(zhì)的描繪，而如何在更小的時間尺度乃至更精確的時間點上構(gòu)建動態(tài)的腦功能網(wǎng)絡，是腦功能網(wǎng)絡研究的重點之一。只有對大腦功能網(wǎng)絡有了動態(tài)的把握，了解了大腦功能拓撲組織結(jié)構(gòu)隨時間變化的規(guī)律，才能更進一步探索大腦實時的功能活動機制。

四、結(jié)語

復雜性網(wǎng)絡既適應了現(xiàn)代網(wǎng)絡信息時代的需要，又符合21 世紀復雜性科學發(fā)展的大趨勢，其應用范圍廣泛，涉及到經(jīng)濟、政治、社會管理、軍事、通信、工程技術等眾多領域。小世界、無尺度網(wǎng)絡等網(wǎng)絡模型的研究與應用，極大地提高了人們認識復雜世界的能力，并使研究方法得到豐富和更新，從還原論思維和方法走向了網(wǎng)絡思維和方法。

復雜網(wǎng)絡方法對還原論的適用范圍作出了合理的限制，在吸納其合理因素的同時也實現(xiàn)了新的超越。復雜性網(wǎng)絡研究在豐碩的理論和技術成果之上，依舊具有進一步開拓的空間以發(fā)揮更大的應用價值，成為當代極富挑戰(zhàn)性的科學研究前沿領域之一。

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Analysis on the Relationship of Method between Complex Network and Reductionism

SUNEn-hui，WANGBo-lu

(SchoolofPhilosophy,RenminUniversityofChina,Beijing, 100872,China)

The gradual formation of complexity paradigm provides a new thought as well as method to settle various problems and compensates reductionism's weaknesses. First of all, this paper elaborates the transition from the reductionism to the complex network. Then it emphasizes that the pursuit of simplification is inherited by complex network method. Based on the study of "point", the complex network method focuses on the study of the structure between "line" and "net". Finally, the paper takes the brain network as a main example to illustrate the complex relationship between elements, structure, function in the complex network, and features of openness and dynamics , showing the complexity going beyond the reductionism.

reductionism；complex network；beyond；comparison

2017-05-19

國家社會科學基金重點項目(16AZX007)

孫恩慧(1993-)，女，山東濟南人，碩士研究生，研究方向為科學技術與社會；王伯魯(1962-)，陜西韓城人，教授，哲學博士，博士生導師，主要從事技術哲學、科學技術與社會研究。

N02

A

1672-934X(2017)04-0022-07

10.16573/j.cnki.1672-934x.2017.04.004