中國科技網訊 在一個復雜系統中，如包含了2萬個互相聯系的基因的人類基因組，要想一次監控整個系統幾乎是不可能的。據物理學家組織網近日報道，來自美國東北大學、麻省理工大學等單位的研究人員開發出一種新算法，能識別出復雜系統的子單位或必要結點，使監控大型復雜系統成為可能。相關論文發表在最近出版的美國《國家科學院學報》上。
 
    復雜系統如生物基因組、生化反應系統、社會網絡等，由許多互相關聯的子部分組成，其中任何一個部分有了變化，都會對其余部分造成影響。因此要分析監控一個復雜系統是極為困難的。“復雜系統的本質是連接，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絡。因此我們不必監控每個部分，也能從整體上把握整個系統。”論文作者之一、東北大學生物學院和計算機與信息科學院物理學教授艾伯特-拉斯洛•巴拉巴斯說，他們設計的方法利用了復雜系統子單位間相互依賴的特性，可超越數量限制觀察系統的整體情況。
 
    利用這種新算法，研究小組首次確定了用以描述系統動態學的所有數學方程，比如計算在一個生化反應系統中，外圍分子之間較小的反應對整個系統最終結果所產生的影響。通過觀察每個反應對系統變量所造成的影響，就能繪制出整個系統的曲線圖。連結點是構成曲線圖的基礎，每個點對理解系統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，必要結點也是充分條件。”東北大學復雜網絡研究中心副教授劉陽煜（音譯）說，只要有了這些必要結點，無需其他任何部分就能知道整個系統的全部情況。
 
    研究人員指出，新方法將控制論、圖論和網絡科學結合在一起，將大型復雜系統簡化為一套必要的“傳感結點”。比如生物的新陳代謝系統，是由上百分子和上千生化反應組成的集合，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，只是化學家和醫生發現它們管用而已。”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控的是什么系統。”（記者 常麗君）