【物理學家能應付複雜的系統】

八方

【物理學家能應付複雜的系統】

 

精細的平衡： 避免關鍵事件的最好辦法是什麼？

一組研究人員在美國已出最優控制的複雜系統，一個事件會導致另一種方案。

研究人員研究了如何最好在所謂自組織關鍵系統，正在不斷瀕於的級聯，以制止或管理"雪崩"和傳播危機進行干預。

方法可能潛在應用於真正的山體滑坡和雪崩、 森林火災和也許甚至經濟危機。

風險評估

有時預防大危機的最佳方法是帶上一個小。

可以通過使用爆炸物來觸發較小的避免大雪崩和地震控制已經討論了相同的策略。

但它可能會有風險，可能代價高昂的複雜系統，這些觸發甚至小串聯事件。

找到避免災難性的葉柵和誘導小部分，皮埃爾-安德列 · 諾埃爾、查理斯 D Brummitt和Raissa M D'Souza從加利福尼亞大學大衛斯分校在美國，考慮他們的模型作為標準的例子的自組織臨界性 （SOC） — — 砂樁之間的最佳平衡。

因為"連鎖反應"五穀碰撞中一堆沙子，穀物慢慢地被添加到最高的總是易發生雪崩的任何大小 — — 從滑坡的整個樁表面 — — 對幾個翻滾穀物。

沒有告訴首先雪崩可能會有多大。

但概率它出現跌幅 — — 一種數學關係知道作為"電力法"— — 該事件獲取更大的作為。

這是 SOC 的簽名，它已經在模型的地震、 森林火災、 生態系統崩潰和經濟波動的影響。

這種行為是否適用于相應的真實示例仍有爭議。

系統工程師，加州理工學院的約翰 · 道爾表示在這種情況下電力法律一般虛幻的造成的貧困資料分析。

有沒有在性質或技術的示例，振振有詞地是 SOC 的例子，他說。

同樣的 SOC 和砂樁可能會提供至少一種類比如何葉柵和失敗可以傳播通過組成的許多交互元件 — — 特別是當這些元件被加入到分支網路的交互，比如電網和生態系統的複雜系統。

應變釋放

作為停電如那些在 2003 年出現襲擊北美東海岸，在這些系統中的主要瀑布可以非常昂貴，甚至可能致命。

一種避免這種災難是釋放任何集結"應變"系統中之前它入大梯級開發通過故意觸發一個較小。

但那可能是昂貴的兩方面的干預所需量和較小的事件的後果。

給定特定"成本函數"，它指定的事件的特定大小，成本諾埃爾說："有的控制 — — 說 — — 避免災難性的失敗，不會不太使勁的理想水準"。

要看這個在沙堆中，研究人員開發了在其中五穀都連結到指定他們的互動網路模型會影響其他人。

他們認為所有的瀑布有它們的大小成正比的成本和計算的強迫葉柵 (表示 μ) 總成本降至最低的分數。

在他們的模型，控制器具有誘導或抑制葉柵的唯一手段是指定位置在網路中新的糧食的土地 — — 類似于滴雪或在某一特定位置啟動森林火災。

諾埃爾和他的同事發現，在一般情況下，有的最優值為 μ 0 （在所有沒有級聯） 和 1 （觸發了所有葉柵） 之間。

太努力制止葉柵 （使 μ 太小） 可能會起反作用的系統推向"臨界"狀態主要梯級是有可能的。

現實世界的問題

亞曆山德羅 · Vespignani，在印第安那大學布隆明頓，複雜網路上的一位專家說自組織臨界性工作的人當中，"此現象學是已經已知並不令人驚訝"。

不過，他補充新的工作顯示如何在正式術語中，哪能點到的方式表達這一問題更微妙的理論的治療方法。

諾埃爾同意"應變救濟"的一般做法已經很好理解。

我們的貢獻是確定這種類型的行為，背後的一般機制，並提供一個方法來分析跟蹤它他說。

但它是目前尚不清楚如何能在實際的系統中，根據 Vespignani 執行這項定量戰略。

弗蘭克 · 施韋策，瑞士聯邦技術學院 (ETH) 在蘇黎世，複雜社會系統的專家也有同感。

在實際系統中，它往往是無法控制級聯的開始位置他說。

它往往是比較容易控制連接或節點容量，其中既不碰在擬議的模式"。

他認為一些更複雜的戰略已經就業，如"的切負荷"電網，仍將更為可取。

"很難來推斷到真實世界的情況，因為他們比這個簡單的模型更加豐富，"諾埃爾承認。

但模型開始定義什麼來衡量和哪些機制問題。

這項研究發表在物理評論快報.

關於作者

菲力浦球是一個設在英國的科學作家

 

 

引用：http://translator.live.com/BV.aspx?ref=IE8Activity&a=http%3A%2F%2Fphysicsworld.com%2Fcws%2Farticle%2Fnews%2F2013%2Faug%2F16%2Fphysicists-get-to-grips-with-complex-systems