研究成果：李耕,狄增如,韩战钢.集群运动:唯像描述与动力学机制[J].复杂系统与复杂性科学,2016,02:1-13.

简介：

    鉴于生物群体在空间中展现出的大规模集群运动已经成为集群行为研究的一大热点，从集群运动的唯像描述到动力学机制的逻辑线索展开综述。唯像描述部分中主要介绍“一致性序参量”、“集群对称破缺”、“集群规模分布”和“空间关联”等集群运动的唯像特征。它们大都具有定量的实证基础，有些还体现出一定的定量普适性（适用于多物种）。在动力学机制部分分别介绍“吸引与排斥”、“对齐规则”、“相互作用范围”、“个体异质性”和“相互作用的线性叠加”等微观规则，重点总结了基于轨迹追踪的机制推断成果。还特别着重区分实证与假设。通过这样的逻辑梳理，既描绘出“集群运动”这一新兴领域在不长的时间里积累的丰硕成果，又清晰地系统展现出我们在追求集群运动普适律的道路上已经走了多远，以及摆在面前的重要问题。

笔者按：

一、集群行为：真的有趣而且不可思议吗？

    如果仅仅去读一篇篇的学术论著，很难体会到这一点。是每天都在这个星球各地上演的五彩缤纷的集群运动现象，吸引着人们的好奇心。不需要科学问题，便沉醉于欣赏动物世界里的角马迁徙，椋鸟群飞，蚂蚁王国，……还有人类社会本身。当进一步了解一点事实，打动你就不仅是画面——白蚁的蚁巢结构十分复杂，不论是整体结构还是每个细节角落，都似乎经过精心设计；它们被建造的稍有不同，便不再是一个“舒适”的环境。然而我们了解这样的事实：建造开始之前，并不存在任何设计蓝图和工程指挥。那它们是如何做到的？这太神奇了。另一个故事是椋鸟的集群飞行。我相信不会有人不被欧洲椋鸟的群体表演所打动。在读任何关于椋鸟集群行为的文章前，我们都应该去网上瞧一瞧视频，自己是否觉得这真的有趣。当你意识到，它们也不可能有一个总指挥说：“你！飞到哪儿去；你！飞过来；下一秒，你飞回来，你高进他！” 所以这也同样神奇：它们是如何飞成这样的？

二、当你问“鸟群为什么飞成这样？”我要问“哪样？”

    我们目睹了自然的集群行为，有了好奇心，进一步产生科学问题。然而提出一个明确的科学问题是不容易的。例如“鸟群为什么飞成这样？”，便不是一个科学问题。我们需要把“感到”好奇的对象“定量化”。鸟群为什么都朝一个方向飞？这个问题就好一点。如果我们用“极化度”来刻画这种方向一致性，那么“飞行的椋鸟群为什么有这样高的极化度？”就成为一个更好一些的科学问题。现象被量化，并抽象出规律，就是唯像研究。综述里的第二部分便介绍了这些成果。

三、“飞行的椋鸟群为什么有这样高的极化度？”

    这个问题其实可以做两种理解。一是它们如果进化出这样的行为？二是每只鸟的行为机制是什么，使得群体能够如此这般？综述里的第三部分，只针对第二类问题。既然这种群体行为是“不平凡”的，暗示鸟与鸟之间必然存在相互作用。因此，什么样的行为机制会使得鸟群（或者其他群体）整体涌现出高极化度（或者其他唯像结果）？是这一部分要回答的核心问题。

    真的有兴趣的话，慢慢看综述吧。如果想得到清晰的答案，是不可能的，正因为这个领域还有许多未知的奥秘需要我们去发现。

李耕 2016-11-15 12:23 于广东嘉应学院

祝大系统的各位师生越来越好！