【IJAC推文】学界上神带你掌控四海八荒

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近日，小编的朋友圈都被一件大事刷屏：追了三生三世的白浅浅和夜华君终于要拉起小手过上幸福生活啦~~一想到这个，是不是心里突然就觉得整个世界都亮堂了呢！不过，亮堂归亮堂，各位想要飞升科学界上神的仙女郎君们，还得一步步历劫才行。今天这关，咱们就从“红气球挑战赛”开始。几年前，美国国防部的国防高等研究计划署组织了这场挑战赛。他们把10个红色的气球分别放在美国本土10个不同地方，任何团队或个人，无论用什么办法，只要最先发现这10个气球的准确位置，就可以得到40000美元的奖金。这个题目看似简单，但实际操作起来却有一定困难。要知道，美国的国土面积仅次于中国，本土就有50个州。仅凭一人之力或几人之力找到10个气球，小编掐指一算，少则十天半月，多则数年。

但这四海八荒从来不缺大神。最后，来自麻省理工的团队用9个小时就完成了任务。他们的方法特别简单。借助互联网向自己所能联系到的人发出悬赏告示：直接找到气球得赏2000元；间接找到得赏500-1000元不等，比如，夜华首先发现了气球，接着告诉白浅气球在十里桃林，白浅又把消息告诉了凤九，最后，凤九找到气球，那么，夜华得500元，白浅得1000元，凤九得2000元。就这样，这个团队集结了远远高于本身力量的强大外援来寻找气球。

寻常人看来，这就是“全民找气球”的游戏，但在科学界上神陈关荣教授的文中，就是Pinning Control。说简单点，就叫“牵制控制”。小白们别急着抹泪，搬起板凳拿起笔，小编这就来科普！在特定的动态网络系统中，为达到某些目的，需要控制多少个节点系统？在所有要控制的节点系统中，又需要选取哪几个节点进行控制，从而实现控制效果最优化？为了回答这些问题，“牵制控制”的概念应运而生。咱们可以先从生物学的角度来理解：蜜蜂在采蜜或迁徙时，整个家族里，通常只有5%的蜜蜂来指挥控制；一只线虫想要蠕动全身，只需动用不到17%的神经元进行指挥。因此，所谓的“牵制控制”就是研究用最有效的方法来控制整个系统，进而达到“牵一发动全身”的目的。各路仙女郎君内心有没有喷涌出“学会‘牵引控制’就能掌控全世界”的小激动呢？其实，我们现在的互联网、无线通讯、交通运输等都离不开控制理论。做学问哪有浅尝辄止的道理。诸位且随陈教授一起来探一探“复杂动态网络的牵制控制和可控性”~

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收录信息

Citation: Guanrong Chen. Pinning Control and Controllability of Complex Dynamical Networks. International Journal of Automation and Computing, vol. 14, no. 1, pp. 1-9, 2017.

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全文链接

Springer Link:

https://link.springer.com/article/10.1007/s11633-016-1052-9  

IJAC官网：http://www.ijac.net/EN/abstract/abstract1865.shtml

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文章简介

复杂动态网络的牵制控制和可控性研究

Pining Control and Controllability of Complex Dynamical Networks

陈关荣 香港城市大学 电子工程学系

关键词：复杂网络，牵制控制，可控性，线性时不变（LTI）系统，时态转换网络，图论

网络科学和工程中，在研究如何应用控制动态系统网络前，应首先研究其可控性。由于在可控性和可观测性之间存在着显著的对偶性，理论上可以将可控性研究得出的所有结果转移至可观测性。但可观测性本身具有一定的特殊性，这些特殊性在与网络测量、识别及预测等相关的应用中得以体现，因此仍然具有一定的研究价值。

文章综述了动态系统有向网络的牵制（Pinning）控制理论。在网络模型中，节点或是单输入单输出（SISO）动态系统，或是多输入多输出（MIMO）动态系统，一般情况下还可以是异质非线性系统。但在本文的网络可控性研究中，将它们限制为同质线性时不变（LTI）系统。本文将同时对状态及结构可控性问题进行讨论，研究网络拓扑结构、节点系统动力学、外部控制输入及内部动态交互如何共同影响同质线性时不变系统构成的一般复杂网络的可控性，同时研究SISO和MIMO中所需的充分必要条件。本文还将探讨线性时变（LTV）节点系统中特殊时态转换的有向网络的可控性，最后提出一些将来可进一步研究的一般网络论题及相关的若干挑战性的论题。

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作者简介

“

陈关荣，香港城市大学讲座教授，香港城市大学“混沌与复杂网络学术研究中心”主任。1997年被选为美国电气电子工程师学会（IEEE）Fellow，2011年获“欧拉金质奖章”，同年被授予俄罗斯圣彼得堡国立大学荣誉博士学位，2014年被授予法国诺曼底大学荣誉博士学位。据汤森路透统计，陈关荣为工程学领域高被引研究人员（自2009年），同时也是物理学（2014年）及数学（2015年）高被引研究人员。陈关荣教授2014年当选欧洲科学院院士，2015年当选发展中国家科学院院士。

研究兴趣：复杂系统及网络数学建模、动力学分析及控制理论

邮箱：[e-mail] (通讯作者)

ORCID iD: 0000-0003-1381-7418

”

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内容来源：

中科院自动化所《国际自动化与计算杂志》(IJAC) 2017年第1期

本文编辑：欧梨成

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