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复杂动态网络的同步、控制与识别理论与方法

获奖项目:复杂动态网络的同步、控制与识别理论与方法

主要完成人:吕金虎(中国科学院数学与系统科学研究院),虞文武(东南大学),陈关荣(香港城市大学),陆君安(武汉大学),周进(武汉大学)

推荐单位:中国科学院

获奖等级:国家自然科学奖二等奖

项目简介:

复杂动态网络是系统与控制科学的前沿与热点研究领域,美国国防部将社交网络人类行为的计算模型列入六大颠覆性基础研究领域。人类行为计算建模的核心目标是实现对社交网络(复杂动态网络)的群体事件(如网络同步)临界点(牵制控制)的成功预测(结构识别)。中国北斗地基增强系统的参考站组网法则、可靠性和完备性的瓶颈本质是复杂动态网络的同步、控制与识别。这些都说明复杂动态网络的同步、控制与识别已成为共性的重大科学问题。

师生自然形成的创新团队经过近二十年协同攻关,在复杂动态网络的同步、控制与识别的几个瓶颈问题上取得了关键性突破。重要科学发现如下:

1.复杂动态网络的同步:揭示了一类典型时变复杂动态网络同步的普适性规律,证明了时变复杂网络同步本质上由该网络的内耦合矩阵和外耦合矩阵的特征根及其特征向量决定,提出了网络同步的基本判别准则,解决了复杂动态网络同步理论中结构时变的难题,美国国家科学奖章获得者、美国科学院院士S.A.Levin 据此纠正了其PNAS 论文的基本定理的关键错误并对第一完成人致谢。

2.复杂动态网络的控制:揭示了复杂动态网络牵制控制的基本规律,发现了复杂网络的结构、耦合强度、牵制节点数与控制增益之间本质的定量关系,克服了网络结构与非线性动力学动态交互影响的本质困难,解决了复杂网络中牵制节点选择和控制增益设计的理论难题,被BA 无标度网络发明人、欧洲和匈牙利科学院院士A.L. Barabasi 在Nature 中评价“困难根源于…才可能取得进展”。

3.复杂动态网络的识别:揭示了复杂动态网络结构识别的内在机理,发现了同步阻碍拓扑识别的本质规律,提出了边权负荷与容量计算模型,被美国科学院院士H.E. Stanley评价为节点负荷与容量计算的“主要计算模型”。第一完成人作为核心成员参与中国第二代卫星导航系统(北斗)重大专项项目,国家卫星定位系统工程技术研究中心评价我们发展的复杂动态网络理论为“连续运行参考站网络(含北斗地基增强系统)厘米级服务的参考站组网法则、可靠性和完备性提供了关键理论支撑”。

8篇代表性论文总SCI他引1739次(Google学术总他引2811次),全部为ESI高被引论文,其中7篇单篇SCI他引超100次且单篇引用排名均位于发表期刊的前6位,5篇单篇SCI他引超200次。20篇论文总SCI他引2852次(Google学术总他引4787次)且单篇SCI他引均超50次,其中15篇ESI高被引论文。20篇论文被32位国家科学院或工程院院士他引206次,被58位IEEE Fellow他引605次,被Automatica和IEEE会刊他引405次。Science编辑A. Cho特邀第三完成人对Nature封面论文做专题评述。前三位完成人2014和2015年均入选汤森路透全球“高被引科学家”(占中国学者的3/134和3/148)。完成人近二十年在国际会议做大会报告42次,获第14届中国输出版优秀图书奖,获中国百篇最具影响国际学术论文奖等3项论文奖。

第一完成人因复杂网络领域的贡献获何梁何利科学与技术进步奖(2015)、IEEE Fellow(2013)、中国工程院光华工程科技奖(2012)和中国科学院青年科学家奖(2014);任第43 届IEEE工业电子年会大会主席、IEEE电路与系统学会Fellow评委会委员及6 个IEEE 会刊的编委。前二位完成人分获国家杰出青年基金(结题优秀)和国家优秀青年基金。第三完成人当选欧洲科学院院士(2014)和发展中国家科学院院士(2015)。项目组培养全国优博2 篇,获批中国科学院交叉创新团队。部分成果获湖北省自然科学一等奖(2013)和江苏省科学技术一等奖(2010)。

 

 

 

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