自主智能无人系统全国重点实验室团队在真实复杂系统的临界性和底层机理研究取得新成果

6月10日，物理学权威期刊《物理评论X》（Physical Review X）发表了同济大学物理科学与工程学院、上海自主智能无人系统科学中心严钢教授团队的研究论文“Nonparametric power-law surrogates”。该论文提出了一种新的理论判据和非参数方法用于拓展幂律模型在小样本和含噪数据中的有效性和适用性，为揭示真实复杂系统的临界性和底层机理提供了新见解。重尾分布是尾部衰减速率慢于指数的分布，该类分布广泛出现在物理、生物、经济、社会等实际复杂系统。重尾分布意味着极端事件出现的概率比人们通常认为的要大得多，即事件可能突然呈现前所未有的规模。在这一类分布中，幂律分布尤为重要，因为它不仅能够揭示有趣的新现象（如真实网络的无标度特性、物理系统的相变行为等），而且往往蕴含了反直觉的底层机理（如大脑活动的临界态、自然集群的自组织临界性等）。实际观测数据（尤其是极端事件）的样本量往往很小，受限于有限尺度效应，而且含有多种噪声，因此判断一个真实系统是否处于临界态（即其活动是否服从幂律分布），是一个重要但非平凡的科学问题，也是近几年引发学界争论的热点问题。图1：约束条件下的幂律su