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   最近，英國(guó)阿斯頓大學(xué)和中國(guó)香港科技大學(xué)科學(xué)家合作，利用聚合體（由許多相同單體組成的高分子復(fù)合物）作用物理學(xué)和無(wú)序系統(tǒng)原理，來(lái)分析宏觀層面的一般路線最優(yōu)化問(wèn)題。他們推導(dǎo)出一種簡(jiǎn)單的全局性路徑算法，能用于倫敦地鐵、全球航空網(wǎng)絡(luò)和模擬互聯(lián)網(wǎng)的隨機(jī)路線圖。而且分析顯示，相變、比例法則、非單調(diào)增長(zhǎng)及其他路徑問(wèn)題中出現(xiàn)的新現(xiàn)象都與物理學(xué)有關(guān)。

   物理工具解決分析系統(tǒng)問(wèn)題

   “雖然用物理學(xué)工具解決分析系統(tǒng)的問(wèn)題確實(shí)困難，但聚合體和路徑之間的相似性卻很容易理解�！毖芯繂T楊智浩（音譯）解釋說(shuō)，“一個(gè)聚合體分子是一條長(zhǎng)長(zhǎng)的高分子鏈，就像一條有兩個(gè)末端的繩子。假設(shè)用一個(gè)高分子來(lái)表示我的旅行路線：兩端代表起點(diǎn)和終點(diǎn)，中間則是靈活可變的，取決于我們所選路線。如果每個(gè)旅行者的路線都如此表示，整個(gè)交通網(wǎng)中就有了一個(gè)聚合體系統(tǒng)。而交通網(wǎng)要盡量減少擁堵，我們?cè)趦蓚�(gè)聚合體之間加入引力和斥力，引力表示鼓勵(lì)旅行者選擇相同路線，而斥力表示要盡量減少他們選擇相同路線�！�

   假設(shè)所有高分子都擁有相同的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，任意兩個(gè)分子都可能發(fā)生路線重疊�！霸诟叻肿又丿B時(shí)，它們之間會(huì)產(chǎn)生吸引或排斥作用，作用強(qiáng)度取決于重疊的程度，這又是一個(gè)涉及所有高分子的非局域問(wèn)題�？紤]到所有這些復(fù)雜性，我們要從所有可能的個(gè)別選擇及重疊路線中找到最佳路線�！�

   “推導(dǎo)出理論之后，我們得到了直接的算法�！睏钛a(bǔ)充說(shuō)，“我們還用幾個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)它進(jìn)行了測(cè)試，得到了很好的結(jié)果。一旦系統(tǒng)的分析問(wèn)題解決了，要發(fā)現(xiàn)它的宏觀特性就變得直接明了，比如平均路線長(zhǎng)度、所需能源等�！�

   交通網(wǎng)的最優(yōu)路線組合

   有些人可能認(rèn)為，最短路徑總是最佳選擇，實(shí)際上并非如此：當(dāng)每個(gè)人都選擇同一條路時(shí)，通常選最短路徑都是糟糕的。比如在高峰時(shí)段，位于最短路徑上的公共路線總是有更多車(chē)輛，這些路線就會(huì)比稍遠(yuǎn)些的路線行駛得更慢，造成延遲。

   他們用倫敦地鐵數(shù)據(jù)進(jìn)行了模擬。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)所有乘客都選最短路線出行時(shí)，如果在乘客所選路線之間加入斥力，而且乘客接受了建議路線，平均路線長(zhǎng)度會(huì)增加6%，但卻能換來(lái)節(jié)約20%的預(yù)設(shè)成本。

   “假如我們鼓勵(lì)那些在非高峰時(shí)段出行的乘客選一般路線，而且允許大部分路線相同，這樣，那些次級(jí)公交或火車(chē)線路（不太受歡迎路線）就會(huì)中止，從而節(jié)約大量能源。”楊智浩說(shuō)，通過(guò)模擬聚合體系統(tǒng)之間的吸引力，能得到這種最優(yōu)的共享路徑組合。

   當(dāng)他們逐漸地將作用力從輕微排斥變成輕微吸引時(shí)，閑置節(jié)點(diǎn)的數(shù)量會(huì)急劇上升�！斑@就像其他物理系統(tǒng)的相變過(guò)渡期�！睏钪呛普f(shuō)，“也就是說(shuō)，只要在乘客所選的路線之間引入輕微吸引力，能在平均路徑長(zhǎng)度增加不多的情況下，大大增加閑置節(jié)點(diǎn)數(shù)量。這在交通狀況較稀疏時(shí)，可節(jié)約大量資源。”

   他們還用全球航空網(wǎng)絡(luò)做了類(lèi)似實(shí)驗(yàn)，也得到了類(lèi)似結(jié)果。他們認(rèn)為，在許多運(yùn)輸或通訊網(wǎng)絡(luò)中，如果能更好協(xié)調(diào)每個(gè)人的出行路線，在節(jié)約能源方面會(huì)有很大改善�！斑@和普通的路線查詢程序不同，那種程序只能簡(jiǎn)單地幫人們找出最短路線，并不涉及多人之間的相互作用�！睏钪呛平忉屨f(shuō)，“以我們的算法為基礎(chǔ)，可以開(kāi)發(fā)出一種實(shí)時(shí)應(yīng)用程序，為那些同時(shí)出行的人在全局范圍協(xié)調(diào)路線選擇，在高峰時(shí)段或高峰季節(jié)，實(shí)現(xiàn)高速路、地鐵、火車(chē)或飛機(jī)使用平衡的目標(biāo)。”

   互聯(lián)網(wǎng)的最優(yōu)通訊路徑

   研究人員還將這種算法用于互聯(lián)網(wǎng)中，用一種隨機(jī)曲線來(lái)模擬互聯(lián)網(wǎng)的覆蓋網(wǎng)絡(luò)，也就是在一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上面建另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，其中節(jié)點(diǎn)可看作是即時(shí)連接在一起的虛擬或邏輯連接，相當(dāng)于一條路徑，并與下層網(wǎng)絡(luò)多個(gè)物理鏈接相連。加入斥力時(shí)，每條通訊路徑就會(huì)避開(kāi)其他路徑，到最后幾乎每個(gè)人都有自己的路徑而不與他人路徑重合；如果加入引力，通訊會(huì)集中在網(wǎng)絡(luò)的一小塊公共區(qū)域里，多人共享路徑，留下大量節(jié)點(diǎn)和空置連接。如果把空節(jié)點(diǎn)看作是路由器，那么關(guān)閉它們就能節(jié)約大量能源。

   “我們只是用一個(gè)簡(jiǎn)單的隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)來(lái)演示，怎樣通過(guò)加入的引力和斥力來(lái)找到最優(yōu)通訊路徑�！睏钪呛普f(shuō)，“我們得到的是一個(gè)能實(shí)現(xiàn)多個(gè)目標(biāo)的統(tǒng)一算法，只需改變聚合物之間控制引力和斥力強(qiáng)度的一個(gè)參數(shù)。它還可能用在其他方面，我們歡迎網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)家提出其他特殊的路線問(wèn)題，來(lái)測(cè)試這種算法能否解決它們。”

   楊智浩還指出，這種一般路線算法對(duì)任何有關(guān)路線選擇和個(gè)體路線協(xié)調(diào)的問(wèn)題都適用，希望本研究能有助于解決交通、通訊網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題，幫助提高現(xiàn)有交通、通訊設(shè)施運(yùn)營(yíng)效率，減少重復(fù)建設(shè)。