来源：集智编辑部

编者按：

俯仰一息辞旧念，晴空万里无闲云。2021年终于画上句点。

这一年，三位科学家因对理解复杂系统的开创性贡献而斩获诺贝尔物理学奖。诺奖既表彰了以地球气候系统为代表的复杂系统研究工作，也在提醒我们对于跨尺度的复杂系统问题和系统性的人类发展挑战，需要予以加倍关注。

这一年，从复杂网络到机器学习，从开放系统到生物信息，从个体智能到集体行为，从社会变迁到科学革命，我们探索着复杂系统背后的统一规律，也经历着学科分化与整合。作为跨学科研究的典型，复杂科学正在物质科学、生命科学、社会科学、信息科学的边界处引线穿针，开洞破墙。我们隐隐看到，颠覆性创新正在酝酿之中，重大科学发现逐渐浮出水面。

集智编辑部特别整理了集智俱乐部公众号2021年的推文，从中选取部分有代表性的新工作解读、重要前沿方向的综述探讨、经典文献与科学故事，以及集智这一年的行动探索，以飨读者。

从无序寻找有序，让混沌涌现新生。感谢朋友们相伴，我们2022年再见！

目录：

1. 诺奖——复杂科学正当其时

2. 进展——2021年代表性研究

3. 整合——学科交叉里程碑

4. 经典——常读常新

5. 科普——复杂之美

6. 行动——探索实践，邀你同行

7. 致谢

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1. 诺奖——复杂科学正当其时

• 深度解读2021年诺贝尔物理学奖——平衡混沌与秩序的复杂
  

• 狄增如：发展复杂系统科学正当其时

• 跨学科探索社会经济复杂性：2021年诺贝尔奖深层意蕴的启示与思考

• 临界的鸟群与复杂系统——2021年诺奖得主Giorgio Parisi的集体行为研究
  

2. 进展——2021年代表性研究

复杂系统前沿：网络、拓扑与临界

• 网络遇见大数据：在大型静态数据集中恢复动态网络
  

• 网络隔离器：改善网络结构以提升韧性
  

• PNAS前沿：多层网络的拓扑聚类
  

• PNAS前沿：几何分叉增长模型再现复杂网络演化过程
  

• Science重磅：非平衡系统中，秩序是如何涌现的？
  

• 齐夫定律为何普遍存在？从最省力原则到最大化多样性
  

• 前沿解读：基于本征微观态分析复杂系统相变与临界现象
  

人工智能怎样理解复杂系统？

• 如何以最小代价破坏系统结构？一套基于机器学习的方法
  

• PNAS前沿：系统何时走向崩溃？深度学习算法帮助预警临界点
  

• 物理网络中的监督学习：从机器学习到学习机器
  

• 周晓华：如何用数学语言来描述进行因果分析？
  

• 用计算机真正模拟生命还要多久

• PNAS前沿：使用深度学习模拟宇宙流体动力学
  

物理世界的本源：信息、量子与尺度变换

• PRL：互信息帮助分离环境噪声与系统内部相互作用
  

• Nature：微观量子自旋系统中涌现出宏观经典现象
  

• PRL：首次在开放系统中观察到时间晶体
  

• 时间测量可以无限精确吗？对时钟的热力学新理解
  

• PRL前沿：重整化群和信息论的关联

• 人脸和宇宙是啥关系？看物理学家怎样用重整化群流模型重新理解视觉

• Science：迈向量子互联网

生命是什么，生命怎样起源？

• 巴拉巴西 Nature 刊文：人类基因组计划20年， 明星基因大放异彩，生物网络亟待探索
  

• 老药新用治疗新冠疾病？网络医学框架加速药物研发

• Science封面文章解读：花椰菜分形结构的起源

• Science评论：深度学习助力高通量结构生物信息学
  

• 蛋白质的动力学和进化之间的对应关系：两个不同时间尺度下的相同故事
  

• 迈向生态进化动力学
  

• 生物物理前沿：从液滴中窥探生命
  

• 生命形式曾经多次发生？多重视角探寻生命起源的理论结构
  

智能是什么，智能怎样涌现？

• 知识怎样在大脑中表征？Nature刊文揭示抽象知识的几何结构

• 大脑为何如此耗能？比较计算与通信的代谢能效

• 脑的进化：更大的脑容量预示更高的智能水平？
  

• Science：穿梭于个体大脑与群体大脑之间探索社会智能
  

• Science最新：用机器学习建模人类的风险认知
  

• 信息大脑如何从物理大脑中涌现？
  

• 作为因果科学家的神经系统：因果编码

如何量化人类行为，如何理解社会？

• 集智科学家董磊Nature刊文，揭示人类出行的普遍模式
  

• 前沿速递：大数据分析揭示我国人口流动复杂性
  

• 社交网络视角下，怎样平衡防疫与经济？| PNAS速递
  

• AI经济学家：强化学习如何促进市场平等并提升生产效率
  

• Nat. Comput. Sci. 最新：人类移动行为涌现城市发展规律
  

• 资产随时间幂律增长：公司发展的普遍规律与规模法则
  

• 流动的集体注意力：在线教育背后的复杂系统
  

如何理解科学，如何孕育创新？

• Science最新：流行病大爆发期间政策与科学的共演化
  

• PNAS：数以亿计的论文，正在成为科学创新的阻力
  

• PNAS：应对系统性复合风险，科学需要新方案

• Nature子刊封面文章：想要原创成果？请建新鲜团队！
  

• 获得诺奖预示着一个领域的终结，还是爆发？
  

• 维基百科星星之火，照亮科研征途之路

3. 整合——学科交叉里程碑

诺贝尔奖新浪潮

• 诺奖委员会万字评述：为什么复杂系统研究受诺贝尔物理学奖青睐？
  

• 2021年诺贝尔经济学奖评述：解决重大社会问题的自然实验因果框架
  

网络、几何、量子、因果的纠缠

• 陈关荣：探讨复杂网络的高阶拓扑及其应用
  

• Nature Reviews Physics综述：网络几何
  

• 如何超越图论，探索大数据中的复杂联系？
  

• 构建因果引擎，创新科研范式——因果科学的学习路线图
  

• 因果表征学习最新综述：连接因果科学和机器学习的桥梁

• 耿直：因果作用评价与因果网络学习及其结合
  

• 进化计算前沿综述：值得算法学习的6个生物进化特征
  

• 长文综述：集群机器人的过去、现在与未来
  

• Physics Reports最新综述：解决物理、生物、经济中的稳定匹配
  

• 量子联结：高能物理、凝聚态物理和量子信息之间的联系
  

从生命到生态：物理、信息、涌现的视角

• 物理生物能量学：非平衡物理学、能量代谢与细胞生物学的新交叉

• 信息视角下的生命是什么：横跨生命和非生命集群系统的信息化架构
  

• 生命如何在复杂环境中生存？信息、调控和几何结构的交织
  

• 涌现、因果与自指——“因果涌现”理论能否破解生命与意识之谜
  

• 前沿综述：生命网络的合成路线
  

• 长文综述：量子生物学的未来
  

• 长文综述：神经系统中的心智因果模型
  

• 长文综述：给生物学家的机器学习指南
  

• Science长文综述：通过空间斑图形成避免复杂系统崩溃
  

• 地球系统科学简史：理解地球复杂性的多学科探索历程
  

社会、经济、金融的复杂性

• 前沿综述：社会科学进入黄金时代
  

• 罗家德：社会计算方法论
  

• Brian Arthur长文综述：复杂经济学的基础
  

• Nature Reviews Physics长文综述：金融网络的物理学

• César Hidalgo 长文综述：经济复杂性理论及应用
  

跨学科特刊

• 量化集体行为特刊：信息论为量化集体性提供形式化框架
  

• 传染病监测的数据科学方法特刊：大数据怎样应对大流行
  

• PNAS 特刊：生物演化模型如何帮助解决金融市场问题？
  

• Nature计算社会科学特刊：如何对21世纪人类社会进行有意义的度量？
  

• 复杂生命的起源和兴起特刊：综合模型、地球化学和古生物学数据
  

4. 经典——常读常新

• 机器翻译之父韦弗：科学与复杂性

• 蝴蝶效应和混沌故事 | 陈关荣
  

• 经典回顾：有效过程与自然法则
  

• 量化因果涌现表明：宏观可以战胜微观
  

• 大脑活动与认知: 热力学与信息论的联系
  

• Science经典回顾：计算社会科学宣言
  

• 为什么大脑都是吝啬鬼——大脑网络组织中的经济学

5. 科普——复杂之美

• 物理学和生物学中的真与美
  

• 从混沌到自由意志
  

• 数学家证明相变的对称性：从旋转对称性到标度不变性
  

• 几何、分形与时空：跨越百年的维度定义之旅
  

• 困扰热力学的三个妖精
  

• 因果涌现：数学理论揭示整体怎样大于部分之和
  

• 耗散结构与自然界的不可逆性——“热力学诗人”普里高津
  

• 人类世：地球上的新主人
  

• 大自然的剧本：人类能从复杂适应系统中学到什么
  

• 为什么大脑不是预测机器
  

• 微积分的未来：DNA、非线性、混沌、复杂系统与人工智能
  

• 大科学时代，指数级增长的科学仍然拥有前所未有的朝气与活力

6. 行动——探索实践，邀你同行

科学还能这样玩

• 拯救2050计划宣言 | 一次科研创新的探索

• 集智-凯风奖学金计划启动：资助青年学者探索跨学科研究

• 践行开源科学，我们把一篇论文铸成了NFT

• 中学生复杂科学大会报名倒计时：动手科研实践，探索复杂系统

读书会与主题社群

• 复杂经济学读书会启动招募，一起探索非均衡的、演化的经济系统
  

• 连接统计学、机器学习与自动推理的新兴交叉领域——因果科学读书会再起航
  

• 企业建模与发展预测读书会启动招募，探索复杂系统自动建模技术前沿
  

• 融合计算科学、社会科学与复杂科学：社会计算系列读书会启动招募
  

• 因果涌现读书会启动：连接因果、涌现与自指——跨尺度动力学与因果规律的探索
  

• 复杂系统管理学读书会启动：用复杂性思维应对21世纪管理难题
  

• 因果+X：解决多学科领域的因果问题 | 因果科学读书会第三季启动
  

• 自生成结构读书会启动：剖解生命、意识与智能的核心结构
  

• 地球系统科学读书会启动：统计物理与深度学习交叉前沿
  

• 量子信息与量子计算预读班：追踪量子信息革命交叉前沿

前沿课程与知识体系

• 2021重磅新课：探索网络动力学——网络科学第二期
  

• 从数学建模到多学科应用——网络科学·集智课堂全新升级
  

• 人人可学的范畴论——跨领域的科学方法论 | 精品入门系列课

• 人人可学的范畴论第二季——跨学科的科学方法论 | 精品入门系列课

• 面向应用的复杂系统建模实战 | 系列课程上线

• 尤亦庄：Quantum Mechanics | 英文系列课程

• 入门复杂性科学，从Netlogo课程开始
  

• 集智俱乐部新书上市 | NetLogo开荒之作！

• 《张江·复杂科学前沿27讲》完整上线！

• 集智学园年费VIP计划开启，一起探索复杂性

7. 致谢

最后，集智编辑部谨感谢2021年集智社区中以不同方式参与到集智俱乐部公众号内容创作、翻译和审校的作者译者朋友们：

蔡梦思、蔡心宇、陈关荣、陈晗曦、陈昊、陈斯信、陈翔、陈晓松、戴碧涛、邓宇昊、狄增如、董磊、杜旭冲、段月然、樊京芳、范星辰、方宏波、冯子健、付鑫玉、傅渥成、高见、高明、高爽、高鑫、耿直、苟泽鹏、谷伟伟、关国业、郭雷、郭瑞东、郭铁城、韩莹莹、胡一冰、扈鸿业、黄华津、黄俊铭、黄泽豪、纪洪波、江水、靳明瑜、Leo、李奉治、李昊轩、李红刚、李明章、李若兰、李小萌、李旭、李宜轩、李勇、李周园、刘慧、刘曼霞、刘宇、刘志航、陆超超、陆君安、陆怡舟、罗策、罗家德、吕丽莎、吕欣、孟凡圆、潘佳栋、仇玮祎、沈忱、师明磊、十三维、宋词、孙宇、汤迎、陶宁宁、田洋、王百臻、王大顺、王国成、王涵菁、王荣、王瑞、王帅、王硕、王婷、王晓、王有贵、许亦岚、魏猛、吴雨桐、熊宏晋、熊一蓉、徐恩峤、鄢鹏高、晏丽、杨文波、殷裔安、雨嘉、苑明理、张澳、张钢锋、张婧婧、张沛、张清鹏、张兴璇、张羿、张泽成、章彦博、赵一诺、赵雨亭、郑木华、周嘉俊、周莉、周晓华、周钰伦等，以及全体集智百科志愿者和集智众包术语库志愿者。

同时感谢2021年在集智的课程、读书会、活动、众包中作出贡献的老师、同学、朋友们，感谢你们共同营造了深度探讨的集智社区氛围。

更感谢复杂科学及各个交叉领域学者的持续探索、知识沉淀和观点争鸣，尤其是海内外华人学者，期待你们更多优秀工作在2022年开花结果。

感谢屏幕前的你。

祝大家新年快乐！

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