呂琳媛:複雜網路研究的“探索者”


呂琳媛,是 2018 年《麻省理工科技評論》“ 35 歲以下創新 35 人”(Innovators Under 35 China)中國區榜單的上榜者之一。2021 年,也是她的豐收年。

在網路科學研究領域,呂琳媛是國際網路科學學會(The Network Science Society)理事會成員。已發表論文 80 餘篇,有 9 篇論文入選 ESI 全球 Top – 1% 高引論文,谷歌學術引用萬餘次,發表期刊包括物理領域高影響力期刊Physics Reports,綜合類學術期刊PNAS、NSR、Nature Communications等。她提出的一些演算法和模型已應用到致病基因預測、醫保欺詐識別、網路輿情監控和電子商務服務等實際系統中。

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圖 | 呂琳媛(來源:受訪者)

她表示,自己長期從事網路資訊挖掘和社會經濟複雜性領域的研究。主要是以物理思想為指導,將各類複雜系統抽象為網路,探索它們背後所蘊含的普適性規律以及分析和處理它們的方法。

近年來,隨著資料和資訊科技的快速發展,以各類複雜系統為分析物件的複雜科學研究受到廣泛關注。2021 年諾貝爾物理學獎授予了三位對我們理解複雜系統作出開創性貢獻的科學家,巧合的是,其中來自義大利的理論物理學家喬治·帕裡西(Giorgio Parisi)正是呂琳媛的師爺。

網路資訊挖掘是複雜性科學的一個重要的研究方向之一,當一個複雜系統中的資訊量很少時,如何從已知的結構和動力學中挖掘出更多未知和有價值的資訊?這是網路資訊挖掘要解決的關鍵科學問題。在進行系統研究之後,她提出了以系綜理論和似然分析為基礎的網路資訊挖掘基礎理論體系,以及以擴散動力學為基礎的網路資訊挖掘系列方法。

“網路資訊挖掘主要包括網路鏈路預測、節點排序和推薦系統三個部分的研究內容。”她進一步解釋說,“我的研究方向屬於統計物理和資訊科學的交叉,借鑑物理學中的一些思想、理論構建演算法和模型來解決資訊領域中的若干重要問題,這是比較有特色的一種研究方法,與傳統的計算機學科領域在相關問題上的研究思路不太一樣但又具有互補性。”

2015 年,呂琳媛和她的團隊首次提出網路鏈路可預測性的概念,並借鑑量子力學中對哈密頓的一階微擾的思想,通過對網路鄰接矩陣進行一階微擾,給出了定量化的刻畫指標,並稱之為網路的結構一致性,一致性越強,可預測性越大。相關論文成果在《美國科學院院刊》(PNAS)上發表後,很快成為全球高被引論文,這項研究也被國際同行評價為鏈路預測領域的一個里程碑。

受該指標的啟發,他們又提出了基於網路結構微擾的鏈路預測模型。該模型預測精度高,預測效果好,廣泛應用於各類網路,具有很強的普適性。後來,很多科研人員將該方法進行了不同程度的擴充套件,並應用於生物、醫學、交通、管理等領域中,例如在多層網路的擴充套件演算法已成功應用於乳腺癌、肺癌等多種疾病的致病基因預測。

網路重要節點挖掘是呂琳媛教授及其團隊近年來重點關注的另一個研究方向。“我們可以將一個複雜系統抽象為一個網路,其中節點表示系統中的元素,連邊表示它們之間的相互作用,於是我們就可以通過研究這個網路的結構和特徵來理解其所對應的複雜系統。

那麼所謂的重要節點,就是指網路中那些對網路結構和功能起重要作用的關鍵節點。我們的任務就是設計演算法和模型把它們找出來。”她舉例說明,“對社交網路的輿情監控是此類研究的一個重要應用。通過監測不到 1/40000 的微博關鍵使用者,就能實現對相關輿情 99% 以上的準確追蹤。”

她表示:“未來,對於該方向的研究,除了要在理論上繼續深耕細作,建立並完善方法學的理論體系,還要進一步拓展應用範圍,特別是結合具體的領域和應用場景解決重大現實問題。各個學科的研究者應該加強協同合作,共同推進交叉學科理論和應用的發展。”

呂琳媛表示 ,近年來她除了將網路資訊挖掘和社會經濟複雜性作為主要的研究工作之外,也關注新資訊經濟理論重構的研究,並且出版了《重塑:資訊經濟的結構》一書。“主流經濟學的核心正規化是如何分配稀缺資源,這就類似是一個固定約束條件的優化問題。然而現實世界遇到的問題並非這麼簡單,任何過程都會進一步影響所謂的約束。因此,我們需要把經濟系統看成是一個開放演化的複雜系統進行研究和分析,基於此我們提出了新資訊經濟研究的新正規化,即將資源的分配和創造合為一體。”

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呂琳媛的主要研究方向屬於前沿交叉領域,與此密切相關的國際網路科學會議之前一直都在國外舉行。不過,隨著時間的推移,國內研究水平不斷提升並逐漸獲得了國際學術界的認可。2018 年,在同為國際網路科學學會理事會成員之一的呂琳媛和上海大學副校長汪小帆教授的努力下,該會議的冬季會議 NetSciX 2018 首次在中國舉辦,這也標誌著國內網路科學的研究得到了國際同行的高度認可。另據悉,NetSci 2022 將在中國上海舉辦。

她還表示 :“未來我們團隊的研究方向將主要集中在網路的高階結構和動力學分析方面,並在高階框架下研究網路資訊挖掘的新技術和新方法,並會將這些理論和方法向諸如腦科學、人工智慧等領域拓展應用。”

長大後我就成了你

2002 年,呂琳媛考入北京師範大學管理科學專業(現為系統科學學院)。2006 年,本科即將畢業的她偶然看到國際經濟物理學大會在日本東京召開的通知,而會議主題恰好與她畢業論文的研究方向契合。懷著極大喜悅的她提交了相關資料併成功獲得參會資格。

但在當時,在校本科生想要申請出國資助經費是十分艱難的。她的導師王有貴教授得知此事後,傾心相助,四處奔波,最終幫助她爭取到了赴會交流的經費。在整個過程中,王有貴教授給予了莫大的幫助和支援,那時他正在美國波士頓大學訪問,也專程從美國飛東京為她加油打氣,並在會議間隙向她引薦了多位國際知名學者。“這次出國交流是我學術生涯的重要節點。”談到這次經歷時,呂琳媛如是說。

本科畢業後,呂琳媛在母校北京師範大學師從王有貴教授繼續攻讀碩士研究生。有一次,她陪同導師參加中國人民大學舉辦的學術會議,並有幸與國際著名統計物理學家張翼成教授相識。針對教授困惑的問題,她提出了自己的一些可行有效的解決思路,並得到張翼成教授的認可與賞識,也因此獲得去國外讀博的機會。

2008 年,提前一年碩士畢業的呂琳媛前往瑞士弗裡堡大學物理系攻讀博士研究生,成為張翼成教授門下第一位女博士。博士期間,在導師的悉心指導下她專注海量資訊的挖掘、推薦、排序和預測方向的研究。那時,大資料遠未成為時代的風口,但她堅信自己的研究不僅具有重要的理論價值,未來還有廣泛的應用場景。

2012 年,博士畢業的她拿到了特聘教授一職,進入杭州師範大學阿里巴巴複雜科學研究中心工作。2017 年,她來到位於成都的電子科技大學基礎與前沿研究院任教。

對她來說,到高校教書始終是她內心最嚮往的選擇。她在日常的授課、科研和社會服務中找到了自己的人生指向和意義座標,也收穫了科研工作帶給她的寧靜與幸福。

呂琳媛教授分享了自己招收研究生的原則:“首先,相較分數來說,我更看重和自己團隊研究方向比較契合的學生。其次,我會充分考慮學生的訴求。對於那些我認為在其他團隊能夠獲得更好發展的優秀生源,我會毫不猶豫地推薦他進入更適合的團隊。”

事實充分證明了呂琳媛教授此舉的正確性。她團隊的研究生畢業後,要麼前往蘇黎世聯邦理工、代爾夫特理工等國際名校繼續深造,要麼進入華為、拼多多等頭部網際網路公司工作,他們各自都能在明確方向後順利地找到適合自己人生的發展道路。

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除此之外,呂琳媛教授也非常支援和鼓勵學生參加學術會議,並儘可能地為他們提供最好的條件。回憶這樣做的初衷,她表示:“本科時參與的那場國際會議讓我收穫了很多。我見到了許多權威學者,能夠和他們探討交流學術問題,從他們身上感受到了學者的品德和追求真理的科學精神,這對我在科學問題的選擇以及學術上的成長方面獲益良多。如果沒有當時導師的支援和幫助,我是不會有這種寶貴機會的。我覺得參加高水平的學術會議能夠給學生帶來很多正向反饋的東西,對他們非常重要,也能激發學生的科研熱情和積極性。”

她說:“當年,我在導師的幫助下走了出去;如今,我能夠幫助自己的學生走出去,彷彿冥冥之中自有傳承。”

“於我而言,當老師不僅是一份工作,也體現了我對生活的態度,是我認為能夠實現自我價值最好的方式。這項工作帶給我的成就感和幸福感,是其他任何工作不能給予的。我認為這就是選擇教師作為終身職業的意義所在。”呂琳媛認真地說。

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專業支援:貓學長

責編:多加

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