基于网络模体的互联网生命特征研究

从生物系统到复杂系统，对生命的研究始终是一个重要领域。受关于非生命系统演化的超循环理论启发，我们基于节点实体、连接关系以及网络拓扑的功能子图——模体（motif）——研究互联网中的新陈代谢、自我复制和突变行为。首先，提出了一个复杂网络演化框架，用于分析 1998 年 1 月至 2013 年 8 月互联网拓扑的诞生与消亡现象。随后，我们从节点、模体到全局拓扑的角度发现了互联网的新陈代谢行为，即一个诞生的节点仅被添加到互联网中，随后参与局部重构活动。同时存在着节点和模体的消亡。在局部重构过程中，尽管互联网系统通过添加或移除操作反复复制模体，但系统特性和全局结构未被破坏。关于模体 M3（一个全连通子图）的统计量表明，其新陈代谢过程是引起互联网突变的波动。此外，我们发现突变是互联网在受到内部或外部环境（如互联网泡沫、社交网络兴起和金融危机）影响时的本能反应。互联网的新陈代谢、自我复制和突变行为表明了其作为一种复杂人工生命的生命特征。我们的工作将启发人们从拓扑结构角度研究其他复杂系统的类生命现象。