초록 ▼

연구의 목적 및 내용
21세기 통계물리학의 중요한 화두 중 하나는 복잡계의 구조와 동역학에 대한 더 나은 이론적 이해와 이를 통해 거시적 자연, 사회 현상에 응용하는 것이다. 많은 복잡계에서 개개의 구성원은 하나 이상의 기능적 역할을 하며 이를 매개하는 상호작용의 종류 또한 다양하다. 그러나 이제까지의 복잡계 연구는 주로 시스템의 특정 기능 역할과 상호작용으로 이루어진 서브시스템을 독립적으로 다루어 왔다. 복잡계 시스템의 더 나은 이해를 위해서는 서로 간섭하고 얽혀있는 시스템 전체를 아우르는 접근법이 필요함이 자명하다. 이러한

연구의 목적 및 내용
21세기 통계물리학의 중요한 화두 중 하나는 복잡계의 구조와 동역학에 대한 더 나은 이론적 이해와 이를 통해 거시적 자연, 사회 현상에 응용하는 것이다. 많은 복잡계에서 개개의 구성원은 하나 이상의 기능적 역할을 하며 이를 매개하는 상호작용의 종류 또한 다양하다. 그러나 이제까지의 복잡계 연구는 주로 시스템의 특정 기능 역할과 상호작용으로 이루어진 서브시스템을 독립적으로 다루어 왔다. 복잡계 시스템의 더 나은 이해를 위해서는 서로 간섭하고 얽혀있는 시스템 전체를 아우르는 접근법이 필요함이 자명하다. 이러한 '얽힌 복잡계,' 또는 '다층위 복잡계'에 대한 접근은 그 중요성에도 불구하고 아직까지 기본적 분석 틀조차 정립되지 않았다. 본 연구는 이러한 다층위 복잡계의 구조를 규명하고 동역학을 이해하는 분석 틀을 개발하고 이러한 틀을 실제 복잡계-세포 시스템과 국제 경제 시스템-의 이해에 응용하는 것을 그 목표로 하였다.
연구결과
다층위 복잡계의 구조 규명과 동역학 성질에 대한 구체적인 연구로 연구 계획에 맞추어 다양한 세부 프로젝트를 진행하였다. 이러한 세부 프로젝트는 주제별로 다음과 같이 분류할 수 있다.
㉠ 다층위 네트워크 데이터 입수 및 구조적 성질 분석 연구.
- 다중관계 공저자 네트워크 등 social 네트워크, M. pneumoniae 등 생체 네트워크, 다중관계 무역 네트워크 등 economic 네트워크 등의 다층위 구조 연구
㉡ 다층위 네트워크에서 correlated multiplexity의 구조적 효과에 대한 연구.
- Correlated multiplexity를 보이는 네트워크 구조 모형 구축 및 스미기 성질 연구와 성장하는 네트워크에서 correlaetd multiplexity의 진화 모형 연구.
㉢ 네트워크의 multiplexity가 네트워크 동역학에 미치는 영향에 대한 연구.
- Multiplexity를 기반으로 작용하는 threshold cascade process와 majority voter dynamics가 어떻게 단일 네트워크 경우와 다른지에 대한 해석적, 수치적 연구.
㉣ 국제 경제 시스템에 cascading failure 동역학과 다층위 복잡계 개념 적용 연구.
- 글로벌 경제 위기의 동역학적 모형 구축과 경제 네트워크의 multiplexity 영향 연구.
㉤ 기타 복잡계 통계역학 문제 연구.
- Human mobility, burstiness 등 특이한 동역학적 성질을 갖는 human dynamics의 모델링과 전염병 전파 동역학 연구.
연구결과의 활용계획
본 연구는 복잡계의 더 나은 통계물리학적 이해를 향해가는 중요한 개념적 돌파구를 제공하여 향후 다양한 복잡계 관련 연구에 그 기초적인 지식을 제공함은 물론 그 응용을 통해 여러 학문 분야에서 구체적인 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다. 예를 들어, 디지털, 모바일 기술을 통한 새로운 사회 상호작용의 등장으로 인한 새로운 사회 동력학의 이해, 또한 급변하는 현대 경제 환경에서 대두되는 경제위기 극복을 위한 더 나은 진단과 해결 방안 모색의 이론적 기반을 제공할 수 있을 것으로 기대한다. 마지막으로, 연구 주제의 성격상 물리-생명과학, 물리-정보과학, 물리-사회,경제학 등 학제간 연구에 친숙한 고등인력 양성에도 기여할 것이다.

Abstract ▼

Purpose&contents
A better understanding of the complex systems is an important topic of 21st century statistical physics. In many systems, the individual component possesses more than one functional identity and interaction channels. The research effort thus far, however, has been biased on a sub

Purpose&contents
A better understanding of the complex systems is an important topic of 21st century statistical physics. In many systems, the individual component possesses more than one functional identity and interaction channels. The research effort thus far, however, has been biased on a subsystem-study for a particular functional identity and interaction. Ultimately, an approach to embrace the mutually interlocking system as a whole is called for. Despite its evident importance, the analytic framework to study such 'interlocking' or 'multiplex' complex system is still lacking. Here, we will develop an analytic framework to characterize the structure and dynamics of multiplex complex systems. We will then apply it to real systems-the cellular and the world economy systems.
Result
According to the Research Plan, quite a few specific research projects were undertaken during the grant period, which can be categorized by their specific subject as follows:
ⓐ Multiplex network data acquisition and structural analysis.
- Muti-relational coauthorship (social), M. pneumoniae cellular network (biological), multi-channel trade network (economic) data have been analyzed.
ⓑ Study on structural impact and consequences of correlated multiplexity.
- Network model of correlated multiplexity and co-evolving network model of correlated multiplexity were introduced and studied.
ⓒ Study on impact of multiplexity on dynamical processes on networks.
- The impact of network multiplexity on threshold cascade process and majority voter model have been studied and analyzed analytically and numerically.
ⓓ Application to global economic systems’s crisis dynamics.
- A cascading failure model of global economic crisis was introduced and studied, and the impact of economic multiplexity has been highlighted.
ⓔ Other topics on statistical mechanics of complex systems.
- Problems on human dynamics exhibiting limited mobility and burstiness were studied by random walk model and epidemic spreading processes.
Expected Contribution
It is expected that not only this Project in itself could provide a major conceptual breakthrough towards a better understanding of complex systems, thereby providing a direct background on future complex system research, but also its application to various systems will offer useful practical implications to various disciplines such as the understanding of economic and social dynamics in the modern society driven by new channels of interactions via technological and political development. Finally, this Project will contribute to foster a new generation of physicists familiar with diverse interdisciplinary outlook.

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목 차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 9
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 12
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 44
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 45
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 47
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적(3년간 성과창출) ... 48
• 8. 참고문헌 ... 49
• 9. 연구성과 ... 52
• 10. 기타사항 ... 54