揭示複雜系統：從股市到腦部掃描，數百種科學方法的和諧
導言
科學研究複雜系統的目標在於理解這些系統中不同元件之間的相互作用，從而預測它們的行為。然而科學家們已經發展出了數百種不同的方法來解釋這種相互作用。這些方法各有所長，但如何判斷哪種方法最適合解釋眼前的系統？近期發表在《自然計算科學》的研究提供了一種統一的方式，檢視數百種不同的測量方法，並找出最適合瞭解一個特定系統的方法。
科學樂團
複雜系統的研究可以說是相對複雜的。而比較和結合不同的研究方法更是更加困難的挑戰。但是我們可以將每種科學方法想像成一個不同的樂器，共同在科學樂團中表演。不同的樂器以不同的旋律、音調和風格演奏。我們希望理解哪些科學樂器最適合解決不同的問題。同時我們也希望能將所有樂器結合在一起，形成一個和諧的整體。透過將這些方法作為一個完整的樂團首次呈現，我們希望能夠找到解讀我們周圍世界中的模式的新方法。
數百種方法，一千多組資料集
為了建立我們的科學樂團，我們分析了超過 200 種計算複雜系統相互作用的方法，並研究了盡可能多的資料集。這些資料集涵蓋了廣泛的主題，包括股市、氣候、腦活動、地震、河流流量和心跳等。我們將不同的方法應用於超過 1000 個資料集，發現了令人驚訝的相似之處和差異。
總共，我們將 237 種方法應用於 1000 多個資料集。透過分析這些方法應用於各種不同的科學系統時的行為，我們首次找到了一種方法，讓不同的方法在一起"和諧演奏"。就像樂團中的樂器通常被歸類為弦樂、銅管、木管和打擊樂器一樣，來自工程學、統計學和生物物理學等領域的科學方法也有傳統的分組方式。然而當我們組織我們的科學樂團時，我們發現科學方法以一種截然不同的方式彼此分組。一些非常不同的方法行為上卻意外地相似。這就像是發現低音號的旋律與長笛的旋律意外地相似，但之前沒有人注意到一樣。我們奇特而奇妙的新樂團佈局（有時將大提琴手和小號手放在長笛旁邊），代表著一種更"自然"的方式將來自各個科學領域的方法分組。這為跨學科研究開闢了新的可能性。
在現實世界中的樂團
我們還將我們的完整科學樂團應用於一些現實世界的問題，以評估其效果如何。其中一個問題是使用智慧手錶的運動資料分類活動，如"打羽毛球"和"跑步"；另一個問題是從腦部掃描資料中區分不同的活動。當這些科學方法以協調一致的方式發揮作用時，與任何單獨的方法相比，整個樂團展示了更好的效能。換句話說，協調共同演奏的科學方法並不總是最佳選擇！在不同的科學方法作為一個整體來合作時，可以獲得更好的結果。本研究引入的科學團隊提供了對塑造我們複雜世界的相互作用系統的更深入理解。其影響非常廣泛，從瞭解疾病中腦部溝通模式的破壞，到開發改進的智慧手錶感測器資料檢測算法。隨著科學家們逐步理解如何指揮我們這個同時包含不同思維方式的新科學樂團，時間將會揭示他們將創作出什麼新的音樂。
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注意：這是一篇基於 2023 年 9 月 26 日的報導。文章內容僅供參考，請以原文及相關研究文章為準。本翻譯文章為深藍 AI 翻譯團隊的成果。
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