基于化学元素与化学键的无向化学键网动态研究

刘润瞻 张宁

摘 要：为分析无向化学键网络拓扑结构随时间变化的动态演化规律，从4 274个二元化合物中提取97个化学元素和2 198个化学键，搭建无向化学键网络;利用元素发现时间，搭建对应演化网络。研究表明，演化网络规模随时间变化稳定增加，网络密度、平均度、平均路径长度等指标随时间变化在固定值上下波动。部分参数变化的转折点一定程度上反映了人类科技发展的变化情况。演化网络研究可反映该无向网络拓扑结构的动态稳定性，证明了化学元素—化学键系统的复杂性与特殊性。

关键词：化学元素;化学键;无向化学键网;动态演化规律

DOI：10. 11907/rjdk. 182550

中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号：1672-7800（2019）001-0157-05

Abstract： To analyze dynamic evolution laws of structure of the undirected chemical bond network with time， this paper extracts 97 chemical elements and 2 198 chemical bonds from the data of 4 274 binary compounds to build the undirected chemical bond network， and collects discovery time of elements to build the corresponding evolution network. This research shows that the scale of the evolution network increases steadily with time increasing， while its topological parameters fluctuates at a fixed value， such as network density， average degree and average path length. Turning points of changing trends of some parameters reflects the changes of development in human science and technology to some extent. Research of the evolution network reflects the dynamic stability of the undirected chemical bond network and shows the complexity and specificity of the chemical element-chemical bond system.

0 引言

1998年兴起的复杂网络作为统计物理学和系统科学的一个分支，是一门基于图论的研究客体之间关系的学科。该学科能够定性和定量地描述客体之间的关系，被广泛应用于计算机科学、社会科学等领域[1-6]。在化学领域，复杂网络的应用主要依赖于化学反应方程式和化合物的组成[7-11]。如王博川、Gunawardena等[7-9]以化学反应方程式中的反应物和生成物为对象、以同在一个方程式中为关系，构建网络进行复杂网络应用研究。Estrada以矿物质组成元素为对象、以同在一个矿物质中为关系构建网络[10]。Leal等[11]以二元化合物的组成元素为对象、以同在一个形如[AmBn]的二元化合物为关系构建网络进行研究。

在化学元素的复杂网络应用研究中，Estrada[10]认为所有化合物组成元素间均存在关系，利用二分网和无向网络的相关方法进行研究;而Leal等[11]仅利用二元化合物搭建网络，连边以及整个网络的化学意义并不明显。……