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運動科學:用網路理論分析足球隊風格

昱夫
・2014/09/17 ・1269字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 629 ・十年級

Soccer

世足熱潮每4年便燃燒ㄧ次,全民瘋足球的時刻,球場上不論技戰術運用、不同球隊的獨特風格、教練、球員魅力都是大家關注的焦點。 俗話說「外行看熱鬧,內行看門道」,對於越位、區域聯防(zone defence)這類規則與戰術名詞甚至是球風的特殊性,許多球迷都能朗朗上口;不過,對筆者這種足球門外漢而言,常常會覺得「球風」是種很模糊的描述,類似的戰術在各隊都有可能出現,類似的打法在球員間也常常互相模仿學習,好像很難準確地說出一隊的「球風」到底是怎麼回事。

科學家在了解比賽時,也希望可以跳脫「球風」這種模糊的定義,用更量化的方式來分析球隊的打法、戰術,這就是卡達計算研究中心的 Laszio Gyarmati 團隊所做的事!他們利用網路理論(network theory)來分析西班牙、德國、義大利、法國和英國各頂尖足球隊的常用傳球路徑。結果發現,其實大部份的球隊打球的特色都十分類似,很難說彼此的球風有什麼區別;但是(總是有這麼個“但是”),只有一隊具有非常獨特的風格!

這支特別的隊伍相信足球迷們都不陌生,它就是西班牙的巴塞隆納足球俱樂部(FC Barcelona)。他們擅長應用ㄧ種稱作 “tiki-taka” 的足球戰術(此戰術除了西班牙國家足球隊和巴塞隆納足球俱樂部外,其他球隊幾乎沒有使用),Tiki-taka 強調短距離傳送和頻繁跑動,核心理念是保持控球權,以減低後方防守球員的壓力。

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巴塞隆納足球俱樂部. From Flickr. CC: Nathan Rupert.

在 Laszio Gyarmati 團隊的研究中,將分析的重點聚焦在球員間傳球的路徑與順序上,進一步利用網路理論處理數據。首先,他們定義了傳球三次可能出現的各種組合:ABAB(A 球員傳球給 B 再傳回 A 再傳回 B)、ABAC(A 傳給 B 傳回 A 再傳給 C)、ABCA、ABCB 和 ABCD,接著他們分析西班牙甲級聯賽中總共 380 場比賽(20 支隊伍),並記錄、畫出比賽過程裡符合上述傳球順序的次數(見文章上方圖)。結果顯示,除了巴塞隆納足球俱樂部,其他所有的球隊都具有幾乎一樣的傳球模式分佈;而巴塞隆納足球俱樂部則明顯地頻繁使用 ABAB 和 ABCB 的戰術模式,同時很少使用 ABCA 或 ABCD 傳球,與其他球隊有所區別。

除了西班牙甲級聯賽,研究團隊更進一步分析了英國、義大利、法國與德國的其他頂尖球隊,其結果和前面差不多:雖然有少數球隊的數據分佈稍微偏離大集團(像是義大利的都林隊( Torino F.C.) 和英國的西漢姆聯隊(West Ham United F.C.),但巴塞隆納足球俱樂部仍是球風最為獨特的一隊。

過去很少有研究像這篇一樣從網路連結的概念著手分析一項運動,這提供了我們量化定義「球風」的ㄧ種新可能性;同時,這項研究也強烈凸顯出巴塞隆納足球俱樂部這支球隊的獨特性,作為ㄧ種戰術分析的範本,若是有其他球隊想要模仿其戰術、球風以提升戰績,或許可以朝這方面著手。

除了足球,網路理論相信還有更大的潛力去解釋許多我們從未理解過的現象,像是代謝機制、食物網、社群網路等等,期待未來可以看到這套方法更廣泛的應用!

參考資料:

  1. Searching for a Unique Style in Soccer [Cornell University Library] arXiv:1409.0308

資料來源:


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昱夫
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PanSci實習編輯~目前就讀台大化學所,研究電子與質子傳遞機制。微~蚊氫,在宅宅的實驗室生活中偶爾打點桌球,有時會在走廊上唱歌,最愛929。


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「你不要過來啊!」蜘蛛為了在交配中保命,竟然把自己給射出去了!

Peggy Sha
・2022/05/18 ・1686字 ・閱讀時間約 3 分鐘

自然界中,充滿了不少為了交配而「慷慨赴義」的勇者,像是:螳螂、蜘蛛等等,在激戰中或激戰後,雄性會變成配偶的盤中飧,如此一來,不僅可以延長交配時間、增加受精機率,還能為雌性提供養分,讓後代更有機會健康快樂地成長!(讓我們感謝飛天小爸爸的努力!)

「性食同類」不僅可以延長交配時間、增加受精機率,還能為雌性提供養分,讓後代更有機會健康快樂地成長!圖/Pixabay

這種現象呢,被稱之為「性食同類」(sexual cannibalism),通常是雌性吃掉雄性的比例稍微高一些。

但正如俗話所說,「生命會自己找到出口」,竟然有雄性蜘蛛靠著把自己「射」出去來保下一命!今天,就要來為你講述,隆背菲蛛(Philoponella prominens)的噴射故事。

交配到一半就彈出去了?超離奇高速彈射之謎!

這次的主角隆背菲蛛呢,是一種原產於日本、韓國等地的社會性動物,過去驚人的成就包括:能夠一次聚集 300 多隻同伴,共同編織出一片大網。

至於牠們超強的彈射能力又是如何被發現的?原先,來自湖北大學的張士昶副教授與團隊正在研究隆背菲蛛的性行為,卻忽然發現了一個超離奇現象:完成交配之後,雄蛛居然會猛然彈開,「biu」地一下就飛得老遠!

這驚人的過程可說是快到不可思議,最高紀錄達到一秒 88.2 公分,別說是肉眼,就連普通相機都沒辦法正確紀錄下細節。

這個現象立刻引發了研究團隊的好奇心,那麼接下來該怎麼辦呢?當然是:交配大戰看起來!

射,還是不射?這是個攸關性命的問題!

為了進行研究,團隊總共觀察了 155 次交配行為,並在其中 152 次中觀察到了這種超高速的彈射情形。你可能會很好奇,那剩下的 3 次呢?嗯……那 3 隻隆背菲蛛沒有成功彈射出去,交配後就成了配偶的大餐了。

什麼?沒彈掉就會被吃掉?這究竟是巧合還是命運的安排?

研究人員決定出手人為干預一下,他們選了 30 隻隆背菲蛛,然後想辦法阻止牠們彈射,結果發現:「彈射=保命」,要是你射不出去,那你就逃不過配偶的大口,注定要變成人家的晚餐。

要是隆背菲蛛彈射失敗,那就逃不過配偶的大口,注定要變成人家的營養來源。圖/Pixabay

相反地,如果成功彈出去了,那麼,你不但可以保命,也多了再次交配的機會。嘿,沒錯,牠們彈出去後還會再爬回來交配,再彈、再爬、再交配,就如此反反覆覆。(當然啦,有時也會在過程中不小心弄掉一些身體部位,比如一兩支步足。)

想要成功噴射,你需要一對強壯的步足!

至於為何隆背菲蛛能變成這樣的飛天小蜘蛛呢?秘密就藏在牠們的步足中。研究團隊發現,雄蛛們會將第一對步足抵在雌蛛身上,一旦交配完成,就用力蹬腳彈射出去。

根據實驗,科學家們發現這對步足可說是噴射與交配關鍵,少了一支都不行,只要沒有這對秘密武器,雄蛛只會停留在求偶階段,但不會真的跟雌蛛交配。但如果掉的是其他幾支腳,那可完全不會影響交配過程,還是能順利完成生育大計。

而這對秘密武器最強大的地方,其實是來自液壓;只要蜘蛛擠壓胸部的肌肉,便可以將其中的體液注入特定關節(tibia–metatarsus joint),透過液壓來伸直步足、產生彈力。

沒想到吧?為了在交配中保命,隆背菲蛛還得運用到流體力學,是不是很有趣呢?

參考資料:

Male spiders avoid sexual cannibalism with a catapult mechanism: Current Biology
These male spiders catapult away to avoid being cannibalized after sex
Watch These Male Spiders Jump Like Hell to Avoid Being Eaten After Sex
This Male Spider Catapults Itself Into the Air to Avoid Sexual Cannibalism | Science| Smithsonian Magazine
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Peggy Sha
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曾經是泛科的 S 編,來自可愛的教育系,是一位正努力成為科青的女子,永遠都想要知道更多新的事情,好奇心怎樣都不嫌多。