网络科学

出版时间：2011-10  出版社：机械工业出版社  作者：（美）Ted G.Lewis  译者：陈向阳,巨修练  
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前言

　　“我们被困在无法逃避的相互关系网络中，任何事情，如果直接地影响了一个人，就会间接地影响到所有人。”　　——马丁·路德·金　　目前，网络科学在不断汲取各学科最新成果的基础上继续深入发展、完善，其理论研究方法成为广泛的交叉科学的一种强有力的思想方法。2009年7月24日出版的《科学》杂志刊登专题——“复杂系统与网络”（Complex Systems and Networks），充分地表明网络科学进一步向众多学科渗透并向应用发展。从网络科学的角度来看，无论是自然界还是人类社会，网络都无处不在，从而深刻而广泛地影响着人们的日常生活和科学技术等各种活动。因此，利用网络科学，可以探讨自然界和人类社会的各种各样的复杂系统。网络科学正在与众多新兴科学相互交融和推动，它提供了新的科学发展观和方法论，使决定性与随机性、有序性与无序性、复杂性与简单性，达到了和谐统一，人类的认识产生了新的飞跃，成为人们认识客观世界的工具。在网络科学的思想、理论与方法的大框架下，无论从微观层次，还是宏观和宇宙观层次，人们都可以从全新的网络的角度、观点和方法来探讨世界万物的复杂性问题。　　为了弥补和丰富国内有关网络科学方面的教材，同时也为了科研需要，我们组织翻译了美国蒙特雷海军研究生院的计算机科学教授特德·刘易斯（Ted Lewis）博士的《网络科学：原理与应用》这本书。本书由陈向阳、巨修练负责翻译，参加翻译的人员还包括徐清、陈晓明、徐茜、蹇贝、孙金余、费滕、李亚玲、孙克华、於照等。机械工业出版社刘立卿编辑、王春华编辑等在审稿过程中做了大量辛苦的工作，在此特别致以衷心的感谢！本书的翻译得到了绿色化工过程教育部重点实验室及武汉工程大学优秀学术著作出版资助项目的资助。　　在翻译时，由于本书涉及的领域广泛，具体包括应用数学、计算机科学、生物学、物理、化学、医学、社会学、军事等专业，所以挑战在所难免。虽然我们参阅了大量复杂网络的相关译文资料——特别是中科院方锦清对本书的评价、武汉大学陆俊安等发布的网络科学博文，而且花了大量的时间尽力使这本译著完美，但由于自身水平和专业局限，译文中仍会有错误和不到之处。读者在使用本书时若遇到问题或者有好的建议，敬请联系我们，以期共同做好网络科学的学习和研究。　　译者　　2011年3月

内容概要

　　网络科学作为一门新兴的学科越来越引入瞩目。网络科学能帮助读者设计更快、更有弹性的通信网络；能用于调整电力网络、电信网络和飞行航线等基础设施系统；可以为市场动态建模；能帮助理解生物系统中的同步；能用于分析人们之间的社会互动……
　　这是第一本全面审视新出现的网络科学的论著。书中研究了各种网络——规则网络、随机网络、小世界网络、影响网络、无标度网络和社会网络等，并将网络过程和行为应用于涌现、传染病、同步和风险方面。本书的独特之处在于将跨计算机科学、生物学、物理学、社会网络分析、经济学和市场营销等多学科的专业概念整合了起来。
　　《网络科学:原理与应用》为网络科学领域提供了全新的理解和阐释，是研究人员、专业人员以及工程、计算、生物领域的技术人员不可缺少的参考资料，也可以作为相关领域研究的高年级和研究生教材。

作者简介

作者：(美国)路易斯 (Ted G.Lewis) 译者：陈向阳 巨修练 等路易斯，Ted G.Lewis博士是美国加州蒙特雷海军研究生院的计算机科学教授。他有丰富的工作阅历和广泛的学术研究，作为美国电气和电子工程师协会(IEEE)计算机协会的会员，他还担任《IEEE软件》和《计算机》杂志的总编，并已经编著出版了30余本著作。他曾任伊士曼柯达公司(Eastman Kodak Company)数字策略的副总裁。

书籍目录

出版者的话
译者序
前言
第1章网络科学的起源
　1.1什么是网络科学
　1.2网络科学简史
　1.2.1网前阶段 (1736—1966)
　1.2.2中期网络阶段(1967—1998)
　1.2.3现代阶段（1998—）
　1.3总则
第2章图
　2.1图的集合论定义
　2.1.1节点、链路和映射函数
　2.1.2节点度和hub
　2.1.3路径和回路
　2.1.4连通性和组件
　2.1.5直径、半径和中心性
　2.1.6介数和紧度
　2.2图的矩阵代数定义
　.2.2.1连接矩阵
　2.2.2邻接矩阵
　2.2.3拉普拉斯矩阵
　2.2.4路径矩阵
　2.3哥尼斯堡七桥图
　2.3.1欧拉路径和欧拉回路
　2.3.2哥尼斯堡七桥问题的正式定义
　2.3.3欧拉解
　2.4图的谱属性
　2.4.1谱半径
　2.4.2谱隙
　2.5图的类型
　2.5.1杠铃形、线形和环形图
　2.5.2结构化图与随机图
　2.5.3k-规则图
　2.5.4图密度
　2.6拓扑结构
　2.6.1度序列
　2.6.2图的熵
　2.6.3无标度拓扑
　2.6.4小世界拓扑
　2.7软件中的图实现
　2.7.1java节点和链路
　2.7.2java 网络
　练习
第3章规则网络
　3.1直径、中心性和平均路径长度
　3.2二叉树网络
　3.2.1二叉树网络的熵
　3.2.2二叉树网络的路径长度
　3.2.3二叉树网络的链路效率
　3.3超环形网络
　3.3.1超环形网络的平均路径长度
　3.3.2超环形网络的链路效率
　3.4超立方网络
　3.4.1超立方网络的平均路径长度
　3.4.2超立方网络的链路效率
　练习
第4章随机网络
　4.1随机网络的生成
　4.1.1gilbert随机网络
　4.1.2erdos?renyi随机网络
　4.1.3锚定随机网络
　4.2随机网络的度分布
　4.3随机网络的熵
　4.3.1随机网络熵的建模
　4.3.2随机网络的平均路径长度
　4.3.3随机网络的聚类系数
　4.3.4随机网络的链路效率
　4.4随机网络的属性
　4.4.1随机网络的直径
　4.4.2随机网络的半径
　4.4.3利用java计算紧度
　4.4.4随机网络中的紧度
　4.5随机网络中的弱联系
　4.6规则网络的随机性
　4.7分析
　练习
第5章小世界网络
　5.1生成一个小世界网络
　5.1.1watts?strogatz (ws)过程
　5.1.2一般的ws过程
　5.1.3小世界网络的度序列
　5.2小世界网络属性
　5.2.1熵与重联概率
　5.2.2熵与密度
　5.2.3小世界网络的路径长度
　5.2.4小世界网络的聚类系数
　5.2.5小世界中的紧度
　5.3相变
　5.3.1路径长度和相变
　5.3.2材料中的相变
　5.4小世界网络中的导航
　5.5小世界网络中的弱联系
　5.6分析
　练习
第6章无标度网络
　6.1生成一个无标度网络
　6.1.1barabasi?albert(ba)网络
　6.1.2生成ba网络
　6.1.3无标度网络幂律分布
　6.2无标度网络的属性
　6.2.1ba网络熵
　6.2.2hub度与密度对应关系
　6.2.3ba网络平均路径长度
　6.2.4ba网络紧度
　6.2.5无标度网络聚类系数
　6.3无标度网络中的导航
　6.3.1最大度导航与密度对应关系
　6.3.2最大度导航与hub度的对应关系
　6.3.3在无标度pointville网络中的弱联系
　6.4分析
　6.4.1熵
　6.4.2路径长度和通信
　6.4.3聚类系数
　6.4.4hub度
　练习
第7章涌现
　7.1什么是网络涌现
　7.1.1开环涌现
　7.1.2反馈循环涌现
　7.2科学中的涌现
　7.2.1社会科学中的涌现
　7.2.2物理科学中的涌现
　7.2.3生物中的涌现
　7.3遗传进化
　7.3.1hub涌现
　7.3.2聚类涌现
　7.4设计者网络
　7.4.1度序列涌现
　7.4.2生成给定的度序列的网络
　7.5排列网络涌现
　7.5.1排列微规则
　7.5.2排列和聚类系数
　7.6涌现的一个应用
　7.6.1随机排列的链路优化
　7.6.2确定性排列的优化
　7.6.3最小长度涌现模型
　7.6.4二维布局
　练习
第8章传染病
　8.1传染病模型
　8.1.1kermack?mckendrick模型
　8.1.2传染病阈值
　8.1.3易感-感染-消亡（sir）模型
　8.1.4结构化网络峰值感染密度
　8.1.5易感-感染-易感(sis)传染病
　8.2网络中持续稳定的传染病
　8.2.1随机网络传染病阈值
　8.2.2一般网络中的传染病阈值
　8.2.3一般网络中的固定点感染密度
　8.3网络传染病仿真软件
　8.4对策
　8.4.1对策的算法
　8.4.2接种策略对策
　8.4.3java抗原仿真
　练习
第9章同步
　9.1同步或不同步
　9.1.1混沌映射
　9.1.2网络稳定性
　9.2蟋蟀社会网络
　9.2.1蟋蟀社会网络的同步性质
　9.2.2更加通用的模型：atay网络
　9.2.3atay网络的稳定性
　9.3基尔霍夫网络
　9.3.1基尔霍夫网络模型
　9.3.2基尔霍夫网络的稳定性
　9.4pointville电网
　练习
第10章影响网络
　10.1对buzz的剖析
　10.1.1buzz网络
　10.1.2buzz网络仿真器
　10.1.3buzz网络的稳定性
　10.2社会网络的有用性
　10.2.1两方谈判
　10.2.2i?nets状态方程
　10.2.3i?nets的稳定性
　10.2.4i?nets的共识
　10.2.5计算影响的java方法
　10.3 i?nets中的冲突
　10.3.1冲突度
　10.3.2计算冲突度的java方法
　10.4命令层次结构
　10.5i?nets中的有用性涌现
　10.5.1加权涌现
　10.5.2加权涌现的java方法
　10.5.3加权涌现的稳定性
　10.5.4链路涌现
　练习
第11章脆弱性
　11.1网络风险
　11.1.1将节点作为目标
　11.1.2将链路作为目标
　11.2关键节点分析
　11.2.1杠铃模型
　11.2.2网络风险最小化
　11.2.3指数成本模型
　11.2.4攻击者-防御者模型
　11.2.5java军备竞赛方法
　11.3博弈论的考虑
　11.4一般的攻击者-防御者网络风险问题
　11.5关键链路分析
　11.5.1链路弹性
　11.5.2链路弹性模型
　11.5.3流弹性
　11.5.4流启发式的java方法
　11.5.5网络流资源分配
　11.5.6结构化网络中的最大流量
　11.6基尔霍夫网络的稳定性弹性
　练习
第12章netgain网络
　12.1经典扩散方程
　12.1.1市场扩散方程
　12.1.2简单netgain网络
　12.2多产品网络
　12.3netgain网络涌现的java方法
　12.4新兴市场网络
　12.4.1新生市场的涌现
　12.4.2新兴市场固定点
　12.5创造性破坏网络
　12.5.1创造性破坏的涌现
　12.5.2平方根律固定点
　12.6企业并购网络
　12.6.1合并节点的java方法
　12.6.2合并加速创造性破坏
　练习
第13章生物学
　13.1静态模型
　13.1.1无标度属性
　13.1.2小世界效应
　13.2动态分析
　13.2.1线性连续网络
　13.2.2布尔网络
　13.3蛋白质表达网络
　13.4质量动力学建模
　13.4.1质量动力学状态方程
　13.4.2有界的质量动力学网络
　练习
参考文献

章节摘录

版权页：插图：影响扩散——不管它是产品营销、疾病传播还是群组内达成一致性，它都是一种信号传播。信号沿着链路传播，并且以某种方式影响节点。例如，节点的值可能是邻接节点的平均值。在一个基尔霍夫（Kirchhoff）网络中，节点值等于输入总和值与输出总和值之差。不管为节点分配值的本地微观规则如何，信号流经网络的概念看上去是流行病学、同步、影响和组内达成一致性的共同机制。更严格地讲，网络可被看成是一种耦合系统。系统是由节点（所取值称为状态）和链路（建立输入和输出到节点）构成。网络的状态是所有其节点状态的联合。信号（值）沿着链路传播，从一个节点到另外一个节点，并且更改节点的状态。如果我们画出状态随时间的变化图。我们可能会观察到振荡、抑制或收敛到某一状态（即所谓的固定点），并且永远地停留在那里。在什么条件下网络振荡或收敛呢？这是一个一般性的问题，我们将会在第10和12章中解答。我们将证明传染病的传播、生物系统的同步、社会网络中的达成一致性、新产品的扩散都是网络同步的不同形式。当网络的节点值到达某一固定点时，即一旦到达某值就会停止变化，那么网络被说成是同步。我们解答了这一问题：“为了网络同步，充分和必要的属性或条件是什么？”答案推导出了网络中稳定性的一般理论。

用户评论 (总计33条)

•   第一本全面审视新出现的网络科学的论著。书中研究了各种网络——规则网络、随机网络、小世界网络、影响网络、无标度网络和社会网络等，并将网络过程和行为应用于涌现、传染病、同步和风险方面。本书的独特之处在于将跨计算机科学、生物学、物理学、社会网络分析、经济学和市场营销等多学科的专业概念整合了起来。
•   本书对了解网络科学的有关内容是很有帮助的；在第2章对理解与复杂网络有关的基本指标进行了集中介绍，接着对规则网络、随机网络、小世界网络、无标度网络有关特征依次进行了解释和说明。然后介绍了涌现、传染病模型、同步等与复杂网络演化关系密切的概念。本书可能的不足之处是对可能有不同理解的翻译词汇没有给出对应的英文原文，例如“涌现”等。
•   不愧是网络科学的第一书，纸张稍微差了点。
•   网络科学的经典教材
•   很经典的一本图书了，想要学习网络科学，推荐购买这本书，深入浅出呀
•   以前看到过此书的外文版，无奈价格太高，不敢购买。现在有中文版，翻译的也不错，详细说明了现在网络科学发展的框架和脉络，非常不错!
•   是学习网络科学的不错书籍
•   对概念介绍非常清楚和详细，在复杂网络理论方面是很好上手的书，就是有些地方的翻译不够通顺，建议手边备一本原版。
•   好东西，复杂网络方面的经典之作....
•   可以对网络有更深认识
•   不怎么样，就是我们老师出的书，就是翻译国外的
•   书的质量好，这是我们老师翻译的书，必须支持啊！！！
•   感觉还可以，扩充知识量。感觉方法比较多。书的质量也挺好。稀饭
•   经典的好书啊，理论与方法说明的清楚，结论很有参考价值~
•   非常经典的一本书，基本上看完很有收获！！！！！强烈推荐！！
•   希望对我有用,至少开阔一下眼见，尽快看完，看完再来评论。可惜这次买10多本书花了哥不少钱，没发论文还不能报。生活费维持不了几天啦！哎！
•   太有启发了，很有用
•   听别人介绍的，应该不错，很期待！
•   收到书的时候书皮上有两个洞洞啊亲！大概可能也许是运送过程中挂坏的吧，但不影响内容，就不换了吧。
•   看了目录,基本的知识都在里面,就是买来扫盲的,这样的书很合适,就是有些贵,不怎么厚还要36.1,不过还是很值得看的,内容包括的很全.
•   目前看到的最系统的介绍网络科学的书，尤其前面对网络科学发展的历史脉络梳理得很清楚。可惜翻译得不是很好。基本上看不懂的地方就是翻译错了的，需对照英文版来看。例如：第6页
  
  “重复应用偏好连接的结果不会明显导致具有服从幂律分布的度序列分布的网络。”应译为：
  
  “重复应用偏好连接将导致具有服从幂律分布的度序列分布的网络，这一结果远非显而易见。”
•   翻翻还是可以的，有些可以作为字典用
•   下面例举几处翻译错误（p. 6 ~ p. 12）：p. 6: “重复应用偏好连接的结果不会明显导致具有服从幂律分布的度序列分布的网络。”应译为：“重复应用偏好连接将导致具有服从幂律分布的度序列分布的网络，这一结果远非显而易见。”p. 6: “第一次创新非常重要”，令人莫名其妙，看原文才知道，应译为：“第一个创新是重要的”，因为前面列举了两个创新，原文中的the first innovation应译为“第一个”而不是“第一次”。“is important”也不应译为“非常重要”，译为“重要”即可。p. 9: “答案推导出了网络中稳定性的一般理论。”应译为：“对该问题的解答将引发一个关于网络中稳定性的一般理论”，原文的“leads to”怎么译成“推导出”了呢？“The answer”也不应翻译为“答案”。p. 12: “我们证明当影响网络状态矩阵的最大非平凡特征值受限于1时就能够达成一致，那么在网络中就没有冲突。”应译为“我们证明，当影响网络的状态矩阵的最大非平凡特征值受限于1，并且网络中无冲突时，一致就能达成。”原译大概将“and”看成了“then”或者理解成了“and then”。
•   书本身是本好书，但翻译太烂，看不下去。还是等着买原版吧
•   对概念介绍非常清楚和详细，好书。在复杂网络理论方面是很好上手的书
•   书很不错，值得大家一看，也有参考价值
•   书很不错，还没看内容呢
•   包装好，内容也值得阅读
•   繁琐，讲的内容比较偏，不实用
•   有详细的理论叙述,有详细的代码实现，翻译的也比较到位。好书,是网络科学的一本好书!
•   书是比较经典的，里面还有许多代码，很好
•   翻译不仅仅不到位，连句子都不通顺，随便举几例：“不可能访问一个节点（陆地）而返回一个偶数次，因此沿着欧拉回路，就不可能仅访问奇数度节点一次。”；“无标度网络比起结构化的极端来讲更接近于随机‘图结构’谱的尾部。在一端是结构化k-规则图（熵等于零），另外一端是不可识别的结构或拓扑的随机网络类型。”... 阅读更多
•   经典的好书啊，理论与方法说明的很清楚，结论很有参考价值并附带各种模型算法分析和源代码实现。是一本难得的能将理论与实现结合的很好的书。