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内容大纲
复杂网络涉及的知识非常广泛,有显著的跨学科、跨领域的特性。本书力求以通俗易懂的编写方式,为读者提供充足的复杂网络理论分析及大量的实例Python开源代码,同时增加对国内外最新研究成果的介绍,为从事该领域研究的工作者提供有效的借鉴。本书的主要特点有:①通俗易懂的概念原理解释分析;②生动形象的图形化分析;③大量开源实例Python代码;④最新研究成果的引入;⑤思政教育的融入。
本书共16章。第1章主要介绍复杂网络的研究意义、历史及研究内容;第2~5章分别介绍复杂网络的基本概念、随机网络、小世界网络及无标度网络;第6~14章分别介绍复杂网络的应用及其他相关理论,包括复杂网络传播动力学、博弈论、网络同步与控制、复杂网络鲁棒性、二分网络、复杂网络的搜索、聚类分析、影响力分析及链路预测;第15章介绍复杂网络工具的使用;第16章探讨复杂网络视角下的社会发展与思政启示。
本书可以作为高等学校计算机科学及其相关专业、应用数学、生物医学、社会学、管理学等专业的本科生及研究生教材,也可以为相关领域的科研人员提供研究参考。 -
作者介绍
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目录
第1章 绪论
1.1 复杂网络的研究意义
1.2 复杂系统与复杂网络
1.3 复杂网络的研究
1.3.1 哥尼斯堡七桥问题与规则网络
1.3.2 随机图理论
1.3.3 复杂网络理论阶段
1.4 复杂网络的研究内容
第2章 复杂网络的基本概念
2.1 4种基本网络结构模型
2.1.1 规则网络
2.1.2 随机网络
2.1.3 小世界网络
2.1.4 无标度网络
2.2 复杂网络的表示
2.2.1 图表示法
2.2.2 集合表示法
2.2.3 邻接矩阵表示法
2.2.4 拉普拉斯矩阵表示法
2.3 复杂网络的统计特征
2.3.1 度
2.3.2 平均度
2.3.3 度分布
2.3.4 路径
2.3.5 直径
2.3.6 平均距离
2.3.7 集聚系数
2.3.8 介数
2.3.9 核数
2.3.10 权
2.3.11 网络稀疏性
2.3.12 度度相关性
2.4 网络的演化性质
2.4.1 基于点、边的演化
2.4.2 基于边的演化
2.5 总结
习题
第3章 随机网络
3.1 ER网络的生成模型
3.1.1 G(N,p)模型
3.1.2 G(N,L)模型
3.2 ER网络的基本性质
3.2.1 边数分布
3.2.2 度分布
3.2.3 直径及平均距离
3.2.4 集聚系数
3.3 总结
习题
第4章 小世界网络
4.1 六度分隔理论
4.2 小世界网络实验
4.3 小世界网络模型
4.3.1 WS小世界网络模型
4.3.2 NW小世界网络模型
4.3.3 小世界网络模型的度分布
4.3.4 小世界网络的平均距离
4.3.5 小世界网络的聚类系数
4.4 社区结构检测
4.4.1 社区结构定义
4.4.2 社区划分标准
4.4.3 社区检测算法
4.5 总结
习题
第5章 无标度网络
5.1 幂律分布及二八定律
5.1.1 幂律分布
5.1.2 二八定律
5.2 幂律分布的数据拟合
5.2.1 数据分箱
5.2.2 最小二乘法估计
5.2.3 极大似然估计
5.2.4 累计度分布
5.3 幂律分布网络的结构
5.4 BA无标度网络模型
5.4.1 BA无标度网络的构建
5.4.2 BA无标度网络的度分布
5.4.3 BA无标度网络的度相关性
5.4.4 BA无标度网络的平均距离和集聚系数
5.5 马太效应及财富分布建模
5.6 总结
习题
第6章 传播动力学
6.1 传播动力学的研究目的
6.2 病毒传播模型分析
6.2.1 传染病数据集
6.2.2 SI模型
6.2.3 SIS模型
6.2.4 SIR模型
6.2.5 SEIR模型
6.2.6 其他传染病模型
6.3 舆论传播及谣言检测
6.3.1 信息传播
6.3.2 舆论传播
6.3.3 谣言传播模型
6.3.4 谣言检测
习题
第7章 博弈论
7.1 博弈论的定义
7.2 博弈论的基本概念
7.2.1 博弈基本要素
7.2.2 博弈的3种常用表示方式
7.2.3 偏好关系
7.3 囚徒困境问题
7.3.1 囚徒困境问题的两种典型情境
7.3.2 重复囚徒困境
7.3.3 多人囚徒困境
7.4 博弈论的分类
7.5 非合作博弈
7.5.1 双人正则形式博弈
7.5.2 纳什均衡
7.5.3 雪堆博弈纳什均衡
7.5.4 占优策略纳什均衡
7.5.5 混合策略纳什均衡
7.5.6 零和博弈
7.5.7 非零和博弈
7.5.8 反复去除严格劣策略
7.5.9 奇数定理及其应用
7.5.10 战略合作联盟
7.5.11 抗共谋纳什均衡
7.5.12 纳什存在定理
7.5.13 选举机制
7.5.14 Stackelberg模型
7.6 合作博弈
7.6.1 合作博弈的特征函数表达式
7.6.2 Shapley值
7.6.3 占优方法
7.6.4 帕累托最优
7.7 演化博弈
7.7.1 演化博弈简介
7.7.2 鹰鸽博弈
7.8 博弈论的应用
7.8.1 生成对抗网络
7.8.2 基于多层感知机的生成对抗网络
7.8.3 基于卷积的生成对抗网络
7.8.4 条件生成对抗网络
7.9 总结
习题
第8章 网络同步与控制
8.1 同步现象
8.1.1 生活中的同步现象
8.1.2 同步的定义
8.2 分形理论
8.3 混沌理论
8.3.1 混沌理论的定义
8.3.2 混沌同步与控制
8.3.3 混沌理论的应用
8.4 混沌映射
8.5 涌现现象
8.5.1 涌现现象的定义
8.5.2 涌现现象的应用
8.6 关键词共现分析
8.7 Boid模型
8.8 粒子群优化算法
8.8.1 粒子群优化算法的应用
8.8.2 混沌粒子群优化算法
8.9 人工萤火虫群优化算法
习题
第9章 复杂网络的鲁棒性
9.1 鲁棒性的概念及度量指标
9.1.1 鲁棒性的概念
9.1.2 网络的鲁棒性与抗毁性
9.1.3 鲁棒性度量指标
9.2 渗流理论
9.2.1 渗流基本原理
9.2.2 渗流阈值
9.2.3 渗流临界指数
9.2.4 小结
9.3 随机攻击与蓄意攻击
9.3.1 随机攻击
9.3.2 蓄意攻击
9.3.3 随机攻击与蓄意攻击的代码示例
9.4 级联失效
9.4.1 级联失效基本概念
9.4.2 级联失效代码示例
9.4.3 沙堆模型
9.4.4 Cascade模型
9.5 相依网络
9.5.1 相依网络的子网络
9.5.2 相依边
9.5.3 相依网络的组合方式
9.6 鲁棒性分析案例
习题
第10章 二分网络
10.1 二分网络的定义
10.2 二分网络的矩阵表达
10.3 二分网络的投影方式
10.3.1 无权投影
10.3.2 加权投影
10.4 二分图的匹配
10.4.1 最大匹配
10.4.2 最大匹配之匈牙利算法
10.4.3 完美匹配
习题
第11章 复杂网络的搜索
11.1 广度优先搜索
11.1.1 例题讲解
11.1.2 代码实现
11.2 随机游走搜索
11.2.1 例题讲解
11.2.2 代码实现
11.3 最大度搜索
11.3.1 例题讲解
11.3.2 代码实现
11.4 蒙特卡罗树搜索
11.4.1 例题讲解
11.4.2 代码实现
11.5 启发式搜索
11.5.1 贪婪优先搜索
11.5.2 A搜索
11.6 对抗搜索
11.6.1 最大最小搜索
11.6.2 AlphaBeta剪枝搜索
11.7 社会网络的分散式搜索
11.7.1 Kleinberg模型
11.7.2 代码实现
11.7.3 Kleinberg模型上的分散式搜索
习题
第12章 聚类分析
12.1 基于优化的复杂网络聚类方法
12.1.1 KernighanLin算法
12.1.2 谱平分法
12.2 启发式复杂网络聚类算法
12.2.1 HITS算法
12.2.2 CPM算法
习题
第13章 影响力分析
13.1 节点中心性的经典指标
13.2 节点重要性的判别方法
13.2.1 基于节点近邻的方法
13.2.2 基于路径的方法
13.2.3 基于特征路径的方法
13.2.4 基于节点移除或收缩的方法
13.3 利用网络动力学识别重要节点
13.4 VoteRank算法
13.5 社交网络影响力最大化
13.5.1 基于PageRank的启发式算法
13.5.2 基于节点度的启发式算法
13.5.3 贪心算法
13.5.4 基于RIS的贪心算法
13.5.5 三明治算法框架
习题
第14章 链路预测
14.1 Jaccard 系数
14.2 AdamicAdar 指标
14.3 Katz 指标
14.4 基于机器学习的链路预测
14.4.1 基础机器学习链路预测算法
14.4.2 集成机器学习链路预测算法
14.5 概率关系模型
14.5.1 贝叶斯网络模型
14.5.2 马尔可夫网络关系模型
14.6 推荐系统
14.6.1 组合推荐
14.6.2 惊喜度推荐
14.6.3 可解释性推荐
14.6.4 好友推荐
14.6.5 细粒度推荐
14.6.6 搭配推荐
习题
第15章 复杂网络工具的使用
15.1 NetworkX使用简介
15.1.1 创建图形
15.1.2 复杂网络的可视化
15.1.3 网络分析
15.1.4 空手道俱乐部成员关系网络的模拟
15.2 Igraph
15.2.1 创建网络
15.2.2 网络分析
15.2.3 网络可视化
15.2.4 Igraph实现算法
15.2.5 海豚社交数据集及Igraph使用
15.3 Gephi
15.3.1 LesMiserables数据集
15.3.2 实际使用
第16章 连接万象,德行共筑: 复杂网络视角下的社会发展与思政启示
16.1 小世界网络模型与社会治理:思政教育中的高效和谐发展策略
16.1.1 资源优化与社会和谐
16.1.2 集体主义与协同创新
16.1.3 教学案例
16.1.4 小结
16.2 无标度网络与社会公平:思政教育中的核心竞争力构建
16.2.1 无标度网络与社会公平
16.2.2 教学案例: 区域协调发展战略
16.2.3 思政教育启示
16.2.4 小结
16.3 信息传播动力学与舆论引导:思政教育中的社会责任构建
16.3.1 传播动力学与社会责任
16.3.2 健康舆论引导
16.3.3 案例
16.3.4 小结
16.4 博弈论与合作共赢:思政教育中的国家利益和集体合作
16.4.1 博弈论与国家利益
16.4.2 集体合作与社会责任
16.4.3 教学案例: 中美贸易谈判中的博弈理论应用
16.4.4 小结
16.5 演化网络与中国特色社会主义新时代:思政教育中的社会变革与
创新驱动
16.5.1 演化网络与社会变革
16.5.2 创新驱动与社会可持续发展
16.5.3 教学案例: 绿色科技创新与社会可持续发展
16.5.4 小结
16.6 同步与控制理论:思政教育中的自我控制与社会规则的内在契约
16.6.1 同步与控制: 社会协同与治理
16.6.2 自我控制与社会规则的契合
16.6.3 教学案例: 社会稳定与政策调控的协同效应
16.6.4 小结
16.7 复杂网络搜索与信息共享:思政教育中的资源合理配置
16.7.1 复杂网络搜索与社会资源优化
16.7.2 教学案例: 信息资源的优化配置
16.7.3 小结
16.8 链路预测与推荐系统:思政教育中的资源共享与社会责任启示
16.8.1 链路预测与社会资源的优化配置
16.8.2 教学案例: 电子商务中的链路预测与推荐系统
16.8.3 小结
16.9 随机网络与社会协同:思政教育中的资源优化配置
16.9.1 随机网络与资源优化配置
16.9.2 教学案例: 扶贫与资源优化的协同发展
16.9.3 小结
16.10 网络鲁棒性与社会稳定:思政教育中的抗风险能力培养
16.10.1 社会系统的稳定性与抗风险能力
16.10.2 社会保障体系与网络韧性
16.10.3 教学案例: 国家应急管理与社会稳定
16.10.4 小结
16.11 影响力分析与引导协作:思政教育中的社会舆论引导
16.11.1 影响力的辐射与社会领导力
16.11.2 信息传播与舆论引导
16.11.3 教学案例: 社会责任与公益活动中的影响力分析
16.11.4 小结
16.12 聚类分析与社会和谐:思政教育中的多元社会共建
16.12.1 群体内部的紧密联系与社会组织
16.12.2 社会分工、群体合作与社会责任
16.12.3 多元社会中的融合与共建
16.12.4 教学案例:扶贫攻坚中的集体合作与协作精神
16.12.5 小结
参考答案
习题2
习题3
习题4
习题5
习题6
习题7
习题8
习题9
习题10
习题11
习题12
习题13
习题14
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