Networks

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内容简介

在过去的几年中,对网络(包括计算机网络,社交网络和生物网络)的研究引起了极大的兴趣。互联网的兴起和廉价计算机的广泛普及使以前所未有的规模收集和分析网络数据成为可能,新理论工具的发展使我们能够从许多不同种类的网络中提取知识。网络的研究大致是跨学科的,并且在许多领域都发生了中心发展,包括数学,物理学,计算机和信息科学,生物学和社会科学。本书汇集了这些领域中每个领域最重要的突破,并以连贯的方式介绍了它们,突出了不同领域工作之间的紧密联系。

本书涵盖的主题包括:网络的度量;在物理学,统计学和社会学中开发和分析网络数据的方法;图论基础;计算机算法;包括随机图模型和生成模型在内的网络数学模型;网络的动态过程的相关理论。

基本信息

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  • 书名:Networks
  • 作者:Mark.Newman
  • 出版社:牛津出版社
  • 版次:2
  • 出版时间:2018-9-19
  • 页数:800
  • 插图数量:161
  • ISBN:9780198805090
  • 中文版译名:网络科学引论

作者介绍

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  • 马克.纽曼(Mark.Newman)[1]
  • 美国密歇根大学物理学Anatol Rapoport讲席教授,圣达菲研究所外聘教授,美国物理学会院士,2014年拉格朗日奖得主,2016年获得古根海姆奖学金。
  • 因为在复杂网络和复杂系统领域的基本贡献闻名,工作覆盖随机图论,分类混合,社区结构,渗透理论,流行病学等领域,被应用在包括心理学,社会学,经济学和生物 学等多个学科范围。
  • 其作品Networks现已成为复杂网络领域的流行教学课本。论文“The structure and function of complex networks”是2001到2011年间被引用数量最多的数学论文。

内容目录

  • 1.简介
第一部分:网络的实证研究
  • 2.技术网络
  • 3.信息网络
  • 4.社交网络
  • 5.生物网络
第二部分:网络理论基础
  • 6.网络中的数学
  • 7.测量和度量
  • 8.计算机算法
  • 9.网络统计和测量误差
  • 10.实际网络的结构
第三部分:网络模型
  • 11.随机图
  • 12.配置模型
  • 13.网络形成的模型
第四部分:实际应用
  • 14.社区结构
  • 15.渗透和网络弹性
  • 16.流行病网络
  • 17.网络的动力系统
  • 18.网络搜索

中文译者序

科学是“运用范畴、定理、定律等思维形式反映现实世界各种现象的本质规律的知识体系。”每当面临一个新的自然现象或新的现实世界问题时,都会出现一种新的科学理论和方法,对其进行观察、识别、描述、质疑、假设、验证和总结等,正如达尔文所说的:“科学就是整理事实,从中发现规律,做出结论。”

  20世纪80年代,人们认识到人类生活与生产活动越来越多地依赖复杂系统——它们普遍存在于自然界和人类社会中,包括自然界天然存在的星系、河流系统、食物链系统、神经系统、新陈代谢系统、基因控制系统等;人类社会中存在的社会系统、疾病传播系统、知识传播系统等;人类创造的经济金融系统、交通系统、通信系统、配送系统、Internet、Web系统等。为此,复杂性科学兴起,引发了自然科学界方法论的变革,并且日益渗透到哲学和人文社会科学领域。著名物理学家霍金称:“21世纪是复杂性科学的世纪。”

  20年来,复杂性科学的实践研究迅速发展,分析方法不断更新,技术应用范围日益扩展。对复杂系统的深入研究,不仅产生了新的理论体系,如耗散结构理论、突变论、超循环论、协同学等,而且带来了从还原论到系统论这一研究理念和方法论上的革新。复杂系统的研究成果,极大地拓展了人们理解世界的广度和深度,并在解决若干问题的过程中发挥了巨大的实际作用。1999年,美国Science期刊出版了一期以“复杂系统”为主题的专辑,分别就化学、生物学、神经学、动物学、自然地理、气候学、经济学等学科领域中的复杂性研究进行了报道。

  总的来说,复杂系统都有一些共同的特点,那就是在变化无常的活动背后,呈现出某种捉摸不定的秩序,其中演化、涌现、自组织、自适应和自相似等,被认为是复杂系统的共同特征。在这个研究背景下,各领域的科学家和研究团队都在尝试从网络的视角探讨复杂系统,建立网络科学理论体系,进而应用网络科学的基本理论和方法研究复杂系统,这已成为一种主流趋势。正如Alber-Lászlo Barabási在Nature Physics上所断言的:“还原论作为一种范式已经过时,复杂性作为一个领域也疲惫不堪。而复杂系统的基于数据的数学模型正在提供一种新鲜的视角,并快速发展为一个全新的学科:网络科学。”

  本书作者马克纽曼,于1991年获牛津大学物理系理论物理专业博士学位,之后在康奈尔大学做博士后,出站后进入位于新墨西哥州的圣塔菲研究所。从做博士后开始,作者就一直致力于复杂系统的研究工作。2002年,他离开圣塔菲研究所,任教于密歇根大学物理系,并当选为密歇根大学保罗狄拉克物理教授(Paul Dirac Collegiate Professor of Physics),同时兼任密歇根大学复杂系统研究中心的教授和圣塔菲研究所的特聘研究员。本书完成于2010年2月,是他在复杂系统和网络科学方面从事了近20年的研究工作和近7年的教学工作后的总结。截止到中译本付印,英文原版多次重印,合计已销售上万册。

  目前,国内外学者已经撰写了许多关于复杂系统和网络科学的著作,但作为一部总结作者在复杂系统方面的理性思考、研究成果和教学实践的专著,本书选材思路开阔、叙述朴实、涉及面广、体系庞大且应用众多,其从网络的视角,利用网络科学的基本理论对复杂系统的物理本质和数学概念进行深入阐述时的种种考虑,以及追本溯源的研究风格,对读者而言都具有其他书籍难以替代的指导作用。

  曾与埃尔温薛定谔共同获得诺贝尔物理学奖的著名理论物理学家保罗狄拉克说过:“科学所关注的只是可观察的事物。”本书作者作为密歇根大学物理系的保罗狄拉克物理教授,也践行着前辈的思想。从书中可以看出,马克纽曼遵从着“观察——数据获取与分析——统计规律挖掘——建模再现数据规律”的循环,首先从实证研究的角度入手,系统总结了当前研究的网络的主要类型,以及用于确定其拓扑结构的实证方法。之后的章节,紧紧围绕“可观察的事物”的测度展开论述,探讨了与网络科学相关的基本概念和基本分析方法;初步论述了如何基于测度建立网络的数学模型,进行适当的数学分析和求解,并对所得结果给出物理解释、赋予物理意义。本书的基本概念和方法并不复杂,因此读者理解并掌握本学科的关键不在于认识和记忆了多少定义、定理和公式,而要注重体会作者如何运用数学工具和物理概念,分析复杂系统的典型性质,掌握从网络的视角分析和解决问题的一般规律和方法。特别希望读者关注的是,本书仔细分析了大量“测度”,并给出了基于这些“测度”的数学模型和分析方法的精妙之处和不足的地方,同时也涉及了一些学术界尚存的争论,这些深入分析和深刻见解也是本书的精髓所在。

  本书涉及的数学内容主要包括线性代数和矩阵计算、图论、概率统计与随机过程、误差理论与实验数据处理、最优化理论、集合论与一般拓扑学、向量算法与场论初步、级数、复变函数等。本书对数学论证的推演严谨但不显繁冗,避免了缺乏数学论证的“通俗”物理解释,同时也基本上避免了脱离特定物理概念的纯数学推演,将物理概念与数学论证完美地结合在一起,注重解决实际问题,强调物理概念的解释。

  本书译者之一郭世泽所领导的团队是长期从事网络科学科研和教学的研究群体,正承担着相关领域的“973”、“863”和自然科学基金项目,在Physica A等期刊上发表了多篇相关领域的论文。郭世泽与陈哲本着打造本学科领域一部经典教材的原则,用了近两年的时间,先在原著首印版本基础上完成初译,得知作者在原著第6印时做了很多细节改进之后,逐句对照第6印的版本对译文进行了更正和完善。特别是,在翻译过程中,为求深刻理解本书的内涵,并且表达得更准确、更专业,译者除延伸阅读了本书中大部分参考文献外,还请教了应用数学、生物化学、应用物理等领域的专业老师和技术人员,并推导了原书中的所有数学公式和证明过程,对于发现的34处笔误和印刷错误,在翻译时进行了更正。在此过程中,译者更加认识到,决定读者对本学科领域基础知识的理解深度、对新知识的领悟能力和对新应用的创新能力的,除了对数学理论的接受能力和推导能力之外,更重要的是理解数学理论背后令人困惑的物理概念。

  在本书的翻译过程中,译者与很多同事和朋友进行过交流,他们提出了很多中肯的意见、建议和鼓励,这些都使译者受益匪浅。特别感谢高梁,他组织郭浩、杨子龙、邢富坤、郭婕恬、冀鸿翔、宋晓虎、王宇、贾文波参与了部分章节的初译和数学公式的推导。

  “读罢华章叹不休,甘心俯首作耕牛。扬蹄沥血辛勤日,换得芳田万古留。”我们深信,经过译者的精心挑选和深入细致的译校,本书将为读者奉上一部学习精品,为各领域的研究人员开启利用网络科学研究复杂系统的大门!正如译者在编著的《复杂网络基础理论》中所说的,“前面的高山是如此巍峨美丽,让我们一起去攀登吧!”

  限于水平,书中难免有错误与不妥之处,恳请读者批评指正。

相关书评

  • “这是一本关于网络的权威书籍,足够友好,任何人都可以阅读,也足够认真,可以让研究人员找到自己的出路。[纽曼]是该领域的创始人和领导者之一,并用前沿主题对本书进行了更新。” - 圣塔菲研究所
  • “这是网络科学的权威著作,由其最杰出的研究人员之一和优美的讲解者组成。第二版Mark Newman的网络清晰,全面且引人入胜。” - 美国康奈尔大学数学系史蒂文·斯特罗加兹(Steven Strogatz)
  • “这是网络研究领域的杰出学者之一的一本非常好的教科书。在教授网络本科课程时,我从本书中学到了很多,我很高兴看到这本书的新版本。纽曼的清晰阐述贯穿了在这本教科书中。” - 美国加州大学洛杉矶分校数学系Mason Porter
  • “该领域的巨头之一对网络科学进行了极其全面而清晰的阐述。纽曼成功地使广大读者甚至是技术含量最高的人都可以使用它。” - 印第安纳大学信息与计算学院Santo Fortunato

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参考文献

维基百科作者页

牛津出版社出版页

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