系统科学概论

狄增如

目录

  • 1 导论
    • 1.1 从金融市场谈起
    • 1.2 有效市场假说以及经济学的革新
    • 1.3 系统及其涌现性
    • 1.4 系统科学
    • 1.5 国际发展
    • 1.6 国内发展以及北京师范大学
    • 1.7 作业试题
  • 2 自组织理论
    • 2.1 科学的发展
    • 2.2 生命是什么
    • 2.3 时间反演对称
    • 2.4 热力学第二定律
    • 2.5 自组织现象
    • 2.6 自组织理论的要点
    • 2.7 自组织理论方法
    • 2.8 作业试题
  • 3 动力学与混沌
    • 3.1 动力学描述的普遍性
    • 3.2 动力学建模
    • 3.3 动力系统定性分析
    • 3.4 动力系统数值方法
    • 3.5 Logistic映射
    • 3.6 Lorenz系统
    • 3.7 作业试题
  • 4 元胞自动机
    • 4.1 初等元胞自动机
    • 4.2 初等元胞自动机的行为
    • 4.3 交通流的NS模型
    • 4.4 DLA模型
    • 4.5 砂堆模型与自组织临界
    • 4.6 自然界中的幂律分布
    • 4.7 作业试题
  • 5 多主体建模方法
    • 5.1 多主体建模方法
    • 5.2 鸟群飞行
    • 5.3 Shelling隔离模型
    • 5.4 少数者博弈模型
    • 5.5 作业试题
  • 6 分形
    • 6.1 混沌和数学中的分形
    • 6.2 英国的海岸线有多长?
    • 6.3 Mandelbrot集合
    • 6.4 分形维数
    • 6.5 分形——不规则分形的箱覆盖法
    • 6.6 混沌与分形小结
    • 6.7 作业试题
  • 7 复杂网络
    • 7.1 复杂网络研究-意义及问题
    • 7.2 复杂网络结构度量
    • 7.3 小世界网络
    • 7.4 无标度网络
    • 7.5 社团结构-定义
    • 7.6 社团结构的划分方法
    • 7.7 社会网络的空间结构
    • 7.8 网络结构演化模型-BA模型
    • 7.9 网络结构与功能研究简介
    • 7.10 疾病传播的动力学模型
    • 7.11 网络上的SIS和ISR模型
    • 7.12 博弈与囚徒困境
    • 7.13 网络上的博弈行为
    • 7.14 作业试题
  • 8 小结-复杂系统中的简单规律
    • 8.1 探索复杂性的核心科学问题
    • 8.2 探索复杂性的目标
  • 9 系统科学讲座
    • 9.1 心脏动力学
    • 9.2 网络空间结构
    • 9.3 人群移动
社团结构的划分方法

寻找社团结构的方法



基于网络拓扑结构

GN algorithm based on edge betweenness: M. Girvan, M. E. J. Newman PNAS  99 7821(2002)
Spectral analysis;  L. Donetti, M. A. Munoz J. Stat. Mech. (2004) P10012

基于网络上的动力学

Potts Model;J. Reichardt, S. Bornhold, Phys Rev Lett. 93 (2004) 218701
Random Walk:M.Latapy, P.Pons,cond-mat/0412368 ; H. Zhou PRE.67.041908
Circuits:F. Wu, B.A. Huberman, Eur. Phys. J. B 38 (2004) 331

Q函数优化

Extremal Optimization:J. Duch  A. Arenas, Phys Rev E. 72 (2005) 02710
Newman’s fast algorithm; M. E. J. Newman, Phys Rev E. 69 (2004) 066133


GN算法

Girvan和Newman提出的分裂算法已经成为探索网络社团结构的一种经典算法,简称GN算法。 

由网络中社团的定义可知,所谓社团就是指其内部顶点的连接稠密,而与其他社团内的顶点连接稀疏。这就意味着社团与社团之间存在联系的通道比较少,并且要想从一个社团到另一个社团,至少要通过这些通道中的一条。如果能找到这些重要的通道,并将它们移除,那么网络就自然而然的分成了各个社团。 

用最短路径边介数标记每条边对连通性的重要程度。

最短路径边介数的定义为:找出每对顶点间的最短路径,计算每条边被多少条最短路径通过,这个值就是这条边的最短路径边介数。

GN算法的具体过程:

⑴计算网络中各条边的边介数;
⑵找出边介数最大的边,并将它移除(如果最大边介数的边不唯一,那么既可以随机挑选一条边断开也可以将这些边同时断开);
⑶重新计算网络中剩余各条边的边介数;
⑷重复第⑵、⑶步,直到网络中所有的边都被移除。


GN算法与Q值

    最优社团划分


检验算法的网络

●  人工网络

                                       GN Benchmark                 LFR benchmark

●  一些实证网络


检验算法的一些实际网络

   空手道俱乐部网

科学家合作网
美国大学足球赛季网

 Rhesus猴子网

经济物理学科学家合作网