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
探索复杂性的核心科学问题

系统



系统是指由一些相互关联和相互作用的组成部分所构成的、具有某些功能的整体,普遍存在于自然界和人类社会中。 

复杂系统

组分众多,Multi-Agent System            相互作用复杂:非线性           个体具有学习与适应性
--Often-cited examples of complex systems in nature and society include the brain, the immune system, biological cells, metabolic networks, ant colonies, the Internet and World Wide Web, economic markets, and human social networks.


核心科学问题

复杂系统的涌现性:复杂系统如何通过微观层次上基本组成单元之间的非线性相互作用,在宏观层次上涌现出新的结构和功能性质。 

Complexity   Approach

探索复杂性的基本方法: 

宏观层次:自顶向下的动力学方法                  Top——Down
中观层次:随机方法                                    Mesoscopic Level
微观层次:自底向上的多主体模拟方法             Bottom——Up 


研究方法

Bottom-Up Approach ( Microscopic Level微观)

Agent Based Modeling

优化演化                 学习与适应性                群体行为(Collective Behavior)

Top-Down Approach(Macroscopic Level宏观)

系统动力学

动力系统演化的稳态解           稳定性分析             分支分析            混沌行为           分形

Mesoscopic Level (随机方法)

随机过程                    Master 方程                    Forkker-Planck方程            最大信息熵

探索复杂性的经典语汇

自组织       临界现象与突变      混沌     分形     复杂适应性系统    复杂网络      自组织临界性


实际案例

种群增长——群体动力学            疾病传播——SI、SIS、SIR模型        心脏中的动力学      

生命游戏             交通流模型             博弈与合作          少数者博弈与金融市场