深入理解復雜網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)和信號處理視角
定 價：139 元
叢書名：計算機科學叢書
- 作者：[印度] B.S. 馬努基（B.S.Manoj） 阿布舍克?查克拉博蒂（Abhis
- 出版時間：2019/11/1
- ISBN：9787111637257
- 出 版 社：機械工業(yè)出版社
- 中圖法分類：TN911.7
- 頁碼：
- 紙張：膠版紙
- 版次：
- 開本：16開
本書試圖將網(wǎng)絡(luò)、信息科學、信號處理和統(tǒng)計物理學的研究團體結(jié)合在一起，從工程學角度重點關(guān)注通信、網(wǎng)絡(luò)以及信號處理等方面，為理解復雜網(wǎng)絡(luò)提供了一種新穎的研究方式。
復雜網(wǎng)絡(luò)是一種具有復雜和不規(guī)則連接模式的網(wǎng)絡(luò)。與在節(jié)點和邊的組織上具有清晰模式的正則網(wǎng)絡(luò)不同，理解和刻畫復雜網(wǎng)絡(luò)是一件非常困難的工作。由于復雜網(wǎng)絡(luò)在我們的生活中隨處可見，例如生物網(wǎng)絡(luò)、分子網(wǎng)絡(luò)、社交網(wǎng)絡(luò)、交通網(wǎng)絡(luò)、電網(wǎng)、通信網(wǎng)絡(luò)以及因特網(wǎng)等都屬于復雜網(wǎng)絡(luò)的范疇，因此研究復雜網(wǎng)絡(luò)具有十分重要的意義。事實上，大多數(shù)物理和生物系統(tǒng)都呈現(xiàn)為一種復雜網(wǎng)絡(luò)，它們由子系統(tǒng)及子系統(tǒng)之間的連接所構(gòu)成。因此復雜網(wǎng)絡(luò)建模涉及大量的自然網(wǎng)絡(luò)和人造網(wǎng)絡(luò)，對復雜網(wǎng)絡(luò)的研究有助于大多數(shù)物理系統(tǒng)的研究。此外，互聯(lián)網(wǎng)、社交網(wǎng)絡(luò)、生物網(wǎng)絡(luò)和計算機網(wǎng)絡(luò)以巨型網(wǎng)絡(luò)的形式促進了大數(shù)據(jù)的發(fā)展。本書試圖將網(wǎng)絡(luò)、信息科學、信號處理和統(tǒng)計物理學的研究團體結(jié)合在一起。
本書從工程學角度重點關(guān)注通信、網(wǎng)絡(luò)以及信號處理等方面，為理解復雜網(wǎng)絡(luò)提供了一種新穎的研究方式。本書的內(nèi)容主要面向高年級本科生以及研究生教學，同時可以作為相關(guān)領(lǐng)域研究人員和從業(yè)人員的參考書目。為了滿足課堂教學的需求，我們提供了大量的例子和章末習題。對于相關(guān)研究人員，書中每一章都包含了很多如開放性研究問題這類討論主題。
這本書主要是為高年級本科生和研究生設(shè)計的課堂教材。為了更適合教學，本書包含100多個例子、200多張圖以及20多個對照表。從第3章開始，每一章都有一節(jié)列出相應(yīng)的開放性研究問題并提供一組練習題。此外，本書的附錄部分包括以下附加信息：相關(guān)基本概念和定義；頂級研究會議列表；研究期刊列表；常用復雜網(wǎng)絡(luò)分析軟件工具列表；可供復雜網(wǎng)絡(luò)研究的數(shù)據(jù)集；來自世界各地的復雜網(wǎng)絡(luò)知名研究團隊。
我們所提供的主要教輔資料包括：為教師提供的習題解答；每章附有LaTeX源碼的演示幻燈片；部分圖、仿真和例子的代碼段；除了出版社所提供的在線信息外，我們還提供了一個網(wǎng)站（https://complexnetworksbook.github.io）用于分享有關(guān)復雜網(wǎng)絡(luò)的最新信息。
我們要感謝我們的同行、同事和學生，他們在本書撰寫過程中的反饋極大地幫助了我們。感謝印度班加羅爾印度科學研究所的K. R. Ramakrishnan教授在澄清圖信號處理某些特征方面的幫助；真誠感謝美國艾奧瓦州立大學的Aleksandar Dogand~i教授在圖信號處理方面所進行的討論；感謝我們在印度空間科學與技術(shù)研究所（IIST）的同事Deepak Mishra教授、Gorthi Sai Subramanyam教授以及Vineeth Bala Sukumaran教授在圖信號處理和復雜網(wǎng)絡(luò)方面的幫助；感謝我們的合作者C. Siva Ram Murthy教授、Ramesh Rao教授、Bheemarjuna Reddy Tamma教授和Venkata Ramana Badarla教授；感謝Theodore S. Rappaport教授采用我們的書作為其備受推崇的Prentice Hall通信工程和新技術(shù)系列講座的部分內(nèi)容；感謝Chetan Kumar Verma先生、Aditi Verma女士、Sarath Babu先生、Nivedita Gaur女士、Gaurav Jain先生和Priti Singh女士。培生公司的組稿編輯Kim Boedigheimer女士在這項工作中為我們提供了所有必要的支持。我們在IIST系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)實驗室的輔導員Divya R. S.女士在編寫本書期間提供了很多后勤幫助。我們感謝IIST圖書館及其圖書管理員Abdunnasar先生和IIST圖書館復印科的工作人員在本書編寫過程中給予我們的復印支持。
同時要感謝我們的家人在本書的撰寫過程中所給予的默默支持。
感謝位于特里凡得瑯的印度空間科學與技術(shù)研究所及其主任Vinay Kumar Dadhwal博士允許我們出版這本書。
我們也感謝培生公司及相關(guān)機構(gòu)的審稿人和編輯在審閱、編輯和出版本書過程中給予的幫助。我們特別感謝Angela Urquhart、Julie Nahil和Andrea Archer協(xié)助我們按時完成了這本書。
這本書綜述或引用了200多部科學著作。然而，在復雜網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，討論所有相關(guān)的貢獻并不現(xiàn)實，我們根據(jù)本書的重點和結(jié)構(gòu)做出了選擇。無論如何，我們的主題選擇并不意味著書中未包含的作品價值不夠高，我們事先向所有認為自己的作品被忽視的研究人員和學生道歉。
在書中我們已經(jīng)非常謹慎地避免印刷錯誤、圖片錯誤和其他不一致的地方。然而，書中難免還有一些錯誤未被發(fā)現(xiàn)，請讀者通過電子郵件或其他聯(lián)系方式告知可能的任何錯誤。作者簡介中提供了我們當前的電子郵件地址，讀者可以通過該地址與我們聯(lián)系，提出咨詢、評論、建議或報告錯誤。
B. S. Manoj
Abhishek Chakraborty
Rahul Singh
B.S.馬努基（B.S. Manoj）目前是印度空間科學與技術(shù)研究所航空電子部負責人、教授。Manoj的研究領(lǐng)域包括復雜網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)安全、認知網(wǎng)絡(luò)、ad hoc無線網(wǎng)絡(luò)、無線mesh網(wǎng)絡(luò)、軟件定義網(wǎng)絡(luò)、延遲容忍網(wǎng)絡(luò)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。2015年，Manoj獲得IEEE自然計算國際會議(ICNC)杰出領(lǐng)導獎，他與人合著的多篇論文獲得了許多獎勵。
出版者的話
推薦序
譯者序
前言
致謝
作者簡介
第1章 概述1
1.1 復雜網(wǎng)絡(luò)1
1.2 復雜網(wǎng)絡(luò)類型2
1.3 研究復雜網(wǎng)絡(luò)的好處4
1.3.1 建模和刻畫復雜物理世界系統(tǒng)4
1.3.2 設(shè)計新的高效物理世界系統(tǒng)5
1.3.3 制定復雜真實世界問題的解決方案5
1.3.4 通過分子網(wǎng)絡(luò)建模提高生物醫(yī)學研究水平5
1.3.5 發(fā)展網(wǎng)絡(luò)醫(yī)學5
1.3.6 摧毀反社會網(wǎng)絡(luò)6
1.3.7 通過社交網(wǎng)絡(luò)強化社會科學研究6
1.4 復雜網(wǎng)絡(luò)研究面臨的挑戰(zhàn)6
1.5 本書內(nèi)容概述6
1.6 本書內(nèi)容組織7
1.6.1 對本書內(nèi)容的閱讀建議8
1.7 面向教師的輔助材料9
1.8 小結(jié)9
第2章 圖論預(yù)備知識10
2.1 引言10
2.2 圖11
2.2.1 子圖12
2.2.2 補圖13
2.3 與圖相關(guān)的矩陣13
2.3.1 權(quán)重矩陣14
2.3.2 鄰接矩陣14
2.3.3 關(guān)聯(lián)矩陣15
2.3.4 度矩陣15
2.3.5 拉普拉斯矩陣15
2.4 基本圖測度17
2.4.1 平均鄰居度17
2.4.2 平均聚類系數(shù)17
2.4.3 平均路徑長度18
2.4.4 平均邊長度19
2.4.5 圖的直徑與體積20
2.5 圖的基本定義與屬性20
2.5.1 途徑、路徑以及回路20
2.5.2 連通性21
2.5.3 無環(huán)性22
2.5.4 同構(gòu)24
2.5.5 平面性24
2.5.6 可著色性25
2.5.7 可遍歷性26
2.5.8 網(wǎng)絡(luò)流27
2.5.9 乘積圖28
2.6 圖的類型30
2.6.1 正則圖30
2.6.2 二分圖30
2.6.3 完全圖31
2.6.4 樹31
2.6.5 線圖33
2.6.6 沖突圖34
2.7 圖的其他重要測度34
2.7.1 Cheeger常數(shù)35
2.7.2 團數(shù)35
2.8 圖尋路算法35
2.8.1 Dijkstra最短路徑算法36
2.8.2 所有節(jié)點對之間的最短路徑算法37
2.9 小結(jié)38
練習題38
第3章 復雜網(wǎng)絡(luò)概述42
3.1 復雜網(wǎng)絡(luò)的主要類型42
3.1.1 隨機網(wǎng)絡(luò)42
3.1.2 小世界網(wǎng)絡(luò)43
3.1.3 無標度網(wǎng)絡(luò)43
3.2 復雜網(wǎng)絡(luò)測度43
3.2.1 平均鄰居度43
3.2.2 平均路徑長度44
3.2.3 網(wǎng)絡(luò)直徑44
3.2.4 平均聚類系數(shù)44
3.2.5 度分布44
3.2.6 中心性測度44
3.2.7 復雜網(wǎng)絡(luò)中的度-度相關(guān)性48
3.2.8 節(jié)點臨界性49
3.2.9 網(wǎng)絡(luò)電阻距離49
3.3 復雜網(wǎng)絡(luò)中的社區(qū)發(fā)現(xiàn)50
3.3.1 模塊度最大化50
3.3.2 Surprise最大化51
3.3.3 基于沖突圖變換的社區(qū)發(fā)現(xiàn)51
3.4 復雜網(wǎng)絡(luò)中的熵60
3.4.1 網(wǎng)絡(luò)熵60
3.4.2 節(jié)點度熵60
3.4.3 鏈路長度變化熵60
3.4.4 鏈路影響熵60
3.5 隨機網(wǎng)絡(luò)68
3.5.1 隨機網(wǎng)絡(luò)的演進68
3.5.2 Erd鰏-Rényi隨機網(wǎng)絡(luò)模型69
3.5.3 隨機網(wǎng)絡(luò)的屬性69
3.6 開放性研究問題71
3.7 小結(jié)72
練習題72
第4章 小世界網(wǎng)絡(luò)75
4.1 引言75
4.2 Milgram小世界實驗76
4.3 小世界網(wǎng)絡(luò)的特征77
4.4 現(xiàn)實世界的小世界網(wǎng)絡(luò)80
4.5 小世界網(wǎng)絡(luò)的生成與演進83
4.5.1 重連現(xiàn)有鏈路83
4.5.2 純隨機添加新的LL83
4.5.3 基于歐氏距離添加新的鏈路86
4.6 基于容量的確定性新鏈路添加86
4.6.1 最大流最小割定理87
4.6.2 基于最大流容量策略的鏈路添加89
4.7 建立確定性的小世界網(wǎng)絡(luò)90
4.7.1 基于最小APL的鏈路添加90
4.7.2 基于最小AEL的鏈路添加93
4.7.3 基于最大BC的鏈路添加93
4.7.4 基于最大CC的鏈路添加93
4.8 線性拓撲小世界網(wǎng)絡(luò)的錨點93
4.8.1 錨點的重要性94
4.8.2 錨點的位置94
4.9 基于啟發(fā)式方法的確定性鏈路添加97
4.9.1 最大接近中心性差異97
4.9.2 順序確定性LL添加102
4.9.3 基于小世界特征的平均流容量增強106
4.10 小世界網(wǎng)絡(luò)中的路由111
4.10.1 分布式路由算法112
4.10.2 自適應(yīng)分布式路由算法112
4.10.3 前瞻式路由算法115
4.11 小世界網(wǎng)絡(luò)的容量116
4.11.1 以重連現(xiàn)有NL方式生成的小世界網(wǎng)絡(luò)的容量117
4.11.2 以LL添加方式生成的小世界網(wǎng)絡(luò)的容量117
4.12 開放性研究問題118
4.13 小結(jié)118
練習題119
第5章 無標度網(wǎng)絡(luò)122
5.1 引言122
5.1.1 無標度的含義是什么123
5.2 無標度網(wǎng)絡(luò)的特征123
5.3 現(xiàn)實世界的無標度網(wǎng)絡(luò)126
5.3.1 作者引用網(wǎng)絡(luò)126
5.3.2 因特網(wǎng)中的自治系統(tǒng)126
5.3.3 空中交通網(wǎng)絡(luò)127
5.3.4 識別無標度網(wǎng)絡(luò)127
5.4 無標度網(wǎng)絡(luò)的形成133
5.4.1 通過偏好連接創(chuàng)建無標度網(wǎng)絡(luò)134
5.4.2 通過適應(yīng)度建模創(chuàng)建無標度網(wǎng)絡(luò)134
5.4.3 通過可變內(nèi)在適應(yīng)度創(chuàng)建無標度網(wǎng)絡(luò)134
5.4.4 通過優(yōu)化創(chuàng)建無標度網(wǎng)絡(luò)134
5.4.5 通過指數(shù)1創(chuàng)建無標度網(wǎng)絡(luò)134
5.4.6 通過貪心全局決策創(chuàng)建無標度網(wǎng)絡(luò)135
5.5 基于偏好連接的無標度網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建135
5.5.1 Barabási-Albert網(wǎng)絡(luò)模型135
5.5.2 觀察和討論136
5.6 基于適應(yīng)度建模的無標度網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建136
5.6.1 基于適應(yīng)度的網(wǎng)絡(luò)模型137
5.6.2 觀察和討論137
5.7 基于可變內(nèi)在適應(yīng)度的無標度網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建138
5.7.1 基于可變內(nèi)在適應(yīng)度的網(wǎng)絡(luò)模型138
5.7.2 觀察和討論138
5.8 基于優(yōu)化的無標度網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建139
5.8.1 觀察和討論139
5.9 基于指數(shù)1的無標度網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建140
5.9.1 通過重連創(chuàng)建無標度網(wǎng)絡(luò)140
5.9.2 觀察和討論142
5.10 基于貪心全局決策的無標度網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建142
5.10.1 貪心全局LL添加142
5.10.2 基于貪心全局決策的無標度網(wǎng)絡(luò)中的一些觀察144
5.11 確定性的無標度網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建145
5.1
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