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本書的靈感來源於無聊與迷戀的感覺：對常規的數據結構與算法介紹的無聊，對復雜係統的迷戀。數據結構的問題在於教師在教授這門課程的時候通常不會調動起學生的積極性；復雜性科學的問題在於學校通常不會教授這門課程。

2005年，我在歐林學院講授瞭一門新課程，學生要閱讀關於復雜性的主題，使用Python進行實驗，並學習算法與數據結構。當我在2008年再次講授這門課程時，我寫瞭本書的初稿。

在2011年第3次講授這門課程時，我準備齣版該書並邀請學生們以案例研究的形式提交其工作成果並包含在書中。我在歐林學院找瞭9位教授成立瞭項目委員會，選擇可供齣版的報告。符閤標準的案例研究被納入到本書中。我們將在下一版吸納來自讀者的更多稿件（參見附錄A）。

對教師的建議

本書可以用作Python編程與算法的大學中級課程教材。我的教學遵循如下結構：

閱讀

復雜性科學涵蓋瞭各種主題。這些主題之間相互關聯，但需要花費不少時間纔能搞清楚這些聯係。為瞭幫助學生們看到全景，我會嚮他們介紹一些閱讀列錶，這些都來自於該領域最流行的研究成果。我的閱讀列錶以及關於如何使用它的建議在附錄B中。

練習

本書提供瞭一係列練習；很多練習都要求學生重新實現一些開創性實驗並對其進行擴展。復雜性吸引人的一個地方在於我們可以通過適當的編程技能與數學知識接觸研究前沿。

討論

書中的主題提齣瞭關於科學哲學的問題，這需要學生們進一步閱讀並進行課堂討論。

案例研究

在我的課堂上，我們將幾乎半個學期的時間都用在瞭案例研究上。學生們經由構思産生過程、形成團隊，並在一係列實驗上花費6~7周的時間，然後以4~6頁可發錶的報告形式來呈現其工作成果。

可以通過https://sites.google.com/site/compmodolin瞭解課程大綱與我的說明。

對自學者的建議

在2009~2010年，我作為Google的一名訪問學者在其劍橋辦公室工作。在與我共事的軟件工程師中，讓我印象深刻的一點是他們廣博的求知欲以及增長知識與技能的動力。

我希望本書能夠幫助像他們一樣的人們來探索他們可能遇不到的一些主題與想法，練習Python編程技能，以及學習關於數據結構與算法的更多知識（或者看看有哪些內容不適閤放在第1版中）。

本書針對自學者的一些特點有：

技術深度

Allen B. Downey擁有加州大學伯剋利分校的計算機科學博土學位和MIT的碩士與學土學位，現任美國歐林工程學院計算機科學係的教授，曾經在威爾斯利大學、科爾比學院和加州大學伯剋利分校教授計算機科學相關的課程。曾經擔任 Google的訪問科學傢，對復雜性科學和Python十分著迷，有較為深入的研究和豐富的實踐經驗。

前言 1
第1章 復雜性科學 7
1.1 本書內容 7
1.2 一種新科學 8
1.3 範式轉移嗎 9
1.4 科學模型的軸綫 10
1.5 一種新模型 11
1.6 一種新工程 12
1.7 一種新思維 12
第2章 圖 14
2.1 圖 14
2.2 圖的錶示 15
2.3 隨機圖 19
2.4 連通圖 19
2.5 paul erds：逍遙的數學傢，興奮劑成癮之人 20
2.6 迭代器 21
2.7 生成器 22
第3章 算法分析 24
3.1 增長量級 25
.3.2 對基本python運算的分析 26
3.3 對搜索算法的分析 28
3.4 hashtable 29
3.5 閤並列錶 33
3.6 pyplot 35
3.7 列錶推導 36
第4章 小世界圖 37
4.1 對圖算法的分析 37
4.2 fifo實現 38
4.3 stanley milgram 39
4.4 watts與strogatz 40
4.5 dijkstra 41
4.6 何種分析 43
第5章 無標度網絡 44
5.1 zipf定律 44
5.2 纍積分布 45
5.3 連續分布 46
5.4 pareto分布 47
5.5 barabási與albert 49
5.6 zipf、pareto與冪次法則 50
5.7 解釋模型 51
第6章 細胞自動機 53
6.1 stephen wolfram 53
6.2 實現ca 54
6.3 cadrawer 56
6.4 ca的分類 58
6.5 隨機性 58
6.6 決定論 59
6.7 結構 60
6.8 普遍性 62
6.9 可證僞性 63
6.10 這是什麼模型 64
第7章 生命遊戲 66
7.1 實現生命 67
7.2 生命模式 69
7.3 conway猜想 70
7.4 現實主義 70
7.5 工具主義 71
7.6 turmite 72
第8章 分形 74
8.1 分形ca 74
8.2 滲流 77
第9章 自組織臨界性 78
9.1 沙堆 78
9.2 譜綫密度 79
9.3 快速傅立葉變換 81
9.4 紅噪聲 82
9.5 簡化論與整體論 83
9.6 soc、因果關係與預測 85
第10章 基於主體的模型 86
10.1 thomas schelling 86
10.2 基於主體的模型 87
10.3 交通擁堵 87
10.4 boid 88
10.5 囚徒睏境 91
10.6 突現 92
10.7 自由意誌 93
第11章 案例研究：糖域 95
11.1 最初的糖域 95
11.2 占領運動 95
11.3 糖域的新版本 96
11.4 稅收與遺留 96
11.5 基尼係數 97
11.6 稅收的結果 98
11.7 結論 99
第12章 案例研究：蟻群移動軌跡 100
12.1 簡介 100
12.2 模型概覽 100
12.3 api設計 102
12.4 稀疏矩陣 102
12.5 wx 103
12.6 應用 104
第13章 案例研究：有嚮圖與結 105
13.1 有嚮圖 105
13.2 實現 105
13.3 檢測結 106
13.4 維基百科中的結 107
第14章 案例研究：誌願者睏境 109
14.1 土撥鼠睏境 109
14.2 分析 110
14.3 規範博弈 111
14.4 結果 112
14.5 提升可能性 113
附錄a 案例提交邀請 115
附錄b 參考書目 116
· · · · · · (收起)