Temporal Network Theory

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出版者:Springer International Publishing
作者:Petter Holme
出品人:
页数:410
译者:
出版时间:2019-11-14
价格:91,62 €
装帧:eBook
isbn号码:9783030234959
丛书系列:Computational Social Sciences
图书标签:
  • Temporal
  • Network
  • Temporal Networks
  • Network Theory
  • Time-dependent Systems
  • Dynamic Graphs
  • Temporal Graphs
  • Network Dynamics
  • Temporal Data
  • Complex Networks
  • Mathematical Modeling
  • Temporal Analysis
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具体描述

This book focuses on the theoretical side of temporal network research and gives an overview of the state of the art in the field. Curated by two pioneers in the field who have helped to shape it, the book contains contributions from many leading researchers. Temporal networks fill the border area between network science and time-series analysis and are relevant for the modeling of epidemics, optimization of transportation and logistics, as well as understanding biological phenomena.

Network theory has proven, over the past 20 years to be one of the most powerful tools for the study and analysis of complex systems. Temporal network theory is perhaps the most recent significant development in the field in recent years, with direct applications to many of the "big data" sets. This monograph will appeal to students, researchers and professionals alike interested in theory and temporal networks, a field that has grown tremendously over the last decade.

《时序网络理论》 探索动态连接的奥秘,洞悉复杂系统的演化脉络。 本书《时序网络理论》并非一本简单罗列静态网络结构的学术著作。相反,它是一次深入探索连接随时间变化的复杂现象的旅程,旨在揭示隐藏在动态连接背后的深刻规律与驱动机制。从最基础的节点与连接概念出发,本书将逐步引导读者跨越静态网络的边界,进入一个由时间维度赋予无限可能性的全新领域。 为何需要时序网络理论? 传统的网络科学往往关注的是系统的静态快照,将节点和连接视为固定不变的实体。然而,现实世界中的绝大多数系统,无论是社会网络、生物系统,还是信息系统、交通网络,其连接结构都在不断地变化。朋友关系会随着时间推移而建立或疏远,基因的表达会受环境影响而动态调整,电子邮件的发送与接收构成了时变的通信模式,交通流量的起伏更是时序网络的鲜活体现。忽视这种动态性,我们对系统的理解将是片面的,甚至可能得出错误的结论。 《时序网络理论》应运而生,它提供了一套系统性的理论框架和分析工具,用以描述、理解和预测这些随时间演变的连接模式。本书认为,时间并非仅仅是旁观者,它本身就是构成网络结构的关键因素,深刻影响着信息的流动、能量的传递、疾病的扩散乃至整个系统的功能与稳定性。 本书的核心内容与结构: 本书共分为七个部分,每个部分都围绕时序网络理论的核心概念展开,力求全面而深入地展现这一新兴领域的研究现状与未来方向: 第一部分:时序网络的基础概念与表示 从静态到动态: 本章首先回顾传统网络科学的基本概念,如节点、边、度、路径等,并清晰地阐述为何静态模型不足以捕捉复杂系统的真实动态。 时序网络的定义与建模: 介绍时序网络的核心定义,即包含时间维度信息的网络。深入探讨几种主流的时序网络表示方法,包括基于事件序列的模型(例如,一系列(节点A, 节点B, 时间戳)的连接记录)、基于时间窗口的模型(将连续时间划分为离散的时间段,分析每个时间段内的连接结构)以及更精细的基于时间函数或连续时间模型的表示。强调不同表示方法在描述不同类型动态性时的适用性和局限性。 基本属性的演化: 分析时序网络中的基本属性如何随时间变化,例如节点的度随时间的变化率、连接的生命周期、网络密度随时间的变化趋势等。 第二部分:时序网络的度量与分析工具 时间相关的中心性度量: 传统的中心性度量(如度中心性、介数中心性、接近中心性)在时序网络中需要被重新审视和扩展。本章将介绍适用于时序网络的各种中心性度量,如时间加权中心性(考虑连接发生的时间对重要性的影响)、时间窗口内中心性(分析特定时间段内的局部重要性)以及活跃度中心性(衡量节点在不同时间段内的参与程度)。 时序网络的连通性与路径分析: 探讨如何在动态网络中定义和度量连通性,例如时间鲁棒性(即使部分连接消失,网络仍能保持连通的时间长度)、可达性(从一个节点到达另一个节点所需的最短时间)以及时间路径(考虑连接发生时间的路径)。 社区检测的动态视角: 传统的社区检测算法通常作用于静态网络。本章将介绍如何将社区检测的思想扩展到时序网络,识别那些随时间动态形成、演化和解散的社群结构,例如动态社区演化模型。 网络变化的识别与量化: 发展方法来量化网络结构随时间的变化程度,例如网络距离度量(比较不同时间点的网络结构差异)和突变点检测(识别网络结构发生显著变化的时刻)。 第三部分:时序网络的生成模型与演化机制 为何需要生成模型? 解释生成模型在理解网络形成和演化机制中的重要性,以及它们如何帮助我们产生具有真实网络统计特征的时序网络。 经典的动态生成模型: 介绍一系列具有代表性的时序网络生成模型,如: Ramat-Rabinovich-Barabasi (RRB) 模型: 强调节点连接的优先依附性原则如何在时间序列中体现。 Wakita-Watanabe (WW) 模型: 考虑节点在时间上的“生命周期”和连接的“衰减”效应。 基于事件的生成模型: 模拟单个连接事件的发生,并引入随机性、依附性或时间衰减等规则。 新型生成模型的探索: 介绍更先进的生成模型,这些模型可能结合了机器学习技术,能够学习并复现更复杂的动态连接模式。例如,考虑用户行为、信息传播或环境因素对连接生成的影响。 第四部分:时序网络中的信息传播与动力学 信息在动态网络中的流动: 探讨信息、疾病、谣言等如何在随时间变化的连接上进行传播。分析传播速度、范围以及传播模式如何受到网络动态性的影响。 SIR/SIS 模型在时序网络中的应用: 将经典的传染病传播模型(如SIR, SIS)推广到时序网络环境,研究动态连接对疾病爆发和控制策略的影响。 传播的鲁棒性与脆弱性: 分析时序网络的结构特征如何影响信息传播的鲁棒性(抵抗干扰的能力)和脆弱性(容易受到攻击的影响)。例如,一个拥有高“时序活跃度”的节点可能成为信息传播的关键节点。 时间延迟与传播同步: 考虑信息在不同路径上存在的时间延迟,以及这种延迟如何影响信息传播的整体效果,甚至可能导致传播的同步现象。 第五部分:时序网络中的节点与连接行为分析 节点行为的动态性: 深入分析节点在时序网络中的行为模式,例如节点的“活跃度”随时间的变化,节点的“参与度”和“连接策略”。 连接的生命周期与模式: 研究连接的建立、存在和消失的生命周期,以及不同类型的连接(例如,长期连接 vs. 短期连接)在网络功能中的作用。 预测未来连接: 基于历史连接数据,开发预测未来连接的算法,这在推荐系统、社交网络维护等领域具有重要意义。 第六部分:时序网络在实际领域的应用 社交网络分析: 揭示社交关系随时间的演变,识别动态社群,预测好友关系的变化。 生物网络: 分析基因调控网络、蛋白质相互作用网络的动态变化,理解生物过程的调控机制。 交通与物流: 建模城市交通流量的变化,优化交通调度,预测拥堵。 通信与互联网: 分析通信流量的动态模式,识别网络攻击,优化网络资源分配。 金融市场: 探索金融资产间的动态关联,识别市场风险。 第七部分:时序网络的挑战与未来展望 数据稀疏性与噪音: 讨论在真实时序网络数据中普遍存在的稀疏性和噪音问题,以及如何有效处理。 高维性与计算复杂度: 分析时序网络分析的计算挑战,尤其是在大规模网络和长序列数据的情况下。 因果推断与机制解释: 展望从时序网络数据中进行因果推断的可能性,以及如何更深入地理解驱动网络动态的根本机制。 交叉领域的研究: 强调时序网络理论与机器学习、人工智能、复杂系统科学等交叉领域融合的巨大潜力。 《时序网络理论》旨在为研究者、工程师和任何对复杂系统动态性感兴趣的读者提供一个全面而深刻的视角。通过掌握本书中的理论框架和分析工具,您将能够更有效地理解和预测那些连接随时间流逝而不断演变的复杂系统,从而为解决现实世界中的挑战提供新的思路和方法。无论您是网络科学领域的初学者,还是资深研究者,本书都将是您探索动态连接世界不可或缺的向导。

作者简介

Petter Holme is a specially appointed professor at Tokyo Institute of Technology. His research interests cover many aspects of network science—from data science to theory. He has about 150 scientific publications including about 30 on temporal networks.

Jari Saramäki is a full professor of computational science at Aalto University, Finland. His research focuses on complex systems and networks, with applications ranging from computational social science to network neuroscience and biomedicine.

目录信息

读后感

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用户评价

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初识《Temporal Network Theory》这本书,我便被它深邃的书名所吸引。在信息爆炸的时代,我们早已习惯了静态网络的分析,无论是社交网络、生物网络还是基础设施网络,它们大多是以快照的形式被呈现。然而,真实世界的网络从来都不是静止的,它们随着时间的推移而演化,连接会产生、消失,节点的属性也会发生变化。这种动态性是理解网络行为的关键,而《Temporal Network Theory》正是直指这一核心议题。 我一直对网络科学的最新进展保持着浓厚的兴趣,尤其是那些能够提供新视角、解决复杂问题的理论框架。在阅读了许多关于静态网络分析的书籍后,我开始感到意犹未尽,总觉得缺少了对时间维度的深入探讨。网络的动态性,不仅仅是节点或边的简单增删,更包含了复杂的交互模式和演化规律。例如,在社交网络中,人们的关注关系可能会随时间改变,信息传播的速度和范围也受到这些动态变化的影响。在生物网络中,基因的表达和蛋白质的相互作用会随着细胞周期和环境信号而变化。这些都促使我寻找能够系统性地阐述这些现象的理论。 《Temporal Network Theory》的出现,无疑填补了我在网络科学知识体系中的这一重要空白。它不仅仅是简单地将时间概念叠加到静态网络模型上,而是构建了一个全新的理论框架,用以理解和分析那些随时间演化的复杂系统。我期待这本书能够提供一套严谨的数学工具和概念模型,帮助我更好地理解网络动态性的本质,并将其应用于实际问题的研究中。

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《Temporal Network Theory》这本书,让我从一个全新的角度去审视那些我曾经认为“静止”的网络。在我的日常工作和学习中,我接触过各种各样的网络,从人际交往的网络,到生物体内的信号通路,再到交通运输的网络。一直以来,我对它们的分析主要集中在静态的结构和属性上。但是,这本书却像一束光,照亮了我之前未能触及的“时间”维度。 书中关于时间网络的基础概念,比如事件流、时间序列、以及如何量化连接的“生命周期”,都为我打开了新的思路。我尤其对书中关于“网络演化模式”的讨论印象深刻。它不仅仅是简单地描述连接的增加或减少,更深入地探讨了网络演化背后存在的各种规律和机制。例如,为什么某些连接会随着时间变得更加牢固,而另一些则会迅速消失? 这本书提供的分析工具,如动态中心性度量、基于时间序列的社区发现算法,都让我能够更有效地从海量的动态数据中提取有价值的信息。我曾尝试将这些方法应用到我的实际问题研究中,发现它们能够提供比传统静态分析方法更深刻的洞察。例如,在分析一段时期的用户行为数据时,通过时间网络分析,我能够更清晰地识别出用户群体的动态演变过程,以及不同用户群体之间的互动模式。

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读完《Temporal Network Theory》之后,我深刻体会到了时间在理解复杂系统中的核心作用。这本书不仅仅是对已有网络理论的简单延伸,更像是一次范式的革新,将我们从静态的视角拉回到了动态的现实世界。过去,我们习惯于将网络视为某种固定状态,分析节点的度、网络的连通性、聚类系数等等,这些指标在描述某一瞬间的网络结构时是有效的,但却无法捕捉到网络随时间流逝而产生的丰富动态。 本书所提出的时间网络概念,为我们提供了一个强大的分析工具。它允许我们不仅仅关注“谁连接了谁”,更重要的是理解“何时、以及如何连接”。这种对时间维度的深入挖掘,使得我们能够更精确地模拟和预测网络的行为。例如,在疾病传播模型中,认识到病毒传播的动态性,即感染者和易感者之间接触频率的变化,对于制定有效的防控策略至关重要。在交通网络中,道路的拥堵程度和通行能力也随着一天中的不同时段而变化,这直接影响着物流效率和人们的出行。 《Temporal Network Theory》系统地阐述了时间网络的基本构成要素、核心概念以及分析方法。它不仅涵盖了时间网络模型的构建,还深入探讨了在这些动态网络上进行信息传播、节点重要性评估、社区发现等一系列重要问题的解决方案。这本书的理论深度和应用广度都令我印象深刻,它为研究人员提供了一个全新的、更符合现实世界复杂性的分析框架。

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《Temporal Network Theory》这本书为我提供了一个全新的视角来审视我所熟悉的那些“网络”概念。长久以来,我们习惯于将网络看作是一种相对静态的结构,比如城市之间的道路连接、人与人之间的社交关系,等等。即便知道这些关系会发生变化,我们也往往只能用离散的快照来近似描述。然而,这本书深入地探讨了“时间”在网络结构和功能中的核心作用,它告诉我们,网络并非仅仅是节点和边,更是一系列动态的交互事件序列。 书中对于时间网络模型的构建,从最基础的“时间片”概念,到更为精细的“事件序列”表示,都进行了细致的讲解。这使得我们能够更精确地捕捉到网络中连接的产生、消失以及强度的变化。我尤其对书中关于“过去事件如何影响未来连接”的分析方法很感兴趣。这涉及到对网络演化规律的探索,例如,网络中的哪些模式是导致连接稳定存在的原因,哪些又是导致连接断裂的原因。 这本书的理论严谨性毋庸置疑,但同时它也具备很强的实践指导意义。书中提供的算法和工具,能够帮助研究者们在真实的数据集中识别和分析时间网络的核心特征,并利用这些特征进行预测和干预。对于我来说,这本书不仅拓宽了我的学术视野,更重要的是,它提供了一套切实可行的工具,让我能够更深入地理解和改造那些由时间驱动的复杂系统。

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《Temporal Network Theory》这本书给我带来的最直接的感受是,它打开了我对网络理解的全新维度。长期以来,我们在分析网络时,往往侧重于静态的结构特征,比如节点之间的连接关系、网络的紧密度、中心性等等。然而,在现实世界中,几乎所有的网络都具有动态演化的属性,连接的产生和消失、节点状态的变化,这些都是网络行为的关键组成部分,而这些往往在静态分析中被忽略了。 本书恰恰弥补了这一学术上的空白。它不仅仅是简单地引入时间的概念,而是构建了一个完整的理论体系,用以描述和分析那些随时间变化的复杂系统。书中详细阐述了时间网络的基本定义、构建方法以及各种重要的分析工具。我特别欣赏书中对时间序列数据在网络分析中的应用方式的阐述。例如,如何在海量的时间序列数据中提取有效的网络连接信息,如何量化这些连接的变化速度和强度,以及如何基于这些动态信息来预测网络的未来走向。 这本书的语言严谨而清晰,虽然涉及许多复杂的数学概念和模型,但作者通过大量的实例和图示,使得这些抽象的理论变得易于理解。我尤其被书中关于“因果性”在时间网络分析中的地位所吸引。当我们将时间维度引入网络分析时,我们不仅仅是在描述连接的发生,更是在探索连接的发生顺序以及这种顺序可能带来的因果效应。这对于理解许多复杂的现象,比如信息传播的“涟漪效应”或者金融市场中的“传染性”,具有至关重要的意义。

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《Temporal Network Theory》这本书,彻底颠覆了我过去对网络分析的固有认知。我曾一度认为,对网络的理解主要在于其结构层面的拓扑属性,比如节点的度、路径的长度、网络的密度等等。然而,这本书让我意识到,忽视了时间维度,我们对网络的理解就如同只看到了一幅静态的剪影,而错过了网络背后那生生不息的动态生命力。 本书系统地构建了一个全新的理论框架,用于描述和分析那些随时间演化的复杂系统。从最基础的时间网络模型,到复杂的演化动力学,再到各种时间相关的网络指标,本书都进行了深入浅出的讲解。我尤其欣赏书中对“序列相关性”的强调。在时间网络中,一个连接的出现往往不是孤立的,它可能受到之前一系列事件的影响,同时也会为未来的事件埋下伏笔。 例如,在分析社交网络时,用户在特定时间点的互动行为,不仅会影响他们当前的关系,还可能在未来形成一种“习惯性”的连接模式。理解这种序列相关性,对于预测用户行为、优化信息传播路径至关重要。这本书为我提供了一套严谨的数学工具和分析方法,让我能够更深入地理解和解决那些与时间紧密相关的网络问题。

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《Temporal Network Theory》这本书就像一把钥匙,解锁了我对现实世界中各种动态系统运作方式的更深层理解。我们所处的社会、生物、信息系统,无一不是在时间的维度上不断变化和演化的。过往对网络的分析,常常像是凝固了一张照片,捕捉到了某个特定时刻的网络结构,但却无法展现出网络是如何形成、如何演变、以及这些演变过程如何影响其整体行为的。 本书的出现,为我们提供了一个系统性的理论框架来应对这一挑战。它不仅仅是将“时间”这个元素简单地加入到已有的网络模型中,而是从根本上重塑了我们对网络结构的认知。从基础的时间网络定义,到复杂的演化模型,再到各种动态指标的计算,本书都进行了详尽而深入的阐述。我尤其对书中关于“序列依赖性”的讨论印象深刻。在时间网络中,一个节点的行为不仅取决于其当前的状态,还与其过去的状态以及与它交互过的其他节点的时间序列行为密切相关。 这种对序列依赖性的重视,使得本书的分析方法能够更好地捕捉到现实世界中的复杂反馈回路和因果关系。例如,在分析社交媒体上的信息传播时,理解用户在不同时间段的互动模式,以及这些互动如何随着时间的推移而累积影响,对于预测信息流动的方向和速度至关重要。这本书为我提供了一套强大的数学工具和概念框架,来解决这些过去难以企及的难题。

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《Temporal Network Theory》这本书,让我对“网络”的理解不再局限于静态的连接关系,而是真正开始关注网络随时间演变的生命周期。过去,我们在分析网络时,常常像是在审视一张静止的肖像画,虽然可以描绘出人物的五官和表情,但却无法捕捉到他们情绪的流动和眼神的变幻。而这本书,则为我们提供了一部描绘网络“生命史”的史诗。 它系统地介绍了时间网络的基本概念,包括事件、时间序列、以及如何从海量数据中构建具有时间维度的网络模型。我印象深刻的是书中关于“网络动力学”的讨论,它不仅仅是描述连接的增减,更关注连接的强度、时效性以及它们之间的因果关系。例如,一个曾经紧密的连接,随着时间的推移,其有效性可能会降低,或者被新的连接所取代。这些细微的变化,往往是理解网络整体行为的关键。 本书提供的分析方法,如时间序列聚类、动态社区发现以及基于时间演化的重要节点识别,都为我们提供了强大的工具来挖掘隐藏在数据背后的规律。我尤其对书中关于“网络记忆”的讨论感到新奇,即过去的网络状态如何持续影响当前的连接和未来的演化。这种对“历史”的重视,使得时间网络分析比传统的静态网络分析更为丰富和深刻。

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《Temporal Network Theory》这本书,为我打开了一个全新的研究领域——时间网络。在此之前,我主要接触的是静态网络理论,对网络的理解也局限于某个固定时刻的连接模式。然而,现实世界中的许多网络,比如社交网络、交通网络、甚至生物网络,都随着时间的推移而不断演化,连接的产生与消失,节点状态的变化,这些动态过程是理解网络功能和行为的关键。 本书系统地介绍了时间网络的基本概念、建模方法和分析技术。它从时间片模型到事件序列模型,为我们提供了一系列严谨的框架来描述网络的动态性。我尤其对书中关于“网络记忆”和“因果推理”的讨论深感兴趣。在时间网络中,过去的连接和事件往往会影响未来的网络结构和行为,而识别这些因果关系,对于预测和控制网络动态至关重要。 书中提供的各种时间相关的网络指标,比如动态度中心性、时间依赖性传播模型等,为我们提供了强大的工具来量化和分析网络的演化过程。这些工具的应用,使得我们能够更深入地理解诸如信息传播、疾病蔓延、以及金融市场波动等复杂现象。对于任何对复杂系统动态性感兴趣的研究者来说,这本书都是一份不可或缺的宝贵资源。

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《Temporal Network Theory》这本书,为我提供了一个前所未有的视角来理解和分析那些在时间维度上不断演化的复杂系统。过去,我们往往习惯于将网络看作是相对静态的结构,并通过静态的拓扑指标来描述它们。然而,现实世界中的大部分网络,其动态性和演化规律才是理解其行为的关键。《Temporal Network Theory》恰恰填补了这一学术上的空白。 书中对于时间网络理论的阐述,从基础概念的界定,到模型构建的方法,再到各种分析工具的介绍,都展现出极高的系统性和深度。我尤其被书中关于“网络动力学”的讨论所吸引。它不仅仅是简单地描述连接的增减,而是深入地探讨了连接的产生、消失、以及其强度随时间变化的原因和机制。这些动态的特征,往往是揭示网络功能和预测其未来走向的关键。 这本书提供的分析方法,如动态中心性度量、时间序列社区发现,以及基于演化模型的预测,都为我提供了强大的工具,来应对现实世界中那些复杂多变的系统。我曾经尝试将书中介绍的某些分析方法应用到实际数据中,发现它们能够提供比传统静态分析更丰富、更准确的洞察。例如,在分析一段时期的社交媒体互动数据时,通过时间网络分析,我能够更清晰地识别出用户群体在不同时间段内的互动模式及其演变规律。

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