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出版者:Wiley-Blackwell

作者:Anselmetti, Dario 编

出品人:

页数:284

译者:

出版时间:2009-4-20

价格:USD 233.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9783527318643

丛书系列:

图书标签:

• 单细胞分析
• 单细胞测序
• 基因表达
• 细胞生物学
• 生物信息学
• 高通量筛选
• 生物医学工程
• 系统生物学
• 分子生物学
• 细胞组学

好的，这是一份关于一本名为《复杂系统动力学：从理论到应用》的图书的详细简介。 --- 复杂系统动力学：从理论到应用 图书概述 《复杂系统动力学：从理论到应用》是一部深度探讨复杂系统行为、演化机制及其在自然界、工程学和社会科学中广泛应用的权威著作。本书旨在为研究人员、高级本科生和研究生提供一个全面而深入的框架，理解那些由大量相互作用的个体组成的系统中，如何涌现出宏观的、非线性的集体行为。本书强调从第一性原理出发，结合数学建模、计算模拟与实验数据分析，揭示复杂系统内在的规律与模式。 核心内容与结构 本书内容横跨理论基础、分析工具和前沿应用三大板块，结构严谨，逻辑清晰。 第一部分：复杂系统的基础概念与数学描述（理论基石） 本部分构建理解复杂系统的数学和概念基础。 第一章：复杂性的界定与范畴 本章首先澄清“复杂性”在科学语境中的精确含义，将其与“随机性”和“冗余性”进行区分。详细介绍了系统的层次结构、非线性、自组织（Self-organization）和涌现（Emergence）等核心概念。通过对信息论、控制论和系统论的简要回顾，为后续章节的深入探讨奠定认知基础。 第二章：动力学系统的基本工具 深入讲解描述系统随时间演化的基本数学工具。重点内容包括： 常微分方程（ODE）与偏微分方程（PDE）模型： 介绍如何使用连续模型来近似描述系统的演化路径。 相空间分析： 详细阐述相图、轨迹、极限环、不动点等概念，这是理解系统长期稳定性和周期性行为的关键。 稳定性分析： 引入李雅普诺夫稳定性理论，分析系统在扰动下的响应，是理解系统鲁棒性的核心。 第三章：非线性动力学与混沌理论 本章聚焦于非线性系统特有的行为。 分岔理论（Bifurcation Theory）： 解释系统参数变化如何导致定性行为的突变（如鞍结分岔、霍普夫分岔）。 混沌现象： 详细介绍混沌的特征，包括对初始条件的敏感依赖性（蝴蝶效应）、拓扑混合性以及奇异吸引子的概念。通过洛伦兹系统等经典案例进行深入剖析。 第二部分：网络科学与相互作用的结构（连接的视角） 复杂系统往往表现为相互连接的结构，本部分专门探讨网络结构如何影响系统动力学。 第四章：图论与网络拓扑 系统地介绍网络科学的基本框架。内容涵盖图的定义、基本拓扑度量（度分布、平均路径长度、聚类系数）。重点分析了具有特定拓扑特征的网络类型： 随机网络（Erdos-Renyi模型）： 基础模型的构建与局限性。 小世界网络（Watts-Strogatz模型）： 解释高聚类与短路径长度的矛盾统一。 无标度网络（Scale-Free Networks）： 深入探讨富人俱乐部和枢纽（Hubs）的存在及其对系统鲁棒性的影响（基于BA模型）。 第五章：网络上的动力学传播 本章将动力学模型叠加到网络结构之上，分析信息、疾病或意见如何在网络中传播。 传播模型： 详细讨论经典的SIR、SIS模型在网络上的推广。 同步现象： 探讨耦合振荡器在网络中的同步行为，包括相位同步、平均场理论在耦合系统中的应用，以及如何通过网络结构调控同步的快慢。 第三部分：涌现、自组织与信息处理（行为的体现） 本部分关注宏观层面观察到的复杂行为，特别是系统如何通过局部交互产生全局秩序。 第六章：元胞自动机与局部规则 作为研究自组织现象的强大工具，本章详细介绍了元胞自动机（CA）。 CA的数学框架： 状态空间、邻域定义和转移函数。 分类与复杂性： 重点分析Stephen Wolfram的四类元胞自动机，阐释从简单规则如何涌现出复杂且不可预测的行为。 应用案例： 简要提及CA在晶体生长、交通流模型中的应用。 第七章：复杂性度量与信息熵 如何量化复杂性是本领域的核心挑战之一。 熵的概念： 从经典热力学熵到信息论熵（Shannon Entropy）。 有效复杂性（Effective Complexity）与统计力学方法： 介绍如何使用信息理论工具区分高信息量但结构简单的系统与真正复杂的系统。 计算的复杂性： 探讨系统处理信息的能力，引入计算不可约性（Computational Irreducibility）的概念。 第八章：跨尺度建模与多主体系统 处理不同尺度交互作用的复杂系统。 多尺度建模： 介绍如何构建耦合不同时间或空间尺度的模型，例如，从微观个体行为到宏观市场波动的桥接。 多主体系统（Agent-Based Modeling, ABM）： 详细论述ABM的构建流程，包括个体规则、异质性处理和集体行为的观测。重点分析ABM在社会经济、生态系统中的强大适用性。 第四部分：前沿应用与展望（实践的深度） 本部分精选了复杂系统动力学在现代科学中的几个关键应用领域。 第九章：金融市场的动力学 将复杂系统理论应用于经济现象。探讨资产价格的非高斯分布、市场波动集群现象，以及如何使用基于智能体（Agent-Based）的模型来模拟市场崩溃与泡沫的形成，挑战了传统的有效市场假说。 第十章：生物系统中的组织与故障 分析生命体中的复杂性，包括基因调控网络、神经元集群放电的同步与去同步化。探讨了疾病传播（如癌症的演化）和免疫反应作为复杂的自适应过程。 第十一章：工程与社会系统的鲁棒性与适应性 讨论如何利用复杂性理论来设计更具韧性的基础设施。分析电网、互联网等关键基础设施的级联失效（Cascading Failures）机制，并提出基于拓扑重构和冗余策略的防御方法。 适合读者 本书内容严谨，数学推导详细，适合具有扎实的微积分、线性代数和基础动力学背景的读者。它特别适合以下人群： 1. 物理学、数学、工程学中从事非线性科学、统计物理和网络科学研究的学者。 2. 生物信息学、生态学和神经科学中需要构建复杂模型的研究人员。 3. 经济学、社会学中采用计算建模方法分析群体行为的专家。 4. 寻求掌握复杂系统核心理论工具的高年级本科生及研究生。 学术特色 本书最大的特色在于其理论的统一性和方法的工具箱性质。它不局限于单一学科的解释，而是力图展示从混沌到网络结构、从局部规则到宏观涌现的普遍动力学原理。书中包含大量的精选案例和贯穿全书的数学附录，确保读者不仅能理解概念，还能熟练运用分析和模拟技术解决实际问题。本书不仅是一部教科书，更是一份导引读者进入前沿交叉研究领域的路线图。

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