网络科学与计算

图书标准信息

• 作者 刘小洋 著
• 出版社 电子工业出版社
• 出版时间 2022-09
• 版次 1
• ISBN 9787121441912
• 装帧 平装
• 开本 16开
• 页数 240页
• 正文语种 简体中文

【内容简介】

随着人工智能、大数据及自媒体的快速进步，网络科学的计算思维与分析方法在人们生活、工作等方面得到了广泛应用与发展，同时也催生了各种对网络科学的理论计算方法和分析技术。本书主要围绕网络科学与计算展开，主要内容包括图论、网络模型、网络度分布及其度量、网络相似性度量、网络科学中的特征计算、网络谱度量、基于熵理论的网络科学分析、图计算重要算法、网络科学应用、网络科学计算分析。本书可读性强，内容丰富，涉及计算机科学、数学、新闻与传播学、社会学、管理学等多个学科领域。

【作者简介】

刘小洋，教授，硕士生导师。西北工业大学博士，先后在重庆大学、美国阿拉巴马大学从事博士后研究工作，现任职于重庆理工大学计算机科学与工程学院。中国计算机学会CCF高级会员，IEEE Transactions on Cybernetics等国内外权威期刊审稿专家。

【目录】

第1 章网络科学概论 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 1
1．1 网络科学?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 1
1．1．1 网络科学的相关定义?????????????????????????????????????????????????????? 1
1．1．2 网络科学的发展历程?????????????????????????????????????????????????????? 1
1．2 网络科学的基本概念??????????????????????????????????????????????????????????????? 4
1．2．1 连通性???????????????????????????????????????????????????????????????????????? 4
1．2．2 度与稀疏性?????????????????????????????????????????????????????????????????? 5
1．2．3 度分布???????????????????????????????????????????????????????????????????????? 5
1．3 网络科学的性质????????????????????????????????????????????????????????????????????? 5
1．3．1 大小??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 6
1．3．2 密度??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 6
1．3．3 网络直径????????????????????????????????????????????????????????????????????? 6
1．4 网络科学的主要模型??????????????????????????????????????????????????????????????? 7
1．4．1 艾狄胥-雷尼模型??????????????????????????????????????????????????????????? 7
1．4．2 瓦茨-斯特罗加茨模型????????????????????????????????????????????????????? 7
1．5 网络科学的分支领域??????????????????????????????????????????????????????????????? 8
1．5．1 生物神经网络??????????????????????????????????????????????????????????????? 8
1．5．2 人工神经网络??????????????????????????????????????????????????????????????? 8
1．5．3 经济网络????????????????????????????????????????????????????????????????????10
1．6 网络科学的前沿方向??????????????????????????????????????????????????????????????10
1．6．1 时序网络????????????????????????????????????????????????????????????????????10
1．6．2 网络上的动力学过程?????????????????????????????????????????????????????11
1．6．3 自适应网络?????????????????????????????????????????????????????????????????11
1．6．4 高阶网络????????????????????????????????????????????????????????????????????12
1．7 本章小结?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????12
思考题???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????12
参考文献????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????12
第2 章图论 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????14
2．1 图的基本要素???????????????????????????????????????????????????????????????????????14
2．1．1 节点和边????????????????????????????????????????????????????????????????????14
2．1．2 度和度分布?????????????????????????????????????????????????????????????????15
2．2 图的表示?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????16
2．2．1 邻接矩阵????????????????????????????????????????????????????????????????????16
2．2．2 邻接表???????????????????????????????????????????????????????????????????????17
2．2．3 关联矩阵表示法???????????????????????????????????????????????????????????17
2．2．4 边列表???????????????????????????????????????????????????????????????????????17
2．3 图的类型?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????18
2．4 图的连通性??????????????????????????????????????????????????????????????????????????19
2．5 特殊图????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????21
2．5．1 完全图???????????????????????????????????????????????????????????????????????21
2．5．2 平面图???????????????????????????????????????????????????????????????????????22
2．5．3 二分图???????????????????????????????????????????????????????????????????????22
2．5．4 树?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????23
2．5．5 桥?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????23
2．5．6 特殊子图????????????????????????????????????????????????????????????????????23
2．6 图的应用分析???????????????????????????????????????????????????????????????????????25
2．6．1 图/树的遍历?????????????????????????????????????????????????????????????????25
2．6．2 最短路径算法??????????????????????????????????????????????????????????????26
2．6．3 最小生成树?????????????????????????????????????????????????????????????????28
2．6．4 网络流算法?????????????????????????????????????????????????????????????????28
2．7 本章小结?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????31
思考题???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????31
参考文献????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????31
第3 章网络模型 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????33
3．1 规则网络与随机网络??????????????????????????????????????????????????????????????33
3．1．1 规则网络????????????????????????????????????????????????????????????????????33
3．1．2 随机网络????????????????????????????????????????????????????????????????????33
3．1．3 对比分析????????????????????????????????????????????????????????????????????34
3．2 小世界网络??????????????????????????????????????????????????????????????????????????35
3．2．1 小世界网络?????????????????????????????????????????????????????????????????35
3．2．2 应用分析????????????????????????????????????????????????????????????????????35
3．3 无标度网络??????????????????????????????????????????????????????????????????????????36
3．3．1 无标度网络?????????????????????????????????????????????????????????????????36
3．3．2 应用分析????????????????????????????????????????????????????????????????????36
3．4 本章小结?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????39
思考题???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????39
参考文献????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????39
第4 章网络度分布及其度量 ???????????????????????????????????????????????????????????????41
4．1 节点度????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????41
4．1．1 度与平均度?????????????????????????????????????????????????????????????????41
4．1．2 出度与入度?????????????????????????????????????????????????????????????????41
4．2 度分布????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????42
4．2．1 度分布的概念??????????????????????????????????????????????????????????????42
4．2．2 钟形曲线到长尾分布?????????????????????????????????????????????????????43
4．2．3 幂律分布????????????????????????????????????????????????????????????????????44
4．3 度相关性及其度量?????????????????????????????????????????????????????????????????46
4．3．1 高阶度分布的引入????????????????????????????????????????????????????????46
4．3．2 联合概率分布??????????????????????????????????????????????????????????????47
4．3．3 条件概率和余平均度?????????????????????????????????????????????????????48
4．3．4 同配系数????????????????????????????????????????????????????????????????????49
4．4 应用分析?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????50
4．4．1 蛋白组演化网络???????????????????????????????????????????????????????????50
4．4．2 预测流感病毒发生????????????????????????????????????????????????????????50
4．4．3 区域创新系统??????????????????????????????????????????????????????????????50
4．5 本章小结?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????51
思考题???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????51
参考文献????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????51
第5 章网络相似性度量 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????53
5．1 图相似简介??????????????????????????????????????????????????????????????????????????53
5．2 结构相似性??????????????????????????????????????????????????????????????????????????54
5．3 图同构与图相似????????????????????????????????????????????????????????????????????55
5．3．1 图同构???????????????????????????????????????????????????????????????????????55
5．3．2 图编辑距离?????????????????????????????????????????????????????????????????56
5．3．3 不同类型的图同构????????????????????????????????????????????????????????57
5．4 相似性度量指标????????????????????????????????????????????????????????????????????58
5．4．1 基于路径的度量方法?????????????????????????????????????????????????????59
5．4．2 基于树的度量方法????????????????????????????????????????????????????????61
5．4．3 图编辑距离度量方法?????????????????????????????????????????????????????64
5．5 应用分析?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????65
5．5．1 图嵌入模型?????????????????????????????????????????????????????????????????65
5．5．2 图匹配网络?????????????????????????????????????????????????????????????????66
5．5．3 实验分析????????????????????????????????????????????????????????????????????67
5．6 本章小结?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????69
思考题???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????69
参考文献????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????70
第6 章网络科学中的特征计算 ????????????????????????????????????????????????????????????72
6．1 图的距离?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????72
6．2 平均距离?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????73
6．3 集聚系数?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????74
6．4 圈系数????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????77
6．5 无标度随机图的集聚系数????????????????????????????????????????????????????????79
6．6 应用分析?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????80
6．7 本章小结?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????82
思考题???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????82
参考文献????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????82
第7 章网络谱度量分析 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????84
7．1 网络特征值??????????????????????????????????????????????????????????????????????????84
7．2 谱半径????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????85
7．3 特征谱及其在网络科学中的应用???????????????????????????????????????????????87
7．4 网络谱密度分析????????????????????????????????????????????????????????????????????88
7．5 随机图的谱??????????????????????????????????????????????????????????????????????????93
7．6 本章小结?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????93
思考题???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????93
参考文献????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????94
第8 章网络熵 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????95
8．1 网络熵????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????95
8．1．1 熵在网络模型中的表示??????????????????????????????????????????????????95
8．1．2 网络结构熵?????????????????????????????????????????????????????????????????96
8．2 基于度的熵??????????????????????????????????????????????????????????????????????????97
8．3 基于距离的熵???????????????????????????????????????????????????????????????????????98
8．4 基于特征向量及特征值的熵?????????????????????????????????????????????????????98
8．5 基于图论的网络熵分析???????????????????????????????????????????????????????????99
8．5．1 引言??????????????????????????????????????????????????????????????????????????99
8．5．2 局部连通性??????????????????????????????????????????????????????????????? 100
8．5．3 全局中心性??????????????????????????????????????????????????????????????? 100
8．6 基于子图的熵????????????????????????????????????????????????????????????????????? 102
8．6．1 密集子图和稠密子图??????????????????????????????????????????????????? 103
8．6．2 频繁子图?????????????????????????????????????????????????????????????????? 104
8．6．3 连通子图?????????????????????????????????????????????????????????????????? 104
8．7 基于随机图的熵?????????????????????????????????????????????????????????????????? 106
8．7．1 随机网络?????????????????????????????????????????????????????????????????? 106
8．8 应用分析??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 107
8．8．1 基于网络熵的重要节点发现?????????????????????????????????????????? 107
8．8．2 EnD 节点重要性排序算法????????????????????????????????????????????? 108
8．9 本章小结??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 109
思考题????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 110
参考文献?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 110
第9 章图计算重要算法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????? 111
9．1 社区发现??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 111
9．1．1 相关模型?????????????????????????????????????????????????????????????????? 112
9．1．2 提出的社区发现方法??????????????????????????????????????????????????? 114
9．1．3 时间复杂度和实验结果分析?????????????????????????????????????????? 118
9．1．4 应用分析?????????????????????????????????????????????????????????????????? 122
9．2 链路预测??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 124
9．2．1 模型框架?????????????????????????????????????????????????????????????????? 124
9．2．2 算法描述?????????????????????????????????????????????????????????????????? 126
9．2．3 实验设置?????????????????????????????????????????????????????????????????? 128
9．2．4 实验结果与分析????????????????????????????????????????????????????????? 129
9．3 网络影响力扩散算法???????????????????????????????????????????????????????????? 138
9．3．1 引言???????????????????????????????????????????????????????????????????????? 138
9．3．2 问题描述与分析????????????????????????????????????????????????????????? 138
9．3．3 基于目标感知的分配激励模型??????????????????????????????????????? 143
9．3．4 实验结果与分析????????????????????????????????????????????????????????? 148
9．4 本章小结??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 155
思考题????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 155
参考文献?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 155
第10 章网络科学应用????????????????????????????????????????????????????????????????????? 157
10．1 网络信息级联预测?????????????????????????????????????????????????????????????? 157
10．1．1 引言??????????????????????????????????????????????????????????????????????? 157
10．1．2 自激励点过程??????????????????????????????????????????????????????????? 157
10．1．3 数据预处理?????????????????????????????????????????????????????????????? 158
10．1．4 自激励点过程的图卷积级联预测??????????????????????????????????? 160
10．1．5 实验结果与分析???????????????????????????????????????????????????????? 163
10．1．6 模型收敛性?????????????????????????????????????????????????????????????? 169
10．2 推荐系统?????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 170
10．2．1 引言??????????????????????????????????????????????????????????????????????? 170
10．2．2 相关工作????????????????????????????????????????????????????????????????? 171
10．2．3 问题定义????????????????????????????????????????????????????????????????? 175
10．3 情感分析?????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 177
10．3．1 引言??????????????????????????????????????????????????????????????????????? 177
10．3．2 相关工作????????????????????????????????????????????????????????????????? 178
10．3．3 基于多模态的舆情情感分类????????????????????????????????????????? 180
10．3．4 实验结果与分析???????????????????????????????????????????????????????? 185
10．4 复杂网络分层抽样?????????????????????????????????????????????????????????????? 190
10．4．1 引言??????????????????????????????????????????????????????????????????????? 190
10．4．2 相关工作????????????????????????????????????????????????????????????????? 191
10．5 网络关键节点识别?????????????????????????????????????????????????????????????? 194
10．5．1 引言??????????????????????????????????????????????????????????????????????? 194
10．5．2 相关工作????????????????????????????????????????????????????????????????? 196
10．5．3 准备工作????????????????????????????????????????????????????????????????? 198
10．6 本章小结?????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 201
思考题????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 202
参考文献?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 202
第11 章网络科学计算分析??????????????????????????????????????????????????????????????? 204
11．1 引言???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 204
11．2 相关工作?????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 205
11．3 分析方法?????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 205
11．3．1 共词分析????????????????????????????????????????????????????????????????? 205
11．3．2 节点中心性算法???????????????????????????????????????????????????????? 206
11．3．3 特征向量中心性???????????????????????????????????????????????????????? 210
11．4 实验数据分析???????????????????????????????????????????????????????????????????? 212
11．4．1 人物共词分析??????????????????????????????????????????????????????????? 212
11．4．2 小世界性分析??????????????????????????????????????????????????????????? 215
11．5 实验和结果??????????????????????????????????????????????????????????????????????? 216
11．5．1 关键人物重要性分析?????????????????????????????????????????????????? 216
11．5．2 SIR 模型评估中心性??????????????????????????????????????????????????? 220
11．5．3 人物相关性分析???????????????????????????????????????????????????????? 223
11．5．4 人物聚类分析??????????????????????????????????????????????????????????? 224
11．5．5 小说人物关系图谱????????????????????????????????????????????????????? 226
11．5．6 舆情分析????????????????????????????????????????????????????????????????? 227
11．6 本章小结?????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 228
思考题????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 228
参考文献?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 229