巴拉巴西网络科学(艾伯特-拉斯洛·巴拉巴西)

书: https://pan.baidu.com/s/1LWWovU7IScpiddLrDhjl1w?pwd=pc5n
笔记如下:

  1. 网络科学基础:研究复杂系统的结构、动力学与功能,核心对象包括节点(Node)和边(Edge)。
  2. 随机网络模型(Erdős–Rényi):假设节点间随机连接,度分布服从泊松分布,缺乏真实网络的特性。
  3. 小世界网络(Watts-Strogatz):高聚类系数与短平均路径长度,通过重连规则实现。
  4. 无标度网络(Scale-Free):度分布服从幂律(( P(k) \sim k^{-\gamma} )),存在少数枢纽节点(Hub)。
  5. 优先连接(Preferential Attachment):新节点倾向于连接高连接数节点,解释无标度网络的形成(Barabási-Albert模型)。
  6. 网络鲁棒性:无标度网络对随机故障稳健,但对枢纽节点攻击脆弱。
  7. 社区结构(Community Detection):模块化(Modularity)衡量社区划分质量,算法如Girvan-Newman。
  8. 网络传播模型
  • SIR模型(易感-感染-恢复)
  • 级联失效(Cascading Failure)
  1. 网络中心性指标
  • 度中心性(Degree Centrality)
  • 介数中心性(Betweenness Centrality)
  • 接近中心性(Closeness Centrality)
  • 特征向量中心性(Eigenvector Centrality)
  1. 网络动力学:同步(Synchronization)、控制(Controllability)、博弈论应用。
  2. 多层网络(Multilayer Networks):节点在不同层级间存在交互(如社交+通信网络)。
  3. 时间网络(Temporal Networks):边随时间动态变化,分析时序相关性。
  4. 网络可视化:力导向布局(Force-Directed Layout)展示节点关系。
  5. 真实网络案例
  • 互联网拓扑
  • 社交网络(Facebook、Twitter)
  • 生物网络(蛋白质相互作用、神经网络)
  1. 网络科学工具
  • Gephi:可视化与分析
  • NetworkX(Python库):构建与计算网络指标
  1. 网络生成模型对比:随机网络 vs. 小世界 vs. 无标度网络的拓扑差异。
  2. 链路预测(Link Prediction):基于节点相似性或机器学习预测缺失边。
  3. 网络嵌入(Network Embedding):DeepWalk、Node2Vec等将节点映射为低维向量。
  4. 网络科学应用
  • 流行病控制
  • 推荐系统
  • 交通优化
  1. 开放问题:网络控制理论、高阶交互(超图)、网络几何与深度学习结合。

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