網(wǎng)絡群體智能與突現(xiàn)計算

內(nèi)容概要

　　本書以網(wǎng)絡群體智能應用與突現(xiàn)計算方法的結合為特色，以突現(xiàn)計算模型為研究對象和數(shù)學方法，以因特網(wǎng)上的網(wǎng)絡行為研究為應用導向，研究導致網(wǎng)絡突現(xiàn)式群體智能產(chǎn)生的動力學特征和機理，可為網(wǎng)絡輿情等復雜網(wǎng)絡信息系統(tǒng)、應急系統(tǒng)等提供重要的理論、技術和實踐方法。
《網(wǎng)絡群體智能與突現(xiàn)計算》分概述、方法、網(wǎng)絡三篇。分別介紹群體智能和突現(xiàn)計算的理論和研究現(xiàn)狀，研究背景和意義；突現(xiàn)行為的計算模型、復雜系統(tǒng)的突現(xiàn)性，以及突現(xiàn)行為的定量判斷方法；BT網(wǎng)絡中突現(xiàn)行為的建模、分析和仿真，BBS、博客社區(qū)中網(wǎng)絡輿情的演化和傳播，以及引文網(wǎng)絡和科研協(xié)作網(wǎng)絡中主題的形成和演化等。
本書適合正在或即將從事復雜系統(tǒng)、網(wǎng)絡行為學、群體智能和突現(xiàn)計算研究的學者參考，也適合網(wǎng)絡和計算智能相關領域的本科生、碩士生、博士生、教師作為教材使用。

作者簡介

吳渝女，博士，重慶郵電大學計算機科學與技術學院教授、副院長。主要從事計算智能、網(wǎng)絡智能、數(shù)字媒體技術等方向的研究開發(fā)工作。主持了“973”計劃前期研究專項課題、國家自然科學基金項目、重慶市高等教育教改重點項目等；入選教育部新世紀優(yōu)秀人才支持計劃，獲科技部首批“原創(chuàng)動漫軟件開發(fā)技術人才”計劃支持；獲重慶市自然科學獎二等獎和三等獎各1項，出版著作3部。發(fā)表學術論文90余篇。唐紅女，博士，重慶郵電大學通信與信息工程學院教授。主要研究方向為網(wǎng)絡測量和網(wǎng)絡計算。主持了國家自然科學基金項目、重慶市自然科學基金重點項目、重慶市重大攻關項目等；獲得重慶市科技進步獎二等獎和三等獎各1項，發(fā)表論文80余篇，出版著作3部，獲得發(fā)明專利3項。劉洪濤，男，博士，重慶郵電大學計算機科學與技術學院副教授、軟件教學研究部主任。研究方向為網(wǎng)絡智能，主要從事語義網(wǎng)、科研協(xié)作網(wǎng)、引文網(wǎng)等方面的研究。發(fā)表論文10余篇。

書籍目錄

前言
概述篇
第1章 復雜網(wǎng)絡與網(wǎng)絡行為學
1.1 復雜網(wǎng)絡
1.2 網(wǎng)絡行為學
1.3 因特網(wǎng)網(wǎng)絡行為研究
1.3.1 網(wǎng)絡用戶層
1.3.2 網(wǎng)絡應用層
1.3.3 網(wǎng)絡設備層
1.4 因特網(wǎng)行為研究現(xiàn)狀小結
1.4.1 存在的問題
1.4.2 解決思路
1.5 本章小結
參考文獻
第2章 群體智能與突現(xiàn)計算
2.1 引言
2.2 群體智能
2.3 突現(xiàn)計算
2.3.1 突現(xiàn)及突現(xiàn)行為特性
2.3.2 突現(xiàn)計算的研究意義
2.3.3 突現(xiàn)計算的研究領域
2.3.4 突現(xiàn)計算的研究方向
2.3.5 突現(xiàn)計算的研究方法
2.4 突現(xiàn)計算研究現(xiàn)狀小結
2.4.1 存在的問題
2.4.2 解決思路
2.5 本書內(nèi)容及構架
2.6 本章小結
參考文獻
方法篇
第3章 突現(xiàn)計算模型及突現(xiàn)行為
3.1 引言
3.2 常見突現(xiàn)計算模型簡介
3.2.1 Swarm模型
3.2.2 Vicsek模型
3.2.3 元胞自動機
3.3 Swarm系統(tǒng)定義及突現(xiàn)行為
3.3.1 Swarm系統(tǒng)定義
3.3.2 Swarm模型的算法實現(xiàn)
3.3.3 突現(xiàn)行為仿真和觀察
3.4 基于粒度的Swarm模型及突現(xiàn)行為
3.4.1 粒計算及其思想簡介
3.4.2 Granular-Swarm模型
3.4.3 模型仿真及突現(xiàn)行為觀察
3.4.4 突現(xiàn)行為分析
3.5 Vicsek模型改進及突現(xiàn)行為
3.5.1 WAR-Vicsek模型
3.5.2 模型仿真與突現(xiàn)行為觀察
3.6 本章小結
參考文獻
第4章 復雜系統(tǒng)突現(xiàn)性與其他特性
4.1 引言
4.2 復雜系統(tǒng)基本特性
4.2.1 非線性
4.2.2 自組織性
4.2.3 自適應性
4.2.4 穩(wěn)定性
4.2.5 混沌性
4.2.6 突現(xiàn)性
4.3 Swarm系統(tǒng)的穩(wěn)定性
4.3.1 李雅普諾夫系統(tǒng)穩(wěn)定性定義及判定方法
4.3.2 Swarm模型的系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
4.3.3 時延Swarm模型的穩(wěn)定性分析
4.4 Swarm系統(tǒng)的混沌性
4.4.1 系統(tǒng)混沌性評價方法
4.4.2 Swarm模型演化過程中的混沌性分析
4.4.3 突現(xiàn)發(fā)生時刻系統(tǒng)混沌性分析
4.5 Swarm系統(tǒng)的動力學特性
4.5.1 動力學特性定義
4.5.2 Swarm動力學參量定性分析
4.5.3 動力學參量的定量分析
4.5.4 突現(xiàn)的動力學判定方法
4.6 本章小結
參考文獻
第5章 突現(xiàn)行為的定量判定
5.1 引言
5.2 Swarm模型參數(shù)定量分析
5.3 Swarm突現(xiàn)行為的定量評價指標
5.3.1 Swarm突現(xiàn)產(chǎn)生因素
5.3.2 Swarm突現(xiàn)特征定量分析
5.3.3 定量評價指標相關性分析
5.3.4 定量評價指標挖掘和分析
5.4 Swarm定量指標有效性分析
5.4.1 Swarm定量研究問題
5.4.2 Swarm定量評價指標分類
5.4.3 Swarm定量指標的有效性驗證
5.4.4 定量指標的綜合評價效果
5.5 定量指標的普適性
5.5.1 Granular-Swarm模型
5.5.2 WAR-Vicsek模型
5.5.3 實際網(wǎng)絡應用
5.6 本章小結
參考文獻
網(wǎng)絡篇
第6章 因特網(wǎng)數(shù)據(jù)包傳輸行為建模和分析
6.1 引言
6.2 基于元胞自動機的網(wǎng)絡行為建模
6.2.1 元胞自動機與因特網(wǎng)的關聯(lián)性
6.2.2 速率調(diào)整機制下的一維元胞自動機模型
6.2.3 基于延遲反饋機制的一維元胞自動機模型
6.3 元胞自動機網(wǎng)絡模型仿真及行為分析
6.3.1 數(shù)據(jù)波行為
6.3.2 數(shù)據(jù)包傳輸同步行為
6.3.3 數(shù)據(jù)包傳輸自相似行為
6.3.4 數(shù)據(jù)包傳輸相變行為
6.4 無尺度元胞自動機模型
6.4.1 模型思想
6.4.2 模型具體描述
6.5 無尺度元胞自動機模型仿真及行為分析
6.5.1 數(shù)據(jù)包傳輸過程仿真及分析
6.5.2 不同規(guī)模網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)包傳輸行為
6.5.3 不同機制下的無尺度元胞自動機數(shù)據(jù)包傳輸行為
6.6 本章小結
參考文獻
第7章 BitTorrent文件共享網(wǎng)絡行為分析
7.1 引言
7.2 BT網(wǎng)絡及其特點
7.2.1 BT網(wǎng)絡結構
7.2.2 BT網(wǎng)絡協(xié)議
7.2.3 與復雜系統(tǒng)的突現(xiàn)特征對比
7.3 BT網(wǎng)絡行為的建模與仿真
7.4 BT網(wǎng)絡流量特征研究
7.4.1 BT網(wǎng)絡流量的自相似特征
7.4.2 BT網(wǎng)絡流量的會話特征
7.5 BT文件共享網(wǎng)絡中節(jié)點的分布特征
7.5.1 BT網(wǎng)絡中節(jié)點的冪律分布特征
7.5.2 BT網(wǎng)絡中種子分布特征
7.6 BT網(wǎng)絡文件分發(fā)效率的極限
7.6.1 BT網(wǎng)絡分發(fā)效率的極限問題建模
7.6.2 極限時間的求解
7.7 友鄰選擇算法對文件分發(fā)效率的影響
7.7.1 算法簡介
7.7.2 模擬實驗與結果分析
7.8 本章小結
參考文獻
第8章 BBS社區(qū)演化及輿情分析
8.1 引言
8.2 BBS社區(qū)的演化規(guī)律
8.2.1 虛擬社區(qū)網(wǎng)絡構建
8.2.2 復雜網(wǎng)絡的結構度量
8.2.3 虛擬社區(qū)網(wǎng)絡演化特征分析
8.2.4 虛擬社區(qū)網(wǎng)絡的建模及仿真
8.3 BBS網(wǎng)絡輿情分類
8.3.1 問題提出
8.3.2 基于粗糙集和集成學習的分類模型
8.3.3 模型試驗及結果分析
8.4 BBS突發(fā)輿情預測
8.4.1 輿情數(shù)據(jù)分析
8.4.2 基于小世界網(wǎng)絡的BBS輿情預測模型
8.4.3 模型參數(shù)挖掘及仿真分析
8.5 網(wǎng)民意見演化
8.5.1 研究思路
8.5.2 基于小世界網(wǎng)絡的網(wǎng)絡輿論模型0
8.5.3 模型測試及分析
8.5.4 網(wǎng)絡輿論模型中的突現(xiàn)行為
8.6 本章小結
參考文獻
第9章 博客社區(qū)各尺度下網(wǎng)絡特性分析及社區(qū)劃分
9.1 引言
9.2 博客社區(qū)網(wǎng)絡構建及社區(qū)劃分
9.2.1 博客社區(qū)網(wǎng)絡構建
9.2.2 網(wǎng)絡尺度定義
9.3 博客社區(qū)網(wǎng)絡特性描述
9.4 博客社區(qū)各尺度下網(wǎng)絡特性分析
9.4.1 大尺度下網(wǎng)絡結構熵變化
9.4.2 中尺度與小尺度下節(jié)點度分布
9.4.3 中尺度與大尺度下富人俱樂部特性
9.4.4 中尺度與小尺度下聚類系數(shù)-度相關性
9.5 一種有向加權網(wǎng)的社區(qū)劃分算法
9.5.1 算法思想及描述
9.5.2 算法仿真及分析
9.6 本章小結
參考文獻
第10章 引文網(wǎng)網(wǎng)絡特性分析和主題計算
10.1 引言
10.2 引文網(wǎng)的網(wǎng)絡特性分析
10.2.1 引文網(wǎng)數(shù)據(jù)的抓取
10.2.2 構建引文網(wǎng)絡
10.2.3 網(wǎng)絡演化特征分析
10.3 引文網(wǎng)的主題計算
10.3.1 文獻重要性計算
10.3.2 社區(qū)主題概率計算
10.3.3 實測數(shù)據(jù)計算和分析
10.4 本章小結
參考文獻
第11章 結論與展望
11.1 突現(xiàn)計算領域
11.2 網(wǎng)絡群體智能領域
主要成果文獻列表
附錄
附錄1 Swarm模型源程序
附錄2 部分數(shù)據(jù)集

章節(jié)摘錄

版權頁：插圖：概述篇本篇由第1章和第2章組成，主要介紹群體智能與突現(xiàn)計算的研究背景、意義和研究現(xiàn)狀。1.1 復雜網(wǎng)絡大千世界，紛繁復雜。無論是自然界原本存在的生態(tài)系統(tǒng)，還是專家精心打造的工程系統(tǒng)，或是人類通過勞動實踐形成的社會系統(tǒng)，常常表現(xiàn)出令人難以預料的行為，就連一些貌似簡單的事物，如爬行的螞蟻、高飛的候鳥和水中的魚兒，都可以創(chuàng)造出令人嘆為觀止的景象。因特網(wǎng)作為當今社會最重要的基礎設施之一，經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)演變成一個復雜巨系統(tǒng)［1］，各種網(wǎng)絡應用和協(xié)議表現(xiàn)出的行為常常出乎設計者的意料。這些現(xiàn)象背后的規(guī)律是什么？這些看起來互不相同的系統(tǒng)的共同點又是什么？用什么方法來發(fā)現(xiàn)其中的普適規(guī)律？這些有趣而又富有挑戰(zhàn)性的問題吸引了眾多學者競相研究。人們發(fā)現(xiàn)，若把構成復雜系統(tǒng)的個體抽象成節(jié)點，把個體之間的相互作用抽象成節(jié)點之間的邊，則復雜系統(tǒng)就可以抽象成一個復雜網(wǎng)絡。隨著研究的深入，復雜網(wǎng)絡理論逐步形成。越來越多的成果表明，這些形形色色的復雜網(wǎng)絡之間存在著許多驚人的相似之處，可以用一些特征參數(shù)來定量分析，如平均路徑長度（averagepathlength）、聚類系數(shù)（clusteringcoefficient）、度分布（degreedistribution）等。復雜網(wǎng)絡還可以用小世界（smallworld）、無尺度（scale free，又稱為無標度）網(wǎng)絡等模型來描述。因此，可以從兩個角度理解“復雜網(wǎng)絡”一詞。首先，復雜網(wǎng)絡是復雜系統(tǒng)的抽象，是研究的對象。例如，因特網(wǎng)、電力網(wǎng)、交通網(wǎng)等工程網(wǎng)絡，還有新陳代謝網(wǎng)絡、蛋白質(zhì)網(wǎng)絡、生物食物鏈網(wǎng)絡等生物網(wǎng)絡，科研合作網(wǎng)、科學引文網(wǎng)、金融網(wǎng)、朋友關系網(wǎng)等人類社會網(wǎng)絡。深刻了解復雜網(wǎng)絡的運行規(guī)律，對于構建功能強大的復雜工程系統(tǒng)具有重要的意義。我們可以想象，若能通過構造簡單個體和制定簡單交互規(guī)則來實現(xiàn)功能強大的工程系統(tǒng)，則其構建難度將大大降低，而其功能卻會大大增強。其次，研究復雜網(wǎng)絡的方法，即復雜網(wǎng)絡理論，它研究各種看上去互不相同的復雜網(wǎng)絡之間的共性以及處理它們的普適方法［2］。復雜網(wǎng)絡的研究涉及網(wǎng)絡的基本測度、網(wǎng)絡模型的性質(zhì)、網(wǎng)絡的統(tǒng)計規(guī)律和演化規(guī)律、網(wǎng)絡演化的動力學機制和網(wǎng)絡的結構穩(wěn)定性等多個方面。復雜網(wǎng)絡理論的興起為系統(tǒng)科學的研究開拓了視野，提供了全新的視角。復雜網(wǎng)絡既是復雜系統(tǒng)的一般抽象和描述方式，又是復雜系統(tǒng)的結構形態(tài)，它突出強調(diào)了系統(tǒng)結構的拓撲特征。可以說，任何復雜系統(tǒng)都可以當做復雜網(wǎng)絡來研究。復雜網(wǎng)絡可以用來描述計算機之間的網(wǎng)絡連接、網(wǎng)頁的鏈接結構、科研文章之間的引用關系、科學家之間的合作關系、人與人之間的社會關系、詞與詞之間的語義聯(lián)系以及物種之間的捕食關系，等等。復雜網(wǎng)絡的研究正滲透到物理學、生命科學甚至社會科學等各個領域，復雜網(wǎng)絡的定性和定量研究已經(jīng)成為當今科學的一大主題。因特網(wǎng)已經(jīng)成為人類社會的一個重要的組成部分。網(wǎng)絡塑造了一個全新的數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡化的社會生活空間，并由此快速地改變著社會生活的各個方面，改變著人類的行為方式和思考方式。在這樣一個社會空間里，用戶在網(wǎng)絡中的各種行為，如網(wǎng)上聊天、互動游戲、在線影視、黑客行為等，都有著深刻的研究意義。與現(xiàn)實社會不同，網(wǎng)絡中用戶的行為可以以某種定量測量的結果反映出來，即可以把網(wǎng)絡中技術性的數(shù)據(jù)變化看成是現(xiàn)實中用戶行為在網(wǎng)絡中的映射。此外，因特網(wǎng)的發(fā)展主要是應用驅動的，工程技術發(fā)展迅速，而理論支撐不足。因此，深入開展因特網(wǎng)理論研究，建立起因特網(wǎng)理論體系顯得尤為迫切。網(wǎng)絡行為研究在這種背景下應運而生，它已經(jīng)成為人們了解網(wǎng)絡、管理網(wǎng)絡、更好地使用網(wǎng)絡的重要手段。目前網(wǎng)絡行為學正從網(wǎng)絡管理學科中逐步獨立出來，成為計算機網(wǎng)絡領域的一個重要研究分支。網(wǎng)絡行為學是研究網(wǎng)絡運行規(guī)律的學科，其研究內(nèi)容包括網(wǎng)絡行為描述、行為觀測、行為分析及行為監(jiān)控。網(wǎng)絡行為研究的基礎是行為觀測，主要通過網(wǎng)絡測量來獲取數(shù)據(jù)，如網(wǎng)絡業(yè)務流量測量、web服務器日志數(shù)據(jù)獲取等。這些數(shù)據(jù)可用于不同的研究目的，如商用的網(wǎng)絡行為分析系統(tǒng)通過分析網(wǎng)絡用戶的異常行為，為網(wǎng)絡運行維護提供服務；還可為網(wǎng)絡行為學研究提供分析研究網(wǎng)絡內(nèi)在的機制和規(guī)律的基礎數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡行為的研究領域有兩個，一是研究網(wǎng)絡用戶的上網(wǎng)行為，二是研究網(wǎng)絡運行的規(guī)律。前者屬于社會科學范疇，后者屬于自然科學范疇。本書涉及的網(wǎng)絡行為研究側重于對網(wǎng)絡運行規(guī)律的研究，即重點研究因特網(wǎng)網(wǎng)絡行為的復雜網(wǎng)絡特征。因特網(wǎng)網(wǎng)絡行為研究隨著因特網(wǎng)規(guī)模的迅速擴大、帶寬的飛速增加、多媒體應用的普及以及幾乎持續(xù)地以指數(shù)規(guī)律增長的規(guī)模，因特網(wǎng)的控制機制和行為特征日趨復雜，難以理解。為了認識和理解因特網(wǎng)的行為特征和性能表現(xiàn)，推動網(wǎng)絡和信息基礎結構的健康發(fā)展，特別是為了應對商業(yè)化運營的電信網(wǎng)絡逐步向全IP網(wǎng)絡演進，保證網(wǎng)絡服務質(zhì)量，因特網(wǎng)的網(wǎng)絡行為已成為重要的研究熱點。

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