系統科學教程（簡體書）

本書從回顧系統科學發展歷史開始，以集合論為數學工具，以統一的視角闡述系統科學概念、理論與方法；詳細介紹系統科學的概念、特點及分類；並深入闡述系統科學核心理論，包括自組織理論、混沌、分形、複雜適應系統理論、開放複雜巨系統理論、複雜網絡理論等；通過實際案例研究，闡述了運用系統科學理論解決實際問題的思想與方法，培養系統科學思維，提高系統方法解決問題的實際能力。

目錄
前言
第1章 系統科學概述 1
1.1 定義與學科方向 1
1.2 系統科學發展簡史 3
1.2.1 系統思想的產生和形成――系統科學的初級階段 3
1.2.2 定量的系統科學在應用學科層次上的建立 5
1.2.3 綜合的系統科學體系的構建 8
1.3 現代科學技術體系下的系統科學 11
1.4 相關系統思想 14
思考題 20
參考文獻 20
第2章 系統的基本概念與特徵 22
2.1 系統的基本概念 22
2.1.1 系統與非系統 22
2.1.2 組分、元素與要素 23
2.1.3 結構與子系統 24
2.1.4 層次 25
2.1.5 環境 26
2.2 系統的特徵 27
2.2.1 系統的湧現性 27
2.2.2 系統的其他特徵 29
2.2.3 系統的功能 30
2.2.4 系統的屬性 31
2.3 系統的分類 32
2.3.1 基於規模和複雜性的分類 32
2.3.2 基於數學模型的分類 33
2.3.3 其他分類 34
2.4 基於動態集合論的系統概念描述與特徵分析 35
2.4.1 引言 35
2.4.2 系統的屬性 36
2.4.3 子系統 39
2.4.4 系統間的相互作用 41
2.4.5 基於動態集合論的系統性質分析 41
2.4.6 小結 45
2.5 系統複雜性 45
2.5.1 複雜性語義簡析 46
2.5.2 複雜性的界定 46
2.5.3 複雜性的特徵 48
2.5.4 複雜性的分類 50
2.5.5 複雜性的度量 53
2.5.6 複雜性科學的理論構成 55
2.5.7 複雜系統研究方法 56
2.5.8 小結 59
思考題 59
參考文獻 60
第3章 穩定性與突變論 63
3.1 系統的穩定性 63
3.1.1 穩定性概念 64
3.1.2 狀態穩定性判定 67
3.1.3 二維線性系統的定態解性質 69
3.1.4 平面非線性自治系統及等傾線 75
3.2 吸引子與分岔 86
3.2.1 吸引子與目的性 86
3.2.2 分岔 88
3.3 突變論 91
3.3.1 突變 91
3.3.2 奇點理論與拓撲等價 92
3.3.3 勢函數與剖分引理 93
3.3.4 突變的主要特徵 94
3.3.5 基本突變類型 95
3.4 案例 98
3.4.1 系統穩定性分析案例 98
3.4.2 突變論應用 104
思考題 106
參考文獻 106
第4章 自組織：耗散結構論與協同學 108
4.1 組織與自組織 109
4.1.1 經典定義 109
4.1.2 基於集合論的定義 110
4.1.3 幾類自組織現象 111
4.1.4 自組織思想 115
4.2 耗散結構 115
4.2.1 經典熱力學與非平衡熱力學 115
4.2.2 耗散結構論 120
4.2.3 耗散結構形成的條件 121
4.2.4 耗散結構論分析 122
4.2.5 耗散結構論體現的哲學思想 126
4.3 協同學 128
4.3.1 協同學的基本概念 129
4.3.2 序參量與役使原理 129
4.3.3 協同學在若干領域的應用 132
4.3.4 協同學體現的哲學思想 138
4.4 自組織案例 140
思考題 141
參考文獻 142
第5章 混沌學 143
5.1 混沌的發展 143
5.2 混沌定義 145
5.2.1 週期3意味著混沌 145
5.2.2 混沌的數學定義 149
5.2.3 中國古代的混沌思想 150
5.3 離散混沌 151
5.4 混沌研究的判據 155
5.5 混沌與一般單關係系統 157
5.5.1 一般單關係系統的混沌 157
5.5.2 一般單關係系統的吸引子 159
5.6 混沌特徵及示例 161
5.6.1 混沌特徵 161
5.6.2 混沌示例 163
5.7 應用簡介 165
5.7.1 應用方向 166
5.7.2 案例 168
5.8 混沌的哲學思考 173
思考題 175
參考文獻 175
第6章 分形 176
6.1 分形概念及分形維數 176
6.1.1 分形現象與分形幾何 176
6.1.2 拓撲維與分維 177
6.1.3 規則分形與相似維數 178
6.1.4 不規則分形與關聯維 182
6.2 簡單L系統的分析與設計 183
6.2.1 L系統簡介 183
6.2.2 簡單L系統的定義 184
6.2.3 簡單L系統的性質 186
6.2.4 簡單L系統生成圖形的基本原理 188
6.2.5 簡單L系統的設計 188
6.2.6 基於R0L的分支結構設計 192
6.3 迭代函數系統 195
6.3.1 迭代函數系統基礎 195
6.3.2 迭代函數系統生成的圖形 197
6.4 分形的應用 198
6.5 分形的哲學思考 201
思考題 202
參考文獻 203
第7章 複雜適應系統理論 204
7.1 複雜適應系統基礎 204
7.1.1 理論創立 204
7.1.2 核心思想：適應性造就複雜性 205
7.1.3 基本概念 206
7.1.4 主要特點 207
7.2 主體的適應與學習 211
7.2.1 建立執行系統模型 211
7.2.2 確立信用分派機制 213
7.2.3 提供新規則發現手段 214
7.3 從個體到全域――回聲模型 215
7.3.1 位置和資源 215
7.3.2 Echo模型基本框架 216
7.3.3 Echo模型的擴充 217
7.4 應用案例：利用回聲模型建模物種多樣性 217
7.4.1 回聲結構 218
7.4.2 個體 218
7.4.3 個體與個體間交互 220
7.4.4 物種多樣性與回聲模型 220
7.5 Swarm仿真平臺 222
思考題 223
參考文獻 223
第8章 開放複雜巨系統理論 224
8.1 錢學森系統分類法 224
8.2 簡單巨系統 225
8.2.1 簡單系統 225
8.2.2 簡單巨系統概念及分析 227
8.2.3 簡單巨系統的傳統研究方法 229
8.3 複雜巨系統 229
8.3.1 開放複雜巨系統 229
8.3.2 從定性到定量的綜合集成方法 231
8.3.3 開放複雜巨系統的研究意義 234
8.4 Yoyo：定性與定量相結合的系統模型 236
8.4.1 結構運動的一般形式 237
8.4.2 一般系統的Yoyo結構 239
8.4.3 經驗示例 240
8.5 Yoyo模型應用舉例 241
8.5.1 雙星系統的系統定律 242
8.5.2 三體問題的系統機制 243
思考題 247
參考文獻 247
第9章 複雜網絡理論 249
9.1 引言 249
9.1.1 複雜網絡的歷史 249
9.1.2 基本定義與說明 250
9.2 複雜網絡模型 254
9.2.1 隨機網絡 254
9.2.2 小世界網絡 254
9.2.3 無尺度網絡 256
9.2.4 適應度網絡 259
9.3 網絡魯棒性 260
9.3.1 Malloy-Reed準則 260
9.3.2 隨機失效 261
9.3.3 有意攻擊 264
9.3.4 無尺度網絡的魯棒性 266
9.4 網絡傳播 267
9.4.1 經典傳播模型 268
9.4.2 網絡上的傳播 271
9.4.3 網絡免疫 276
9.5 應用案例：時態網絡上的源頭定位 278
9.5.1 時序傳播行為建模 279
9.5.2 時序網絡源頭定位研究 280
9.5.3 實驗結果分析 283
9.6 應用案例：時態網絡上的中心性度量 288
9.6.1 時態網絡的矩陣建模 289
9.6.2 時間序列分析方法 290
9.6.3 特徵向量中心性 291
9.6.4 實驗結果分析 292
9.7 應用案例：社會網絡上的傳播影響力極大化問題 297
9.7.1 影響力極大化問題 297
9.7.2 局部有效傳播路徑算法 298
9.7.3 實驗結果分析 300
思考題 306
參考文獻 306
第10章 複雜系統模擬與優化 308
10.1 元胞自動機 308
10.1.1 歷史發展 308
10.1.2 定義及結構 309
10.1.3 經典元胞自動機模型 312
10.1.4 元胞自動機與混沌分形的聯繫 317
10.2 遺傳算法 321
10.2.1 遺傳算法的基本原理 321
10.2.2 遺傳算法的實施 324
10.2.3 遺傳算法的改進 336
10.2.4 遺傳算法的特徵 339
10.3 蟻群優化算法 340
10.3.1 蟻群算法的仿生學基礎 340
10.3.2 基本蟻群算法模型的建立 343
10.3.3 基本蟻群算法的實現 347
10.4 粒子群算法 349
10.4.1 基本粒子群算法 349
10.4.2 粒子群算法的軌跡分析 351
10.4.3 改進的粒子群算法 355
10.5 小結 356
思考題 357
參考文獻 358
彩圖