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雷火电竞地址:前沿 普林斯顿“复杂性研究”专题:创新思维范式拓展学科边界

发布时间:2022-09-26 08:02:55 来源:下载雷火电竞 作者:雷火电竞地址

  复杂性研究( Complexity Study )横跨现代科学研究的多个领域,致力于打破学科之间的壁垒,直面研究现象的复杂性。从简单还原论到复杂整体论、从关注事物本身到网络思维、从线性到非线性、从均衡到非均衡,复杂性研究为拓宽人类认知的视野带来了新的可能性。

  本期书单将盘点PUP在这一前沿领域出版的经典和前沿著作,既包括数学和STEM学科的研究,也包括人文社科领域的最新进展,具体内容涵盖复杂性研究在生物研究、灾害预测、社会变革、经济分析等多元学科领域的应用,适合各个领域的研究者参考使用。

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  本书清晰简明地介绍了动力学系统和混沌理论。解释控制动力系统的规则虽然明确而简单,但实际上动力系统中的行为往往非常复杂。为了解决这个问题,作者首先介绍了迭代函数和微分方程,然后讨论了动力系统的关键概念,包括混沌和蝴蝶效应、确定性中的随机性、分岔理论、相空间、奇异吸引子等,并探讨了这些概念对于复杂系统研究的意义,强调了简单和复杂、有序和无序之间的关系。本书不仅适用于本科生和研究生,也适用于自然科学、社会科学和生物科学的研究人员。

  病毒是物种进化的驱动力之一,也是全球生态复杂系统的重要调节者。本书借鉴了复杂系统理论,对病毒的起源、族群、进化、病毒与宿主的共同进化动力学提供了全新的诠释。此外,本书提出了统一理论框架,将病毒视作复杂适应系统,揭示了复杂系统理论在病毒动力学中的应用,对艾滋病毒发展、甲型流感病毒新抗原变体以及其他尖端领域的推进意义非凡。同时,通过将病毒与复杂适应系统的类比扩展到如计算机病毒、癌症和语言等领域,本书对生物学、物理学和数学等领域也颇具指导意义。

  作者Ricard Solé 是巴塞罗那庞培法布拉大学的教授和复杂系统实验室的负责人。Santiago F. Elena 是西班牙国家研究委员会( CSIC )的教授和进化系统病毒学实验室的负责人。

  本手册对于复杂系统进行了简明的介绍,囊括了编程代码与相关应用的练习。通过学习模型和编程,读者可以快速理解复杂系统在各种自然现象的应用,比如雪崩、森林火灾、地震、化学反应、动物群和流行病等。

  本书通俗易懂,对每个模型的理论背景、Python 代码以及应用进行细致介绍,适用于本科生、研究生低年级和研究人员,仅需微积分和高中物理知识即可看懂。

  本书综合了社会哲学、认知神经科学、基于个体建模等研究视角,开创性地引入了一个新型个体“ Agent_Zero ”。以当代神经科学为基础,并在空间中进行建模,这种个体被赋予了情感、认知、社会性等多重属性,可用于社会冲突、心理学、公共卫生、法律、网络科学和经济学等诸多领域的研究。本书的编程程序和影像资料可在书中或官网获取。

  在无领导的情况下,蚁群是如何完成任务的?本书从复杂系统的视角,对蚂蚁的团体行为进行了研究。蚁群没有中央控制系统与层级体系,而是根据个体相遇与互动的速度、节奏和模式来决定集体的行为,在动态网络来实现群体功能。

  作者展示了个体间的局部互动如何引发蚁群内部和蚁群之间的特定行为,以及这种互动网络是如何随着蚁群的成长和扩大而不断发展的——蚂蚁对其他个体的反应越迅速,整个蚁群对环境变化的反应也就越敏感。基于此,作者探讨了一系列问题,比如这种反应性网络是否有利于群体的生存和繁殖、自然选择如何塑造群体网络、以及蚂蚁网络与其他复杂系统的有何异同等。

  如何解释自然和社会中发生的一些突然变化?它们发生的原因和时间是可预测的吗?本书通俗易懂地介绍了临界转变背后的动力系统理论,涵盖了灾难理论、分岔、混沌等概念,并给出了其在湖泊、海洋、陆地生态系统、气候、进化和人类社会的具体例子。作者还探讨了如何预测临界点、促进有利的转变、防止不利的转变等问题。本书在附录中详细列出了数理方程,可作为教科书使用。

  相变是指复杂系统中不同相之间的相互转化 ,常用于对物理学概念的解释(例如为何水会凝结成固体,或蒸发为气体)。相变如何能阐明生物与生态复杂系统中的重要问题?通过探索自然与社会进程中产生的突然变化及其起源、影响,本书研究了复杂系统中的各种动态行为,包括基因网络、蚁群、人类语言、生态系统退化等。

  在复杂的生物体当中,基因突变十分频繁。但是,为什么大多数动物不会长出两个头或直接死亡,植物能够继续成长,细菌能够继续分裂?本书揭示了自然选择对于塑造生物体稳定性的作用,呈现了自然选择所带来的进化如何使生物体在生存和繁殖过程中找到鲁棒解的。本书从着眼于DNA、RNA、蛋白质分子、胚胎发育乃至生物体,以专业的进化意义出发全面解读生物稳定性,在生物学、工程学和社会科学领域广受好评。

  环境复杂性在何种程度上导致了群体复杂性?截然不同的生物体何以采取相似乃至趋同的行为模式?自然选择又是如何影响生物系统内相互作用的规则的?为了回答这些问题,本书对自组织研究进行了详尽地介绍。自组织指的是自然与生物系统中不同模式的形成过程(从沙粒形成成波纹状的沙丘,细胞组合成高度结构化的组织,再到昆虫创造出复杂的社会)。本书涵盖全面,深入浅出,提供了相关理论和研究工具,并对自然界中的自组织实例进行分析,是为学生与生物科学爱好者编写的关于生物系统自组织的入门书。本书是生命科学前沿领域的必读佳作。

  本书荣获《精选》杂志2002年度杰出学术作品;美国出版商协会2001年度生物科学最佳专业图书奖

  “小世界现象”又称“六度分隔”理论,指生活这个世界上的每个人平均只需要通过6个中间人就能与全世界任何一个人建立联系。本书揭示了此种网络无处不在:大脑是神经元的网络;组织是人的网络;全球经济是国家经济的网络,而国家经济是市场的网络,市场又是生产者和消费者互动的网络;甚至一种语言中的词汇库都能够形成一个“小世界网络”。

  “小世界网络”之所以存在,是因为局部行为导致了全局性的结果,而局部与全局的动态关系,取决于网络的结构。为了阐明了这一关系,本书采用了多种简单模型,包括传染病传播、博弈论合作、元胞自动机模型及耦合相位振子的同步等,是网络动力学领域的必读佳作,可以在社会学、经济学与生物学等领域进行运用。

  本书对自旋玻璃领域的历史、科学发展及现实重要性进行概述,解释了凝聚态物理学中的秩序与对称的基本原理,深刻探讨了自旋玻璃的概念和思想是如何在计算复杂性、生物和人工神经网络、蛋白质折叠、免疫反应的成熟过程、组合优化和社会网络建模等领域得到应用的。另外,本书也围绕自旋玻璃对复杂系统研究的潜在贡献做出了前瞻性探索,对自然科学和社会科学领域意义非凡。

  作者Daniel L. Stein 是纽约大学库兰特数学科学研究所的物理学和数学教授。Charles M. Newman 是纽约大学库兰特数学科学研究所和加州大学欧文分校的数学教授。

  从互联网到疾病传播和网络,网络已经渗透到现代社会。但什么是网络?网络有哪些类型?网络为什么有趣?我们能从网络中获取什么新的认识?近年来,来自数学、物理学、计算机科学、社会学和生物学等多个领域的科学家们一直在探索这些问题,并建立了一门新的“网络科学( science of networks )”。

  本书汇集了网络科学研究领域的一系列经典论文,内容囊括网络科学的历史发展、经验分析、建模理论等内容,同时涉及网络科学的前沿研究——网络结构和系统动力学之间的关系。

  历史过程是动态的:人口的上升和下降,帝国的扩张和崩溃,宗教的传播和消亡。本书将复杂系统方法引入历史研究,研究了领土动态变化的问题,即为什么国家领土有时扩张、有时收缩。作者囊括了地缘政治、民族团结、种族同化、宗教皈依等因素,建立一系列数学模型,通过该模型进行动态预测,并使用实证分析对于结果进行验证。例如,一个模型解释了中世纪和近代早期欧洲反复出现的国家崩溃浪潮;而历史数据证实,在特定条件下(比如在帝国边界与宗教分界线重合的地方),民族主义的会催生一个积极的扩张性国家。Turchin 所倡导的方法能够促进人们对历史动态的理解。

  什么引发了社会变革?又是什么维持了社会系统的稳定?过去的二十多年间,人类学家 J.Stephen Lansing 和遗传学家 Murray Cox 对马来群岛上的数十个村庄进行田野调查,将人种学研究与基因、语言标记研究结合起来,追踪了这些社会是如何演变的。作者介绍了遗传漂变、耦合作用、系统发生分析等模型,然后以其开创性的田野研究为例,展示了如何利用这些工具,对太平洋殖民化、语言与文化关系、性别等级的出现和消失等问题进行实证分析。

  作者J. Stephen Lansing 是新加坡南洋理工大学复杂性研究所的主任和亚洲环境学院的教授。Murray P. Cox 是新西兰梅西大学的计算生物学教授。

  这本书由两名领域权威学者联袂完成,是首部全面、清晰地阐述复杂适应社会系统的著作。作者文笔引人入胜,兼顾了数理推导和故事讲述,探讨了90年代中期以来复杂适应社会系统的模型和思想,介绍了涌现性、自组织临界性、自动机、网络、多样性、适应性以及反馈等概念。作者说明了通过使用复杂适应系统模型,可以有效地综合经济学、政治科学、生物学、物理学和计算机科学等学科思想。复杂适应社会系统——不论是“政治党派”、“股票市场”,还是蚂蚁群落——都体现了社会科学在理论上与实践上所面临的一些最有趣的挑战。

  作者 John H. Miller 是卡内基梅隆大学的经济学和社会科学教授;Scott E. Page 是密歇根大学的复杂系统、政治学和经济学教授。

  本书作为一部集自然人文保护、复杂性理论和人类学为一体的开创性著作,呈现了作者扎根于巴厘岛水神庙的田野调查,探索了水神庙合作网络的社会基础。作者综合考察了水神庙的考古历史、生态功能及其在巴厘岛宇宙论中的地位,揭示水神庙及其周遭环境的脆弱性。水神庙秩序基本取决于巴厘岛的父系氏族;然而,以女性为主体的仪式,也反映出巴厘岛农民群体团结起来改变秩序的意识觉醒。这是在西方社会学理论中鲜有的论调。

  本书荣获美国人类学协会人类学与环境部2007年度朱利安·斯图尔德图书奖( Julian Steward Book Award )

  Peter Albin 以将自适应动力系统( adaptive dynamical systems )引入经济研究而闻名。本书收录了他将细胞自动机和复杂性理论的应用于研究经济问题的论文集。

  Albin 将经济系统理解为高度复杂的个体互动。他利用生成语言学和细胞自动机理论,部分解决了传统方法难以计算或者衡量的经济学难题,如企业选择、宏观经济预测、政策评价等。他开发了基于细胞自动机的动态经济模型,由此说明了经济的内在复杂性。其他论文还研究了商业周期的动态、去中心化的市场交易、重复博弈的局部合作等,为理解经济提供了一个独特而重要的视角。

  这本书介绍了复杂适应系统( CAS )中多样性的角色与作用。多样性在复杂系统中扮演的角色与其在平衡系统中不同:平衡系统中的多样性,通常只是在某个平均值附近的变化;而在复杂适应系统中,多样性对系统性能有决定性的影响。

  作者简要介绍了多样性是如何发生的、如何维护多样性、以及多样性如何影响复杂系统。本书说明了多样性如何对于外部冲击与内部调整进行反应,并维持系统鲁棒性;异常值的出现如何成为变化的引爆点,并推动新事物的产生。作者研究了不同种类的多样性,是复杂适应系统的多样性研究方面的优秀入门书。

  Emergent Actors in World Politics: How States and Nations Develop and Dissolve

  冷战结束后,国家和民族的重构使得传统理论面临不足。作者提出了一种分析世界政治的新方法:复杂适应系统建模。他所建立的新模型并不基于理性选择,而是计算机的思想实验,将国家与民族分离出来,并将国家作为突发事件而非既有主体进行分析。因此从传统国关理论的重视行为本身,转变到了一个真正动态的视角,将世界政治的行为主体视为因变量而非自变量。作者同时研究了多民族国家,并指出,这些国家推行单一民族主义可能会适得其反。

  Robert Axelrod (罗伯特·阿克塞尔罗德)以其博弈论和复杂性理论的开创性成果而广为人知。他是将计算机建模应用于社会科学问题的领军人物。他的The Evolution of Cooperation 一书被誉为开创性的贡献,自首次出版以来已被翻译成八种语言。本书 The Complexity of Cooperation 是上述此本里程碑式著作的续篇,收集了最初发表在各类期刊上的七篇论文。

  这本论文集超越了囚徒困境的基本范式,研究了一系列丰富的问题,包括如何应对认知与行为中的错误、规范如何出现,以及新的政治行为体和共同文化区域何以发展等。作者利用计算机建模,设计了接近于人类社会和社群的现实情境,在此基础上进行大量测试以检验理论的解释力。本书是所有对合作和复杂性问题感兴趣的社会科学研究者的必读书。

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