網路

第一章　從網路的觀點看世界　
第二章　富有成效的方法　
第三章　網路世界　
第四章　連接與閉合　
第五章　超級連接器　
第六章　網路的湧現　
第七章　深入挖掘網路　
第八章　網路中的完美風暴　
第九章　整個世界是否就是一張網？　
索引　

狄增如
 
著名詩人北島有一首名為《生活》的一字詩：網。

毫無疑問，我們的世界運行在有形或無形的網路之中，尤其是在資訊技術飛速發展的今天。進入21世紀以來，技術進步和社會經濟的全球化，把世界更加緊密地聯結在一起，系統性和複雜性已經成為各領域核心問題的共性特徵。

正像《網路》一書中指出的，系統性和複雜性的現象在我們的生活中比比皆是，大到全球性的金融危機、生態系統的穩定性，小到空手道俱樂部的分裂和足球隊的場上表現，其突出表現是系統各單元或要素，通過相互關聯和影響所展現出的湧現性行為：在沒有中心控制和全域資訊的情況下，僅僅通過個體之間的局域相互作用，系統就可以在一定條件下展現出宏觀的時空或功能結構，在新的層次上湧現出具有整體性的性質和功能。在這裡應該強調的是，非線性的關聯和相互作用關係對於系統的湧現性至關重要，它使得系統的整體行為不能通過個體行為的簡單疊加而獲得。因此，結構決定系統功能，刻畫系統中的相互作用關係對於認識和理解系統的宏觀性質意義重大。

而複雜網路就是對系統結構的最一般和本質的刻畫。系統中的個體對應於網路的節點，個體之間的聯繫或相互作用對應於聯結節點的邊。網路的抽象，超越了每個系統自身的特殊性質、獨特背景和演化機制，讓我們可以用統一、普適的網路分析方法去研究系統的性質，進而加深對系統共性的瞭解。事實上，自18世紀歐拉建立起圖與網路的概念，解決了哥尼斯堡七橋問題開始，圖與網路就成為刻畫結構的重要工具，並於19世紀中葉進入社會學領域，社會網路分析由此成為社會計量學的重要工具。

1998年，沃茨—斯托加茨提出小世界網路模型，指出少量的隨機捷徑會改變網路的拓撲結構，從而湧現出小世界的效應；隨後，巴拉巴西提出了無標度網路概念，解釋了增長和擇優機制在複雜網路自組織演化過程中的普遍性和冪律的重要性。這些開創性的研究工作使我們認識到，實際系統的網路結構存在著許多超越經典隨機網路的特殊性質，例如小世界性質、冪律度分佈、不同的匹配關係、社團結構等，我們需要建立更加細緻、準確的概念，刻畫網路結構並進而更加科學地認識系統性質，以促進網路科學的快速發展。

網路描述方法已被廣泛應用於實際系統的研究，例如神經元網路、食物鏈網路、網際網路絡、賽博空間以及人與人之間交往的社會網路等等，研究結果加深了對這些具體系統的理解，並且提出了一系列新的概念和分析方法。總體上說，網路科學研究包括以下主要內容：一、如何定量刻畫複雜網路？通過實證分析，瞭解實際網路結構的特點，並建立相應概念以刻畫網路結構特徵；二、 網路是如何發展成現在這種結構的？建立網路演化模型，理解網路結構的產生和湧現；三、網路特定結構的後果是什麼？利用基於網路的特定動力學過程，如新陳代謝網路上的物質流、食物鏈網路上的能量流、萬維網上的資訊傳播、社會網路上的輿論形成等等，探討網路結構與功能的關係；四、利用網路結構的設計和調整，控制和優化系統功能。

義大利的圭多·.卡爾達雷利教授，是網路科學領域的知名專家，在複雜網路研究中，特別是社會、經濟網路的分析和應用中頗有建樹。《網路》一書，結合許多生動有趣的案例，如六度分隔實驗、空手道俱樂部、萬維網、食物鏈網路、基因調控網路等，深入淺出地介紹了網路科學的發展歷程、核心概念和最新進展。書中沒有一個數學公式，但通過具體案例的解讀，能夠讓大家科學準確地把握網路分析的基本概念，如小世界性質、無標度網路的異質性、網路中的社團結構、無標度網路的脆弱性和魯棒性、網路結構與傳播的關係等，展現了作者強大的學術功力。可以說，《網路》一書，是大家瞭解和進入網路科學領域的非常好的一本入門讀物。

總的來說，複雜系統的湧現現象是具有整體性和全域性的行為，不能通過分析還原的方法去研究，必須考慮個體之間的關聯和相互作用。從這個意義上講，理解複雜系統的行為應該從理解系統相互作用的網路結構開始。2009年，《科學》雜誌以“複雜系統與網路”（Complex Systems andNetworks）為主題，發表一集專刊，其中巴拉巴西教授的一段話很有啟發意義。他指出，由於底層結構對於系統行為有著重大的影響，除非探討網路結構，否則沒有辦法去理解複雜系統。希望《網路》一書能夠帶領大家進入生動有趣的網路科學領域。