《計算復雜系統》應用智能計算的理論與方法，結合智能控制理論對工程系統與社會科學中普遍存在的非線性動力學與控制問題進行了詳細闡述，介紹了目前在該領域的一些基本分析方法和計算技術，內容涉及復雜性與復雜系統、智能計算、復雜網絡、多尺度分析、計算材料、計算經濟、計算實驗、非線性建筑、復雜交通工程管控、決策支持、管理與控制以及其他智能計算在新興領域中的進展。《計算復雜系統》將理論分析、數據計算和實驗研究相結合，注重結果的完整性和真實性。
目錄
“非線性動力學叢書” 序
前言
第 1 章 復雜系統概述 1
1.1 復雜性及系統 1
1.1.1 復雜性 1
1.1.2 系統 3
1.1.3 復雜系統的特征 4
1.1.4 其他語境中的系統 5
1.2 復雜系統研究與求解 6
1.2.1 復雜系統的物理學源起 6
1.2.2 復雜系統的控制與管理 6
1.2.3 復雜系統研究的認識論 8
1.2.4 復雜系統的計算求解和適應性 9
1.3 復雜系統研究概況 11
1.3.1 中國科學家的貢獻 11
1.3.2 國際研究機構與學者 11
1.4 小結 15
參考文獻 15
第 2 章 復雜系統的一般特性 17
2.1 三論 17
2.1.1 系統論 17
2.1.2 控制論 18
2.1.3 信息論 18
2.2 復雜系統的性質 19
2.2.1 耗散 20
2.2.2 熵 20
2.2.3 序參量 21
2.3 復雜系統的現象 22
2.3.1 混沌 22
2.3.2 涌現 23
2.3.3 演化 24
2.3.4 突變 26
2.3.5 漲落 27
2.3.6 崩塌 27
2.4 復雜系統的統計研究 28
2.4.1 統計系綜 29
2.4.2 統計力學 29
2.4.3 統計動力學 30
2.5 小結 31
參考文獻 31
第 3 章 復雜系統的計算特性 33
3.1 冪律分布與特性 33
3.1.1 冪律分布 33
3.1.2 復雜網絡中的冪律連接 35
3.1.3 長尾效應 36
3.1.4 自組織臨界性中的冪律 37
3.2 可計算的 Agent 39
3.2.1 為 Agent 賦予屬性 39
3.2.2 Multi-Agent 表達的復雜系統 39
3.2.3 Multi-Agent 的感知與計算 40
3.2.4 與元胞自動機的異同 41
3.3 行為計算 41
3.3.1 社會計算 42
3.3.2 行為與行為運作 42
3.3.3 行為運作管理中的服務與報酬要素 43
3.3.4 士氣行為運作 45
3.4 計算復雜度 47
3.4.1 時間復雜度 47
3.4.2 空間復雜度 48
3.5 小結 49
參考文獻 49
第 4 章 復雜網絡理論及其應用 51
4.1 復雜網絡概述 51
4.1.1 復雜網絡研究歷程 51
4.1.2 復雜網絡結構 52
4.1.3 復雜網絡的幾何特征量 52
4.2 復雜網絡基本模型 54
4.2.1 規則網絡 54
4.2.2 隨機網絡 54
4.2.3 小世界網絡 55
4.2.4 無標度網絡 56
4.3 基于復雜網絡的流行病學分析 59
4.3.1 流行病的傳播過程 59
4.3.2 流行病的感染模型與流行模型 60
4.3.3 基于無標度網絡的流行病傳播模型 64
4.3.4 營區流行病防控 67
4.4 復雜網絡中的崩塌 69
4.4.1 復雜系統崩塌現象 69
4.4.2 復雜電網負荷容量模型 70
4.5 小結 73
參考文獻 73
第 5 章 多尺度數據與多尺度計算 76
5.1 多尺度分析 76
5.1.1 多尺度現象與多尺度數據 76
5.1.2 宏觀與微觀領域中的多尺度分析 78
5.1.3 數據驅動 80
5.1.4 搜索引擎廣告關鍵字數據及收益計算 81
5.2 時頻處理與尺度空間 83
5.2.1 小波變換 84
5.2.2 多分辨分析 86
5.2.3 尺度空間 88
5.2.4 尺度不變特征變換 91
5.3 多尺度數據的經驗模態分解計算 93
5.3.1 經驗模態分解方法 93
5.3.2 大氣湍流數據的 EMD 分解 96
5.3.3 心電信號的 EMD 與增強 Poincaré 散點圖多尺度數據分析 98
5.4 肺疾病 CT 影像的人工智能輔助診斷及相關定量 101
5.4.1 肺病癥 CT 影像基本特征 101
5.4.2 IPF 人工智能輔助診斷及相關定量 103
5.4.3 COVID-19 肺部 CT 影像的特征分割 107
5.5 日地間多源多模態多通道數據的空間天氣深度計算與預報 114
5.5.1 日地間監測數據與空間天氣指標 114
5.5.2 太陽活動區極紫外圖像的耀斑分級 117
5.5.3 多模態太陽風數據與冕洞極紫外圖像的 Kp 指數預報 122
5.6 小結 130
參考文獻 131
第 6 章 復雜系統控制與管理 136
6.1 復雜系統控制 136
6.1.1 非線性動力學智能建模與控制 136
6.1.2 人工智能應用的數據要求 138
6.2 復雜系統管理 138
6.2.1 管理與決策支持 139
6.2.2 應急管理系統 139
6.3 交通系統管理與決策 142
6.3.1 交通運輸系統中的矛盾關系 142
6.3.2 城市行政管理的溢出效應 145
6.3.3 交通基礎設施建設與社會資本參與——以香港海底隧道為例 150
6.3.4 網約出租車的資格制實踐 153
6.4 百年大計教育為先 155
6.4.1 希望工程與基礎教育的變遷 155
6.4.2 城鄉教育發展和資源的不平衡狀況 156
6.4.3 基礎教育宏觀調控十年 158
6.5 小結 161
參考文獻 161
第 7 章 若干學科的現代計算研究 163
7.1 計算材料學與智能材料 163
7.1.1 計算材料學基礎 163
7.1.2 計算材料學模擬方法 164
7.1.3 計算智能材料建模示例 166
7.2 從計算經濟活動中的人開始 169
7.2.1 經濟學中的行為、規律和計算 169
7.2.2 計算經濟方法 170
7.2.3 農產品期貨交易中的行為分析及羊群效應 171
7.3 可視化技術及應用 174
7.3.1 不同時期的地鐵與高鐵運行線路圖 174
7.3.2 動畫、模型與計算可視化 177
7.3.3 微創手術野的可視化及增強現實 181
7.3.4 可交互混合現實 183
7.4 **學科的計算技術研究 188
7.4.1 計算語言學及其應用 188
7.4.2 計算生物學與基因治療 191
7.5 綜合醫院建筑體內部交通的疏導機制 192
7.5.1 大型建筑物內部行人通行體系及現狀 193
7.5.2 大型醫院建筑體內部通行體系的疏導設計 195
7.6 小結 199
參考文獻 200
第 8 章 非線性動力學與復雜系統研究進展 202
8.1 非線性建筑及其表達方式 202
8.1.1 非線性建筑如何處理與環境和人之間的關系 202
8.1.2 公共建筑的非線性及其表達 203
8.1.3 居住空間的非線性 207
8.1.4 建筑樣式風格的遷移 210
8.2 行為：成因與結果 211
8.2.1 為什么行為如此重要 212
8.2.2 行為是如何產生復雜因果的 213
8.3 動力學分析的多元化 215
8.3.1 病毒或納米顆粒的入侵機制 215
8.3.2 藥物動力學 217
8.4 關于網絡的三個關鍵事實 219
8.4.1 事實 1：網絡是無法預測的 219
8.4.2 事實 2：大多數網絡節點的動態變化同時發生 220
8.4.3 事實 3：隨著網絡規模增加， 信息減少 221
8.5 人文與社會 222
8.5.1 社會物理學模型 222
8.5.2 社會規則的建模 223
8.5.3 歷史運動的建模 224
8.5.4 經濟網絡 225
8.6 平行架構的邏輯與思辨 226
8.6.1 平行宇宙與平行世界 226
8.6.2 計算仿真與實驗之間的交錯關系 227
8.7 *后的思考 229
8.7.1 行政干預才能解決交通擁堵問題嗎 229
8.7.2 規則是應對變化的基石嗎 230
8.7.3 復雜系統是不可解的嗎 231
8.8 小結 232
參考文獻 232
“非線性動力學叢書” 已出版書目 235
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