复杂性思考:探索信息技术领域的设计与挑战

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"Think Complexity"是Allen B. Downey撰写的一本书,主要探讨复杂性思考在计算机科学和相关领域的应用。该书由O'Reilly Media, Inc.出版,并注意到了在书中可能出现的制造商和销售商用来区分产品的商标设计,这些设计在出版时已按照商标要求以大写或首字母大写的形式呈现。 在"Think Complexity"这本书中,作者Allen B. Downey深入浅出地介绍了复杂性理论,这是一门研究系统中大量相互作用元素如何产生复杂行为的学科。复杂性科学不仅涵盖了计算机科学的基础,还涉及到网络、算法、数据结构以及生物和社会系统的复杂性。 书中的部分内容可能涉及以下几个核心知识点: 1. **复杂性科学**:复杂性科学是一种跨学科的研究领域,它研究的是由大量简单组件交互产生的复杂行为。例如,细胞如何协作构建生命体,或者社会中个体的简单决策如何导致全局性的复杂现象。 2. **算法和数据结构**:复杂性思考在算法分析中至关重要,因为不同的算法在处理相同问题时可能会有不同的效率。书中可能讨论了排序、搜索、图论等相关算法的复杂度分析,以及如何选择合适的数据结构来优化性能。 3. **网络理论**:复杂网络研究网络中的节点(如人、计算机或其他实体)如何连接,以及这种连接如何影响网络的整体行为。书中可能涵盖了小世界网络、无标度网络等模型及其特性。 4. **混沌和涌现**:在复杂系统中,微小的变化可能导致不可预测的结果,这被称为混沌理论。同时,涌现是指从简单规则中产生复杂集体行为的现象,如蚁群的集体智能。 5. **计算复杂性理论**:这部分可能讨论P类问题与NP类问题的区别,以及解决复杂问题的计算难易程度。这与算法效率和可计算性理论紧密相关。 6. **生物复杂性**:书中可能触及生物学中的复杂性,如基因调控网络、免疫系统的响应机制,以及进化论中的复杂适应性。 7. **社会科学中的复杂性**:复杂性思考也可以应用于社会科学,例如经济系统、社会动力学和人类行为的集体模式。 8. **创造性 Commons 许可**:此书遵循了Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Unported License,意味着读者可以自由分享、复制和修改内容,但必须给予作者署名,且不得用于商业目的。 "Think Complexity"旨在提供一个理解复杂性现象的框架,让读者能够运用这些概念解决实际问题,无论是编程挑战还是现实世界的复杂系统分析。
2018-10-15 上传
这本书的论点是,复杂性科学是一种“新型科学”,我借鉴自 Stephen Wolfram。 2002年,Wolfram 发表了 “新科学”一文,在这里介绍了他和其他人在细胞自动机上的工作, 并描述了一种用于计算系统研究的科学方法。在之后的章节中,我们会回顾 Wolfram,但是 现在我打算将他的标题用于更广泛的东西。 我认为复杂性是新的,不是因为它将科学工具应用到一个新的主题,而是因为它使用不同的 工具,允许不同种类的工作,并最终改变了我们认为是“科学”的东西。 为了证明差异,我将从经典科学的一个例子开始:假设有人问你为什么行星轨道是椭圆形 的。你可以引用万有引力的牛顿定律,并用它来写出描述行星运动的微分方程。然后,你可 以求解微分方程,并展示出解是椭圆。证明完毕! 大多数人发现这种解释令人满意。它包括一个数学推导 - 所以它有一些严格的证明 - 它解释了 具体的观察,椭圆轨道,通过诉诸一般的原则,引力。 让我用另一种解释来对比一下。假设你搬到像底特律这样种族隔离的城市,你想知道为什么 这样。如果你做一些研究,你可能会发现 Thomas Schelling 的一篇文章,称为“分离动态模 型”,它提出了一个简单的种族隔离模型: 这里是我对这个模型的描述: 城市的谢林模型是一个单元格数组,每个单元格代表一个房子。这些房子被两种“智能 体”占据,标有红色和蓝色,数量大致相等。大约10%的房子是空的。 在任何时间点,智能体可能会高兴或不高兴,这取决于附近的其他智能体。在模型的一 个版本中,如果智能体至少有两个邻居像自己一样,则智能体很高兴,如果邻居是一个 或者零个,则智能体不高兴。 这个模拟通过随机选择一个智能体来运行,并检查它是否快乐。如果是的话,没有任何 反应 如果不是,智能体随机选择一个未占用的单元格并移动。 如果你从一个完全未分离的模拟城市开始,并在短时间内运行该模型,类似的智能体会聚集 到一起。随着时间的流逝,这些社区会增长和合并,直到存在少量的大型社区,大多数智能 体都生活在均匀的社区中。