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本书是美国奥林工程学院Allen B. Downey教授以20世纪80年代兴起的复杂性科学这一领域的前沿研究成果为载体，在近十几年教学科研过程中积累而成的本书。本书内容主要分三部分：壹部分主要对复杂性科学概念、范式和科学模式，以及复杂工程和复杂性思维等方面进行了介绍；二部分主要从图论、小世界图、无标度网络、元胞自动机等方面对其经典算法及其实现进行了介绍；三部分主要从物理建模、自组织临界性、智能体模型、兽算法、进化和合作进化等方面进行了介绍和实现。通过阅读本书，你将更加深入地理解图、算法分析、无尺度网络与细胞自动机，使用Python这种强大的语言所提供的特性。作为Python编程与算法的理想教材，本书还有助于自学者掌握关于他们可能未曾谋面的主题与想法的宝贵经验。

前言 1 1章 复杂性科学 7 1.1 范式转变 9 1.2 科学模型的轴线 10 1.3 不同的模型用于不同的目的 11 1.4 复杂的工程 12 1.5 复杂性思维 13 2章 图 16 2.1 图是什么 16 2.2 NetworkX 18 2.3 随机图 20 2.4 生成图 21 2.5 连通图 22 2.6 生成ER图 24 2.7 连通的概率 26 2.8 图论算法分析 27 2.9 练习 29 3章 小世界图 31 3.1 Stanley Milgram 31 3.2 Watts和Strogatz 32 3.3 环格 33 3.4 WS图 34 3.5 集聚 36 3.6短路径长度 37 3.7 WS实验 38 3.8 这是什么样的解释 40 3.9 广度优先搜索 41 3.10 Dijkstra算法 43 3.11 练习 45 4章 无标度网络 48 4.1 社交网络数据 48 4.2 WS模型 51 4.3 度 51 4.4 重尾分布 53 4.5 Barabási-Albert模型 55 4.6 生成BA图 57 4.7 累积分布函数 58 4.8 解释模型 61 4.9 练习 62 5章 元胞自动机 64 5.1 一个简单的CA 64 5.2 Wolfram的实验 65 5.3 CA的分类 66 5.4 随机性 67 5.5 确定性 68 5.6 飞船 70 5.7 普遍性 71 5.8 可证伪性 73 5.9 这是一个什么样的模型 74 5.10 CA的实现 75 5.11 互相关 77 5.12 CA表 79 5.13 练习 79 6章 生命游戏 82 6.1 Conway的生命游戏 82 6.2 生命模式 83 6.3 Conway的猜想 85 6.4 现实主义 86 6.5 工具主义 88 6.6 生命游戏实现 89 6.7 练习 91 7章 物理建模 93 7.1 扩散 93 7.2 反应-扩散 94 7.3 渗透 97 7.4 相变 99 7.5 分形 101 7.6 分形和渗透模型 103 7.7 练习 104 8章 自组织临界性 106 8.1 关键 106 8.2 沙堆 107 8.3 实施沙堆 108 8.4 重尾分布 110 8.5 分形 112 8.6 粉红噪声 116 8.7 沙堆的声音 117 8.8 还原论和整体论 119 8.9 SOC、因果关系和预测 121 8.10 练习 122 9章 基于智能体的模型 125 9.1 Schelling模型 125 9.2 Schelling模型的实现 126 9.3 种族隔离 129 9.4 Sugarscape 130 9.5 财富的不平等 132 9.6 实现Sugarscape 134 9.7 迁移与波动特性 136 9.8 涌现 137 9.9 练习 138 10章 兽、鸟和交通堵塞 141 10.1 交通堵塞 141 10.2 随机扰动 144 10.3 Boid 145 10.4 Boid算法 146 10.5 仲裁 149 10.6 涌现和自由意志 150 10.7 练习 151 11章 进化 153 11.1 模拟进化 154 11.2 适应度景观 155 11.3 智能体 156 11.4 模拟 157 11.5 无差别 158 11.6 进化的证据 159 11.7 生存差异 161 11.8 突变 162 11.9 物种形成 165 11.10 总结 167 11.11 练习 168 12章 合作进化 169 12.1 囚徒困境 169 12.2 Nice的问题 170 12.3 囚徒困境的比赛 172 12.4 模拟合作进化 173 12.5 Tournament类 175 12.6 模拟 176 12.7 结果 178 12.8 结论 181 12.9 练习 182 附录A 阅读列表 185

艾伦·B.唐尼（Allen B．Downey），是欧林工程学院的计算机科学教授，曾任教于韦尔斯利学院、科尔比学院和加州大学伯克利分校。他是加州大学伯克利分校的计算机科学博士，并拥有MIT的硕士和学士学位。

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