基于复杂网络的机器学习方法

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isbn号码:9787111611493
丛书系列:智能科学与技术丛书
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  • 复杂网络
  • 社交网络分析
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  • 关联分析
  • 信息科学
  • 算法
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具体描述

洞悉结构与模式:探索信息世界的新视角 这是一本关于如何利用图形化思维和算法工具来理解和分析复杂系统的书籍。它深入探讨了那些由众多相互连接的实体组成的庞大网络,例如社交网络中的人际关系、生物体内的基因调控、互联网上的信息流动、城市中的交通脉络,乃至金融市场中的交易关系。这些网络因其内在的连接方式、节点的重要程度以及信息传播的路径,展现出超越个体简单叠加的复杂特性。 本书的核心在于,它将这些复杂的网络视为一种“结构”,一种承载着丰富信息的“语言”。我们不再仅仅关注网络中的单个节点或边缘,而是将重点放在节点之间的关系、这些关系所形成的模式、以及这些模式如何影响整体系统的行为。通过解析这些结构,我们可以揭示隐藏在数据背后的深刻规律,预测未来的发展趋势,甚至设计出更优化的系统。 为了达到这一目的,本书将带领读者走进计算科学的前沿领域,重点介绍一系列强大的分析和建模工具。这些工具并非孤立存在,而是紧密协同,共同构建起一套强大的分析框架。 首先,我们关注网络的构建与表示。任何深入的分析都始于准确地捕捉和表示网络的结构。我们将学习如何将现实世界中的复杂系统转化为数学模型,如何用图论的语言来描述节点和边,以及如何选择合适的图表示方法来契合不同类型的数据。这包括邻接矩阵、邻接表等基本表示法,以及更复杂的表示,如用于捕获节点特征的节点属性图。 接着,我们将深入网络的基本属性分析。了解网络的整体结构是至关重要的第一步。本书将介绍一系列衡量网络特征的指标,例如节点的度(连接数量)、中心性(重要程度,包括度中心性、介位中心性、接近中心性、特征向量中心性等),以及网络的聚类系数、平均路径长度、社群结构(社区检测)等。这些指标能够帮助我们识别网络中的关键节点、重要的连接,以及信息传播的潜在路径。 然后,我们将重点介绍如何从网络结构中提取有意义的信息。这部分将触及如何利用网络的结构属性来预测未知的连接(链接预测)、识别具有相似行为或角色的节点(节点分类)、发现隐藏的群体(社群发现),以及理解信息在网络中的传播机制(传染病模型、信息传播模型)。这些技术在许多领域都有着广泛的应用,例如推荐系统、欺诈检测、疾病传播预测等。 此外,本书还将探讨如何利用这些网络分析技术来解决实际问题。我们将通过一系列案例研究,展示如何将复杂的网络模型应用于不同领域。例如,在社交网络分析中,我们如何识别意见领袖和传播热点;在生物信息学中,如何分析基因调控网络来理解疾病机制;在推荐系统中,如何利用用户与商品的交互网络来提供个性化推荐;在交通网络中,如何优化路线规划以减少拥堵。 最后,本书还将展望网络分析领域的最新发展和未来趋势。随着数据规模的爆炸式增长和计算能力的不断提升,网络分析技术也在持续演进。我们将探讨如何将深度学习等前沿技术与网络分析相结合,以应对更复杂、更大规模的网络问题,以及在隐私保护、可解释性等方面的新挑战和新机遇。 这本书的目标是为那些希望深入理解复杂系统、挖掘数据价值、并利用计算方法解决实际问题的读者提供一个全面而深入的指导。它不仅仅是一本技术手册,更是一种看待世界、分析信息的新视角。通过本书的学习,您将能够更有信心地应对数据洪流,洞察隐藏在结构中的智慧,并为您的研究或工作带来革新性的解决方案。

作者简介

目录信息

译者序
前言
作者简介
符号列表
第1章概述
1.1背景
1.2本书主要内容
1.3本书结构
参考文献
第2章复杂网络
2.1图论简介
2.1.1图的定义
2.1.2图的连通性
2.1.3路径和环路
2.1.4子图
2.1.5树和森林
2.1.6图的矩阵表示
2.2网络演化模型
2.2.1随机网络
2.2.2小世界网络
2.2.3无标度网络
2.2.4随机聚类网络
2.2.5核心边缘网络
2.3复杂网络的统计描述
2.3.1度和度相关性
2.3.2距离和路径
2.3.3网络结构
2.3.4网络中心性
2.3.5复杂网络度量方法的分类
2.4复杂网络上的动力学过程
2.4.1随机游走
2.4.2惰性随机游走
2.4.3自避行走
2.4.4游客漫步
2.4.5流行病传播
2.5本章小结
参考文献
第3章机器学习
3.1引言
3.2监督学习
3.2.1数学表达式和基本假设
3.2.2主要算法
3.3无监督学习
3.3.1数学表达式和基本假设
3.3.2主要算法
3.4半监督学习
3.4.1研究目的
3.4.2数学表达式和基本假设
3.4.3主要算法
3.5基于网络的机器学习方法概述
3.6本章小结
参考文献
第4章网络构建技术
4.1引言
4.2相似性与相异性
4.2.1定义
4.2.2基于向量形式的相似性函数实例
4.3向量数据的网络转化
4.3.1k近邻和半径网络
4.3.2k近邻和半径组合的网络构建技术
4.3.3b匹配网络
4.3.4线性邻域网络
4.3.5松弛线性邻域网络
4.3.6聚类启发式网络
4.3.7重叠直方图网络
4.3.8其他网络构建技术
4.4时间序列数据的网络转化
4.4.1周期网络
4.4.2相关网络
4.4.3循环网络
4.4.4转移网络
4.5网络构建方法分类
4.6非结构化数据网络转化的难点
4.7本章小结
参考文献
第5章基于网络的监督学习
5.1引言
5.2典型的基于网络的监督学习技术
5.2.1基于k关联图的分类算法
5.2.2网络学习工具:NetKit
5.2.3易访问启发式的分类算法
5.3本章小结
参考文献
第6章基于网络的无监督学习
6.1引言
6.2社团检测算法
6.2.1相关概念
6.2.2数学表达式和基本假设
6.2.3前沿技术综述
6.2.4社团检测基准
6.3典型的基于网络的无监督学习技术
6.3.1介数
6.3.2模块度最大化
6.3.3谱平分法
6.3.4基于粒子竞争模型的社团检测
6.3.5变色龙算法
6.3.6基于空间变换和群体动力学的社团检测
6.3.7同步方法
6.3.8重叠社团挖掘
6.3.9网络嵌入与降维
6.4本章小结
参考文献
第7章基于网络的半监督学习
7.1引言
7.2数学假设
7.3典型的基于网络的半监督学习技术
7.3.1最大流和最小割
7.3.2高斯随机场和调和函数
7.3.3Tikhonov正则化框架
7.3.4局部和全局一致性算法
7.3.5附着法
7.3.6模块化方法
7.3.7相互作用力
7.3.8判别式游走
7.4本章小结
参考文献
第8章基于网络的监督学习专题研究:高级数据分类
8.1引言
8.2问题提出
8.3高级分类模型
8.3.1高级分类模型的总体思路
8.3.2混合分类框架的构建
8.4高级分类器的构建方法
8.4.1传统的基于网络度量方法的高级分类器构建
8.4.2基于随机游走的高级分类器构建
8.5高级分类器的数值分析
8.5.1高级分类器应用样本
8.5.2参数敏感性分析
8.6应用:手写数字识别
8.6.1相关研究
8.6.2手写数字数据集MNIST
8.6.3图像相似性计算算法
8.6.4混合分类框架中的低级分类技术
8.6.5混合分类器的性能
8.6.6手写数字识别样本8.7本章小结
参考文献
第9章基于网络的无监督学习专题研究:随机竞争学习
9.1引言
9.2随机竞争学习算法模型
9.2.1模型原理
9.2.2转移矩阵的推导
9.2.3随机非线性动力系统的定义
9.2.4计算社团数目的方法
9.2.5重叠结构的检测方法
9.2.6参数敏感性分析
9.2.7收敛分析
9.3模型的理论分析
9.3.1数学分析
9.3.2粒子竞争模型与传统的多粒子随机游走
9.3.3样本分析
9.4重叠节点及社团检测的数值分析
9.4.1扎卡里空手道俱乐部网络
9.4.2海豚社交网络
9.4.3《悲惨世界》人物关系网络
9.5应用:手写数字识别和字母聚类
9.5.1数据集情况
9.5.2最优粒子数和集簇数
9.5.3手写数字或字母聚类
9.6本章小结
参考文献
第10章基于网络的半监督学习专题研究:随机竞争合作学习
10.1引言
10.2随机竞争合作模型
10.2.1半监督学习与无监督学习的差异
10.2.2半监督学习环境
10.2.3竞争转移矩阵的修正
10.2.4系统初始条件的修正
10.3模型的理论分析
10.3.1数学分析
10.3.2样本分析
10.4模型的数值分析
10.4.1人工合成数据集上的模拟
10.4.2真实数据集上的模拟
10.5应用:错误标记数据集上的错误标签传播检测和预防
10.5.1问题提出
10.5.2错误标记训练集的检测
10.5.3错误标签传播的预防
10.5.4竞争合作模型学习系统的修正
10.5.5参数敏感性分析
10.5.6计算机模拟
10.6本章小结
参考文献
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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“基于复杂网络的机器学习方法”——这个书名,对我来说,代表着一种能够洞察事物深层联系和规律的强大能力。我一直对如何从纷繁复杂的数据中提炼出有价值的信息感到着迷,而复杂网络提供了一种极佳的视角来审视事物间的相互作用。无论是分析社交网络中的信息传播,还是理解生物体内的信号通路,抑或是预测金融市场的风险,都离不开对网络结构的深入理解。而机器学习,作为一种能够从数据中学习并做出预测的强大工具,与复杂网络的结合,无疑会解锁许多新的可能性。我迫切地想知道这本书会如何阐述这种结合的理论基础,以及如何在实践中应用。我尤其关注书中是否会介绍如何利用图神经网络(GNNs)等专门为图结构数据设计的深度学习模型,来解决各种复杂的网络分析问题。此外,如何有效地处理现实世界中网络数据的稀疏性、动态性和异质性,也是我非常感兴趣的方面。这本书的出现,让我看到了一个系统性地掌握和应用这一前沿技术的希望。

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当我第一次看到“基于复杂网络的机器学习方法”这本书时,我的内心就涌起一股强烈的求知欲。我一直认为,现实世界是由无数相互连接的节点和关系构成的复杂系统,而理解这些系统的本质,离不开对复杂网络的研究。同时,机器学习作为一种强大的数据分析和预测工具,在信息时代扮演着越来越重要的角色。将这两者结合,在我看来,是一种必然的趋势,也代表着一种强大的研究范式。我非常期待这本书能够提供一个系统性的框架,指导我如何将机器学习的方法应用到复杂网络的研究中。例如,我希望书中能详细介绍如何构建反映真实世界关系的复杂网络模型,以及如何从中提取有意义的特征。同时,对于如何选择和应用合适的机器学习算法来分析这些网络数据,例如图分类、节点分类、链接预测等,我也充满好奇。我尤其关注书中是否会探讨一些前沿的图嵌入技术,以及如何应对现实网络中的噪声和不确定性。这本书的出版,无疑为我提供了一个深入理解和掌握这一交叉领域知识的绝佳平台。

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坦白说,“基于复杂网络的机器学习方法”这个书名,让我眼前一亮,有一种“挖到宝藏”的感觉。我一直致力于研究如何从非结构化、关联性极强的数据中提取有价值的信息,而复杂网络和机器学习的结合,正是解决这类问题的关键。在我看来,现实世界中的许多系统,无论是人际关系、交通网络、还是生物体内的相互作用,都可以被视为复杂的网络。理解这些网络的结构和动态,对于做出更明智的决策至关重要。而机器学习,则提供了强大的工具来分析和建模这些网络。我迫切地想知道书中是如何将这两者巧妙地结合起来的。我尤其关注书中会介绍哪些经典的复杂网络模型,以及它们在不同应用场景下的适用性。同时,对于如何将机器学习算法,特别是深度学习算法,应用于图结构数据的分析,例如图卷积网络(GCNs)或者图注意力网络(GATs),我也充满了好奇。我希望书中能够提供清晰的解释和生动的例子,帮助我理解这些算法背后的原理,以及它们是如何在复杂网络环境中发挥作用的。这本书的出现,无疑为我提供了一个系统学习和掌握这一强大工具集的绝佳途径。

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一本关于“基于复杂网络的机器学习方法”的书,光是听名字就让我觉得内容会非常充实且具有前瞻性。我一直认为,现实世界中的许多现象,从社会互动到生物系统,都可以用网络模型来表示,而理解这些网络的结构和动力学对于揭示其内在规律至关重要。机器学习,作为一种强大的数据分析和模式识别工具,与网络分析的结合,无疑会带来许多令人兴奋的应用。我希望这本书能够深入探讨如何构建反映真实世界关系的复杂网络,并在此基础上应用机器学习技术。我尤其感兴趣的是书中是否会讨论如何处理不同类型的网络连接,例如有向图、加权图、多层图等,以及如何选择最适合这些网络的机器学习模型。此外,对于如何从网络结构中提取有用的特征,以供机器学习模型使用,我也充满期待。例如,社区检测算法、中心性度量等,这些都是复杂网络分析中的重要组成部分,我希望书中能有详细的介绍和与机器学习结合的应用实例。这本书的出现,无疑为我提供了一个深入探索这一交叉领域的宝贵机会。

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“基于复杂网络的机器学习方法”——这个书名,对我而言,简直是打开了一扇新世界的大门。我一直以来都在寻找能够更深入地理解和分析事物之间相互作用和关联性的方法。而复杂网络,以其独特的视角,将现实世界中的系统视为由节点和边构成的网络,这与我工作中遇到的许多数据结构天然契合。想象一下,社交网络中朋友的连接、生物体内的基因调控、甚至城市间的交通联系,都可以用复杂网络的语言来描述。而机器学习,作为当今数据科学领域的重镇,无疑为我们提供了强大的工具来从这些网络中提取信息、发现模式、做出预测。我非常期待这本书能够深入浅出地讲解如何将这两者有效地结合起来。我尤其关注书中是否会介绍一些经典的图算法,以及如何将常见的机器学习模型,如支持向量机、决策树、甚至是深度学习模型,适配到图结构数据上。同时,对于如何处理实际应用中遇到的复杂网络问题,例如噪声、缺失数据、以及网络的动态演化,我也希望书中能给出一些实用的指导和解决方案。

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这本书的标题“基于复杂网络的机器学习方法”让我想到了一个充满潜力的研究方向。我一直对如何从高维、非结构化数据中提取有意义的见解感到兴奋,而复杂网络提供了一种强大的工具来理解事物之间的关系。在我的工作领域,我们经常需要处理包含大量节点和连接的数据,例如用户行为日志、产品之间的关联、或者供应链中的物流节点。这些都可以被看作是复杂的网络。而机器学习,尤其是深度学习,在处理这类数据方面展现出了惊人的能力。我非常期待这本书能够提供一个清晰的框架,指导我如何将机器学习方法应用到复杂网络分析中。我尤其想知道书中是否会介绍一些关于图嵌入(graph embedding)的技术,这是一种将节点和网络结构映射到低维向量空间的方法,使得我们可以方便地使用各种机器学习算法。此外,如何评价一个复杂网络上的机器学习模型的性能,以及如何处理网络中的不平衡数据,也是我非常关心的问题。这本书的出现,让我看到了一个能够系统学习和掌握这一强大技术集的希望。

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当我在书店看到《基于复杂网络的机器学习方法》这本书时,我立即被这个书名所吸引。我一直对如何从海量数据中发现隐藏的模式和规律感到着迷,而复杂网络提供了一种独特的视角来理解事物之间的相互联系。我一直认为,许多现实世界中的问题,例如信息传播、疾病扩散、金融风险等,都可以在复杂网络的框架下进行建模和分析。而机器学习,作为当前人工智能领域的核心技术,能够赋予我们从这些网络中学习和预测的能力。我非常期待这本书能够详细介绍如何构建和分析复杂网络,以及如何将各种机器学习算法有效地应用于网络数据。例如,我一直对如何利用图神经网络(GNNs)来处理图结构数据感到好奇,希望能在这本书中找到深入的讲解。此外,对于如何处理网络中的节点属性、边属性以及网络本身的动态性,我也非常关注。这本书的标题暗示了它将提供一种系统性的方法来解决这些问题,并且可能包含一些前沿的研究成果。我相信,阅读这本书将会极大地拓宽我的视野,并为我提供解决实际问题的强大工具。

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一本引人入胜的书籍,虽然我还没来得及深入阅读,但从我匆匆翻阅的几章来看,其标题“基于复杂网络的机器学习方法”本身就充满了吸引力。我一直对如何将不同领域的前沿技术融合感到好奇,尤其是机器学习,这个在数据爆炸时代日渐成为核心驱动力的技术,如果能与复杂网络这一描述事物之间相互联系和演化的强大工具相结合,那必然能解锁很多 heretofore 难以解决的问题。想象一下,在社交网络中分析信息传播的模式,或者在生物网络中探究疾病的传播机制,亦或是在金融网络中预测市场波动,这些场景都离不开复杂网络的视角。而机器学习则能为我们提供强大的数据分析和模式识别能力,帮助我们从这些庞大的网络数据中提取有价值的信息,做出精准的预测和决策。这本书的出现,恰好填补了我在这一交叉领域知识的空白,让我看到了将理论知识应用于实践的曙光。我尤其期待书中能够详细阐述如何构建有效的复杂网络模型,以及如何选择和应用合适的机器学习算法来分析这些网络。例如,图神经网络(GNN)作为近些年发展迅速的一个领域,与复杂网络分析有着天然的契合度,我希望书中能对其有深入的探讨。此外,如何处理现实世界中复杂网络的稀疏性、动态性以及异质性,也是我非常关注的问题。这本书的目录和简介让我对接下来的阅读充满了期待,我相信它将为我打开一扇新的视野,提供解决实际问题的有力工具。

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我必须说,这本书的标题“基于复杂网络的机器学习方法”着实让我眼前一亮,激起了我浓厚的兴趣。我从事的是一个需要处理大量关联性数据的工作,一直以来都在寻找能够更有效地理解和利用这些数据的方法。复杂网络理论以其独特的视角,将事物间的关系网络化,这与我日常工作中遇到的数据结构非常相似。而机器学习,作为当前数据分析和预测的利器,其在处理海量数据、发现隐藏模式方面的能力毋庸置疑。将两者结合,听起来就像是为我量身定制的解决方案。我非常期待书中能够提供具体的案例研究,展示这些方法在不同领域的实际应用,比如在客户关系管理中识别关键影响者,在供应链优化中分析节点间的依赖关系,或者在风险评估中构建信用网络模型。我尤其关注书中在处理大规模、高维度复杂网络数据时的技术细节,以及如何评估模型的性能和鲁棒性。在实际操作中,如何有效地特征工程,以及如何选择和调整机器学习算法以适应复杂网络数据的特性,都是需要深入理解的关键。这本书的出版,无疑为我提供了一个宝贵的学习资源,让我能够系统地学习和掌握这一前沿技术,并将其应用于解决实际工作中的难题,我相信这会极大地提升我的工作效率和决策水平。

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对于“基于复杂网络的机器学习方法”这个书名,我首先想到的是其强大的理论深度和广泛的应用前景。我一直对如何从纷繁复杂的数据中挖掘出深层规律着迷,而复杂网络恰恰提供了一种审视事物之间相互作用的强大框架。想象一下,一个社会网络,每个人都是一个节点,朋友关系是边;一个生物基因调控网络,基因是节点,调控关系是边;甚至是一个交通网络,城市是节点,道路是边。这些看似不同的系统,都可以用复杂网络的语言来描述。而机器学习,则为我们提供了从这些网络结构中学习、预测和分类的能力。我非常好奇书中会如何阐述这种结合的理论基础,例如,如何将图论中的概念与机器学习的算法相结合,以及如何利用网络拓扑特征来增强机器学习模型的表达能力。我尤其期待书中能探讨一些高级的主题,比如如何进行网络嵌入,将高维的网络结构映射到低维向量空间,以便于后续的机器学习分析。同时,对于动态复杂网络的研究,也就是网络结构会随时间变化的场景,也是我非常感兴趣的方向,希望书中能有所涉及。这本书的出现,为我提供了一个学习如何系统性地分析和理解这些复杂系统的绝佳机会。

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