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计算机科学、生物学、社会学和经济学等领域中的众多现象都能描述成“复杂网络上的传播动力学”，简称为“网络传播动力学” [1-3] 。在互联网中，各种蠕虫病毒、邮件病毒和手机病毒依托庞大的互联网和Wi-Fi等通信方式传播，时刻威胁着电脑和手机安全 [4-6] ，如图 1-1（a）所示。例如，“震荡波”计算机蠕虫病毒导致全球千万台计算机瘫痪，对经济发展和人们日常生活造成了巨大的危害 [7，8] 。在流行病学中，非典型肺炎（SARS）、猪流感（H1N1）、禽流感以及埃博拉（Ebola）等传染性疾病通过接触网络和交通运输网络传播，给人类生命安全带来了巨大的威胁 [9-11] ，如图 1-1（b）所示。在社会学中，信息、谣言、健康行为、肥胖和新科技产品等通过社交网络传播 [12-15] ，影响着人们的日常生活，如图 1-1（c）所示。在金融系统中，系统风险和金融危机通过贸易网络传递，最终可能导致大规模的银行瘫痪和全球性金融危机 [16-19] ，如图 1-1（d）所示。
图1-1 各种真实系统中的传播现象
（a）手机病毒传播 [5] ，（b）H1N1 传染病传播 [11] ，（c）肥胖传播 [15] ，（d）金融危机传播 [19]
在面对众多真实的传播现象时，人们常常希望知道它们的传播机制和规律，以及预测方法和控制手段等问题，这是复杂网络上的传播动力学研究的主要内容和目标 [1] 。厘清上述问题可以使人们对真实现象的演化机制、传播过程，以及稳态有更清晰和全面的认识，同时，也为预测和控制真实系统提供一些必要的理论支撑。网络传播动力学主要解决以下三个方面的问题：①如何抽象错综复杂的传播途径？②不同的传播现象具有哪些传播机制和规律，如何构建真实合理的传播模型？③如何预测和控制传播过程？这三个问题密不可分、环环相扣，前者是后者的研究基础，并且难度和重要性都逐渐增加。忽略任意一个环节都无法准确地预测和控制传播动力学。在图 1-2 中展示了传播动力学三个研究问题的关系示意图。
图1-2 传播动力学研究内容、研究方法和研究指标示意图
复杂网络、计算机模拟和理论分析是研究传播动力学的三个重要工具。传播范围和爆发阈值是研究传播动力学稳态的两个关键指标，可用于定量分析传播途径和传播机制的影响，以及控制策略的效果（图 1-2）。在研究网络传播动力学时，我们应利用不同的研究工具和指标来研究不同的问题。首先，网络传播动力学的研究需要描述错综复杂的传播途径。在描述传播途径时，复杂网络是一个常用的工具 [20] 。利用复杂网络来描述错综复杂的传播途径，进而研究传播动力学，被称为“复杂网络上的传播动力学” [1] 。复杂网络可以刻画诸如因特网、电子邮件网、面对面接触、在线社交平台和各种交易手段等传播途径。用节点描述个体，连边表示个体之间的各种关系。其次，网络传播动力学还需要分析传播机制，并建立真实合理的传播模型。对于不同的传播过程，它们的传播机制和规律也有本质性的差异 [21] 。例如，对于计算机病毒和传染性疾病的传播，两次连续接触导致感染的概率是相同的。然而，行为传播则恰恰相反，即再次接触的感染概率依赖于先前的接触。计算机模拟是揭示不同传播机制，并分析这些机制和网络拓扑结构对传播动力学影响的常见方法。一方面，需要通过网络爬虫获取真实传播数据，利用网络科学理论和数据挖掘技术等手段来得到真实的传播机制；另一方面，由于病毒传播、行为传播或金融风险都会付出惨痛的代价，在得到真实传播机制并建立传播模型之后，人们只能借助计算机来模拟传播过程，并利用恰当的理论分析来定量地研究这些机制所带来的影响。最后，网络传播动力学的终极目标是准确地预测和及时有效地控制传播 [1] 。在网络传播动力学中，控制的含义是指如何采取免疫措施来有效地抑制疾病传播 [22] 。例如，通过免疫中心节点、熟人免疫、高权重边，以及通过信息传递等策略来控制疾病传播。在衡量预测和控制效果时，可以考察传播范围和爆发阈值大小。若传播范围越小、爆发阈值越大，则控制策略越有效。
借助复杂网络、计算机模拟和理论分析，本书旨在揭示生物传播、社会传播和社会—生物传播的机制与规律，进一步为预警和控制疫情、舆情提供必要的理论支撑。主要研究意义为：①有助于提出准确的理论方法来刻画不同的传播动力学过程。本书系统地研究常用理论方法的优劣性，以及在预测疾病爆发阈值时的准确性，还拓展了一套准确的边权划分理论来研究具有任意度分布和权重分布网络上的传播，为研究其他网络动力学奠定了一定的理论基础，丰富了网络科学和计算传播学的理论研究。 ②构建更为真实合理的传播模型。基于本书所提出和发现的一些传播机制，如社会传播中的非冗余信息记忆、信息—疾病传播过程中的非对称耦合作用，可以为构建更为真实的传播动力学提供一些思路。 ③对社会—生物传播的研究具有一定的现实意义。例如，在真实社会系统中，利用信息扩散来有效地控制大规模流行病传播，从而减小其对人类生命财产所带来的影响。此外，还可以利用信息传播来促进产品营销、市场推广，以及预警和控制金融风险传播。