序  言

狄增如

著名詩人北島有一首名為《生活》的一字詩：網。

毫無疑問，我們的世界運行在有形或無形的網絡之中，尤其是在信息技術飛速發展的今天。進入21世紀以來，技術進步和社會經濟的全球化，把世界更加緊密地聯結在一起，繫統性和復雜性已經成為各領域核心問題的共性特征。

正像《網絡》一書中指出的，繫統性和復雜性的現像在我們的生活中比比皆是，大到全球性的金融危機、生態繫統的穩定性，小到空手道俱樂部的分裂和足球隊的場上表現，其突出表現是繫或要素，通過相互關聯和影響所展現出的湧現性行為：在沒有中心控制和全局信息的情況下，僅僅通過個體之間的局域相互作用，繫統就可以在一定條件下展現出宏觀的時空或功能結構，在新的層次上湧現出具有整體性的性質和功能。在這裡應該強調的是，非線性的關聯和相互作用關繫對於繫統的湧現性至關重要，它使得繫統的整體行為不能通過個體行為的簡單疊加而獲得。因此，結構決定繫統功能，刻畫繫統中的相互作用關繫對於認識和理解繫統的宏觀性質意義重大。

而復雜網絡就是對繫統結構的一般和本質的刻畫。繫統中的個體對應於網絡的節點，個體之間的聯繫或相互作用對應於聯結節點的邊。網絡的抽像，超越了每個繫統自身的特殊性質、獨特背景和演化機制，讓我們可以用統一、普適的網絡分析方法去研究繫統的性質，進而加深對繫統共性的了解。事實上，自18世紀歐拉建立起圖與網絡的概念，解決了哥尼斯堡七橋問題開始，圖與網絡就成為刻畫結構的重要工具，並於19世紀中葉進入社會學領域，社會網絡分析由此成為社會計量學的重要工具。

1998年，沃茨—斯托加茨提出小世界網絡模型，指出少量的隨機捷徑會改變網絡的拓撲結構，從而湧現出小世界的效應；隨後，巴拉巴西提出了無標度網絡概念，解釋了增長和擇優機制在復雜網絡自組織演化過程中的普遍性和冪律的重要性。這些開創性的研究工作使我們認識到，實際繫統的網絡結構存在著許多超越經典隨機網絡的特殊性質，例如小世界性質、冪律度分布、不同的匹配關繫、社團結構等，我們需要建立更加細致、準確的概念，刻畫網絡結構並進而更加科學地認識繫統性質，以促進網絡科學的快速發展。

網絡描述方法已被廣泛應用於實際繫統的研究，例網絡、食物鏈網絡、因特網絡、賽博空間以及人與人之間交往的社會網絡等等，研究結果加深了對這些具體繫統的理解，並且提出了一繫列新的概念和分析方法。總體上說，網絡科學研究包括以下主要內容：一、 如何定量刻畫復雜網絡？通過實證分析，了解實際網絡結構的特點，並建立相應概念以刻畫網絡結構特征；二、 網絡是如何發展成現在這種結構的？建立網絡演化模型，理解網絡結構的產生和湧現；三、 網絡特定結構的後果是什麼？利用基於網絡的特定動力學過程，如新陳代謝網絡上的物質流、食物鏈網絡上的能量流、萬維網上的信息傳播、社會網絡上的輿論形成等等，探討網絡結構與功能的關繫；四、 利用網絡結構的設計和調整，控制和優化繫統功能。

意大利的圭多·.卡爾達雷利教授，是網絡科學領域的知名專家，在復雜網絡研究中，特別是社會、經濟網絡的分析和應用中頗有建樹。《網絡》一書，結合許多生動有趣的案例，如六度分隔實驗、空手道俱樂部、萬維網、食物鏈網絡、基因調控網絡等，深入淺出地介紹了網絡科學的發展歷程、核心概念和進展。書中沒有一個數學公式，但通過具體案例的解讀，能夠讓大家科學準確地把握網絡分析的基本概念，如小世界性質、無標度網絡的異質性、網絡中的社團結構、無標度網絡的脆弱性和魯棒性、網絡結構與傳播的關繫等，展現了作者強大的學術功力。可以說，《網絡》一書，是大家了解和進入網絡科學領域的非常好的一本入門讀物。

總的來說，復雜繫統的湧現現像是具有整體性和全局性的行為，不能通過分析還原的方法去研究，必須考慮個體之間的關聯和相互作用。從這個意義上講，理解復雜繫統的行為應該從理解繫統相互作用的網絡結構開始。2009年，《科學》雜志以“復雜繫統與網絡”（Complex Systems and Networks）為主題，發表一集專刊，其中巴拉巴西教授的一段話很有啟發意義。他指出，由於底層結構對於繫統行為有著重大的影響，除非探討網絡結構，否則沒有辦法去理解復雜繫統。希望《網絡》一書能夠帶領大家進入生動有趣的網絡科學領域。