
Graphen und Netzwerktheorie
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"Wer sich für technische Mathematik interessiert, wird den Erwerb mit Sicherheit nicht bereuen." Tam Hanna, Windows Developer, September 2024More details
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Content
- Intro
- Vorwort
- Inhaltsverzeichnis
- I Grundlagen der Graphentheorie
- 1 Grundbegriffe der Graphentheorie
- 1.1 Grundbegriffe für Graphen
- 1.1.1 Definition eines Graphen
- 1.1.2 Grad eines Knotens
- 1.1.3 Wege und Kreise
- 1.2 Typen von Graphen
- 1.2.1 Vollständige Graphen
- 1.2.2 Bipartite Graphen
- 1.2.3 Gerichtete Graphen und Multigraphen
- 1.2.4 Bewertete Graphen
- 1.2.5 Bäume und Wälder
- 1.2.6 Gozinto-Graphen
- 2 Das Kürzeste-Wege-Problem in unbewerteten Graphen
- 2.1 Aufspannende Bäume
- 2.2 Breitensuche
- 2.3 Tiefensuche
- 2.4 Anwendungen in der Praxis
- 3 Das Kürzeste-Wege-Problem in bewerteten Graphen
- 3.1 Der Kürzeste-Wege-Baum und die kombinatorische Explosion
- 3.2 Der Algorithmus von Dijkstra
- II Ausgewählte Probleme der Graphentheorie
- 4 Das Problem minimal aufspannender Bäume
- 4.1 Minimal aufspannender Baum
- 4.2 Algorithmus von Kruskal
- 4.3 Algorithmus von Prim
- 5 Matching-Probleme
- 5.1 Definition von Matchings
- 5.2 Matchings für bipartite Graphen
- 5.3 Maximal-Matching-Algorithmen
- 5.3.1 Greedy-Matching-Algorithmus
- 5.3.2 Verbessernde Wege
- 6 Das Problem des chinesischen Postboten
- 6.1 Euler-Kreise und Euler-Wege
- 6.2 Postbotenproblem
- 7 Das Problem des Handlungsreisenden
- 7.1 Hamilton-Kreise und Hamilton-Wege
- 7.1.1 Existenz von hamiltonschen Graphen
- 7.1.2 Beschreibung des TSP
- 7.2 Heuristiken
- 7.3 Anwendungen in der Praxis
- 8 Färbungsprobleme
- 8.1 Planarität und Satz von Euler
- 8.2 Knotenfärbung
- 8.3 Kantenfärbung
- 8.4 Dualität zwischen Knoten- und Kantenfärbung
- III Netzwerktheorien und -modelle
- 9 Netzwerktheorie - Bedeutung und neuere Erkenntnisse
- 9.1 Große Netzwerke in der Praxis
- 9.1.1 Interorganisationsnetzwerke
- 9.1.2 Beziehungs-, Freundschafts- und soziale Netzwerke
- 9.1.3 Informations-, Daten- und Wissensnetzwerke
- 9.1.4 Technologische Netzwerke
- 9.1.5 Biologische Netzwerke
- 9.2 Ausgewählte Erkenntnisse der Netzwerkforschung
- 9.2.1 Forschung im Bereich sozialer Netzwerke
- 9.2.2 Cluster als Kennzeichen sozialer Netzwerke
- 9.2.3 Kurze Wege als Kennzeichen sozialer Netzwerke
- 9.2.4 Skalen-Invarianz als Kennzeichen großer Netzwerke
- 9.2.5 Universalität als Kennzeichen großer Netzwerke
- 9.3 Weiterführende Literatur
- 10 Eigenschaften von Netzwerken
- 10.1 Charakterisierung von Netzwerken auf Knoten-Ebene
- 10.1.1 Unterscheidung von Hubs und Authorities
- 10.1.2 Lokaler Cluster-Koeffizient
- 10.1.3 Zentralitätsmaße eines Knotens
- 10.2 Charakterisierung von Netzwerken auf Teilgraphen-Ebene
- 10.2.1 Verfahren zum Auf?finden zusammenhängender Komponenten
- 10.2.2 Algorithmen zum Auf?finden von Communities
- 10.2.3 Klassifizierende Verfahren zum Auf?finden von Communities
- 10.3 Charakterisierung von Netzwerken mit statistischen Größen
- 10.3.1 Mittlerer Knotengrad und durchschnittliche Netzwerkdichte
- 10.3.2 Häufigkeitsverteilung der Knotengrade
- 10.3.3 Der Durchmesser und die mittlere Pfadlänge des Netzwerks
- 10.3.4 Der globale Cluster-Koeffizient eines Netzwerks
- 10.4 Weiterführende Literatur
- 11 Entstehung von Netzwerken - Netzwerkmodelle
- 11.1 Erzeugung von Netzwerken mit Gleich- oder Binomialverteilung
- 11.1.1 Erzeugung von Gittergraphen mit deterministischen Regeln
- 11.1.2 Erzeugung eines Erdös-Renyi-Zufallsgraphen
- 11.1.3 Erzeugung des Watts-Strogatz-Modells - zwischen Kreis- und Zufallsgraph
- 11.2 Erzeugung von Netzwerken mit skalenfreier Verteilung
- 11.2.1 Erzeugung eines skalenfreien Netzwerks durch das Wachstumsmodell
- 11.2.2 Erzeugung eines skalenfreien Netzwerks mit dem Barabasi-Albert-Modell des "Preferential Attachment"
- 11.2.3 Erweiterungen des Barabasi-Albert-Modells
- 11.3 Weiterführende Literatur
- 12 Dynamische Prozesse auf großen Netzwerken
- 12.1 Strukturelle und dynamische Komplexität großer Netzwerke
- 12.2 Robustheit von Netzwerken
- 12.2.1 Relevanz und Erscheinungsformen
- 12.2.2 Wesentliche Modelle und Lösungsverfahren
- 12.2.3 Zusammenfassung wesentlicher Erkenntnisse
- 12.3 Epidemische Ausbreitung in Netzwerken
- 12.3.1 Relevanz und Erscheinungsformen
- 12.3.2 Wesentliche Modelle und Lösungsverfahren
- 12.3.3 Homogene Modelle zur Beschreibung der Ausbreitung
- 12.3.4 Heterogene Netzwerkmodelle zur Beschreibung der Ausbreitung
- 12.3.5 Impfstrategien in heterogenen Netzwerken
- 12.3.6 Zusammenfassung wesentlicher Erkenntnisse
- 12.4 Suche in Netzwerken
- 12.4.1 Relevanz und Erscheinungsformen
- 12.4.2 Wesentliche Modelle und Lösungsverfahren
- 12.4.3 Zusammenfassung wesentlicher Erkenntnisse
- 12.5 Transportprozesse in Netzwerken
- 12.5.1 Datenverkehr und Datenstau in Netzwerken
- 12.5.2 Kaskaden in Transportnetzwerken
- 12.5.3 Zusammenfassung wesentlicher Erkenntnisse
- 12.6 Kollektives Verhalten in Netzwerken
- 12.6.1 Meinungsbildung in Netzwerken - das Voting-Modell
- 12.6.2 Informationskaskaden in Netzwerken
- 12.6.3 Spieltheorie in Netzwerken
- 12.6.4 Zusammenfassung wesentlicher Erkenntnisse
- 12.7 Weiterführende Literatur
- 13 Softwarebasierte Modellierung großer Netzwerke
- 13.1 Die Modellbildung als Forschungsprozess
- 13.1.1 Formulierung der Forschungsfrage
- 13.1.2 Formulierung der Forschungshypothesen
- 13.1.3 Festlegung der Modellstruktur
- 13.1.4 Implementierung und Verifikation des Modells
- 13.1.5 Analysen und Validierung des (Simulations-)Modells
- 13.1.6 Ergebnisdarstellung zur Entscheidungsunterstützung
- 13.2 Softwarebasierte Analyse und Visualisierung
- 13.2.1 Vorgehen bei der Datenbeschaffung und Datenimport
- 13.2.2 Softwarebasierte Erzeugung von Netzwerken
- 13.2.3 Grundlagen der Visualisierung und des Graphzeichnens
- 13.2.4 Softwarebasierte Analyse großer Netzwerke
- 13.3 Softwarebasierte Simulation dynamischer Prozesse in Netzwerken
- 13.3.1 Vergleich unterschiedlicher Arten von Simulationsmodellen
- 13.3.2 Simulation von Agenten auf regulären Netzwerken
- 13.3.3 Simulation des Wachstums von Netzwerken
- 13.3.4 Simulation dynamischer Prozesse in Netzwerken
- 13.3.5 Generierung von Simulationsdaten und Durchsuchen des Lösungsraums
- 13.3.6 Ausblick auf die Anwendung einer professionellen Multi-Methoden-Simulation
- 13.4 Schlussbetrachtung zur softwarebasierten Modellierung
- 13.5 Weiterführende Literatur
- Literaturverzeichnis
- Bildnachweise
- Index
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