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规模:复杂世界的简单法则
01 大背景
简介、概述和总结
- 生命的复杂性和多样性
- 潜藏在复杂性背后的潜在规律
- 规模法则的特性和来源
- 规模法则的普遍性
宏观性框架解决问题
- 寿命的限制
- 城市与公司的科学
- 生长与可持续发展
- 资源与能源
我们生活在一个呈指数级不断扩张的世界中
- 城市化的指数级发展
- 人口增长与城市化
- 双重属性
- 许多挑战的根源
- 创新和观念的蓄水池
- “城市科学”“公司科学”
生命和死亡的问题
- 生物与城市的对比
- 城市的双重属性
- 死亡的必然性与不可避免性
- 科学视角的死亡
能量、新陈代谢和熵
- 生命的规模与代谢率
- 能量与新陈代谢的重要性
- 热力学第二定律与熵
规模真的很重要:规模缩放和非线性行为
- 规模缩放的可缩放性
- 数学规律与相似性
- 线性与非线性
- 规模经济与“亚线性规模缩放”
规模缩放与复杂性:涌现、自组织和系统韧性
- 复杂系统的特征
- 涌现行为与自组织
- 系统韧性与适应能力
你是你自己的网络:从细胞到鲸的生长
- 代谢率与体重的关系
- 幂律 (3/4法则)
- 异速生长曲线
城市与全球可持续发展:创新和奇点循环
- 城市化的挑战和机遇
- 基础设施的亚线性规模缩放
- 社会经济指标的超线性规模缩放
- 创新和奇点循环
公司与商业
- 公司的增长和消亡
- 规模经济与创新
- 公司与生物体的对比
02 万物的尺度:规模法则
从哥斯拉到伽利略
- 比例关系的科学依据
- 增长的极限
误导性结论和规模缩放的错觉:超人
- 力量与体重的关系
- 比例缩放的错觉
数量级、对数、地震和里氏震级
- 数量级与指数
- 对数与里氏震级
举重与验证伽利略
- 力量与体重的2/3次幂关系
个体表现与规模缩放的偏差:世界上最强壮的人
- 规模缩放的偏差
更多的误导性结论和规模缩放的错觉:从大象的LSD剂量到儿童泰诺药剂量
- 药物剂量与体重的关系
- 规模缩放的重要性
BMI、凯特勒、平均人和社会物理学
- BMI的局限性
- 社会物理学
创新与增长的极限
- 创新的重要性
- 增长的限制因素
“大东方号”、宽轨铁路和伟大的伊桑巴德·金德姆·布鲁内尔
- 规模与创新的关系
- 失败的教训
威廉·弗劳德和建模理论的起源
- 建模的重要性
- 弗劳德的贡献
相似性和比拟:无量纲量和尺度不变量
- 无量纲量的重要性
- 尺度不变量
03 生命的简单性、一致性和复杂性
从夸克、字符串到细胞、鲸
- 生命的层级结构
- 统一的框架
代谢率和自然选择
- 代谢率的重要性
- 自然选择与适应
潜藏在复杂性下的简单性:克莱伯定律、自相似性和规模经济
- 克莱伯定律(3/4法则)
- 自相似性
- 规模经济
普遍性和掌控生命的神奇数字“4”
- 1/4次幂法则的普遍性
- 神奇数字“4”的起源
能量、涌现规律及生命的层级结构
- 能量流等级系统
- ATP与新陈代谢
网络与1/4次幂异速生长规模法则的起源
- 网络的普遍性
- 空间填充网络
当物理学遇上生物学:理论性质、模型和证明
- 跨学科研究的重要性
- 理论与实践的结合
- 网络原理和异速生长规模法则的由来
- 哺乳动物、植物的代谢率和循环系统
- 题外话:尼古拉·特斯拉、阻抗匹配、交流电/直流电
- 回到代谢率、心跳和循环系统[15]
- 自相似性和神奇数字“4”的由来
分形:神秘的边界延长
- 分形的特征
- 分形维数
04 生命的第四维:生长、衰老和死亡
生命的第四维
- 空间填充网络与第四维
- 代谢与能量限制
为什么没有体形小如蚂蚁般的哺乳动物?
- 哺乳动物的最小体形限制
- 循环系统的限制
为什么没有体形大如哥斯拉般的哺乳动物?
- 哺乳动物的最大体形限制
- 重力与生物力学
生长
- 确定性生长和非确定性生长
- 生长曲线
全球变暖、温度的指数标度、生态学代谢理论
- 温度对生命的影响
- 生态学代谢理论
衰老和死亡
- 衰老和死亡的机制
- 寿命的限制因素
05 从人类世到城市世:一个由城市主导的地球
生活在以指数级速度不断扩张的宇宙中
- 人口增长和城市化
- 指数级增长的挑战
城市、城市化和全球可持续性
- 城市的双重角色
- 可持续发展的挑战
3.题外话:指数发展究竟是什么?一些警世寓言
- 指数级增长的数学原理
- 米粒和棋盘的故事
工业城市的崛起及不足之处
- 工业化的影响
- 城市化的问题
马尔萨斯、新马尔萨斯主义者和伟大的创新乐观主义者
- 人口增长与资源限制
- 创新的作用
一切都是能源,笨蛋
- 能源的重要性
- 可持续能源的挑战
06 城市科学的序曲
城市和公司只是大型生物体吗?
- 城市与生物体的相似性
- 新陈代谢运动
圣·简和巨龙
- 简·雅各布斯与《美国大城市的死与生》
- 城市规划的批判
一段旁白:有关花园城市和新城镇的个人经历
- 花园城市运动
- 新市镇的经验
中段总结和结论
- 城市的多样性和复杂性
- 城市科学的必要性
07 走向城市科学
城市的按比例缩放
- 城市规模与基础设施的关系
- 亚线性规模缩放
城市与社会网络
- 社会网络的结构和动力学
- 邓巴数
这些网络是什么?
- 空间填充网络
- 终端单元的恒定性
城市:晶体结构还是分形?
- 中心地位理论
- 分形城市
城市是巨大的社会孵化器
- 社会互动的倍增效应
- 超线性规模缩放
你有多少亲密的朋友?邓巴和他的数字
- 社会网络的层级结构
- 六度分隔理论
词语与城市
- 齐普夫定律
- 城市规模的分布
表现过度和表现不佳
- 规模法则的偏差
- 城市表现的评估
财富、创新、犯罪和系统韧性的结构:个体与城市排名
- 城市指标的超线性增长
- 城市表现的差异性
可持续性序曲:有关水的短暂离题
- 水资源的重要性
- 城市用水的挑战
08 从流动性和生活节奏到社会联系、多样化、新陈代谢和增长
1.生活节奏的加快
- 社会经济时间的加速
- 规模法则与生活节奏
2.在不断加速的跑步机上生活:城市是一台不断缩小的时光机
- 科技进步与时间压缩
- 对未来的预期
3.通勤时间和城市规模
- 扎哈维的发现
- 马尔凯蒂恒定值
4.步行节奏的加快
- 城市规模与步行速度
- 生活节奏的体现
5.你并不孤单:移动电话成为人类行为探测器
- 大数据与城市研究
- 手机数据的应用
6.检验和证实理论:城市中的社会连通性
- 手机数据与城市规模法则
- 社会互动的量化
7.城市移动的规则结构
- 城市移动的规律性
- 空间填充网络的应用
8.分形城市:社会与自然一体化
- 城市形态的分形特征
- 社会与自然的融合
09 迈向公司科学
1.沃尔玛是比例扩大的乔木材公司吗?谷歌是体形更大的熊吗?
- 公司规模的分布
- 公司的比例变化
2.开放式增长的神话
- 公司的增长动力学
- 利润与增长的关系
3.令人惊讶的公司死亡率的简单性
- 公司的生存曲线
- 公司寿命的影响因素
10 有关可持续性的大一统理论的前景
- 创新循环与加速
- 可持续性的挑战
- 大一统理论的必要性
后记
21世纪的科学
- 复杂性科学的重要性
- 跨学科研究的兴起
跨学科,复杂系统和圣塔菲研究所
- 圣塔菲研究所的使命和影响
- 跨学科合作的意义
附言和致谢