复杂网络鲁棒性研究探讨

本文对复杂网络鲁棒性研究及其常用指标做一定的系统梳理,简介复杂网络鲁棒性研究进展,分析探讨复杂网络鲁棒性研究的一些研究成果,讨论提出进一步相关深入研究方向。     

基于复杂网络的供应链鲁棒性分析

主要关注不同干扰情况下的供应链鲁棒性的表现特征.在给出基于复杂网络的供应链的稳定鲁棒性和性能鲁棒性的基础上,采用多主体建模方法设计了供应链网络结构,将广义进化论的思想融入其中,实际模拟了供应链的结构变化过程,分析了该供应链网络在受到不同干扰(随机/有意)以及有无局部联盟的情形下,稳定鲁棒性和性能鲁棒性表现.仿真实验结果表明供应链鲁棒性遵循一定的统计变化规律,这为实际进行供应链鲁棒性分析、提高其抗干扰能力、增强其鲁棒性提供了一定的研究思路.     

基于复杂网络的电力信息相依网络鲁棒性研究

电力信息相依网络是目前智能电网发展的主要趋势,研究相依网络的鲁棒性是智能电网必须解决的挑战之一.为了实现这一目标,首先基于复杂网络建立单层电网和双层相依网络模型;其次根据评估指标从多种故障模式分析单层电网鲁棒性和相依网络的鲁棒性,并用IEEE30和IEEE118节点系统进行仿真验证,仿真结果表明相依网络的鲁棒性低于单层...     

基于复杂网络的公交-地铁复合网络鲁棒性分析

采用复杂网络理论,对中国西部某市公交-地铁复合网络的鲁棒性进行了分析.分析结果表明:复合网络在随机攻击模式下的鲁棒性较强,然而在目标攻击模式下较弱.本研究对提升公交与地铁系统之间的配合效率以及城市公共交通的综合运输能力具有重要的现实意义.     

市区公路交通网络特性及鲁棒性

为研究市区范围内交通网络是否合理,解决鲁棒性强弱等问题,采用随机攻击策略和蓄意攻击策略分析网络特性和鲁棒性方法,揭示出市区内公路交通网络的拓扑特性和鲁棒性特点,并选取沈阳市为试验区,研究其网络特性和鲁棒性.实验结果表明:沈阳市公路交通网络具有较小的连接任意路段节点之间的平均路径长度,表现出小世界特性和无标度网络特性,路...     

航空网络影响力节点识别与鲁棒性分析

为精确识别航空网络的影响力节点并分析其鲁棒性,使航空网络优化策略更具有针对性,提高网络抗干扰能力。通过建立航空网络模型,并根据航空网络拓扑结构和节点流量特点,提出结合改进的复杂度矩阵和节点效率的效率度指标,研究了识别网络影响力节点,并采用连通鲁棒性指标和功能鲁棒性测度航空网络鲁棒性。以华北地区网络进行实证分析,结果表明：效率度指标具有有效性且更加适合航空网络;影响因子比例为a=0.3,b=0.7时连通鲁棒性最差,网络节点更趋向于与大流量节点相连;影响比例因子为a=0.4,b=0.6时功能鲁棒性最差,网络大流量节点位置信息重要性不明显,即不全部位于中心位置会趋于边缘化。     

考虑节点失效和边失效的航空网络鲁棒性

运用复杂网络方法,构建无向加权航空网络模型,在分析其拓扑结构特性的基础上,提出一种考虑节点失效和边失效的航空网络鲁棒性评价策略,评估在不同攻击策略下网络的鲁棒性.研究结果表明,中国航空网络可以归类为小世界网络,且度分布近似幂率分布,符合复杂网络基本特征.当网络中大部分节点(机场)或边(航线)随机失效时,中国航空网络仍可以保持连接,具有较强的鲁棒性,而在蓄意攻击下,少数节点或边失效就会导致网络迅速瘫痪,鲁棒性较弱,且加权节点介数和加权边介数攻击对网络的破坏力较强.     

华北航空相依网络统计特征与鲁棒性分析

为了研究在极端恶劣天气、军事活动或空管设备失效等影响下,航空网络的安全性与有效性,构建由机场网络、航路网络、管制网络互相连接而形成的航空相依网络模型。结合华北地区的实际数据,对网络的特性以及网络的鲁棒性进行研究。分析结果表明三个层网络以及航空相依网络均是小世界网络,静态的航空相依网络的鲁棒性比动态的更好,网络的内边比网络的节点受失效的影响更大。结合分析结果,给出优化航空网络结构特性和提高航空相依网络鲁棒性的建议。     

聚类系数指标对复杂网络鲁棒性的影响分析

分析了采用度分布相同且聚类系数不同的三种类型网络(中性网络、同配网络和异配网络)在遇到随机故障或者蓄意攻击时,网络的初始聚类系数变化对网络鲁棒性的影响.实验分析表明,网络的初始聚类系数越大,网络在受到随机故障或蓄意攻击时网络中最大连通子图的直径和网络中最大连通子图的平均路径长度的起伏也就越大.初始聚类系数的变化在异配网中对网络鲁棒性的作用最明显,中性网次之,对同配网的鲁棒性不明显.     

粤港澳大湾区机场群航线网络特征分析

针对粤港澳大湾区机场群空域资源紧张问题,通过建立粤港澳大湾区机场群的航线网络模型,运用复杂网络分析方法,计算出航线网络模型的各种统计指标,对机场以及机场群的航线网络进行分析研究.结果表明:广州白云机场和香港国际机场在粤港澳大湾区机场群内地位逐渐突出;机场群向外辐射的国内航线网络存在区域性分布不均;机场群的国内航线网络具...     

网络结构鲁棒性指标及应用研究

为了更好地测度网络抵御破坏的能力,基于网络连通和恢复能力提出了连接鲁棒性和恢复鲁棒性两种指标.运用这两种指标,以网络规模为500,取20次独立实验的均值,对ER随机网络、规则网络、BA无标度网络以及WS小世界网络4种典型网络结构进行仿真.实验结果表明:ER随机网络对于恶意攻击的鲁棒性要优于其他3种网络; BA无标度网络仅节点恢复鲁棒性较好,边恢复鲁棒性和连接鲁棒性最差; 规则网络拥有很好的连接鲁棒性但恢复鲁棒性最差; WS小世界网络受其参数影响,鲁棒性介于ER随机网络和规则网络之间.同时还发现,网络结构鲁棒性的下降随着去除节点个数的增加和网络结构参数的改变而呈现出一定的“涌现”现象.     

利用链路预测推断网络演化机制

直接建立演化模型推测影响网络演化的因素是目前研究网络演化制的常用方法,但由于可供比较的结构特征量太多,不同的模型之间难以进行定量化的比较.链路预测是指利用网络的结构或者节点的属性息预测未产生连接的两个节点间产生连接的可能性.其本质是挖掘网络产生连边的原因和驱动力,这同时也是网络演化模型所关的问.实际上,一个演化模型原则上都可以对应于一种链路预测的算法.因此,助链路预测的理论框和评方法可以定量化地对不同演化模型所对应的链路预测算法进行评,从而间接地对演化模型的表现进行定量比较.本文首先绍于节点接近性的链路预测方法,然后讨论利用链路预测推测网络演化制的本框.在以中城市航空网络为例的实证分析中发现,当单独利用结构(共同邻居数目)和节点属性(地理位、人口、GDP和第三产业产值)作为定义接近性的因素时,于共同邻居的算法预测准确度最高,暗示网络演化主要受结构因素影响,其次才是外在因素.而将四种于节点属性的算法与于结构的算法耦合进行计算时,共同邻居配合第三产业产值效最好,与偏相关分析和因分析的结论一.本文为研究网络演化模型供了全新的视角和分析工具.     

基于级联失效的复杂网络抗毁性

传统的复杂网络抗毁性研究主要基于网络静态连通性,而忽视了网络动态特征。该文在网络动态性基础上,研究级联失效条件下复杂网络的抗毁性能,对ER随机网络模型、BA无标度网络模型和PFP互联网拓扑模型这三种模型在不同攻击策略下的抗毁性进行了对比分析和仿真实验。实验结果表明：在随机攻击下,ER网络表现最为脆弱,而BA网络的抗毁性远不如PFP网络;在故意攻击下,3种网络模型对最大节点度优先攻击、最大节点介数优先攻击以及最大边介数优先攻击这3种攻击策略的抗毁性都很脆弱,仅需攻击极少量关键边即可使网络崩溃,但是相对而言PFP网络具有明显优势。通过上述分析,本文认为网络的动态特性对网络抗毁性影响很大,因此应在评估复杂系统可靠性、设计可靠网络拓扑、网络元素保护策略或是攻击策略中予充分考虑。     

中国城市航空网络航线连接机制分析

航空网络具有重要的经济价值和社会价值.该文研究了中国城市航空网络,其中城市是节点,具有直航航班之间的城市相互连接.实证数据发现,该航空网络度分布是双段幂律的.通过对优先连接模型进行数值分析,该文发现无论是以几何距离还是以城市规模做为优先连接的指标,都无法再现该网络的度分布特征.该文猜想城市经济发展程度主要决定了该城市在航空网络中的地位.偏相关分析表明第三产业产值与航空客运量的相关程度最高.基于此,该文建立了以第三产业产值作为优先连接指标的航空网络演化模型,该模型很好地再现了实证网络的拓扑特征.该文成功将网络节点的外部特征引入网络演化模型中,拓广了网络演化模型的研究视野,不仅提出了航空网络演化机制新的解释,而且对于网络建模的理论研究具有一定的借鉴价值.     

考虑网络攻击的微电网弹性分布式控制策略

为了提升攻击检测和隔离响应的速度,降低对系统的负荷,提出了一种针对网络攻击的微电网弹性分布式控制策略。首先分析了3种类型的时变网络攻击对对通信链路、局部控制器和主控制器的影响。然后提出了一种弹性分布式控制策略,使得每一个参与者都能及时、迅速地检测和隔离损坏的链路和控制器。在控制策略中引入开关频率随机的非周期间歇控制机制,从而提升微电网系统对连续攻击的鲁棒性。最后通过仿真平台对提出的方法进行验证。结果表明:该分布式控制策略能够在不妨碍微电网正常运行的情况下,及时准确地检测和隔离网络攻击。     

网络脆弱性以及鲁棒性理论的近期研究发展

针对近几年来网络脆弱性的研究和发展进行分析,并介绍了一些基本概念及相关概念在复杂网络中的应用.同时,还对供应链和交通运输网络的鲁棒性进行了探讨.研究表明:在研究网络脆弱性和鲁棒性时,单纯依靠网络的结构来检验网络脆弱性是不够的,特别是某些网络的特性、用户的行为和成本等重要信息必须加以认真细致的研究.     

基于复杂网络的中国四大机场群多极航线网络结构特征分析

为了科学优化我国机场群航线网络发展布局,以京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝双城经济圈四大世界级机场群作为研究对象,基于复杂网络分析方法构建了机场群航线客运网络模型,测度航线网络结构的基本特征指标、中心性指标以及机场群成员间相似系数。结果表明：四大机场群航线网络均具有小世界网络和无标度特征;网络中心化程度较高,具有紧密集中趋势,机场间航线分配不均匀,通达性差异大,枢纽机场控制作用突出;长三角机场群成员间航线同质化特征显著,明显高于其他三个机场群。