Model construction and analyses of a class of scale-free network with variable power law exponent

多数现实网络的度分布指数(幂指数)介于(2,3),而BA网络的度分布指数恒等于3.基于BA模型,引入老节点之间的择优连接机制,建立了一类变幂率的无标度网络模型,给出了这类复杂网络演化的解析结果,证明了在不同的参数下,其幂指数介于[2,3].同时指出,BA网络只是该模型的一个特例,通过一些实际网络数据的分析,说明了该网络模型的有效性和合理性.     

复杂网络中的微积分思想

通过对复杂网络经典BA模型和其扩展模型中的网络度分布研究,介绍了在复杂网络中运用微积分思想计算复杂网络度分布的方法;具体通过微积分给出了网络的度分布的分析求解过程.     

BA指数网络结构特性精确计算

度分布和平均路径长度是复杂网络的两个重要结构特性.对于随机增长的网络,其平均路径长度一般主要通过计算机模拟给出数值结果,尚无一个普适的解析计算方法.为此首先利用主方程的方法对BA随机指数网络的度分布进行解析推导,与Barabási等的结果相比所得度分布与计算机模拟值更接近.然后对BA随机指数网络和BA确定性指数网络的平均路径长度进行解析计算,所得结果与经典的ER随机图相似,即平均路径长度以网络大小的对数形式增长.此外,对BA随机指数网络平均路径长度的模拟值与解析计算结果相吻合.最后,对BA确定性指数网络的度分布与直径进行了解析计算,并对两个网络的结构特性作了比较.比较结果表明,BA随机指数网络和BA确定性指数网络的结构性质虽然存在量上的差异,但从定性角度来说,其拓扑结构是相同的.     

BA演化模型的一种扩展

提出了BA模型的一个扩展模型.仿照Logistic模型,对BA模型的优先选择概率进行改进,利用连续理论和比率方程分析扩展模型的度演化及其度分布.解析结果表明在一定的条件下,扩展模型与BA模型是等价的.并且利用Matlab对扩展模型进行了模拟仿真,试验结果表明,其度的时间演化在某些条件限制下发生了改变并且其度分布不再是幂率分布而是在双对数坐标平面上是弯曲的.     

无标度网络BA模型的物理内涵及其改进模型的比较

建立合适的网络模型有助于理解和研究网络结构和网络的动力学行为.本文考察了复杂网络的BA模型以及它的改进模型,分析比较每个模型的物理内涵及度分布,讨论了网络演化中择优机制的差异可能对其度分布特征产生重要的影响.并在各模型的基础上提出了一个新的更符合实际的改进模型,为复杂网络模型的更深一步探索提供了一个新思路.     

不确定网络及其度分布的马氏链数值分析

采用不确定理论的方法,基于BA模型及演化网络模型,通过在择优概率的基础上加入不确定变量,提出一个能较好描述现实复杂网络特征的不确定演化网络模型。针对该模型,运用马氏链数值方法,根据连线增加和删除数目的不同关系导出相应的度分布和幂率指数的表达式。理论、数值分析和模拟结果表明:该模型能自组织演化成无标度网络,度分布遵循幂率分布,与现实中的一些网络相吻合,由于不确定性的普遍性,该模型具有一般性。     

局域世界演化模型在贵州输配电网中的应用

根据贵州电网潮流图和相关数据绘制出其输配电网各节点连接图,运用小世界网络、无标度网络和局域世界演化网络模型对贵州输配电网络的结构特征进行了分析验证,通过实例将贵州电网潮流图分成4个部分,78个节点,对研究节点i的度ki统计,应用网络分布服从指数分布,BA网络的度分布函数,局域世界演化模型的度分布函数相关数据的计算结果比较,表明贵州输配电网符合局域世界演化模型,具备该模型的特性在输电网络中,应加强对集散节点的监控和保护,有必要对相继故障的发生机理、相继故障的预防和控制作深入的研究,确保电力网络安全稳定地运行.     

复杂网络度序列长度分析

针对度分布符合泊松分布的复杂网络模型,文中从理论的角度证明了其度序列(1≤k_1k_2…k_l)长度l也是log_2N(N为网络节点数)级别的,并对随机网络、小世界网络、无标度网络模型的度序列长度进行了仿真实验,结果证明了该结论的正确性;针对现实世界中网络模型的数据集,文中也进行了度序列长度的计算,发现该结论在现实网络中也是正确的.     

一类点边同时变化的无标度复杂网络模型研究

在BA模型的基础上,提出了一个能较好描述现实复杂网络特征的无标度网络模型.该模型的节点和连边能同时发生变化,即新节点的加入和旧节点的删除,旧节点的再生连接和删除.运用连续介质理论和平均场理论建立起与之对应的演化方程,并计算出了它的严格解,导出了该模型的度分布和幂律指数的表达式.研究分析表明:该模型能自组织演化成无标度网络,其幂律指数在1~3范围内,这与现实中的许多复杂网络相吻合,因此,该模型更具有一般性.     

均匀增长无标度网络的等价模型

分析了无标度网络的BA模型和与BA等价的随机连接到边模型.在给出边的权重和节点适应度定义的基础上,提出了无标度网络的边加权网络模型和节点适应度模型.通过解析的方法证明了它们与BA模型的等价性.计算机模拟的结果也说明了它们的等价性,并给出了4个等价模型之间的比较.     

一类变幂率的无标度网络模型构建和分析

依据网络中节点的局域特征,提出了一种简单的节点重要性的度量方法.其主要原则是网络中节点的重要性不但与节点本身的度具有一定的关系,而且与节点的邻居节点的度也存在一定的关联.实验结果表明:该方法能够在不了解网络全局拓扑架构的基础上,比较细致地描述网络中各节点之间的差异性,而且算法时间复杂度仅为o(m+n),因此对于大型复杂网络也可以获得理想的计算能力.     

基于节点吸引力的可调参数复杂网络模型

针对真实网络的生长演化规律,以及BA无标度网络模型和原始的节点吸引力模型在择优连接以及生成网络统计特征方面所存在的问题,综合考虑复杂网络生长演化过程中节点度和节点吸引力的择优连接特性,提出了一种基于节点吸引力的可调参数复杂网络模型. 理论研究与仿真实验分析表明,基于节点吸引力的可调参数复杂网络模型可以有效生成结构稳定并与实际网络统计特征很接近的复杂网络,通过调节模型参数可以灵活调整网络的生长演化过程. 模型生成的网络度分布仍然服从幂律分布,并且具有较高的群集系数和平均路径长度.      

一种新的获得无标度网络的方法

提出一种新的获得无标度网络的新方法。该方法是从一个已有任意网络中,按照与度成反比的概率去除一个老结点,即结点连边越少、度越小,该点被去除的概率越大;去除一个老结点后,将一个新结点按照度优先原则加入到网络中去,占据去除结点位置;如此反复演化,可以获得一个无标度网络,该网络具有度分布较为集中,没有标准BA无标度网络的胖尾。     

Master方程的修正及其对BA模型度分布的计算

Master方程是计算无标度网络度分布演化规律的一种常用方法.提出了对原始的Master方程进行修正,加入了节点增长机制,修正后的Master方程具有离散性,能够更精确、更有效的计算真实复杂网络的度分布演化规律.用修正的Master方程分析BA模型度分布的解析式并计算,由此得到BA模型度分布对数图.把离散性的Master方程与连续性的平均场理论进行对比分析,并在同一坐标系下分别做出用两种理论计算的BA模型度分布的对数图.     

无标度网络的相关性和联合度分布

研究无标度网络的相关性.关于相邻点对的联合度分布,利用率方程方法把已有的结果推广到BA模型的一般情况.同时使用平均场方法给出任意点对的联合度分布.     

一种基于社团和分层思想的无标度演化模型

针对复杂网络节点度分布服从幂律分布问题, 给出一种基于社团和分层思想的无标度演化模型. 该模型利用转轮思想和限制节点度改进了无标度模型的优先连接策略; 加入分层结构优化了无标度网络的搜索; 将局域世界模型中的局域世界思想引入到模型中, 并利用社团结构改进了局域世界模型中局域世界的不确定性问题.  理论分析证明了模型的度分布服从幂律分布, 且幂律指数可调.  模拟实验结果表明, 模型有较小的平均路径长度和较大的聚类系数,  且两层网络搜索效率优于单层网络搜索.     

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.     

扬州市公共交通网络复杂性分析

城市公共交通系统可以抽象为由公交线路和停靠站点构成的网络,公交网络构成了一个典型的复杂网络。本文以扬州市的公共汽车交通系统中的停靠站点为研究对象,对其进行了复杂性分析,计算了网络的度分布、平均路径长度、聚集系数等指标。结果表明,扬州市公共交通网络的度分布符合幂律分布,并且具有较小的平均路径长度和较大的聚集系数。从而证实扬州市公交网络符合小世界特性和无标度特性。     

镇江公交网络静态特性分析

城市公交系统在城市交通中具有重要作用,城市公交网络的静态特性对公交系统的性能具有重要影响。针对镇江公交特点,采用公交站点网络（SpaceL）方法对镇江公交网络建模,通过计算节点度、路径长度和聚集系数及其分布规律,分析镇江公交网络的静态特性。结果表明,镇江公交站点网络节点度分布服从指数分布,平均路径长度为14．9019,平均聚集系数为0．1039,具有明显的小世界网络特性。