基于复杂网络理论的中国航路网络抗毁性分析

为有效评估航路点或航段失效对中国航路网络的影响,运用复杂网络理论建立的网络抗毁性测度方法,对中国航路网络模型的结构、运行特性及其抗毁性进行了实证分析.结合航路网络结构特性,以最大连通子图尺寸、聚集系数、整体效能下降率为测度指标,采用不同的攻击策略,对中国航路网络的抗毁性进行仿真分析:航路网络的抗毁性由少数航路点和航段维系的,无论节点攻击还是边攻击,网络总体表现出对随机攻击策略的鲁棒性及蓄意攻击的脆弱性,且边的抗毁性高于节点的抗毁性.其中,对网络模型连通性影响最大航路点是恩施、南充、天门等介数值较大的航路点;针对度及介数进行的蓄意攻击,攻击航路点数量达到6%时,就能使中国航空网络效率下降至50%左右;同时基于边介数策略攻击效果最好,表现出脆弱性.     

一种对蓄意攻击具有鲁棒性的无标度网络

无标度网络具有对蓄意攻击脆弱性的特性,分析发现hub节点的存在是这一问题产生的根源.文章给出了通过对网络增长过程中加入随机边,促使hub节点作用退化的PBA模型.实验和分析表明该模型有效提高了对蓄意攻击的鲁棒性.     

基于复杂网络的危险品运输网络抗毁性测度分析

在构建危险品运输网络模型的基础上,采用复杂网络理论对该网络模型抗毁性测度及特性进行研究。首先,根据网络模型的配送特性,提出"网络风险效率"和"最大连通度"抗毁性测度;接着,通过建立危险品运输网络介数模型和对道路网络节点和边的随机和蓄意攻击,描述网络模型的流量和拓扑特性,继而构建基于复杂网络理论的危险品运输网络抗毁性研究框架。实验结果表明:本文构建的抗毁性测度可以很好表征危险品运输网络的抗毁性能水平,且网络抗毁性是由少数节点和边维系的;无论节点攻击还是边攻击,网络均表现出对随机攻击的鲁棒性和蓄意攻击的脆弱性,故抗毁特性更接近于无标度网络,且边的抗毁性高于节点的抗毁性;此外,在攻击较多节点和边时,度攻击的抗毁性较弱,且网络配送的可达性优于风险值增长水平。     

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.     

突发事件条件下旅客列车流网络脆弱性分析

为了对全路旅客列车开行方案的高效性及可靠性进行研究,基于全国铁路旅客列车开行方案构建旅客列车流网络,建立了列车流复杂网络节点与边的容量-负荷混合动态模型以分析其脆弱性. 运用计算机仿真的方法,分别模拟蓄意攻击与随机故障条件下旅客列车流网网络效率,结果表明我国铁路旅客列车流网络在蓄意攻击条件下脆弱性明显,而对于随机故障具有较强的抵抗性.     

原图边与线图边扰动的相继故障仿真研究

本文将ER随机网络与BA无标度网络转化为线图结构,并将线图与原图的故障规模做归一化计算,提出基于BA无标度网络和ER随机网络拓扑结构的线图结构,继而进行线图边扰动的仿真实验,进行蓄意和随机两种方式的攻击,模拟相继故障的发生,并将其与原图边扰动的相继故障进行比较.通过对仿真结果中线图与原图间的阈值关系进行比较,实验结果表明:不论蓄意攻击还是随机攻击,在相同的扰动值下,原图引起的故障规模总是比线图大.     

相互依存网络耦合映像格子的相继故障

本文基于耦合映像格子的相继故障模型,利用仿真和统计分析的方法,研究了BA同构依存网络(BA-BA)和异构依存网络(BA-ER)在随机攻击和蓄意攻击两种攻击方式下的相继故障行为.本文选择了偏好依存和随机依存两种方式分别构建了依存网络.研究结果表明∶(1)同构的偏好依存网络和随机依存网络表现出了类似的相继故障特性,即这两种依存方式下的网络都对随机攻击鲁棒,对蓄意攻击脆弱.同时,随机依存方式能增强BA同构依存网络的鲁棒性.(2)异构的偏好依存网络和随机依存网络表现出了和BA同构依存网络相反的特性,即异构的依存网络对随机攻击脆弱,对蓄意攻击鲁棒,且随机依存方式也增强了异构依存网络的鲁棒性.本文的研究结果对进一步理解相互依存网络的拓扑结构及依存方式对依存网络鲁棒性的影响有重要的参考价值.     

混合攻击下的网络保护策略研究

针对混合攻击策略对复杂网络造成的破坏性明显大于传统的点、边攻击策略这一现状,提出了基于不同类型连边的两种网络保护策略,以此提高网络的鲁棒性。通过对4种不同类型的仿真网络和实证网络进行了研究,研究结果表明:相比于混合随机攻击,混合蓄意攻击下几种不同类型网络的边连通率均较低,鲁棒性较差,而本文提出的两种保护策略均能够提高网络在混合蓄意攻击下的鲁棒性,且基于冗余边的保护策略,将网络的鲁棒性大约提高到原鲁棒性的1.5倍。     

城市基础设施网络关联响应研究

为了研究灾害在基础设施网络间的传播情况,提出一种基于复杂网络的基础设施网络关联响应的计算方法.给出基础设施系统的网络模型描述规则,并以华中地区某城市的供水和供电系统为例建立了基础设施系统关联响应模型.给出了网络关联响应因子的定义,研究了城市供水网络和供电网络在随机失效和蓄意攻击下关联因子的变化,结果表明:攻击发生时,关联响应因子先增加后减少,随机攻击时的关联因子比蓄意攻击时要大.     

相依网络在不同攻击策略下的鲁棒性

相依网络的鲁棒性是网络科学研究的重点问题之一,目前很多重要的工作都致力于这一问题的研究.基于此,系统研究了相依网络在几种蓄意攻击策略下的级联失效过程,发现了同时考虑两个网络中相依节点度的特性比考虑单侧网络节点度的特性的攻击策略更有效.研究成果不但有助于理解相依网络级联失效的过程,而且为找到相依网络的弱点并进行有效的保护和攻击提供了有益的提示.