节点数固定的复杂网络模型初探

由于随机图模型、小世界模型和无标度模型的结构上存在交叉性，有必要对复杂网络进行新的分类。本文将复杂网络分成两类：节点数固定的复杂网络和节点数变化的复杂网络，且重点研究了前一类网络。首先时节点数固定的网络进行了细分，然后分析了在边的不同连接方式下节点数固定的网络的度分布、平均最短路长度和聚类系数等特征，最后讨论了小世界特性与无标度特性产生的原因。研究表明，节点数固定的网络大多具有小世界特性，小世界特性与无标度特性是从不同的侧面来研究复杂网络的，从而很好地解释了在许多复杂网络这两种特性能够共存的原因。     

成本驱动的加权网络演变模型

建立以成本为主要偏好连接决定因素的加权网络演化模型,来深入理解交通运输网络背后的驱动力量.模型考虑交通运输业中的规模经济效应和拥挤效应,统一在成本函数之中.模型假设新点偏好连接成本小的点,连接后各边权重会发生变化,成本小的边流量增加可能性较大.根据航空业实际的成本函数进行数值模拟,模拟结果展示了服从截尾幂律分布的点度分布,非线性的点强度和点度关系,和先负后正的度相关性,能够较好地解释航空网络实证研究结果.     

具有边连接增长速度的演化网络度分布研究

近年来,研究发现复杂网络的拓扑结构可分为如下三个类别:随机图模型,小世界网络模型和无标度网络模型.产生这三种不同拓扑结构的主要原因是在网络进化过程中,其边连接方式和点增加方式的不同.实际的复杂网络中幂律(Power-Law)分布的指数范围经实测为[2,3],而当前理论研究结果为[2, ∞).在分析无标度网络演化过程的基础上,提出了一种新的边连接方式,即考虑了边连接增长速度的择优连接方式,并运用主方程方法得到了在这种连接方式下网络的度分布.理论分析与数值仿真表明:在新的演化规则下,通过调节不同的连接速度,可以使幂律分布的指数范围为[2,3].     

具有随机性的确定性网络模型

为了进一步研究复杂网络的统计特性,简单介绍了复杂网络的几个统计指标,给出了一种通过边的迭代方式生成一种确定性网络模型的方法.在此模型构造算法的基础上对网络的个别特性进行了推导,并通过计算机编程构造了模拟网络,对比了不同规模模拟网络的部分统计特性.由推导结果和模拟数据可知,迭代生成的网络具有较小的平均路径长度和较大的群聚系数,度分布服从指数分布.因此可判断出生成的确定性网络既具有小世界特性,又具有完全随机网络的特性.     

局域世界随机增长的加权网络模型

提出了一种新的加权网络模型.在该模型中新节点择优的局域世界是随机增大的,另外新节点除了以较大的概率在局域世界内择优连接之外还以较小的概率在局域世界外择优连接,并且已有的节点之间允许有新边的生成.该模型生成的网络的度分布、边权分布和点强度分布均为幂律分布.特别是许多实证研究表明这些分布具有的胖尾现象也能被该模型反映出来.该模型还指出点强度高度依赖于度并且它们之间服从幂律函数关系.     

基于边数随机增长的扩展无标度网络演化模型研究

经典BA无标度网络演化模型假定所有嵌入节点的初始连边数量均相同,而该假定对于许多真实的演化网络往往显得过于严格.为进一步增强模型的通用性,构建了具有边数随机增长特征,即所有嵌入节点的初始连边数量为独立同分布随机变量序列的扩展无标度网络演化模型(简记为ENRG-BA模型).运用马氏链解析法获得了ENRG-BA模型网络稳态度分布的精确表达式,并从分布的性质与数值模拟两个方面验证了解析结果的正确性.研究结果表明,当所有嵌入节点的初始连边数量均具有有限的期望和方差时,ENRG-BA模型存在网络稳态度分布;当所有嵌入节点的初始连边数量均具有相同的分布参数与相同有限区间长度的定义域时,ENRG-BA模型退化为Degenerate ENRG-BA模型(简记为DENRG-BA模型);当所有嵌入节点的初始连边数量均服从相同参数的单点分布时,DENRG-BA模型进一步退化为BA模型.ENRG-BA模型与DENRGBA模型的网络稳态度分布在大度数处均具有与BA模型网络稳态度分布相同的幂律行为,在小度数处则呈现出BA模型网络稳态度分布所不具备且类型丰富的马头形状,其中部分马头形状与某些实际演化网络的度分布中所...     

从复杂网络视角看文化信仰及商人与代理关系

用数值模拟方法,探讨了WS小世界网络和BA无标度网络这两种类型网络上商人与代理的关系.在WS规则生成的小世界网络中,结合文化信仰,观察了商人网络的节点平均度、执行欺诈策略的代理所占的比例和商人付给代理的工资这3个参数的变化对所有欺诈代理的平均收益和所有诚实代理的平均收益的影响.在BA规则生成的无标度网络中,则发现了顶点度与欺诈代理收益之间的关系.     

复杂供需网络的局域演化生长模型

在一般局域世界演化模型基础上,建立了供应链复杂网络的局域演化生长模型.应用节点间相关度的概念来确定每一新加入节点的局域世界,并定义局域世界的规模是动态增加的.通过解析的方法,导出这一模型的度分布、聚类系数和平均路径长度,发现其具备复杂网络的无标度、小世界等特性,并通过数值仿真进行了验证.     

具有老化机制的阿波罗网络模型

提出了一个具有老化机制的阿波罗网络模型.通过数学解析的方法得到了模型演化网络的节点的度分布和集聚系数的表达式,并推理出网络的平均路径长度是以网络规模的对数形式增长,表明了该网络同时具有小世界和无标度特性.通过计算机的模拟计算,得到的仿真结果与解析结果达到了很好的吻合,同时给出了节点的年龄分布,证明节点获得新连接的概率和年龄呈负相关关系,从而说明了本模型比随机阿波罗网络模型更符合现实网络.最后,分析了网络的可平面性及其对现实的理论指导意义.     

陆运快递网络的复杂结构特性及演化模型

陆运快递网络是快递企业包裹投递的基础,对其投递业务的完成具有重要影响。借鉴复杂网络理论研究方法,对陆运快递网络的复杂结构特性进行度量和分析,发现陆运快递网络是一个小世界网络,其度分布形式为无标度分布,存在明显地与地理位置相关的社区结构,并表现出富人俱乐部现象和节点度异配特性。根据这些结构特性,在BA无标度网络模型的增长和优先连接机制中,引入边的增长机制和节点城市的地理位置因素,构建陆运快递网络演化模型。仿真结果表明,该模型重构了陆运快递网络的主要结构特性,从理论层面揭示了陆运快递网络的生成演化机理,为快递企业在实践中构建地面投递路线提供理论依据。     

Preventing rumor spreading on small-world networks

Since the spreading of harmful rumors can deeply endanger a society, it is valuable to investigate strategies that can efficiently prevent hazardous rumor propagation. To conduct this investigation, the authors modify the SIR model to describe rumor propagation on networks, and apply two major immunization strategies, namely, the random immunization and the targeted immunization to the rumor model on a small-world network. The authors find that when the average degree of the network is small, both two strategies are effective and when the average degree is large, neither strategy is efficient in preventing rumor propagation. In the latter case, the authors propose a new strategy by decreasing the credibility of the rumor and applying either the random or the targeted immunization at the same time. Numerical simulations indicate that this strategy is effective in preventing rumor spreading on the small-world network with large average degree.     

基于小世界模型动态演化邻域的微粒群算法

分析了影响网络中信息传播的主要因素,并结合小世界网络的形成机制,提出了一种具有动态邻域结构的微粒群算法.该算法初始化群体拓扑结构为"聚集系数大,平均最短路径长"的环形规则网络,以降低邻域间信息交流的速度,保持种群的多样性.在算法进化过程中,当邻域多样性小于给定阈值时,以小概率向网络随机增加长距离边,逐步形成"聚集系数大,平均最短路径小"的小世界网络,加快邻域间信息交流的速度.仿真结果表明,结合适当的惯性策略,该算法能获得更好的收敛性能和收敛速度.     

用于社群结构探测的小世界特征遗传算法

针对网络社群结构探测问题,探讨一种小世界特征遗传算法.受小世界现象搜索机理和网络结构特征启发,构造一种社群结构局部搜索算子;进而将该算子引入遗传算法基本框架,提出一种小世界特征遗传算法.典型网络的社群结构探测的结果表明,与Girvan-Newman算法和模拟退火算法相比,小世界特征遗传算法探测到的社群结构具有更大的模块性值,从而证明该算法是可用且有效的.     

基于信任和推荐关系的可信服务发现

随着基于开放Web的服务网络中服务数量的急剧增长, 快速、准确地发现可信服务是面向服务计算的一个关键问题. 针对开放网络环境下可信服务发现工作量大、效率低等问题, 基于模拟现实世界的网络小世界特性, 设计了基于信任和推荐关系的可信服务发现方法. 首先, 提出一种开放的具有信任和推荐关系的服务网络模型, 给出该模型的形式化定义和两种关系的计算策略; 接着, 在具有信任和推荐关系的服务网络模型之上, 给出一种动态的可信服务发现算法, 该算法能有效减少服务的搜索路径, 在较短的时间搜索到可信服务; 最后, 仿真实验表明, 该方法能快速返回可信服务, 具有较高的效率和满意度.     

卷积神经网络复杂性质与准确率的关系研究

卷积神经网络的结构也会对其性能造成影响,设计卷积神经网络更多的是依靠经验和强大的算力,如何设计出性能更好的卷积神经网络目前缺少有效的理论支撑.为了解决这一问题,在分析典型卷积神经网络拓扑复杂性的基础上,为快速实现满足给定复杂性特征的卷积神经网络,给出了由复杂网络拓扑到卷积神经网络的生成算法,通过建立系列不同拓扑特征的卷...     

束流传输网络中束晕-混沌的控制与同步方法的若干进展

强流质子加速器的束流传输是国内外关注的一个重要课题.总结了一类规则网络--传统的规则束流输运网络中束晕-混沌的控制与同步方法的研究进展.着重综述混合网络--具有小世界和无标度拓扑结构的的束流输运网络中束晕-混沌的控制与同步方法的研究新进展,介绍线性耦合控制法和噪声驱动法,着重总结全局耦合与局部反馈结合的多目标分区控制与同步方法,该思想方法适用于任何由混沌节点耦合的复杂网络的控制与同步,具有应用潜力.     

语义Web的无尺度特性分析

在复杂网络分析中,通常采用随机网络模型。新的研究表明,在万维网中的网页链接结构与信息传播途径更加适合采用无尺度网络模型描述,即规模巨大的网络信息资源是由少量的以信息集散节点为核心的网络链接方式构成的。此外,万维网中同样具有一个“小世界”特征,具有相同主题的资源构成一系列小集群,进而构成无尺度网络。这些特性对基于XML/RDF等规范的语义Web同样存在。万维网无尺度特征的形成是人类人文活动的必然结果,是成长与进化的必然。语义Web的无尺度特征和小世界结构,对于语义Web的设计与实现,对信息的主动服务以及优化信息资源的组织方法都至关重要。     

基于多层Hopfield神经网络的配电网网络规划

分析了配电网网络结构规划模型,在此基础上提出用Hopfield神经网络进行网络结构规划.针对城市电网辐射状运行的特点,提出多层Hopfield神经网络模型、对应的能量函数以及参数选择规律.多层Hopfield神经网络的每一层对应于一个负荷点的供电线路,能量函数的建立同时考虑到各层的状态.提出一种新的基于多层Hopfield神经网络的配电网网络结构的规划算法,该算法通过使能量函数降到最低值,可以求得配电网网络规划问题的最优或近似最优解.新算法无需对线路编码、无需对数据进行归一化处理,更加易于编程实现.实例计算表明该方法可行、有效.     

采用平均加权的ad hoc网络分布式时隙同步算法

为了降低现有ad hoc网络分布式时隙同步算法复杂度,基于研究多个体系统行为特征的Vicsek模型,提出一种采用平均加权的分布式时隙同步算法。各节点通过计算自身及其邻节点时隙起始时刻的算术平均调整时隙位置,最终达到所有节点时隙位置的统一,实现全网同步。对算法在不同网络连接下的收敛性进行逐一分析,并对网络节点随机分布时的算法收敛性进行仿真,结果表明,算法适用于各种连通性网络且收敛速度较快。