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。     

风险扩散下城市群多模式交通网络的韧性演化

深入分析风险扩散阶段城市群多模式交通网络的动态韧性演化特征，有助于提高城市群风险抵御能力。本研究基于复杂网络理论及其扩展理论，以城市群公路、铁路、航空网络为基础，构建城市群多模式多层次交通网络模型，将节点度、节点介数与可达性相匹配，分析其风险扩散下的静态拓扑特征；以级联失效动力学理论为基础，考虑不同阶段节点初始风险水平、风险预警阈值与风险抵御能力，根据影响风险扩散的节点与连边测度指标，构建风险动态扩散模型；考虑风险冲击下结构、功能变化特征，构建网络结构、功能韧性测度模型，并通过其耦合值表征多模式交通网络韧性性能。以关中平原城市群多模式交通网络为研究对象，运用Python Networkx和Matlab网络分析工具，就不同的风险扩散方式、网络可靠性、冗余性、鲁棒性和节点风险处理能力系数，对风险扩散阶段城市群多模式交通网络的动态韧性演化进行仿真分析。结果表明：模型结果与实际相符，提升网络可靠性、冗余性、鲁棒性和节点风险处理能力，能有效增强网络韧性；相较于基于节点测度的风险扩散方式，基于连边测度的风险扩散方式对韧性性能影响更大，说明线路层次等级分布相较于数量对城市群多模式交通网络的韧性性能影...     

复杂多态系统的区间值模糊贝叶斯网络建模与分析

随着现代工程系统结构复杂度的增加以及运行环境的复杂化,传统的可靠性分析与评估技术已不能满足现代工程系统需求.针对复杂多态系统可靠性分析与评估的需求,本文从部件状态分析、系统结构分析入手,对存在认知不确定性同时考虑失效相关性的复杂多态系统进行可靠性建模与分析.由于现代复杂多态系统信息输入及系统故障影响因素的多样性,以及系统冗余,使得不确定性和共因失效对复杂多态系统可靠性分析和评估至关重要.本文借助贝叶斯网络对多态系统的图形表达和推理优势,采用模糊理论中区间值三角模糊数对部件概率进行描述;同时利用β因子模型对共因失效进行量化,再将其以新增共因节点的方式实现共因失效的贝叶斯网络建模,从而提出基于区间值模糊贝叶斯网络的复杂多态系统可靠性分析方法.最后,将基于区间值模糊多态贝叶斯网络对具有共因失效的多态卫星天线双轴定位机构传动系统进行可靠性分析.通过对实际工程系统的分析,表明本文建立的多种因素影响下复杂多态系统的可靠性建模和分析方法,进一步完善了复杂系统可靠性分析理论与方法.     

矿井通风网络系统复杂性特征及其抗毁性研究

针对通风网络拓扑结构对通风系统安全可靠性的影响,利用复杂网络理论构建矿井通风系统有向网络模型,研究通风网络的基本拓扑性质。针对兴隆庄煤矿,通风网络节点的入度和出度都呈现幂律分布,网络呈现无标度网络特性。在此基础上将强连通分量、弱连通分量和网络效率作为度量指标分析网络抗毁性能,以攻击节点和边的方式进行随机攻击和选择性攻击,结果表明有向通风网络在随机攻击下具有较强的鲁棒性,但对选择性攻击十分脆弱。     

两阶段有向网络马尔可夫系统维修模型与分析

根据实际管道有向网络系统,作者构造了两阶段有向网络马尔可夫维修系统.对组成系统的边以及系统的状态进行了分析,运用求解指标的一般方法和Laplace变换,对模型的可靠性指标进行了求解,给出了边与系统瞬时可用度、瞬时故障频度、稳态可用度、稳态故障频度以及平均指标的表达式.将两部件不独立运行系统与两部件独立的系统可靠性指标进行对比,用数值示例加以说明.研究结果为有向网络的马尔可夫维修系统的进一步研究提供了基础.     

脑网络组学构建分析及应用研究

大脑是自然界最为复杂的系统之一。脑网络作为复杂网络理论在神经科学中的重要应用,极大程度上表现了不同尺度的脑结构或功能连接模型,提供了解释人脑这一复杂系统在结构组织及信息加工模式等问题的重要工具。同时,脑网络在脑疾病的临床应用研究中,也已证明很多脑疾病,在网络层面中均体现了不同程度的拓扑结构差异。这些成果为在系统水平上揭示脑疾病的病理机制提供了新的思路。笔者将以脑网络研究为重点,介绍脑网络的构建方法,包括不同影像类型下节点及边的定义方法;关联矩阵的阈值选择及稀疏度的划分方法;网络度量指标的计算,包括度、小世界属性、模块化等;脑网络的比较方法及其在抑郁症的临床应用及未来可能的研究方向。     

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.     

基于复杂网络的城市路网可靠性分析

为分析城市路网中线路的重要程度,采用对偶拓扑方法,将路段抽象为节点,将交叉口抽象为网络边,对实际路网进行拓扑结构转换。应用复杂网络节点度、边介数等特征指标及网络可靠性指标评价城市路网结构特征。最后,分别在蓄意攻击和随机故障条件下,对济南市区路网的连通可靠性进行了实证研究。     

节点属性的功能脑网络连接方法比较研究

为了比较构建功能脑网络时,不同功能连接定义方法所构建脑网络的可信度,弥补传统方法忽略网络结构特征的不足,提出了基于节点属性,通过多种网络结构属性,研究不同功能连接定义方法所构建功能脑网络差异的方法,比较功能脑网络的可靠性。实验结果说明,本方法对衡量网络连接定义之优劣非常有效。此外,实验结果还表明对于使用皮尔逊相关、偏相关与小波相关方法所构建功能脑网络边的可靠性而言,皮尔逊方法优于小波相关方法,偏相关方法略差于小波相关方法。     

基于节点属性的功能脑网络连接方法比较研究

为了比较构建功能脑网络时,不同功能连接定义方法所构建脑网络的可信度,弥补传统方法忽略网络结构特征的不足,提出了基于节点属性,通过多种网络结构属性,研究不同功能连接定义方法所构建功能脑网络差异的方法,比较功能脑网络的可靠性。实验结果说明,本方法对衡量网络连接定义之优劣非常有效。此外,实验结果还表明对于使用皮尔逊相关、偏相关与小波相关方法所构建功能脑网络边的可靠性而言,皮尔逊方法优于小波相关方法,偏相关方法略差于小波相关方法。     

多维约束下指挥网络节点重要度的评估方法

针对一般节点重要度评估方法没有考虑指挥体系网络自身运行机制及与外界交互的问题,从拓扑结构、作战任务、指挥方式、节点属性4个维度研究指挥节点的重要度评估方法。考虑节点在拓扑网络的全局和局部重要性给出结构重要度计算方法,基于任务分解和节点功能子集的形成给出作战任务对节点依赖度计算方法,通过删除节点对指挥质量造成的影响给出指挥方式对节点依赖度计算方法,并给出基于区间数的节点属性重要度的计算方法。最后提出指挥节点的综合评估方法并设计了具体案例,得出节点在四维约束下的重要度定量评估数据。结果表明,同一节点或结构重要度相同的节点在不同任务和指挥方式下综合重要度差异明显,与单一方法相比,提出的综合算法所得数据能更全面反映指挥节点的重要程度,说明该算法具有优越性。     

贝叶斯网络在机械系统可靠性评估中的应用

针对故障树分析方法在可靠性评估方法中的局限性,提出了基于贝叶斯网络的机械系统可靠性评估新方法.首先根据系统可靠性框图建立故障树,然后将故障树直接映射成为贝叶斯网络,构建条件概率表,运用贝叶斯网络的推理能力进行系统的可靠性评估.该方法不但能计算出机械系统的可靠性指标,而且能方便地给出某一个部件或几个部件对系统可靠性的影响大小,识别系统的薄弱环节.最后通过实例验证了用贝叶斯网络进行机械系统可靠性评估的有效性.     

突发事件下交通流密集水域通航系统的脆点辨识

为提高交通流密集水域通航系统对突发事件的抵抗能力,文中提出一种基于不同攻击策略的通航系统脆点辨识方法.首先,基于原点映射法对交通流密集水域通航系统的拓扑结构进行建模,并分析该系统的网络拓扑统计特征.在此基础上,通过对比分析不同攻击策略下交通流密集水域全局网络效率的变化情况对该系统的脆点进行辨识.最后,以长江入海口为例,针对交通流密集水域通航系统的脆点辨识开展案例研究.结果表明:运用复杂网络方法辨识交通流密集水域通航系统的脆点,并在不同攻击策略下对通航系统的节点与边的脆点进行分析,能有效识别影响船舶通航系统可靠性的关键脆点.通过对辨识出的关键节点和航线的通航风险进行有效预控,有利于降低整个通航系统的脆弱性.     

基于耦合映像格子模型的城市轨道交通网络可靠性研究

为进一步提高轨道交通网络化背景下的系统可靠性,预防系统潜在客流风险,从复杂网络视角,分析了轨道交通网络可靠性及其加权客流网络可靠性。为衡量客流权重对网络可靠性的影响,构建了客流加权可靠性评价指标。利用上海公共交通卡数据,得到网络节点真实客流权重,以实际客流权重为参数,衡量客流加权网络可靠性。基于耦合映像格子（CML）模...     

基于混合模型的复杂信息系统节点重要度评估

定义复杂信息系统的拓扑结构和基于连接度、介数特性的节点结构重要度。综合考虑节点的结构重要度与功能重要度,提出基于节点脆弱性权值的复杂信息系统节点重要度评估混合模型及算法。实验算例表明,该方法融合复杂信息系统中的各项风险要素和结构属性,能进一步有效区分网络中的节点重要度差异,可作为大规模复杂信息系统节点重要度评估的理论基础。     

树形网络拓扑结构CML的相继故障

耦合映像格子(CML)已经被广泛用于研究复杂系统的时空动力学行为.研究树形拓扑结构CML的相继故障对改善树形网络的安全性和可靠性具有重要的意义.本文将CML的相继故障模型作用于具有十个节点的树形网络拓扑结构中,通过仿真,分析出具有树形网络拓扑结构且节点数固定的网络在受到蓄意攻击时,不同的结构出现的故障节点的个数和影响它的参数,以及在这些拓扑结构中最快达到崩溃的树形结构.另外,给出故障规模和被攻击节点的度之间的关系和不同的耦合强度对扰动临界值的影响.     

基于复杂网络的三种眼睛状态下脑功能连通性比较

尝试构建不同眼睛状态下的静息态脑功能网络,研究睁眼、闭眼和自由状态下的大脑网络拓扑结构差异.招募了13例被试者,用一台3T的西门子磁共振仪,获取了3种眼睛静息状态下各8min的功能磁共振数据,并同时采集了结构像.随后,构建3组被试者的功能连通矩阵,计算其复杂网络的全局特征系数、局部特征系数等测度参数.对测度进行方差分析与双样本t检验,以统计分析被试者之间的差异.我们发现,所有的状态在合适的稀疏度下,展现了小世界特性;相比于其他状态,闭眼状态下的全局效率较低.自由状态在复杂网络的各项测度上接近睁眼状态.综上所述,该项研究展现了睁眼、闭眼、自由状态对人脑功能连通网络的影响,并为眼睛状态如何影响功能磁共振实验提供了关键的证据.     

多重边融合复杂网络动态演化模型

针对多个性质不同、相互融合的复杂网络演化过程时变非均衡,网络结构层级交织,特点规律难以测度的问题,提出了一个多重边融合复杂网络动态演化模型。首先,定义多重边融合复杂网络的相关概念,分析融合关系与层级关系的转化过程,按照节点、边性质的差异,拆分融合节点和重合边,将多重边融合复杂网络转化成交织型层级复杂网络;其次,定义节点的度值饱和度和吸引因子,提出交织型层级复杂网络的演化算法和局域世界演化模型,讨论了4种典型的节点演化情形,运用平均场方法分析了模型演化的度分布规律;最后进行了数值仿真分析,结果表明,演化过程结束后,未达到饱和状态的节点度值服从指数分布且误差不超过6%,已达到饱和状态的节点度值服从其连接容量的分布规律且误差不超过3%,网络交织系数与最高的新增节点概率、初始边数呈正相关性。研究结果验证了模型的可行性和有效性,为探索多重边融合复杂网络演化过程与规律提供了新的思路和方法,在交通网、通信网、社交网等结构与动力学研究方面具有良好的应用前景。     

通信网络拓扑可靠性层次与测度研究

梳理讨论了目前通信网络可靠性研究之间的层次关系,讨论了拓扑可靠性所处的地位、任务、指标等.其次,分析了拓扑可靠性的非概率测度,指出了连通度的核心作用.再次,研究了基于边连通度与节点连通度进行可靠性评价的思想与算法.最后,通过一个算例展示了通信网络拓扑可靠性评价的具体过程.     

边定向方法对随机网络抵制级联故障鲁棒性的影响

针对复杂网络抵制级联故障的鲁棒性问题,考虑节点权重和边的方向,通过扩展经典的全局介数方法定义节点负载,提出了新的随机网络级联故障模型.应用三种边方向确定策略,在具有单向边和双向边的随机网络上探讨了级联故障行为,分析了全局负载分布机制下定向边对网络抵制级联攻击鲁棒性的影响.仿真结果表明,对于随机网络,所使用的边定向方法均可以使得网络更加鲁棒.但是,不同的边方向确定策略和单向边比例对随机网络抵制级联故障鲁棒性的优化效果影响不大.