复杂网络拓扑结构与演化模型研究综述(一)

近年来,复杂网络的研究正如火如荼的展开,累积了大量的研究结果。本文整理和总结了复杂网络目前在拓扑结构识别和网络演化建模方面的主要研究结果。对国内外关于复杂网络理论及其应用的研究现状进行了综述,总结了复杂网络结构特性的主要研究方法、结论,并展望将来发展方向。分两期发表,上篇主要从系统科学的角度介绍复杂网络模型的本质特点以及其概念。     

基于复杂网络与随机动态稀释机制的演化博弈分析

借助复杂网络的理论与方法，以演化博弈理论为基础，提出了随机动态稀释机制，并探讨了该机制对复杂网络上演化博弈的影响。对无标度网络、小世界网络和规则网络这三种典型网络上的博弈过程进行了模拟，并分析了结果。通过同质性网络与异质性网络上合作行为的比较研究，发现随机动态稀释机制能使同质性网络产生局部异质性，从而促进合作。并且当随机概率P=P^＊时，会出现最佳合作行为。     

基于超图的超网络:结构及演化机制

为刻画真实数据集的多维关系,以综合视角研究复杂的现实系统,学者将研究重点逐渐从复杂网络转向超网络的研究.超网络分为两类,基于网络的超网络和基于超图的超网络.基于超图的超网络,结构简单,更适合刻画现实世界的多元结构,这种独特优势使其获得越来越多的重视.本文综述并讨论这类超网络的研究进展.首先,界定超网络的概念;其次,归纳用于刻画超网络结构的静态拓扑指标;再次,总结刻画超网络动力学过程的演化模型;并梳理其主要应用领域,最后展望超网络的若干发展方向,旨在推进超网络领域的理论和应用研究.     

考虑社会阶层的观点演化模型

为解决现有观点演化研究对社会阶层考虑不够充分的问题,在个体异质性影响力的基础上,将网络中节点的拓扑性质与社会结构结合,提出了一种基于HK模型的观点演化模型。在3种经典复杂网络和一个实证网络中,采用社会学领域中根据资本划分社会阶层的方法,构建了3种社会结构。利用仿真实验,发现社会结构对观点演化具有重大影响,通过社会政策调整社会结构有利于观点达到一致。为研究现实社会同一类型社会结构中观点演化不一致的情况,在B型金字塔和橄榄型社会结构下,设置高阶层个体不同的初始观点分布,发现高阶层个体观点的极化和统一会相应地影响舆论的极化和一致。     

噪音水平和交互频次对策略演化的影响

囚徒困境是研究合作策略演化的重要工具,重复囚徒困境下的博弈者可以通过合作实现长期利益的最大化。采用生态演化模拟实验的方法研究在重复囚徒困境中初始环境设定的噪音水平和个体间交互频次对博弈策略演化的影响。研究结果表明,噪声水平和个体间交互频次对最终系统中优胜的博弈策略有决定性作用,这说明环境的初始设定条件是影响博弈策略演化的重要因素。     

基于贝叶斯学习的复杂系统研制风险演化分析

大型复杂装备的系统结构和研制流程呈现网络化特征,研究风险演化机理有助于控制风险、降低复杂性.通过系统动态过程建模仿真获取数据样本,运用贝叶斯学习从仿真数据样本中提炼风险演化网络,识别不同风险等级的节点之间存在的关联关系,降低了仅凭经验构建风险网络的主观性.对贝叶斯学习获得的风险网络进行概率推理,在总体高风险等级下计算风险网络节点的风险后验概率分布,进而确定风险演化关键节点和传播链路.最后,通过与复杂网络特征指标评估下的静态特征进行对比分析,研究风险网络动态特征与静态特征的差异性,结果表明网络结构特征和风险传播的动态特征共同决定了风险演化关键节点和传播链路.     

基于装备能力优先的复杂网络演化模型研究

针对传统复杂网络模型描述武器装备作战体系在动态性和不确定性方面的不足,参照OODA理论,结合具体应用,利用武器装备节点计算的能力值,从连接对象的选择、连接边数的确定、作战节点的退出及退出后网络结构的动态调整策略等方面改进了BA无标度网络模型,提出了装备能力优先的作战体系复杂网络演化模型构建方法,使装备能力高的节点在网络关键位置充分发挥作用,提高网络的鲁棒性。通过仿真实验验证,模型具有贴近战场实况、算法复杂度低和使作战体系保持幂率分布等特点。     

Internet 的一种新的动态演化模型

提出了Internet网络的一个新的演化模型,新模型允许新增节点引向已有节点的连接数随时间变化.仿真结果及理论分析表明,新模型所演化出的网络具备上述所有特点,较好地符合Internet网络的形成特征.     

基于微博数据挖掘的贝叶斯观点演化模型

考虑到在微博信息传播过程中,每一位网络用户的观点都受到其前一位网络用户观点的影响,提出建立基于微博数据挖掘的贝叶斯观点演化模型。以“动态清零政策是我国抗疫总方针”为关键话题词,利用Python爬取微博评论数据,经过数据预处理和分词,对贝叶斯观点演化模型进行实证分析,结果发现官方媒体对舆情的及时引导对情感演化倾向起到重要作用。     

基于DMG空间约束的公交网络演化模型

考虑到城市公交网络的生成和演化受到城市道路交通网络结构约束的现实,利用复杂网络的最新研究分支-空间网络相关理论,构建了适于城市道路交通网络的DMG约束空间;生成了DMG空间约束下的公交站点分布规则,并基于嵌套最短路径,提出了一个城市公交网络的演化模型。以辽阳市道路和公交网络为实证对象,将模型的结果与实际统计数据结果进行了对比,发现模型的仿真结果与实际数据可以很好地吻合,表明了此模型的有效性;利用此模型对城市建设速率和城市公交建设速率的相互关系进行了分析,结果表明,当两者比值呈现2个极端时,公交线网密度都会呈现几何级数级的变化。这为进行城市建设和交通建设规划的速度问题提供了一个决策依据。同时,本模型也揭示了城市公交网络演化的一般规律,为城市公交网络演化的研究提供了一种新思路。     

舆论演化的社会影响级联效应模型

舆论建模跳出传统的基于最近邻("person-person")的交互范式,引入次近邻("personperson-person")的影响,刻画网络中邻居的邻居对观点改变的作用,提出舆论演化的社会影响级联模型,分析其在可变聚类系数网络上舆论的演化性质.通过调节网络聚类系数,使用异步更新的方式,观察网络集聚特性对舆论演化的影响.结果表明,1)相比于传统的最近邻影响模型,社会影响级联模型的社会强化作用更大,系统更容易达成共识,初始状态中主流观点的影响将被放大;2)舆论演化结果与网络集聚性和初始状态相关:当系统初始状态p_+≠p_,系统观点演化达到稳态后,网络聚类系数越大,越容易产生主流观点;当初始观点p_+=p_时,即正、负力量势均力敌时,系统共识则难以确定.这种情况和现实社会舆论的演化结果符合.     

基于社会力模型的机场旅客排队模型

航站楼旅客出港排队服务流程研究,对航站楼根据实际运行情况配置资源、提高旅客满意度至关重要。对此,提出一种对旅客出港排队流程分析仿真的新方法。首先,通过优化社会力模型构建航站楼排队仿真模型。然后,运用Anylogic软件对南京禄口国际机场T2航站楼出发大厅旅客安检排队服务流程进行仿真。最后,通过仿真数据分析了优化模型和传统模型的运行结果差异,表明两种模型安检通道利用率和实际运行情况无明显差异,均高于96%;但优化模型队列平均长度明显小于传统模型2~3人,旅客排队等待时间及在安检系统中花费总时间的均值均明显小于传统模型100 s左右,更符合安检区域高峰时段的实际运行情况。     

基于复杂网络的社会财富演化模型

应用复杂网络理论,结合信息的不对称性,社会财富不断增长以及边际效应等特点,分析了我国财富分布的不均衡性.理论分析和仿真试验表明,财富分布服从混合型分布,即中低收入者服从指数分布,高收入者服从帕累托分布,与我国现实社会中的财富分布形式相吻合.仿真分析还发现随着结构参数值的增大,社会财富聚集速度不断加快,通过计算基尼系数得到社会财富分配的不均衡性也在逐渐增大,但其增加的速率是逐渐降低的.     

基于社会网络分析的投资组合优选方法

网络中存在着与金融市场相关的海量信息,为实现自动化的技术分析与基本面分析提供了空间.因此,本文利用了以文本为主的上市公司基本面的财经信息,建立了金融市场的社会网络模型;然后利用其中的最大全连通补网进行基于多元化策略的投资组合优选,并与技术分析方法相结合,给出了一种较低风险的投资策略.本文根据真实数据对基于该方法生成的投资策略进行了交易仿真实验,研究结果表明:本方法能够有效地降低投资组合的风险,并在一定程度上提高投资收益.     

基于agent-based model的住房市场演化问题研究

在房地产市场中,多个具有一定量财富的个体依据其不同需求产生具有差异性的住房选择行为,在宏观上会呈现某些特定的规律.本文从这一角度出发,运用agent-based model,在居民家庭财富增长和房屋价格双重因素的考虑下,依据房地产市场中个体的实际行为规律,设定出相应的运行规则,对房地产市场中个体迁移图景进行了计算机模拟.以基尼系数作为衡量经济不平等程度的标准,空间差异指数作为经济分割的度量指标,改变模型初始条件和各参数取值,从多角度分析,最终得出,在现有住房规律之下,随着居民家庭财富的不断增长,会导致城市居民出现居住空间上的隔离并进一步拉大贫富差距,形成空间经济分割的现象.     

基于社会网络的恐怖活动时空特征分析

社会网络理论的快速发展为反恐研究提供了新的视角,已有的研究多数只涉及恐怖活动的人员与组织.本文将社会网络应用于恐怖活动的时空特征分析,搜集了近60年来有关"东突"恐怖活动的文本资料,从中抽取出事件、时间、地点等信息,并以此构建了"事件-时间-空间"关系网络模型.基于社会网络分析工具ORA,结合地理信息系统技术,从不同角度对"东突"恐怖活动的时空特征进行了分析,并对分析的结果予以解释.本研究表明,"东突"恐怖活动呈现出明显的时空分布特征,这些特征对于防范恐怖活动的发生具有现实意义.     

考虑空间因素的反恐防御竞争分析

恐怖袭击已经成为影响社会公共安全的主要威胁之一.本文针对两个易受恐怖分子攻击的目标间的防御竞争问题进行了模型分析.首次将空间范围因素考虑进来,并基于Hotelling模型求得了最优防御范围.通过建立及对比同时和顺序博弈两种模型发现:同时博弈时会引发防御竞赛,而顺序博弈时会出现搭便车现象.当两目标区域对称时,目标价值越大,达到均衡时受到袭击的概率会越小,与博弈类型无关.相对于扩大防御范围,增加防御密度对反恐更加有效.同时博弈时最优防御范围在中点处,与目标价值大小无关,而顺序博弈时防御范围与目标价值大小有关.研究结果为防御竞争目标间的防御体系构筑提供了决策参考.     

Meteorological satellite stakeholder relationship network based on social network analysis

The meteorological satellite service range is extens-ive, and science and technology and related industries have be-come beneficiaries of it. The complex meteor...     

基于数据爬虫与动态社会网络的公众环保行为演化研究

本文运用数据爬虫技术与社会网络分析方法对一个豆瓣公众环境保护小组的信息交互及相应的动态社会网络演化过程进行刻画,并在基于计划行为理论的绿色出行行为意愿模型的基础上:对嵌入在动态社会网络中的公众环保行为演化规律进行了研究.结果表明:在公众环境保护小组的社会网络形成过程中,社会网络的拓扑结构由最初的小世界网络特征迅速演变成为无标度网络特征;降低社会网络中行为主体的信息交互阈值、公众环保信息的差异程度、行为主体的易受影响程度将有利于公众环保豆瓣小组社会网络中信息的有效传播,行为主体对于公众环保信息的掌握与认知将能演化达到更加理想的状态,也将有利于促进公众环保行为的推广.