土壤微生物网络复杂性预测黄土高原造林恢复生态系统多功能性

人类活动导致黄土高原土地退化和生物多样性丧失,进而降低了生态系统功能。人工造林是该区域退化土地恢复的重要措施。现有的生态修复研究通常侧重于微生物群落物种多样性的恢复对单一生态系统功能的影响,而忽略了微生物间存在的相互作用与生态系统多功能性(Ecosystem multifunctionality,EMF)的关系。为探究造林恢复过程中土壤微生物多样性和网络复杂性与EMF的关系,本研究采用时空代换法(space-time substitution method),沿50年造林恢复时间序列,分析了黄土高原地区造林恢复对土壤微生物群落多样性、土壤微生物网络复杂性以及与土壤养分循环相关的10个生态系统功能指标的影响,明确了土壤微生物群落特征与EMF的关系。结果表明,随造林恢复时间序列的增加,土壤微生物群落的综合多样性、网络复杂性和EMF均呈现出显著增加后下降的趋势(P<0.05),其中土壤微生物综合多样性和网络复杂性在第8年达到最高值,EMF在第20年达到最大值。在未控制土壤环境因素时,细菌和古菌多样性与EMF无显著相关性,真菌多样性与EMF呈显著正相关(P<0.001);土壤微生物群落的综合多样性和网络复杂性均与EMF显著正相关(P<0.001),其中土壤微生物网络复杂性对EMF的解释度更高。通过偏回归分析(Partial least squares regression,PLSR)控制土壤因子影响后发现,尽管土壤微生物的综合多样性和网络复杂性对EMF的解释度(P<0.001)均降低,但土壤微生物网络复杂性对EMF的解释度仍高于微生物综合多样性。结构方程模型(Structural Equation Model,SEM)进一步分析表明,土壤微生物多样性通过土壤微生物网络复杂性对造林修复地的EMF产生间接影响。综上所述,相较于土壤微生物综合多样性,微生物网络复杂性能够更好地预测EMF。而且,土壤微生物综合多样性主要通过促进网络复杂性间接正向影响EMF。本研究揭示了造林恢复生态系统中微生物群落特征与EMF的关系,为退化修复生态系统功能恢复提供了新的微生物调控机制解析。

基于网络复杂性的终端区空域结构优化

针对机场地面滑行道网络和终端区空中交通网络的复杂状况,在研究熵理论的基础上,提出机场终端区空地交通网络复杂性的定义及计算方法。应用复杂网络理论,基于最大熵原理对交通网络进行建模,进一步实现了终端区空地交通网络复杂性的定量描述。在此基础上,从网络结构复杂性角度提出一种新的空域结构优化策略,并以首都机场终端区的实际空域数据进行了实例验证及可行性分析,为终端区空域结构优化提供参考。

矿井通风网络复杂度与风机控制力量化计算

为了探究矿井通风网络复杂度与风机控制力的关系,提出分支关联度、最小距离、通风网络复杂度和风机控制力的概念。利用vCad2.0进行数字实验,对网络复杂度与风机控制力的关系进行定量研究。结果表明:随着网络复杂度的增加,矿井通风系统的有效风量率减小,且认为该值减小到60%时,视为风机控制力的极限,此时网络拓扑结构为风机所能控制的最大网络复杂度。地面集中供风时,同时工作的中段数量存在上限,最大值为7。将结论用于某有色金属矿进行实证研究,找出该矿深部中段通风困难的原因,为矿井进一步整改提供理论依据。

基于网络复杂性的BP算法

BP算法(误差反向传播算法)是前馈神经网络中最常用的算法之一。在对前馈神经网络和传统的BP算法研究的基础上,发现了传统算法中存在的问题。通过引入网络复杂性的量,提出了一种新的改进算法,命名为基于网络复杂性的BP算法。该算法能够删除掉冗余的连接甚至节点,通过对网络学习步长的动态调整,避免了算法收敛速度过慢和反复震荡的问题。最后通过实验说明该算法在一定程度上比传统BP算法有一些优越性。

生态工业共生网络成长的网络复杂性测度

根据网络复杂性测度理论,建立了生态工业共生网络成长的复杂性测度模型,以鲁北生态工业园为例,利用Matlab软件,对鲁北生态工业园的EISN在不同发展阶段的网络复杂性指标进行了仿真计算。研究结果表明,EISN在成长初期,较少的节点数抑制了网络复杂性的涌现,随着新的节点企业的加入,网络复杂性凸现,体现出小世界性和无标度特性,且核心节点具有较高的度分布特征,被连接的几率远高于其他节点。

空面攻防对抗指挥控制系统的节点网络复杂度

分析了网络中心战环境下空面攻防对抗作战系统的结构组成,给出了指挥控制系统的节点网络图构建方法与指挥控制系统节点网络复杂度的计算方法,研究了节点网络复杂性与节点间的协作性对指挥控制系统延时的影响,研究了考虑指挥控制系统延时情况下的作战效能,并进行了相应的仿真计算与分析。结果表明在网络中心战环境下,空面攻防对抗作战指挥控制系统网络节点的复杂性与节点间的协作性对系统延时和作战效能具有较大的影响。研究结果可以为空面攻防对抗作战系统的作战节点配置提供理论决策依据。

粤港澳大湾区城市创新网络复杂性及其创新链协同能力

结合创新链与创新网络,从创新链的纵向过程联系与横向区域网络联系两个维度探讨粤港澳大湾区城市网络的复杂性特征。基于2005—2019年粤港澳大湾区内“9+2”与外部30个省份的专利转移数据,运用社会网络分析与负二项回归、引力模型等实证城市创新网络及其创新链协同能力的影响因素。结果显示:(1)粤港澳大湾区城市创新网络规模不断扩大,内外联系日益紧密,创新扩散能力增强;(2)大湾区城市创新网络的外部联系强于内部联系,对外需求大于对外供给,主要城市在创新链不同环节的内外功能不同;(3)基础研究溢出能力与产业结构相似度对城市创新网络及其创新链各个环节均具有正向促进作用,市场化指数差异和地理距离对创新各个环节影响表现为负相关,经济发展水平差距在校企网络的技术开发环节表现为正相关,在企业网络的产业转化环节是负相关。基于城市创新网与创新链协同关系的短板和障碍及其影响因素的差异性,提出以“强链与补链”为着力点提升创新链协同能力的相关政策建议。

世界航运网络复杂性分析

航运系统可以抽象为由港口和航线构成的网络,这个网络的结构与几何性质对港口与航线的规划和管理具有重要的影响.在对复杂网络的形成、特性和代表性研究成果简要总结的基础上,对马士基航运集团下属的航运网络进行了实证分析,研究了国际航运网络表现出的小世界与无标度特性,并对其具有的一些不符合典型复杂网络统计特性的现象进行了分析.可为今后政府和企业的航运线路、港口建设规划及管理提供科学的研究手段和理论支持.

上海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,这个网络的几何性质对公共交通的状况具有重要影响。在本论文中,以上海市的公共汽车交通系统中的停靠站点网络为研究对象,对其进行复杂性分析,计算了网络的度分布、平均路径长度、聚集系数等指标,并测试了网络在随机失效和有选择性攻击情况下的抗毁性。结果表明,上海市公共交通网络的度分布符合幂率分布,具有较小的平均路径长度和较高的聚集系数。在抗毁性方面,公共交通网络对结点的随机失效具有很强的抗击能力,而对有选择性攻击的抗击能力很弱。因此,可以看出上海市公共交通网络是一个无尺度复杂网络。

基于复杂网络理论的山西煤炭运输网络复杂性分析

基于复杂网络的基本理论,阐述煤炭运输网络的基本概念及构成,构建了煤炭网络拓扑结构模型,并针对山西煤炭运输网络,分析其内部和外部复杂性,建立网络复杂性评价指标体系.通过定量计算与分析,确定山西煤炭运输网络是无标度网络,对建立和完善山西煤炭运输网络结构体系、优化网络效率具有重要意义.

高速铁路网络复杂特性及其传播动力学研究

结合高速铁路网络的拓扑结构分析,建立了基于传播动力学理论的模型,研究突发事件在网络上的传播扩散规律及其传播过程.运用复杂网络理论分别构建了我国高速铁路物理网络和运输网络两个网络模型,并计算复杂网络条件下的相关统计特性指标,从而判断高速铁路网络的类别和性质;同时基于高铁网络性质,建立了突发事件下列车晚点在网络上的传播动力学模型,分析不同参数取值情况下的晚点传播扩散过程,并提出控制突发事件下列车晚点在网络中传播蔓延的措施和策略.

城市轨道交通系统网络复杂性研究

随着交通拥堵的加剧,轨道交通以其快速、大运量的特点得到了青睐,其运营里程迅猛增加且在一定范围内呈现网络化运营趋势.轨道交通网络复杂性研究正在经历从单一网络静态拓扑结构扩展至多层网络动态分配特征的深入过程.在介绍拓扑结构与交通流网络的表示方法和网络复杂性评价指标的基础上,归纳轨道交通网络具有小世界、层次性及站间距幂律分布等静态拓扑特性,呈现明显幂律行为的数量分布及时空集聚等交通流特征.针对轨道交通系统的多层网络研究表明网络负载基本符合幂律分布.研究深化了对轨道交通运行机理的认知,有助于真实网络的预测和控制工作,为探索轨道交通网络化运营、一体化发展条件下客流预测、运力与需求匹配提供了参考方向.

青岛市公交线路网络复杂性分析

从复杂网络的角度,分析了青岛市公交线路网络的统计性质。定义了城市公交线路网络,基于该定义建立了青岛市的公交线路网络,对该网络的度值分布、度的分布、公交线路长度与公交线路所对应的结点的度关系及网络权的分布进行了分析,并计算了网络平均度、平均最短路长、平均权等统计信息,结果表明青岛市的公交网络较为便捷。

江苏省公路网络复杂性分析

通过对江苏省路网进行抽象建模,分别对其建立了2种网络模型,从复杂网络的角度,研究了它们的拓扑结构与静态参数,得出了不同网络模型的拓扑特性;最后对2种网络模型分别进行了稳定性研究,从另一个视角为江苏省的公路建设与发展提供了参考依据.

网络视角下高速列车部件维修关系网络复杂性研究

采用复杂网络理论和方法,以CRH3型动车组为例,通过构建我国高速列车部件之间的维修关系网络,计算和分析该网络的节点平均度、平均路径长度、网络密度及网络集聚系数,从而揭示该网络的拓扑特征。研究结果表明:CRH3型动车组部件维修关系网络的平均路径长度较短,网络密度较大,且节点度的分布服从指数分布,是一个小世界网络;为利于高速列车投入运营后的维修资源分配和维修策略制定以及降低维修费用,在高速列车设计阶段应该考虑降低高速列车维修时部件间的依赖关系;对于节点度较高或是节点集聚系数较大且影响到列车安全运行的部件,应加大维修资源的分配力度。

基于网络复杂性理论的交通网络阻塞传播特性分析

交通运输对保证国民经济持续健康快速发展起着重要的促进作用,也是社会经济发展的基础,人类活动的基本构件之一。然而随着城市化进程的推进,城市道路阻塞已经成为常见现象,严重影响了城市经济建设和运行效率。本文则基于网络复杂性理论方面分析交通网络阻塞传播特性,并给予相关合理消除交通拥堵方案,以供参考。

基于仿真数据的指挥控制网络复杂特性分析

以大规模联合作战演习为背景，基于演习产生的仿真数据，采用复杂网络方法构建了指挥控制的二部图网络模型，分析了其结构特性及演化行为。实证研究表明，实际演习中，指挥控制网络从初始的强结构特征演化出无标度特性，其形成机制不仅依赖于各种节点加入网络的时间，而且与指挥员的指挥行为密切相关。

面向“RNAO-生态”超网络复杂结构的流域水资源治理模式

长久以来,流域的整体性与权威碎片化致使我国流域水资源治理成本甚高,向网络治理转型成为近些年流域研究的关注热点并形成广泛共识。强调协调策略的RNAO(Restricted Network Administration Organization)网络结构,相较于西方学者提出的3种传统方案,更符合流域水资源治理本土化的实践需要,而针对RNAO的更为一般化的治理理论则是其理论发展方向。首先,梳理了流域水资源治理“传统-网络-超网络”模式的三维进阶逻辑;其次,将RNAO与“社会-生态”系统理论加以融合,创新地提出了“RNAO-生态”规模匹配的流域超网络治理模式,详细分析了“组织网、行为网、生态网”三层子网的复杂互动机理,从而初步形成了对RNAO的一般性理论构建;最后,针对“联合河长制”与“黑河流域水资源治理”两个案例,分析了RNAO与“RNAO-生态”在中国流域治理实践中的应用现状,并给出未来流域治理网络化转型的相关政策建议和可能的学术议题。

土壤微生物多样性通过共现网络复杂性表征高寒草甸生态系统多功能性

土壤微生物多样性在生态系统功能的维持方面发挥着至关重要的作用,但是土壤生物多样性与生态系统功能(Biodiversity-ecosystem function, BEF)关系仍存在争议。以往的研究多基于简单多样性指标(如物种数、香浓多样性指数等)对BEF关系进行探究,忽略了物种间复杂的相互作用在BEF关系中的重要性。以青藏高原米拉山高寒草甸为研究对象,使用Illumina MiSeq高通量测序技术测定了6个海拔高度(3755 m、3994 m、4225 m、4534 m、4900 m、5120 m)土壤细菌和真菌群落特征,分析了简单微生物多样性指标(物种数)和共现网络复杂性与生态系统多功能性(Ecosystem multifunctionality, EMF)的关系,以期进一步揭示微生物多样性与EMF的关系。共现网络分析表明,表征土壤细菌和真菌网络复杂性的节点(Node)和边(Link)沿海拔高度的升高显著下降(P<0.05)。土壤细菌和真菌的多样性和网络复杂性均沿海拔的升高显著下降(P<0.05),而且网络复杂性比相应的多样性下降明显。在未控制环境因素时,真菌和细菌的多样性和网络复杂性均与EMF显著正相关(P<0.05);其中真菌和细菌网络复杂性对EMF的解释度高于相应多样性对EMF的解释度。通过偏回归分析(Partial least squares regression, PLSR)控制年降水、年均温、黏粒含量、盐基离子和酸性离子等气候及土壤环境因子影响后,土壤细菌和真菌物种多样性与EMF的显著正相关关系变为不相关(P>0.05),而网络复杂性与EMF的显著正相关关系(P<0.05)仍然存在。利用方差分解分析(Variance partition analysis, VPA)将环境因子纳入对EMF的影响后发现,土壤微生物网络复杂性和环境因子对EMF变化的解释度可达80%,高于土壤微生物多样性与环境因子对EMF变化的解释度。结构方程模型(Structural equation model, SEM)分析进一步显示,土壤细菌多样性和真菌多样性通过促进对应共现网络的复杂性,间接对EMF产生正向影响。综上所述,相较于简单的多样性指标,土壤微生物网络复杂性对EMF具有更好的解释度和预测性,微生物多样性主要通过促进网络复杂性间接正向影响EMF。研究结果扩展了BEF关系的研究,证明微生物物种多样性主要通过促进对应的网络复杂性维持EMF。

城市公交网络复杂性实证研究

本文从城市公交和复杂网络研究现状出发,阐述了城市公交复杂网络建模的三种方法,并以江苏南京市公交网络为例,分析城市公交网络的几何特性,以期为设计和优化城市公交网络提供借鉴。