BA无标度网络性能优化方法研究

诸如Internet的web层及路由层、城市公交网、航空网等实际网络都呈现BA网络的无标度特点.常用的提高此类网络性能的代表性方法有优化路由算法参数、增加网络节点处理能力等.通过研究BA网络拓扑、局部路由算法及节点处报文数之间的关系,从理论上揭示了上述两种方法的优缺点,同时设计了一种通过优化配置节点处理能力来提高网络性能的新方法.仿真实验表明:优化路由算法参数能扩大网络容量,但会增加报文路由时间;提高少数大度节点转发能力也能扩大网络容量,同时避免增加报文路由时间,但需额外增加网络节点处理能力;而新设计的方法则能够在不增加网络节点处理能力之和的基础上大幅扩大网络容量、减少报文路由时间.本文的研究成果可为BA网络优化设计提供基础.

BA无标度网络中传染病的预防性免疫与蔓延后免疫

传染病是日常生活中很常见的疾病,而现在的人际网络是一个很典型的无标度网络,本文就是在BA无标度网络中,研究传染病的防疫问题,这里主要基于传染病蔓延前后的两种情况来研究免疫策略,同时将两种策略进行结合,这样,可以更有效的对疾病进行防疫.

基于LabVIEW的BA无标度网络演化模拟软件

BA无标度网络模型可对自然界和人类社会中大多数的网络演化特征进行描述。然而目前还没有一种可以描述BA无标度网络增长特性和优先连接特性的演化模拟软件。针对软件的缺失,设计了基于Lab VIEW与Matlab的BA无标度网络演化模拟软件。利用Lab VIEW构建人机界面和实现动态演化,并以Matlab计算邻接矩阵、节点度和连接概率等数据。最终实现每点击一次增长按钮,就会增加一个节点的BA无标度网络演化的动态显示。该软件有利于学习和理解BA无标度网络模型。通过BA无标度网络演化示例进行结果验证表明,软件不仅能够演示网络演化过程,还可动态计算邻接矩阵、节点度和连边概率。

基于BA无标度网络的WSNs拓扑优化模型

由于无线传感器能量受限,最大化网络生命周期成为优化网络拓扑首要考虑的问题。基于BA无标度理论,提出了一种WSNs拓扑优化模型(WTOM)。在网络中引入超级节点,结合粒子群算法合理地划分整个网络;在节点间建立多因素为导向的虚拟力场,利用虚拟力调整超级节点的部署位置,实现网络能量的均衡消耗,通过对关键节点的保护,提高网络的抗毁鲁棒性。经理论分析和实验证明,该网络不仅继承了BA无标度网络的特征还具有小世界特性;同时该动态拓扑延长了网络的生命周期,提高了网络面向数据收集的节能性。

基于混合模式的BA无标度网络同步研究

为了解决基于混合模式的BA无标度网络的同步问题,首先,定义了虚拟领导节点和实体领导节点,提出了混合模式领导节点的概念。然后,用有向图表示BA无标度网络的拓扑结构,并根据该拓扑结构建立网络系统的一阶数学模型,在此基础上设计了准周期的离散控制器对领导节点进行复位,通过对领导节点的控制来控制整个网络的同步过程。最后,采用11个节点组成的BA无标度网络进行数值仿真,验证了同步理论的正确性,并分析了网络的同步速度与实体领导节点度之间的关系。

BA无标度网络中的SIR模型

网络化是现代世界的一个重要特征,不仅包括互联网,还包括航空网,人际关系网,而它们都是很典型的无标度网络.在BA无标度网中,结合经典的SIR模型,建立了新的SIR模型,并对模型进行了研究,得到了BA无标度网络对传染病与计算机病毒传播具有脆弱性的结论.

基于社交网络的BA无标度演化模型的研究

针对社交网络中用户间好友关系的特殊性,结合重启特征和稀疏网络平滑特征,提出了PageRank改进算法PRS;针对BA网络模型的缺陷以及实际社交网络的连接特性,将改进算法PRS作为择优连边考量因素之一,加入随机连边机制,构建了一种适合社交网络的BA无标度网络的改进模型。实验证明,改进模型具有更优的网络特性,适合构建与描述社交网络。

考虑节点吸引力的多式联运网络仿真特性

为研究多式联运网络演化机理,分析多式联运网络的特征,基于BA无标度网络模型,引入吸引力模型,计算节点质量,提出考虑节点吸引力因素的改进多式联运网络演化模型。选取山东省23个物流节点城市为多式联运网络的节点,采用软件MATLAB进行模型仿真,对比分析仿真结果与实际网络的统计特性,验证改进的多式联运网络演化模型的适用性。结果表明:改进的多式联运网络演化模型的基本统计特性与实际网络接近,能较准确地再现多式联运网络的实际特性及演化规律;度分布为斜率为负的直线,服从幂律分布,属于BA无标度网络模型。未来多式联运网络应发挥物流枢纽城市及龙头企业的聚集带动作用,增大网络密度,增强网络韧性,形成内外联通、安全高效的物流网络。

随机-无标度统一混合演化网络模型

根据实际网络的特点,提出了一个随机-无标度统一混合演化网络模型.通过引入一个调节参数p将随机演化网络与(Barabási-Albert)无标度网络统一起来.理论计算和计算机模拟表明,当调节参数p从1变化到0时,网络结构实现了从随机演化网络到BA无标度网络的连续过渡.

具有社区结构的无标度网络生成算法

近年来,生成图模型在复杂网络研究中的作用越来越重要。图的生成过程对于研究疾病的蔓延和信息的传播具有重大意义,同时图模型的生成也有助于更深入地研究复杂网络的特性。为了能够生成既符合真实网络特征又具有结构多样性的复杂网络,提出了一种具有社区结构的可调节聚集系数和模块性的无标度网络生成算法——TCMSN(Scale Free Network with Tunable Clustering Coefficient and Modularity)。通过调节混合参数可以调节生成网络的模块性,通过调节社区内连边的概率和混合参数可以对网络聚集系数进行调节。TCMSN采用了合理的连边策略,在不破坏网络结构多样性的情况下,能尽可能维持网络的无标度特性。人工构造数据和真实网络数据的对比实验结果表明,TCMSN算法能够生成可调节聚集系数和模块性的无标度网络模型,且能够生成最接近真实网络社区结构特征的网络模型。

无标度网络拓扑的统计研究

近年来,无标度网络已成为系统科学研究的热点,出现了一些通用的形式化分析方法。从概率论的角度,分析了无标度的形成机制及其对复杂系统宏观结构的影响,介绍了国际上最有影响的一些成果和研究,并简述了无标度网络的应用前景。

一类新SEIRS模型在BA网络上的传播行为研究

提出了一类新的SEIRS模型:潜伏状态节点以一定概率进入染病状态的同时,以一定概率进入免疫状态。首先利用平均场理论对疾病的传播行为进行了理论分析,得到了疾病传播的临界阈值,证明了疾病的爆发与消亡完全由临界阈值确定。然后通过计算机仿真,验证了理论结果的正确性。实验结果表明增大节点从潜伏状态向免疫状态的转化概率可有效控制疾病的传播。

“海上丝绸之路”集装箱航运网络路由策略研究

航运网络作为"21世纪海上丝绸之路"的载体,其结构与性能将关系到沿线国家贸易活动的效率。为了明确这一复杂系统的结构并探索影响其性能的因素,本文基于大量集装箱班轮历史数据构建网络模型,验证其无标度特性,同时基于BA无标度网络理论设计仿真实验,探索影响网络性能的关键因素。实验结果表明合理的节点处理能力配置方案与路由参数将提高航运网络的性能。研究结论可为"21世纪海上丝绸之路"沿线港口与航线优化配置提供理论基础。

复杂城市交通网络拥堵传播的改进SIS模型

为深入分析城市交通网络拥堵动态演进过程,建立了交通拥堵传播的改进SIS模型(传染病模型)。模型根据目标节点自身受随机因素的影响、其邻居节点的状态和影响能力以及不同状态节点间的耦合强度,动态计算目标节点由畅通变为拥堵又恢复畅通的概率,并进一步考虑了不同交通状态的传播时间对拥堵传播的影响。基于BA(Barabási-Albert)无标度网络对传播过程进行仿真,拥堵随时间的演化与相关研究一致,验证了模型的有效性。仿真结果表明:根据作用节点属性的不同,随机因素对拥堵的初始规模、传播速度及传播稳定状态的阻塞水平具有不同的影响能力;不同状态节点间的相互作用对拥堵传播具有重要作用;畅通状态与拥堵状态平均传播时间的比值对拥堵传播的影响存在阈值;不同状态传播时间的波动性对拥堵传播速度、平衡态阻塞水平具有一定影响。

基于复杂网络的山东汽车制造业集群实证研究

本文根据从《山东统计年鉴》中获取的山东省近十年来汽车制造产业相关企业的数据,应用复杂网络相关理论和Pajek软件,从其数学统计特征度分布、平均路径长和聚集系数出发,对山东省汽车产业进行了研究,在复杂网络的统计特征、结构模型以及体现在网络上的动力学行为三个逐次深入的层面,分析了在内外部环境的作用下汽车制造业向更高一级形态演进优化的规律,以期为山东省汽车产业的发展提供积极的理论支持。同时,通过网络调查和实地考察进行了实证性分析,得出的相关研究结果和实际情况基本相符,对山东省汽车产业链条发展趋势预测具有一定的实际参考价值。

基于宽度优先的网络最大流求解算法

网络最大流问题是经典的组合优化问题,为了降低求解大规模网络最大流的计算量,若用Ford-Fulkerson算法寻找增广链,则效率不高且步骤繁杂。为了改善以上不足,在原有算法的基础上作了一些改进,应用图的宽度优先搜索原理,针对单源单汇网络提出了一种新的求解最大流问题的算法。该算法的思想是:用宽度优先搜索原理,寻找一条包含剩余容量最大的弧的最短增广链后,删除饱和弧,且沿合适的路径修复包含剩余容量最大的弧的最短增广链。该算法避免了Ford-Fulkerson算法的标号过程,减少了反复重新寻找增广链的次数,为在大规模网络中快速获取最大流的求解提供了方便并提高了求解网络最大流的执行效率。通过实例分析与BA无标度网络建模仿真,验证了该算法的实用性,且新算法的运行效率高于Ford-Fulkerson算法。

不均匀网络中的局域搜索免疫

当前研究的热点是怎么样用最小的代价对人群网络或计算机网络进行免疫。基于节点连接的不均匀性提出的目标免疫被认为是最好的免疫策略。在已知邻居节点度数的前提下,在不均匀网络中提出了局域搜索免疫。与目标免疫策略相比,该策略可以通过免疫相等或较少的节点来消灭病毒。实验使用SIS病毒传播模型在ER随机网络、BA无标度网络和两种实际网络中测试了局域搜索免疫策略,它的免疫性能随着聚类系数的增加而增加。

基于层弧容量比求解网络最大流

针对最短增广链算法一开始选取增广路径的随意性,给出了一种在单源、单汇网络中通过层弧容量比来求解网络最大流的新算法。该改进算法的思想是运用宽度优先搜索的方法,在改进的分层剩余网络中找到与汇点相邻接且容量最大的弧(称为关键弧),再选择含有关键弧的最短增广路径,根据制定的规则,从而有序地进行流值增广,直至没有可增广的路径终止。在BA无标度网络中进行实验,发现新算法的效率略高于最短增广链算法,且能把关键弧的容量更加合理地分配给上一层弧,提高了最大流的流值。

节点被删除后的复杂网络子集团数量研究

现实当中的许多复杂网络都无法避免地受到来自自然灾害或人为的攻击,从而导致网络破碎成很多大大小小的子集团.计算随机网络和BA无标度网络在随机删除节点与蓄意删除节点两种情况下产生的除最大连通图外其他子集团数量的情况.在产生的子集团中,结果发现它们特点是当节点删除比例f从0增大到1过程中,子集团的数量先增大后减小.包含节点数量较小的子集团数量占子集团总数量的大多数.子集团尺寸与相应数量在尺寸较小时近似成幂律关系.随机与蓄意删除节点时,随机网络与BA无标度网络产生子集团数量的最大值存在差异.

基于无标度网络拓扑结构变化的舆论演化模型

基于BA无标度网络,构建了舆论和网络结构相互影响的自适应舆论演化模型.舆论的演化不仅受制于网络拓扑结构,而且也导致拓扑结构的变化.研究表明,演化达到稳态后,网络结构不再是初始的无标度网络而呈现泊松分布,而且随着时间的推移,系统中的舆论演化表现出很强的趋同效应,原来初始状态的几十个舆论,在长时间的演化后,大部分舆论灭亡,只有少数的舆论存留,且发展壮大.这种趋向与社会上的舆论、意见、信仰的演化大体上是符合的.