多路复用网络中的模体检测算法

多路复用网络可以形象地描述复杂系统中个体之间的相互作用关系,模体作为一种高阶结构在网络中频繁出现。与单层模体相比,多重模体具有数量多、种类繁、结构杂的特点。鉴于目前缺少针对多重模体的完整检测算法,提出一种适用于多路复用网络的快速多重模体检测算法(FAMMD)。首先,通过改进ESU(Enumerate SUbgraphs)算法进行多重子图枚举;其次,使用层标记和二进制字符串相结合的方法加速同构检测的过程,并且构造了保持度序列和层间依赖性不变的零模型进行多重子图测试;最后,在两层真实网络上进行了模体检测,多重模体表现出紧密相连的三联模式,且在社交网络中更加同质,在交通网络中则更加互补。实验结果表明,所提方法可以准确、快速地检测出反映网络结构特性和符合实际情况的多重模体。

射流放大器的不对称性对偏转板伺服阀零偏的影响

针对偏转板伺服阀前置级放大器结构不对称导致零偏的问题,考虑两个接收腔结构尺寸不一致以及劈尖相对射流口不对称等因素,基于二维紊动射流理论建立了偏导射流放大器压力特性数学模型,分析了两个接收腔圆角、内角、喉部宽度不一致性以及劈尖相对射流口的偏移量对放大器压力特性以及零偏位移的影响。分析结果表明:由于接收腔圆角和接收腔宽度直接决定射流流出接收腔的面积,故接收腔圆角和宽度的不对称会对放大器零件产生较大影响,两接收腔圆角差值每增大10μm,会近似产生0.33μm的零偏,而两接收腔宽度差值每增大10μm,会近似产生1μm的零偏,接收孔内角的对称性和劈尖相对射流口的偏移则对放大器的零偏影响很小。减小两接收孔圆角和宽度的加工公差可以显著降低射流放大器的零偏,并提高射流放大器的一致性。

基于NSMC方法的某核工程场地裂隙地下水数值模拟不确定分析

裂隙介质渗透结构表现为高度的非均质性与各项异性。为了科学有效地预测某核工程场地裂隙地下水的流动规律,揭示裂隙岩体地下水的渗流特性,笔者等采用Pilot Point调参方法与null space Monte Carlo方法(NSMC),开展了裂隙岩体渗透结构的不确定性分析研究,构建了符合实际水文地质条件的多个渗流数值模型集合。结果表明:该方法获得的各个实现地下水位模拟结果能够与实际观测数据较好吻合,可反映工程场地裂隙地下水动力特征与流动趋势;各个实现的参数化渗透结构在空间上存在一定的差异性,但整体变化趋势是保持一致的,渗透参数的不确定性表现为在实测数据分布区域相对较低,钻孔空白区域相对较高;该方法可以弥补单一、确定性模拟结果在表征裂隙介质渗透结构方面的局限性,有效地降低模型参数的不确定性与随机性。此方法对进一步提升裂隙岩体渗流模拟精度与预测能力,深化裂隙地下水迁移规律的认识具有重要的意义。

青藏高原东北部湖泊细菌群落结构特征季节性差异及驱动机制

微生物是湖泊生态系统重要的有机组分。了解不同时期青藏高原湖泊细菌群落特征、环境驱动因子及其群落构建过程的差异,对高原湖泊水生态管理具有重要的指导意义。分别于2020年6和12月采集青藏高原东北部5个湖泊水样,基于高通量测序技术、统计分析和模型分析,解析高原湖泊群在非冰封期和冰封期细菌群落结构、环境驱动因子和中性过程、确定性过程以及随机性过程在细菌群落构建过程的贡献。结果表明:(1)非冰封期湖泊细菌群落的Chao1丰度指数、Simpson和Shannon多样性指数低于冰封期,Spearman相关性分析结果表明非冰封期细菌群落的Chao1丰度指数和多样性指数与水温和海拔显著相关,而冰封期细菌群落的Chao1指数和多样性指数与总氮显著相关;(2)水体细菌群落的优势门均为变形菌门(Proteobacteria),非冰封期细菌中拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)的平均相对丰度明显高于冰封期。另外,主坐标分析和相似性分析结果表明非冰封期和冰封期的细菌群落组成差异极显著;(3)冗余分析结果表明不同时期湖泊群细菌群落结构的驱动因子不同,非冰封期环境因子影响的大小顺序为:总氮>纬度>总溶解固体>经度>溶解有机碳,冰封期为:海拔>溶解氧>溶解有机碳>pH;(4)Sloan中性模型计算结果表明冰封期高原湖泊细菌群落比非冰封期更易受到中性过程的驱动,并且冰封期细菌群落的迁移率也大于非冰封期(冰封期:0.289;非冰封期:0.130),反映冰封期细菌菌群扩散能力较强。随机性的扩散限制过程是非冰封期(贡献率=54.74%)和冰封期(贡献率=55.56%)湖泊细菌群落的主要构建过程。本文解析了不同时期高原湖泊细菌群落特征及其驱动机制,为高原湖泊水资源保护和管理以及深入理解细菌群落构建过程提供了基础。

基于零模型的含时网络模体识别方法

在带有时间属性的含时网络中,常规的基于频繁子图统计的网络模体识别方法容易受网络规模与结构差异的影响。而与实证网络具有相同规模和某些相同性质的零模型网络能为实证网络的特性挖掘提供了准确的基准,于是提出一种基于零模型的含时网络模体识别方法,用两种网络子图特征比较后的相对值来识别含时网络中的具有显著结构意义的子图。同时,为确定零模型网络何时达到稳定,采用成功置乱次数方法来改进基于时间置乱或时间随机化的含时网络零模型构造方法。在实验阶段,对包含卫星和地面站的46节点全球定位系统(GPS)星座进行仿真实验,确定了零模型网络子图特征稳定时的成功置乱次数;构造10个零模型网络与卫星网络比较,发现反映节点连接具有连续性特点的子图的出现次数仅为最高频子图的1/34,却是卫星网络中最重要的模体。实验结果表明,以零模型为参照的含时网络模体识别方法能更准确地识别出反映网络结构特性和动态变化过程的模体。

大藤峡大坝蓄水对浔江鱼类群落的影响

2017年7月至2021年2月对浔江鱼类资源进行调查(每月调查一次),以定制刺网、虾笼和钓钩为主要作业网具,结合相对重要性指数、鱼类丰度生物量比较(ABC)曲线、相似性分析、非度量多维尺度分析、生态网络和零模型等分析方法,探讨广西大藤峡大坝蓄水对浔江鱼类群落的影响。调查期间共采集鱼类77种,隶属7目19科63属。卷口鱼(Ptychidio jordani)、赤眼鳟(Squaliobarbus curriculus)、鲤(Cyprinus carpio)、粗唇鮠(Leiocassis crassilabris)的相对重要性指数(IRI)值为850.59-2347.23,表明它们是浔江优势种。大藤峡大坝蓄水后浔江鱼类群落发生了一系列变化:(1)鱼类群落相似性聚类分析显示,各年度间鱼类群落相似度均大于59.73%,总体呈现出时间相隔越远群落相似性越低的趋势。此外,鱼类种类数由69种下降为51种;(2)浔江鱼类群落受干扰程度随着时间的推移而增加,鱼类丰度生物量比较曲线(ABC曲线)W值由0.052降至-0.004。此外,基于浔江鱼类所构建的生态网络集散节点数不断减少,结构趋向于简单化,生态网络稳定性减弱;(3)基于时间生态位研究结果表明鱼类种间竞争加剧,时间生态位重叠增幅最大的种对是罗非鱼sp-东方墨头鱼以及卷口鱼-鲫等生态习性相近鱼类。(4)基于时间生态位重叠指数构建的零模型结果揭示了浔江鱼类群落构建取决于环境因素,大坝蓄水后浔江鱼类群落向竞争主导的随机分布发展格局转变。综上所述,大藤峡大坝蓄水对浔江鱼类群落产生较大的影响,亟需采取相应的保护措施。研究为后续浔江鱼类资源的保护和恢复工作以及大藤峡大坝运行的建议提供理论基础。

影响社团特性的微观结构因素解耦分析

现有的网络微观结构对社团特性影响的定性和定量分析,方法上还没有通用可靠的框架,实验数据集一般较小,说服力不强,此外也没有充分拆解各因素之间的耦合性。在定性分析上,采用基于零模型和“显著性检验”的微观结构对社团特性影响的分析方法,对各种类型网络进行了社团结构显著性检测,实现了微观结构对社团特性影响的质性分析。在定量分析上,提出基于零模型和“中介效应分析”的微观结构对社团特性影响的分析方法,将已知社团结构显著性类型网络的原始网络与零模型或零模型与零模型间模块度值作差,剔除微观结构对社团特性的作用,量化出不同社团结构显著性类型网络的不同阶数网络微观结构对社团特性的贡献程度。该文使用社交生物、科技、交通、经济、信息等不同规模的550个实证网络进行实验分析,全面深入分析了微观结构对社团特性产生的作用,有利于理解社团特性的形成机制。

网络结构影响传播效果的解耦分析

如今越来越多的人通过社交网络传播信息,在线社交网络逐渐改变了人们交换信息的方式,因此基于在线社交网络研究信息传播效果的影响因素受到众多研究人员的关注,尤其是网络结构对信息传播效果的影响。以往研究大都强调某种网络统计量对信息传播效果的影响,但各个网络统计量之间相互耦合的现象是客观存在的,某种网络统计量的改变可能导致其他网络统计量同步改变,从而可能影响最终的传播效果。提出一个解耦的零模型框架,通过零模型解耦不同网络统计量间的耦合作用,然后使用SIR传播模型仿真实验来分析网络统计量在没有耦合作用下对信息传播效果的影响,最后使用线性阈值模型仿真实验验证SIR模型的实验结论在社会强化中的适用性。通过Facebook和Twitter实证网络的传播模型仿真实验表明:网络的平均最短路径是影响信息传播速度和信息传播范围的主要因素,聚类系数是影响信息传播范围的次要因素。

生态学中的点格局研究概况及其在国内的应用

点格局分析是研究生态学格局的工具之一,近年来在生态学中的应用越来越多。为深入了解点格局分析方法在国内的研究与应用情况,以所总结的研究进展、一般步骤和基本要点为背景,分析评述了1996—2015年期间以点格局为主题的国内中文核心期刊文献。结果表明,在国内生态学格局研究中,应用研究占据主导地位,研究对象广泛,包括以树木为主的乔、灌、草等不同生活型的植物,甚至包括景观;基础研究,包括概括性统计量、零模型与点过程模型等方面,以及专用软件工具包的开发等研究薄弱。在应用中存在一定问题,主要表现为:概括性统计量使用单一,且以Ripley的K-函数及其变形为主;零模型(或点过程模型)是科学问题的统计表达,但是有一半以上的研究未明确给出零模型。建议在未来应用研究中重视多种统计量的组合使用和原假设的建立,在探讨热带、亚热带森林等具有复杂空间结构系统的多样性格局时,考虑对象的不同世代和系统的不同垂直层次,并加强多变量或三维概括性统计量的开发、点格局分析方法与动态过程模型的结合研究等工作。

中域效应假说:模型、证据和局限性

物种多样性的地理格局是宏观生态学和生物地理学的核心问题之一,中域效应假说是该领域的一项重要的理论进展。中域效应是指由于边界对物种分布构成限制,使不同物种分布区在区域中间重叠程度较大,而在边界附近重叠较少,从而形成物种丰富度从边界向中心逐渐增加的格局。现有研究表明,中域效应是影响物种丰富度格局的一种重要机制,但其作用大小受很多因素的影响。本文介绍该假说的基本假设和模型,模拟分析不同模型之间的差异,并就中域效应假说所展开的争论进行综述,指出该假说的合理性和局限性。我们认为,中域效应假说的重要性在于揭示了几何(边界)限制和随机过程在物种多样性地理格局中的作用,但其目前的模型和假设还过于简单,需要在深入理解物种分布机制的基础上进行完善和发展。

海湾鱼类群落物种共存机制——以湄洲湾为例

海湾鱼类群落共存机制仍不明确,分析群落物种生态隔离及生境过滤的相对重要性是探讨物种共存模式的重要途径。以湄洲湾鱼类群落为例,根据2012年9月及2013年4月单拖网调查数据,运用零模型对其鱼类共存机制展开研究。结果表明,基于物种出现/不出现的C-score、成对物种棋盘格数目、SES指数的实测值与预测值差异均不显著(P>0.05),基于丰度数据的Pianka及Czechanowski生态重叠指数的实测值与预测值之间差异也不显著(P>0.05),说明无论是物种还是个体之间均呈随机分布格局,显示湄洲湾鱼类群落是一种受竞争排斥与生境过滤双重影响的群落。研究结果对湄洲湾生态系统生物多样性保护具有重要意义。

农户生活满意度及影响因素分析——基于10个村庄的横截面数据

文章利用广西、河南、黑龙江、江西、宁夏、四川、甘肃、安徽、云南、山东10个省份10个村庄698个农户的调查资料,使用零模型讨论分层的可能性,运用有序Probit模型分析人口统计特征、经济状况、社会状况等对农户生活满意度的影响,并进行进一步的讨论。研究结果表明:贫困户的生活满意度在总体上要低于中等户和富裕户。随着户主年龄,住房面积、耐用消费品种类的增加,健康、道路状况、村庄民主、社会交往的改善,农户生活满意度提高的可能性越高。农户生活满意度与受教育年限之间存在倒"U"型关系。村庄特征差异对农户生活满意度差异影响不显著。

零模型及其在复杂网络研究中的应用

从假设检验这一源头出发,描述零模型方法产生的理论和实践背景,在生态学零模型启发中总结零模型的本质作用,并重点叙述在复杂网络拓扑结构研究中零模型的构建及其应用研究所取得的成果,讨论了复杂网络零模型研究的发展方向。

基于置乱算法的复杂网络零模型构造及其应用本期“复杂性科学”专栏评述

整理了无权网络、加权网络和时变网络中经常使用的各种零模型构造算法,重点总结了基于置乱算法的零模型构造过程和它们的实际应用。置乱算法既可以将网络上的连接关系进行断边重连,也可以在保持原有连接的前提下随机化某些因素。通过对这些置乱算法的分析和比较,有助于相关学者了解如何使用置乱算法来构造复杂网络零模型,在参考零模型的前提下合理计算各种统计量的相对值,进一步深化对各种复杂系统的理解和应用。

主导长江口鱼类群落物种时间共存格局的环境过滤机制研究

了解生物群落中物种共存机制是群落生态学研究的重要组成部分.鉴于河口鱼类群落结构与温盐等理化因子密切相关,同时多数鱼类产卵、育幼在时间上具有同步性(主要在春夏季发生),因此环境过滤机制可能是促使河口鱼类时间上共存的主要机制.为证实该假设,本研究以长江口鱼类群落为例,利用广义可加非线性模型(GAMs)分析其时间生态位及鱼类与环境因子的关系,同时基于零模型(null models)从生态位利用的角度阐述河口鱼类群落时间上的共存机制.结果表明:鱼类物种间实测生态位大于预期值,揭示出环境过滤机制是促使鱼类时间上共存的主要机制;多数鱼类物种与非生物环境因子关系拟合较好,说明未知因素(如物种间的竞争作用等机制)对其分布影响权重较小.上述结果支持环境过滤学说是长江口鱼类物种时间共存格局的主导机制.

人工红松林步行虫(Coleoptera:Carabidae)群落物种共存格局动态分析

揭示群落物种共存格局是群落生态学研究的重点内容之一,零模型的应用极大的促进了群落物种共存格局及其调控机制的进展,然而针对地下生物群落共存格局动态特征的研究并不多见。在帽儿山森林生态站的人工红松林内,通过5次调查取样基于零模型模拟分析小尺度空间(20 m×20 m)步行虫群落物种共存格局的动态特征。结果表明:(1)共捕获步行虫20种,2278只个体,其中Carabus billergi maoershanensis为所有调查季节数量最具优势且分布最广泛的物种,步行虫群落结构具明显的时间变异性;(2)2013年6月步行虫群落为集群性共存格局,而2014年8、10月为竞争性共存格局,基于目前的零模型指标和法则难以准确揭示其他月份是集群性还是竞争性的共存格局,但所有季节的群落均表现为明显的非随机性共存格局,这些共存格局的发现并不完全支持Diamond的群落构建机制理论;(3)所有调查季节均发现很少的显著物种对,基于更严格的检验表明群落中集群性物种对多于隔离性物种对,那些表现为显著的非随机性共存关系的物种对往往是群落内数量较大且分布广泛的优势和常见物种。表明非随机性共存格局可能是帽儿山人工红松林小尺度空间步行虫群落的常见格局,这种非随机性格局具一定的短期动态稳定性,但不同季节这种非随机性共存格局类型表现不同,群落内这些较少的显著物种对可能对群落物种共存格局具有一定的贡献。

长白山阔叶红松林系统发育和功能性状beta多样性

Beta多样性是生物多样性的重要组成部分,对于研究生物多样性的形成机制具有重要意义。基于物种进化历史和功能性状的系统发育和功能性状beta多样性的研究,能够从不同的角度反映群落格局形成的生态学过程。本文以长白山阔叶红松林40 hm2样地中45种木本植物（DBH≥1 cm）为研究对象,采集了最大树高、叶面积、比叶面积和叶氮含量4种功能性状,采用Srensen指数衡量功能性状与系统发育beta多样性在不同空间尺度（半径为10、20、25、50和75 m）的变化趋势,并通过比较系统发育和功能性状beta多样性格局与零模型的差异,进而推断潜在的生态过程。研究表明：1）长白山阔叶红松林系统发育和功能性状beta多样性均表现出距离衰减效应,并且随取样尺度的增大,系统发育和功能性状beta多样性逐渐降低。2）功能性状和系统发育beta多样性格局均具有非随机的变化趋势。随着取样尺度的增大,系统发育beta多样性呈现出先低于随机状态（10~20 m）,随后趋于随机（25~50 m）,最后又低于随机状态（75 m）的格局。而功能性状beta多样性格局则由随机状态（10~50 m）逐渐变为低于随机状态（75 m）。表明在中小尺度上（10~50 m）,中性过程占主导作用,但不能排除生态位过程的影响;而随着尺度的增大,生境过滤在维持长白山阔叶红松林群落构建中起主导作用。3）功能性状与系统发育beta多样性格局变化趋势不一致,推测主要是由于功能性状系统发育信号较弱所导致。

开源软件社区知识创造沟通网络演变研究

基于codeplex开源社区中的C#小社区沟通关系数据,利用复杂网络及其零模型方法对开源软件社区知识创造沟通网络演变特性进行研究。分析发现,网络规模前期逐渐增大后期趋于稳定,各阶段无权网络度呈广延指数分布,小世界性比较显著,社团结构显著,存在明显的富人俱乐部现象,没有明显的等级特征,是典型的异配网络;而加权网络权呈幂律分布,没有明显的社团结构特征等。结果表明知识分享、知识流动存在异质性、小世界性,项目协调人之间以及协调人与一般用户交互较多。

基于零模型的开源社区大众生产合作网络结构研究

以google code开源社区为例,依据生产者合作关系按照复杂网络理论构建大众生产合作网络模型及合作网络的零模型,实证了该网络的小世界、无标度及同配性特性,并探测了三节点和四节点模体及社团结构,结果发现该网络模体同步能力较强,开源社区合作涌现性可能与这些模体有着密切的联系,为开源社区大众生产研究提供了新的视角。

宝天曼自然保护区树附生苔藓空间格局分析

采用单变量g(r)函数,选用同质性泊松、异质性泊松、同质性托马斯和异质性托马斯4个零模型,分析了宝天曼自然保护区内1 hm^2样地中11种树附生苔藓物种的空间分布格局。结果显示,11个物种中,有6个物种在同质性泊松模型下表现出聚集分布,在同质性托马斯模型下的聚集程度有所减弱,但在异质性泊松模型下完全变为随机分布。与同质性泊松模型下的分布相比,在异质性泊松模型下,有4个物种在较大尺度上的聚集分布变为随机分布;而在同质性托马斯模型下,有2个物种在较小尺度上的聚集分布变为随机分布。研究表明:1)生境异质性和扩散限制均对树附生苔藓空间分布格局的形成有影响,且生境异质性起主要作用;2)生境异质性可在小尺度上影响树附生苔藓的空间分布,扩散限制也能在大尺度上发挥作用。