基于节点保护的耦合网络鲁棒性优化

摘要

最近几年，有关复杂网络的属性、功能、和网络之间的联系的研究逐渐发展成为一个重要的领域。复杂网络作为一种由节点和连接边组成的拓扑结构，可以用于表示各种复杂系统，因此对复杂网络的性能的研究和优化，可以有效的解决许多工程领域的难题，例如交通运输网络的效率提升、电力网络的抗毁性优化等。 耦合网络，作为一种比较特殊的复杂网络，由于耦合连接的原因，故障会从一侧网络扩散至另一侧网络，使得网络比一般的单一网络更加脆弱，面对攻击会更容易瘫痪。因此，提高耦合网络的鲁棒性(抗毁性)是一个重要课题。 目前对耦合网络的研究主要侧重在如何提高原始网络的抗毁性，然而，在对失效网络的重建过程中，也不可避免的遇到级联失效的难题，并且，由于耦合连接的存在，在网络重建的过程中，网络的社区结构也会发生变化。更重要的是，目前存在的基于节点保护的网络鲁棒性优化方案主要是保护耦合网络中的单侧网络中的重要节点。由此，在这篇论文中，主要考虑从耦合网络的社区结构保护和双侧网络中的重要节点保护两方面尝试优化耦合网络的鲁棒性。 在这篇论文中，作者提出了两种耦合网络的鲁棒性优化方法，分别是：（1）基于社区的节点保护方法；（2）基于双侧网络的重要节点保护方法。在这篇论文中，前者在耦合网络的重建过程中引入了社区的概念；后者作为一个框架，将双侧网络合并为整体，在合并后的网络中选取重要节点，将其保护起来，网络的鲁棒性提升效果都较为良好。本文的贡献主要体现在如下两个方面： （1）考虑耦合网络重建过程中出现级联失效问题，并做出优化。在鲁棒性优化过程中分析网络的社区结构，通过保护社区中做出重大贡献的节点，提升耦合网络的鲁棒性，并通过实验和现有的节点保护方法做对比，取得了良好的效果。 （2）提出了基于双侧网络的节点保护方法，在多种不同的网络数据集上进行验证，并和现有的单侧保护方法以及本文提出的基于社区因素的节点保护方法作对比，共同提升耦合网络的鲁棒性。

目录

第一个书签之前

摘要

ABSTRACT

插图索引

表格索引

符号对照表

缩略语对照表

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 耦合网络的研究意义

1.3 耦合网络鲁棒性的研究现状

1.4 本文创新点及研究内容

1.5 本文结构安排

第二章 耦合网络与网络鲁棒性的基本概念

2.1 网络鲁棒性的概念

2.1.1 最大连通子集

2.1.2 平均逆测地长度

2.2 耦合网络的基本概念

2.2.1 耦合网络的级联失效过程

2.2.2 耦合网络中的渗流相变

2.2.3 耦合网络的鲁棒性

2.3 具有代表性的复杂网络模型

2.3.1 ER随机模型

2.3.2 Barabási–Albert网络

2.4 耦合网络模型

2.4.1 一对一耦合网络模型

2.4.2 多对多耦合网络模型

2.4.3 多个网络耦合成的网络

第三章 基于社区保护策略的耦合网络鲁棒性研究

3.1 耦合网络的重建

3.2 本文使用的网络类型

3.3 基于社区检测的耦合网络鲁棒性优化

3.3.1 基于社区的鲁棒性优化的基础知识

3.3.2 基于社区的耦合网络鲁棒性优化

3.3.3 实验结果与分析

3.4 本章小结

第四章 基于双层节点保护的耦合网络优化方法

4.1 网络重建过程中的节点保护

4.2 五种中心度指标

4.3 双层节点保护框架

4.4 实验结果与分析

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

作者简介