复杂网络系统结构与动态特性分析研究

摘要

近年来，复杂网络受到来自物理、生物、数学、计算机、经济等不同学科领域的研究者越来越多的关注，已经成为一个研究热点。利用统计分析方法，结合计算机模拟仿真技术，本论文对复杂网络结构与动态特性的分析和研究主要涉及到复杂网络的抗攻击性、耦合动念网络系统的同步稳定性以及Linuxkernel源代码组织结构的复杂加权网络分析。其中动态系统同步稳定性方面包括对系统同步性能与网络拓扑结构、演化模型参数关系以及动念系统受到攻击时同步性能变化规律的研究。研究结果在系统安全设计、改善网络系统同步性能、深入理解大型软件系统结构特点和演化机制等方面具有一定的应用价值和指导意义。 论文主要创新性工作如下： (1)采用仿真分析方法，引入度量网络拓扑结构性质的特征量，发现局域世界网络拓扑结构特征随模型参数的变化规律； (2)研究局域世界网络的抗攻击性，在两种攻击模式下，分析得到由于部分节点失效造成的网络拓扑连接结构变化规律以及网络对不同类型攻击具有不同抗攻击能力的原因； (3)分析两类动态局域世界网络系统的同步稳定性，得到类型Ⅰ系统中同步性能与网络拓扑结构的关系以及类型Ⅱ动态系统中同步性能随演化模型参数变化规律； (4)研究类型Ⅱ动态局域世界网络系统节点受到攻击时同步性能的变化情况，提出一个新的特征量表征残余网络的同步性能，分析得到三种攻击模式下系统同步鲁棒性和脆弱性的不同规律； (5)采用加权网络刻画Linux kernel源代码中头文件之间的合作关系，提出一种边权定义描述合作关系的密切程度；按头文件功能将头文件合作网络分为两类：HFCN-Ⅰ和HFCN-Ⅱ，分析得到两类网络的拓扑结构、权重分布性质以及两者之间的相互作用；进一步结合相关网络化特征和kernel具体特点，揭示kernel源代码的组织结构特征及演化规律。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1复杂网络研究概况

1.2复杂网络研究的主要内容

1.2.1实际网络分析

1.2.2复杂网络抗攻击性

1.2.3动态耦合网络同步

1.2.4加权网络

1.2.5复杂软件网络

1.3论文主要研究工作

1.4论文结构安排

第二章复杂网络的基本概念与知识

2.1引言

2.2复杂网络的基本概念及特征量

2.2.1基本概念

2.2.2无权网络特征统计量

2.2.3加权网络特征统计量

2.3复杂网络基本模型

2.3.1规则图模型

2.3.2随机图模型

2.3.3小世界模型

2.3.4无标度模型

2.3.5局域世界演化网络模型

2.4复杂网络抗攻击性的理论分析

2.5动态网络系统的同步模型及同步稳定性判据

2.5.1动态网络系统同步定义

2.5.2网络同步的稳定性判据

第三章局域世界网络拓扑结构特征以及抗攻击性研究

3.1引言

3.2局域世界演化网络拓扑结构特征研究

3.2.1拓扑结构特征：随模型参数变化规律

3.2.2总结与讨论

3.3局域世界演化网络的抗攻击性研究

3.3.1网络攻击策略

3.3.2度量网络拓扑结构变化的特征值

3.3.3数值仿真与结果分析

3.3.4总结与讨论

3.4本章小结

第四章动态局域世界网络的同步稳定性研究

4.1引言

4.2类型Ⅰ网络：拓扑结构特征与同步性能的关系研究

4.2.1网络连接非均匀程度：度分布方差与最大度

4.2.2信息传送效率：平均路径长度与全局效率

4.2.3节点聚集程度

4.2.4最大节点介数

4.2.5总结与讨论

4.3类型Ⅱ网络：同步性能随模型参数变化规律研究

4.3.1同步性能随m0、m变化规律

4.3.2同步性能随M变化规律

4.3.3同步性能随N变化规律

4.3.4总结与讨论

4.4类型Ⅱ网络：鲁棒性与脆弱性并存问题研究

4.4.1新特征量：最大连通簇耦合矩阵的特征根

4.4.2两种不同的蓄意攻击策略

4.4.3不同攻击条件下网络同步性能变化规律

4.4.4总结与讨论

4.5本章小结

第五章LINUX KERNEL源代码组织结构的复杂网络分析

5.1引言

5.2基于LINUX KERNEL源代码的头文件合作网络分析

5.2.1 Linux Kernel简介

5.2.2头文件合作网络(Header File Collaboration Network)的建立

5.2.3头文件合作网络分类

5.2.4刻画HFCN网络结构的特征量

5.3类型Ⅰ头文件合作网络(HFCN-Ⅰ)的结构特征统计与分析

5.3.1无权网络分析

5.3.2加权网络分析

5.3.3总结与讨论

5.4类型Ⅱ头文件合作网络(HFCN-Ⅱ)的结构特征统计与分析

5.4.1无权网络分析

5.4.2加权网络分析

5.4.3总结与讨论

5.5本章小结

第六章总结与展望

6.1总结

6.1.1主要结论

6.1.2创新点

6.2展望

附录

参考文献

个人简历及攻读博士期间工作

致谢