單層與多層網(wǎng)絡(luò)魯棒性分析與優(yōu)化.pdf

1、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)充斥在人們生活的每個(gè)角落，時(shí)時(shí)刻刻影響著人們的生活，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從未停止對(duì)它研究的步伐。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)是交互信息和傳輸資源的載體，它的魯棒性與否直接關(guān)系著國(guó)家的經(jīng)濟(jì)和人民的生活。所以，如何找到復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)魯棒性較高的結(jié)構(gòu)，是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究的重點(diǎn)之一。其中，在優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，大部分的研究都是保證了網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的度不改變，這樣做是為了對(duì)現(xiàn)存的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。而現(xiàn)實(shí)社會(huì)中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在不停的變化，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)的度隨時(shí)可能發(fā)

2、生著變化。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間的路徑是非常關(guān)鍵的，它是任何信息傳輸?shù)那?。再者，社?huì)中的網(wǎng)絡(luò)都是相互關(guān)聯(lián)的，構(gòu)成了多層網(wǎng)絡(luò)（Network of Network,NON），它們之間的連接性是網(wǎng)絡(luò)相互依靠的重要組成部分。本論文首先對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)在對(duì)不同邊攻擊下的魯棒性進(jìn)行了優(yōu)化分析研究，其次對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的自然連接性進(jìn)行了優(yōu)化，再次對(duì)多層網(wǎng)絡(luò)的連接進(jìn)行了定量的分析。本文的主要工作如下：
　　1：在優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的魯棒性過(guò)程中，設(shè)定了一個(gè)新的約束

3、準(zhǔn)則，并且采取了三種不同類(lèi)型的邊攻擊策略來(lái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行攻擊。實(shí)驗(yàn)中采取了四種不同類(lèi)型的人工模擬網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)作為初始網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的啟發(fā)式的優(yōu)化方法（Sample Heuristic,SH）來(lái)對(duì)這些網(wǎng)絡(luò)在不同邊攻擊下進(jìn)行魯棒性的優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明對(duì)于不同結(jié)構(gòu)的初始網(wǎng)絡(luò)，在遭受不同的邊攻擊的情況下，經(jīng)過(guò)SH方法優(yōu)化后的結(jié)果都非常接近，但是他們的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)卻不同。并且，我們發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過(guò)一種攻擊策略?xún)?yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在經(jīng)受其它攻擊策略

4、的攻擊下，結(jié)構(gòu)并不魯棒，甚至?xí)陀诔跏贾怠?br>　　2:采取了自然連接性作為衡量網(wǎng)絡(luò)魯棒性的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)了一種基于模擬退火算法的無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)自然連接性的優(yōu)化方法，并且把保證優(yōu)化前后網(wǎng)絡(luò)的度不發(fā)生改變作為優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的前提條件。在模擬退火算法中，設(shè)計(jì)了一種巧妙的邊交換策略（IncreaseLoop3,IL-3）。實(shí)驗(yàn)中采取了兩種實(shí)際存在的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和人工模擬生成的無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)對(duì)設(shè)計(jì)的模擬退火算法的性能進(jìn)行了測(cè)試；將模擬退火算法與現(xiàn)有的幾種算法進(jìn)

5、行了比較，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明模擬退火算法能更好的得到魯棒性較高的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
　　3：考慮現(xiàn)實(shí)社會(huì)中復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)之間的相互連接，對(duì)四種不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成的NON的魯棒性進(jìn)行了定量的分析，給出人們?cè)谝院髣?chuàng)建NON網(wǎng)絡(luò)中的一些建議。實(shí)驗(yàn)中使用人工模擬生成的四種不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對(duì)它們兩兩連接生成的NON網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)分別進(jìn)行任意攻擊和惡意攻擊。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在抵御惡意攻擊的方面，規(guī)則網(wǎng)絡(luò)和小世界網(wǎng)絡(luò)之間所構(gòu)成的NON有很好的魯棒性；在抵御任意攻