單層與多層網絡魯棒性分析與優(yōu)化.pdf

1、復雜網絡充斥在人們生活的每個角落，時時刻刻影響著人們的生活，國內外學者從未停止對它研究的步伐。復雜網絡的結構是交互信息和傳輸資源的載體，它的魯棒性與否直接關系著國家的經濟和人民的生活。所以，如何找到復雜網絡魯棒性較高的結構，是近年來國內外學者對復雜網絡研究的重點之一。其中，在優(yōu)化網絡結構中，大部分的研究都是保證了網絡中每個節(jié)點的度不改變，這樣做是為了對現存的網絡結構進行優(yōu)化。而現實社會中的網絡結構在不停的變化，網絡中的節(jié)點的度隨時可能發(fā)

2、生著變化。同時，網絡中節(jié)點之間的路徑是非常關鍵的，它是任何信息傳輸的渠道。再者，社會中的網絡都是相互關聯的，構成了多層網絡（Network of Network,NON），它們之間的連接性是網絡相互依靠的重要組成部分。本論文首先對復雜網絡在對不同邊攻擊下的魯棒性進行了優(yōu)化分析研究，其次對網絡中的自然連接性進行了優(yōu)化，再次對多層網絡的連接進行了定量的分析。本文的主要工作如下：
　　1：在優(yōu)化網絡結構的魯棒性過程中，設定了一個新的約束

3、準則，并且采取了三種不同類型的邊攻擊策略來對網絡結構進行攻擊。實驗中采取了四種不同類型的人工模擬網絡和一個實際網絡作為初始網絡，設計了一個簡單的啟發(fā)式的優(yōu)化方法（Sample Heuristic,SH）來對這些網絡在不同邊攻擊下進行魯棒性的優(yōu)化。實驗結果表明對于不同結構的初始網絡，在遭受不同的邊攻擊的情況下，經過SH方法優(yōu)化后的結果都非常接近，但是他們的網絡結構卻不同。并且，我們發(fā)現在經過一種攻擊策略優(yōu)化后的網絡結構，在經受其它攻擊策略

4、的攻擊下，結構并不魯棒，甚至會低于初始值。
　　2:采取了自然連接性作為衡量網絡魯棒性的標準，設計了一種基于模擬退火算法的無標度網絡自然連接性的優(yōu)化方法，并且把保證優(yōu)化前后網絡的度不發(fā)生改變作為優(yōu)化網絡結構的前提條件。在模擬退火算法中，設計了一種巧妙的邊交換策略（IncreaseLoop3,IL-3）。實驗中采取了兩種實際存在的網絡結構和人工模擬生成的無標度網絡對設計的模擬退火算法的性能進行了測試；將模擬退火算法與現有的幾種算法進

5、行了比較，實驗結果表明模擬退火算法能更好的得到魯棒性較高的網絡結構。
　　3：考慮現實社會中復雜網絡之間的相互連接，對四種不同類型的網絡所構成的NON的魯棒性進行了定量的分析，給出人們在以后創(chuàng)建NON網絡中的一些建議。實驗中使用人工模擬生成的四種不同類型的網絡結構，對它們兩兩連接生成的NON網絡中的節(jié)點分別進行任意攻擊和惡意攻擊。實驗結果表明，在抵御惡意攻擊的方面，規(guī)則網絡和小世界網絡之間所構成的NON有很好的魯棒性；在抵御任意攻