復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中目標節(jié)點分析技術(shù)研究.pdf

1、正是基于現(xiàn)代計算機超強的計算能力，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的研究，融合了拓撲學(xué)、圖論、社交網(wǎng)絡(luò)分析、互聯(lián)網(wǎng)宏觀拓撲研究、物理學(xué)、生物學(xué)等學(xué)科的相關(guān)研究成果，形成了這個學(xué)科獨有的體系和方法論。小到互聯(lián)網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)，大到浩瀚無垠的宇宙，復(fù)雜系統(tǒng)都可以被抽象成由節(jié)點和邊組成的網(wǎng)絡(luò)化表示的模型。而復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的科學(xué)家們現(xiàn)在普遍認為:不同真實網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上和動力學(xué)上的相似性表明某種普遍的規(guī)則可能可以準確的描述所有這些網(wǎng)絡(luò)的動力學(xué)。與此同時，控制論、博弈論、排隊論、曲

2、面幾何等各種現(xiàn)有自然科學(xué)理論均能夠有效地與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究相結(jié)合，隨著人們在自然界中真實存在的各種復(fù)雜系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的一般性特征和規(guī)律，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論和其分析技術(shù)的研究在各個領(lǐng)域的科學(xué)家手中都找到用武之地。同時，現(xiàn)有的模型和計算機分析技術(shù)還不能完美的再現(xiàn)或解釋很多真實存在的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征和現(xiàn)象。
　　復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中目標節(jié)點分析技術(shù)研究是通過設(shè)計新的計算機算法或可計算模型，以網(wǎng)絡(luò)化表達的數(shù)據(jù)中，研究人員關(guān)注的部分節(jié)點為研究對象，綜合運用中心

3、性分析、社團發(fā)現(xiàn)、鏈路預(yù)測、統(tǒng)計分布等手段來對目標網(wǎng)絡(luò)進行研究和分析，并基于對目標復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)拓撲特征和規(guī)律的理解，發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律、拓展原有理論的研究。按照計算機相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究一般過程的分類，可以分成拓撲探測、拓撲規(guī)律發(fā)現(xiàn)、拓撲建模三個部分。面向多樣性的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究對象，本文共包含了四個方面的問題，(1)文本數(shù)據(jù)中詞匯復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的探測算法，(2)設(shè)計了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點重要性程度度量方法，并通過針對互聯(lián)網(wǎng)等真實網(wǎng)絡(luò)的蓄意攻擊實驗驗證了提出的節(jié)

4、點重要性度量方法的有效性，(3)通過追蹤IPv6互聯(lián)網(wǎng)全球拓撲的在4個月的演化數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)拓撲演化過程中的異?，F(xiàn)象，并研究分析了兩個典型的互聯(lián)網(wǎng)異常演化現(xiàn)象在宏觀拓撲內(nèi)部形成的原因，(4)設(shè)計了一個新的可計算模型來分析二十四史中9個典型中國王朝的建立過程。
　　具體地，本文首先設(shè)計了一種面向中文文本信息的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)探測算法，通過對中文單字復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中邊頻度的加權(quán)和對字拓撲結(jié)構(gòu)的分析，簡化的中文習(xí)語與詞匯的抽象過程，在較低的時

5、間復(fù)雜度下實現(xiàn)了對不同時代成文的中文文本信息中蘊含的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的提取，實驗表明，盡管犧牲了部分詞匯分割精度，探測過程具有適應(yīng)不同時代各種中文文本數(shù)據(jù)的特點，算法時間復(fù)雜度很低，抽象出來的詞匯復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有典型的小世界特征和近似的無尺度特征。
　　其次，為了能夠改善現(xiàn)有復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的重要性程度的度量方法，本文基于迭代對數(shù)函數(shù)設(shè)計了基于鄰居度分布的鄰居向量中心性指標，實驗表明，該中心化度量方法在針對真實互聯(lián)網(wǎng)拓撲、社交網(wǎng)絡(luò)拓撲、

6、生物學(xué)網(wǎng)絡(luò)拓撲等多種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的蓄意攻擊實驗中，對多種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)具有最大的破壞作用，同時計算所需的時間復(fù)雜度與度中心性類似，遠低于介數(shù)等中心性指標，因此該方法對網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)中節(jié)點在拓撲中重要性程度的度量具有很好的效果。
　　第三，通過對一個真實大規(guī)模復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)拓撲時序上的觀測，本文發(fā)現(xiàn)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的演化過程并不是一直保持平滑的。并基于菲波那契序列的構(gòu)造方式給出了拓撲異常的定義，基于這個定義，本章研究了IPv6互聯(lián)網(wǎng)拓撲中的兩種

7、典型拓撲異?，F(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)度量參數(shù)異常波動的情況下，網(wǎng)絡(luò)拓撲內(nèi)部確實存在一定范圍內(nèi)的“突變”，隨后分析并給出了這兩種情況下互聯(lián)網(wǎng)拓撲突變的內(nèi)在原因以及其對互聯(lián)網(wǎng)拓撲造成的影響。
　　最后，基于近期一篇重要文獻的研究成果，本文提出了一種“資源-競爭者”雙層模型。并應(yīng)用該模型分析了二十四史所記載的中國歷史上9個朝代的建立過程，發(fā)現(xiàn)對大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)控制擁有更多影響力的個體節(jié)點，在對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)整體控制權(quán)的爭奪中更具優(yōu)勢。中華人民共和國

8、憲法規(guī)定了多黨合作和政治協(xié)商制度，從中選取一個政黨，利用“資源-競爭者”模型，本文對選取政黨的一次換屆選舉進行了分析與預(yù)測，實驗表明，該模型具有一定的準確性。
　　本文主要關(guān)心的問題是如何利用計算機算法和可計算模型，為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究目標的分析技術(shù)提供一定的新方法，討論了幾個不同角度下，如何利用文中提出的方法對網(wǎng)絡(luò)中研究人員關(guān)心的目標節(jié)點進行分析或度量的一般方法。包括如何抽象中文文本中的節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)、如何計算網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的重要性程度、追蹤