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角落，時時刻刻影響著人們的生活，國內(nèi)外學(xué)者從未停止對它研究的步伐。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)系著國家的經(jīng)濟和人民的生活。所以，如何找到復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)魯棒性較高的結(jié)構(gòu)，是近年來國內(nèi)外學(xué)者對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究的重點之一。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)中每個節(jié)點的度不改變，這樣做是為了對現(xiàn)存的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。而現(xiàn)實社會中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在不停的變化，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點的度隨時可能發(fā)

2、生著變化。同時，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點之間的路徑是非常關(guān)鍵的，它是任何信息傳輸?shù)那?。再者，社會中的網(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。本論文首先對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)中的自然連接性進行了優(yōu)化，再次對多層網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的魯棒性過程中，設(shè)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行攻擊。實驗中采取了四種不同類型的人工模擬網(wǎng)絡(luò)和一個實際網(wǎng)絡(luò)作為初始網(wǎng)絡(luò)，設(shè)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(wǎng)絡(luò)在不同邊攻擊下進行魯棒性的優(yōu)化。實驗結(jié)果表明對于不同結(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)過一種攻擊策略優(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)魯棒性的標準，設(shè)計了一種基于模擬退火算法的無標度網(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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和人工模擬生成的無標度網(wǎng)絡(luò)對設(shè)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(xiàn)有的幾種算法進

5、行了比較，實驗結(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)實社會中復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)之間的相互連接，對四種不同類型的網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對它們兩兩連接生成的NON網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點分別進行任意攻擊和惡意攻擊。實驗結(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