基于進(jìn)化算法的網(wǎng)絡(luò)魯棒性優(yōu)化及其應(yīng)用.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)是表征世界的一種方式，不管是通訊、交通、運輸還是生產(chǎn)、交易乃至環(huán)境、生態(tài)，都可以建立成網(wǎng)絡(luò)，并用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論進(jìn)行分析、研究。分析中，網(wǎng)絡(luò)的正常工作保證其對應(yīng)的真實系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運行，然而實際的情況中，不論什么樣的系統(tǒng)都有出現(xiàn)故障的可能，不管是系統(tǒng)自身由于高頻率的運轉(zhuǎn)產(chǎn)生還是由于人為因素，這些故障出現(xiàn)的時候，網(wǎng)絡(luò)能否繼續(xù)正常工作，或者部分正常工作是關(guān)鍵。網(wǎng)絡(luò)魯棒性，致力于研究網(wǎng)絡(luò)正常情況下及遭受攻擊情況下高效運行的綜合能力，在實際應(yīng)用

2、中有重要的指導(dǎo)作用。本文根據(jù)實際情況，以優(yōu)化的角度，就攻擊、保護(hù)網(wǎng)絡(luò)做了系統(tǒng)、深入的研究：
　　（1）從優(yōu)化角度比較性綜合研究網(wǎng)絡(luò)魯棒性指標(biāo)性能?，F(xiàn)階段，網(wǎng)絡(luò)魯棒性評價指標(biāo)多樣，優(yōu)缺點各異，不便學(xué)習(xí)、理解和研究。本文以加邊強化網(wǎng)絡(luò)，刪邊衰弱網(wǎng)絡(luò)為指導(dǎo)，結(jié)合不同的策略，在優(yōu)化前后的無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)上，對比了網(wǎng)絡(luò)魯棒性指標(biāo)評價的精準(zhǔn)度；以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)魯棒性時，網(wǎng)絡(luò)功能增強對應(yīng)重視，削弱對應(yīng)犧牲為指導(dǎo)，對比研究了網(wǎng)絡(luò)魯棒性指標(biāo)的側(cè)重點；以優(yōu)化后網(wǎng)

3、絡(luò)抵抗多種惡意攻擊能力大小為參考，對比分析了網(wǎng)絡(luò)魯棒性指標(biāo)對惡意攻擊的考慮程度。綜合以上三點，系統(tǒng)的分析了網(wǎng)絡(luò)魯棒性指標(biāo)衡量網(wǎng)絡(luò)在穩(wěn)定、多變及復(fù)雜環(huán)境中穩(wěn)定工作性能的能力。
　?。?）提出高效優(yōu)化無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)抵抗惡意攻擊魯棒性的Memetic算法。無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)是一類良好模擬了現(xiàn)實系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模型，其抵抗惡意攻擊的低能性，暴露了現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)應(yīng)對惡意攻擊的易碎性。面對此問題，本文設(shè)計符合問題特征的交叉算子、局部搜索算子，從而利用Memetic算

4、法強大的全局選優(yōu)能力，結(jié)合著名的惡意攻擊形式和魯棒性評價指標(biāo)提出了能高效優(yōu)化無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)抵抗惡意攻擊魯棒性的Memetic算法(MA-RSFMA)。與已有的算法性能對比中，MA-RSFMA在無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)模型和實際網(wǎng)絡(luò)上都表現(xiàn)出強大的尋優(yōu)能力。系統(tǒng)分析的實驗結(jié)果符合已有的研究成果，側(cè)面驗證“洋蔥狀”是一種魯棒的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的同時，將網(wǎng)絡(luò)魯棒性提升了一個層級。
　?。?）提出高效優(yōu)化無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)抵抗多重惡意攻擊魯棒性的多目標(biāo)進(jìn)化算法。實際應(yīng)用場

5、景的復(fù)雜性和魯棒性評價指標(biāo)的互斥性（R與 Rl成負(fù)相關(guān)關(guān)系[13]）表明魯棒抵抗單一惡意攻擊的網(wǎng)絡(luò)不能滿足實際需求?；诖?，本文結(jié)合問題特點，綜合考慮優(yōu)化性能和計算復(fù)雜度，結(jié)合皮爾遜相關(guān)系數(shù)選擇優(yōu)化目標(biāo)的方法，充分利用單目標(biāo)Memetic算法尋優(yōu)的深度和多目標(biāo)進(jìn)化算法尋優(yōu)的廣度，提出能高效優(yōu)化無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)抵抗多樣惡意攻擊魯棒性的兩階段的多目標(biāo)進(jìn)化算法(MOEA-RSFMMA)。與已有的算法比較中，MOEA-RSFMMA在無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)模型和實

6、際網(wǎng)絡(luò)中都表現(xiàn)出強大的尋優(yōu)能力。系統(tǒng)分析的實驗結(jié)果，充分說明了算法能力的同時，強調(diào)了該多目標(biāo)優(yōu)化的必要性和優(yōu)化結(jié)果的實用性。
　?。?）初步研究癌癥信號網(wǎng)絡(luò)魯棒性，并探討了網(wǎng)絡(luò)魯棒性對癌癥治療的意義。癌癥信號網(wǎng)絡(luò)是根據(jù)癌癥在人體內(nèi)信息傳遞、交互途徑建立的網(wǎng)絡(luò)模型。其包含癌癥運作過程中信息傳達(dá)、交互的方式，能夠表達(dá)癌癥運作的基本機(jī)制。癌癥信號網(wǎng)絡(luò)的有效擊毀，對癌癥的治療有重要的指導(dǎo)作用。本文根據(jù)網(wǎng)絡(luò)魯棒性研究基礎(chǔ)，結(jié)合攻防理論，制定

7、尋找合理描述癌癥信號網(wǎng)絡(luò)魯棒性指標(biāo)，了解癌癥信號網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵信息，從而給予癌癥信號網(wǎng)絡(luò)致命打擊的策略。據(jù)此研究，找到了與癌癥信號網(wǎng)絡(luò)中信息交互特性相吻合的指標(biāo)，并驗證了根據(jù)該指標(biāo)提供的信息而確定的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的重要性，為癌癥的治療提供了具有戰(zhàn)略意義的指導(dǎo)。
　?。?）提出新的惡意攻擊概念——最優(yōu)攻擊：能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)自適應(yīng)確定最優(yōu)攻擊策略?，F(xiàn)有的惡意攻擊形式多樣，但攻擊節(jié)點的重要性都是根據(jù)預(yù)先制定的評價策略計算所得，從而在攻擊不同網(wǎng)絡(luò)