基于級(jí)聯(lián)失效的社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)脆弱性研究及其彈性優(yōu)化.pdf

1、伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,各種不同的社會(huì)經(jīng)濟(jì)關(guān)系變得日趨復(fù)雜,這使得自然界社會(huì)生活中大量不同的復(fù)雜系統(tǒng)呈現(xiàn)出來,諸如社會(huì)生態(tài)系統(tǒng),供應(yīng)鏈系統(tǒng)、生態(tài)工業(yè)園系統(tǒng)、基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)、電力系統(tǒng)等.復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)作為復(fù)雜系統(tǒng)的高度抽象,可以用來描述這些大量的形形色色的復(fù)雜系統(tǒng).各類復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的安全有效運(yùn)行是人們正常生活和全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ),它們的安全能夠嚴(yán)重影響到社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和穩(wěn)定.而且,級(jí)聯(lián)失效現(xiàn)象普遍發(fā)生于實(shí)際生活中的許多復(fù)雜網(wǎng)絡(luò).在這樣的網(wǎng)絡(luò)中,即便

2、剛開始網(wǎng)絡(luò)只是局部失效,最終也可能因?yàn)榧?jí)聯(lián)傳播而遭受到嚴(yán)重破壞甚至整體癱瘓.特別是,社會(huì)經(jīng)濟(jì)網(wǎng)絡(luò)中大規(guī)模級(jí)聯(lián)失效的發(fā)生,常常能給整個(gè)社會(huì)乃至全球經(jīng)濟(jì)帶來極強(qiáng)的沖擊和破壞力.因此,對(duì)于不同社會(huì)經(jīng)濟(jì)網(wǎng)絡(luò)在級(jí)聯(lián)失效下的脆弱性進(jìn)行分析和控制就顯得尤為重要.然而,目前復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)較多地應(yīng)用于電力系統(tǒng),基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)等的脆弱性研究中,社會(huì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用研究卻相當(dāng)缺乏,特別在生態(tài)工業(yè)園系統(tǒng),供應(yīng)鏈系統(tǒng),社會(huì)系統(tǒng)這三種重要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)上的研究十分少.盡管級(jí)

3、聯(lián)失效問題是社會(huì)經(jīng)濟(jì)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)際存在的普遍現(xiàn)象,而現(xiàn)有社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的脆弱性研究大多仍停留在定性研究和靜態(tài)研究,其中涉及到社會(huì)經(jīng)濟(jì)網(wǎng)絡(luò)中級(jí)聯(lián)失效的相關(guān)研究更是非常少.而且,在復(fù)雜系統(tǒng)的安全研究上,關(guān)于彈性優(yōu)化方面的結(jié)果很少,已有研究中彈性研究方法也較單一,考慮的失效形式不夠全面.
　　本文針對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中暴露出的脆弱性問題,利用網(wǎng)絡(luò)化的觀點(diǎn),分別從不同的角度,對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的生態(tài)工業(yè)園網(wǎng)絡(luò),集群供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò),城市社會(huì)網(wǎng)絡(luò)的脆弱性進(jìn)行

4、深入的探討,討論了它們?cè)诩?jí)聯(lián)失效下的脆弱性動(dòng)態(tài)行為.同時(shí),考慮到現(xiàn)實(shí)生活中絕大多數(shù)復(fù)雜系統(tǒng)具備無標(biāo)度特征,引入熵方法研究了無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)面臨選擇性攻擊和隨機(jī)失效同時(shí)威脅下的綜合彈性優(yōu)化問題.主要工作及創(chuàng)新成果如下：
　　提出了生態(tài)工業(yè)園系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)描述方法,并基于生態(tài)工業(yè)園區(qū)共生網(wǎng)絡(luò),建立了一個(gè)級(jí)聯(lián)失效檢測(cè)模型.考慮到生態(tài)化程度是生態(tài)工業(yè)園發(fā)展的一個(gè)重要指標(biāo),給出了一種新的節(jié)點(diǎn)重要度的評(píng)估方法,鑒定出生態(tài)工業(yè)園系統(tǒng)中的潛在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn).基于

5、級(jí)聯(lián)模型提出閾值的概念,通過仿真分析和理論解析,探索生態(tài)工業(yè)園系統(tǒng)在級(jí)聯(lián)失效下的脆弱性,并獲得網(wǎng)絡(luò)能夠具有最強(qiáng)彈性的負(fù)載可調(diào)參數(shù)值.這為在考慮每個(gè)企業(yè)成本以及其對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)影響的前提下,規(guī)劃選取網(wǎng)絡(luò)負(fù)載容忍參數(shù),以及較優(yōu)的初始負(fù)載分配,都提供了有價(jià)值的參考,有助于生態(tài)工業(yè)園共生網(wǎng)絡(luò)整體脆弱性的降低.研究了集群供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)在級(jí)聯(lián)失效傳播中的脆弱性動(dòng)態(tài)行為.利用網(wǎng)絡(luò)化的方法,結(jié)合集群供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)本身的物理特性和結(jié)構(gòu)特性,建立級(jí)聯(lián)模型刻畫其內(nèi)部的級(jí)

6、聯(lián)失效現(xiàn)象和傳播機(jī)制.然后基于企業(yè)成員節(jié)點(diǎn)的負(fù)載提出網(wǎng)絡(luò)負(fù)載熵的概念,對(duì)集群供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)在級(jí)聯(lián)傳播中的脆弱性進(jìn)行探索.提出的模型方法不僅可以有效地刻畫集群供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)在級(jí)聯(lián)失效傳播過程中的脆弱性,而且可以用來預(yù)測(cè)早期級(jí)聯(lián)失效和鑒定重大級(jí)聯(lián)事故的發(fā)生.這為防范和控制由級(jí)聯(lián)失效所引起的災(zāi)難,降低集群供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的脆弱性,保證其穩(wěn)定安全的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)都提供了很好的指導(dǎo),具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值.
　　基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的觀點(diǎn)研究了城市社會(huì)系統(tǒng)的脆弱性,并

7、充分考慮了其中的級(jí)聯(lián)效應(yīng)問題.對(duì)城市社會(huì)系統(tǒng)中的成員及其關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行建模,把它抽象為一個(gè)網(wǎng)絡(luò).針對(duì)城市社會(huì)系統(tǒng)中的級(jí)聯(lián)效應(yīng)現(xiàn)象,圍繞社會(huì)參與者負(fù)載這個(gè)對(duì)級(jí)聯(lián)效應(yīng)的發(fā)生和傳播有重要影響的物理量,構(gòu)建城市社會(huì)系統(tǒng)的級(jí)聯(lián)模型,并基于模型提出了城市社會(huì)系統(tǒng)脆弱性的評(píng)價(jià)指標(biāo).結(jié)合案例研究,獲得了能有效降低城市社會(huì)系統(tǒng)脆弱性的較好的方案,同時(shí)也驗(yàn)證模型方法對(duì)于城市社會(huì)系統(tǒng)脆弱性分析的實(shí)用性和有效性.這為研究城市社會(huì)系統(tǒng)在級(jí)聯(lián)失效下的可靠性和安全性提

8、供了一種全新全面的方法和觀點(diǎn),有助于揭露社會(huì)系統(tǒng)的全局潛在的脆弱性行為.
　　面向無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)從彈性的角度研究了復(fù)雜系統(tǒng)的安全性問題.引入熵方法研究了無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)在面對(duì)隨機(jī)失效和選擇性攻擊下的綜合彈性優(yōu)化.采用連續(xù)近似的方法,推導(dǎo)出了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵函數(shù),并基于熵函數(shù)提出了一個(gè)新的彈性優(yōu)化模型.發(fā)現(xiàn)提出的熵函數(shù)是度量這種無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)綜合彈性的一個(gè)簡(jiǎn)單而有效的新方法,而且通過熵優(yōu)化模型，把考慮隨機(jī)失效和選擇性攻擊時(shí)的網(wǎng)絡(luò)綜合彈性增強(qiáng)問題轉(zhuǎn)化為該