平均度对复杂网络同步能力的影响

提出了一个平均度随网络大小线性增大而其它的网络特征量保持不变或变化很小的网络,研究了平均度对其同步能力的影响。研究发现,当网络的大小增大时,该网络的平均距离基本保持不变,而平均度线性增大,且对于同步稳定区域无界的动力学系统,网络的同步能力线性地提高;而对于同步稳定区域有界的动力学系统,网络的同步能力基本保持不变。     

网络中节点间距离对同步能力影响的分析

最近二十年来科学家深入研究了与复杂网络相关的各种问题,在网络结构与同步、博弈、传播等动力学的相互作用方面取得了巨大的研究进展。目前人们已经对网络上动力系统的同步问题有了深入的了解,但网络结构特别是网络的平均距离、度分布的异质性等对同步能力影响的定量关系还不清楚。本文以规则的Moore格子为网络模型,细致分析网络的平均距离和距离分布的异质性与网络同步能力之间的精确关系,研究结果表明网络的平均距离越小、距离分布的越均匀,网络的同步能力越强;进一步,发现网络的平均距离和网络的度分布异质性与描述网络同步能力的拉普拉斯矩阵特征值比和非零最小特征值之间基本满足幂率关系。我们还从数值上给出了这两个因素与网络的拉普拉斯矩阵特征值比之间的关系。我们的工作进一步明确了网络的距离与同步能力之间的精确关系,加深了人们对网络结构与同步能力之间关系的认识。     

基于复杂网络理论的多元混合空管技术保障系统网络特征分析

为提高空管技术保障系统应对突发事件的能力,本文以空管技术保障系统导航、通信、监视设备覆盖的航路结构为基础,构建系统对应的空间网络模型.提出从灵活性、鲁棒性、高效性三个方面度量空管技术保障系统网络特性,对北京、上海、广州、昆明、沈阳、兰州飞行情报区的空管技术保障系统网络的平均度、度分布、度-度相关性、聚集系数、平均路径长度、直径等进行分析.分析结果显示,各飞行情报区空管技术保障系统的平均聚集系数在0.25—0.39之间,网络聚集程度偏低;网络平均路径长度为3.4,表现出小世界网络特征;度值3时服从幂律分布,度-度分布不表现出正相关或负相关.对网络进行基于度优先的和随机的抗毁性测度,空管技术保障系统网络抗毁性较差,网络的可靠性由少数核心节点决定,应对核心节点进行目标免疫,提高网络的抗毁性.这些规律为空管技术保障系统能力提升、新建扩建提供理论依据,对降低突发事件对空管系统保障能力的影响,保障空中交通持续安全具有现实意义.     

复杂网络上动力系统同步的研究进展

本文简要介绍复杂网络的基本概念并详细总结了近年来复杂网络上动力学系统的同步的研究进展,主要内容有复杂网络同步的稳定性分析,复杂网络上动力学系统同步的特点,网络的几何特征量对同步稳定性的影响,以及提高网络同步能力的方法等。最后文章提出了这一领域的几个有待解决的问题及可能的发展方向。     

非线性网络的动力学复杂性研究

综述了非线性网络的动力学复杂性研究在网络理论、实证和应用方面所取得的主要进展和重要成果;深刻揭示了复杂网络的若干复杂性特征与基本定量规律;提出和建立了网络科学的统一混合理论体系(三部曲)和网络金字塔,并引入一类广义Farey组织的网络家族,阐明网络的复杂性-简单性与多样性-普适性之间转变关系;揭示了网络的拓扑结构特征与网络的动态特性之间关系;建立具有长程连接的规则网络的部分同步理论并应用于随机耦合的时空非线性系统的同步;提出复杂网络的动力学同步与控制多种方法;提出若干提高同步能力的模型、方法和途径,如同步最优和同步优先模型、同步与网络特征量关系、权重作用、叶子节点影响等;提出复杂混沌网络的多目标控制及具有小世界和无标度拓扑的束流输运网络的束晕-混沌控制方法;提出集群系统的自适应同步模型及蜂拥控制方法;探讨网络上拥塞与路由控制、资源博弈及不同类型网络上传播的若干规律;揭示含权经济科学家合作网及其演化特点;实证研究并揭示了多层次的高科技企业网和若干社会网络的特点;提出一种复杂网络的非平衡统计方法,把宏观网络推进到微观量子网络。     

多层单向耦合星形网络的特征值谱及同步能力分析

随着复杂网络同步的进一步发展,对复杂网络的研究重点由单层网络转向更加接近实际网络的多层有向网络.本文分别严格推导出三层、多层的单向耦合星形网络的特征值谱,并分析了耦合强度、节点数、层数对网络同步能力的影响,重点分析了层数和层间中心节点之间的耦合强度对多层单向耦合星形网络同步能力的影响,得出了层数对多层网络同步能力的影响至关重要.当同步域无界时,网络的同步能力与耦合强度、层数有关,同步能力随其增大而增强;当同步域有界时,对于叶子节点向中心节点耦合的多层星形网络,当层内耦合强度较弱时,层内耦合强度的增大会使同步能力增强,而层间叶子节点之间的耦合强度、层数的增大反而会使同步能力减弱;当层间中心节点之间的耦合强度较弱时,层间中心节点之间的耦合强度、层数的增大会使同步能力增强,层内耦合强度、层间叶子节点之间的耦合强度的增大反而会使同步能力减弱.对于中心节点向叶子节点耦合的多层星形网络,层间叶子节点之间的耦合强度、层数的增大会使同步能力增强,层内耦合强度、节点数、层间中心节点之间的耦合强度的增大反而会使同步能力减弱.     

非线性网络的动力学复杂性研究

综述了非线性网络的动力学复杂性研究在网络理论、实证和应用方面所取得的主要进展和重要成果;深刻揭示了复杂网络的若干复杂性特征与基本定量规律;提出和建立了网络科学的统一混合理论体系(三部曲)和网络金字塔,并引入一类广义Farey组织的网络家族,阐明网络的复杂性-简单性与多样性-普适性之间转变关系;揭示了网络的拓扑结构特征与网络的动态特性之间关系;建立具有长程连接的规则网络的部分同步理论并应用于随机耦合的时空非线性系统的同步;提出复杂网络的动力学同步与控制多种方法;提出若干提高同步能力的模型、方法和途径,如同步最优和同步优先模型、同步与网络特征量关系、权重作用、叶子节点影响等;提出复杂混沌网络的多目标控制及具有小世界和无标度拓扑的束流输运网络的束晕一混沌控制方法;提出集群系统的自适应同步模型及蜂拥控制方法;探讨网络上拥塞与路由控制、资源博弈及不同类型网络上传播的若干规律;揭示含权经济科学家合作网及其演化特点;实证研究并揭示了多层次的高科技企业网和若干社会网络的特点;提出一种复杂网络的非平衡统计方法,把宏观网络推进到微观量子网络.     

复杂网络上动力系统同步的研究进展

本文简要介绍复杂网络的基本概念并详细总结了近年来复杂网络上动力学系统的同步的研究进展，主要内容有复杂网络同步的稳定性分析，复杂网络上动力学系统同步的特点，网络的几何特征量对同步稳定性的影响，以及提高网络同步能力的方法等。最后文章提出了这一领域的几个有待解决的问题及可能的发展方向。     

在无标度网络上基于偏好聚集机理的零区域凝聚现象

为了理解在真实网络中偏好聚集机理如何影响交通输运系统的粒子稳定态分布,研究了基于偏好聚集机理的零区域作用(zero range process,ZRP)凝聚现象.与以往采用巨正则系综方法处理ZRP问题不同,通过平均场速率方程解析得到了系统的相变点和稳定态分布情况.研究发现当存在正偏好聚集时,随着粒子跳跃速率的增大,系统呈现出三种不同的相：完全凝聚相、部分凝聚相、均匀相;当存在负偏好聚集机理时,系统只出现两相：部分凝聚相、均匀相.不同于无权与加权网络交通情况,系统的稳定态分布依赖于边权、粒子跳跃速率以及偏好 关键词： 无标度网络 零区域作用 偏好聚集 平均场速率方程     

度相关性对无向网络可控性的影响

复杂网络的可控性不仅与网络的度分布有关,还受到度相关性的影响,但这种影响在无向网络的情况下尚不清楚.本文采用模拟退火算法,通过边的重连改变网络的度相关性从而研究其对网络可控性的影响.数值模拟结果显示,在度分布不变的情况下,无向网络的可控性指标(驱动节点密度)一般随着度相关系数的增大而单调减小;进一步研究表明,双向网络和某些有向网络也遵循这种规律.无向网络的度相关系数增大意味着对应有向网络的各种度相关系数同步增大,但这些综合变化对网络可控性的影响不能简单归结为对应有向网络中各影响的叠加.本文对这种现象给出了部分解释.此外,对于无自环的大型稀疏网络,无论其同配还是异配,验证了其结构可控性与严格可控性是几乎相同的.这些研究将深化对网络可控性与网络结构之间关系的理解.     

一类高聚类系数的加权无标度网络及其同步能力分析

针对真实世界中大规模网络都具有明显聚类效应的特点, 提出一类具有高聚类系数的加权无标度网络演化模型, 该模型同时考虑了优先连接、三角结构、随机连接和社团结构等四种演化机制. 在模型演化规则中, 以概率p增加单个节点, 以概率1–p增加一个社团. 与以往研究的不同在于新边的建立, 以概率φ在旧节点之间进行三角连接, 以概率1–φ进行随机连接. 仿真分析表明, 所提出的网络度、强度和权值分布都是服从幂律分布的形式, 且具有高聚类系数的特性, 聚类系数的提高与社团结构和随机连接机制有直接的关系. 最后通过数值仿真分析了网络演化机制对同步动态特性的影响, 数值仿真结果表明, 网络的平均聚类系数越小, 网络的同步能力越强. 关键词： 无标度网络 加权网络 聚类系数 同步能力     

新节点的边对网络无标度性影响

分析新节点边对网络无标度性的影响.虽然亚线性增长网络瞬态平均度分布尾部表现出了幂律分布性质,但是,这个网络的稳态度分布并不是幂律分布,由此可见,计算机模拟预测不出网络稳态度分布,它只能预测网络的瞬态度分布.进而建立随机增长网络模型,利用随机过程理论得到了这个模型的度分布的解析表达式,结果表明这个网络是无标度网络. 关键词： 复杂网络 无标度网络 小世界网络 度分布     

不同频率涨落驱动下全局耦合谐振子的集体动力学行为

对多粒子耦合系统而言,环境涨落对各粒子的作用在实际情况中往往是互异的,为此,本文研究不同频率涨落驱动下全局耦合过阻尼谐振子系统中的集体动力学行为,包括稳定、同步和随机共振.通过随机平均法推导得出粒子行为的统计同步性,进而得到了系统平均场与单粒子行为在统计意义下的等价性.并且,利用该同步性进一步求解得到了输出幅值增益和系统稳定的充要条件.前者为分析系统随机共振行为奠定了理论基础,后者给出了本文所得结论的适应范围.仿真表明,耦合强度ε的增加或系统规模N的增大会带来两方面的影响:首先,稳定区域逐渐增大,同步时间逐渐缩短;其次,系统的有序性增强,需要更大的噪声强度提供更强的随机性来与之实现最优匹配,从而关于噪声强度σ的随机共振峰逐渐右移,反之亦然.     

新节点的边对网络无标度性影响

分析新节点边对网络无标度性的影响.虽然亚线性增长网络瞬态平均度分布尾部表现出了幂律分布性质，但是，这个网络的稳态度分布并不是幂律分布，由此可见，计算机模拟预测不出网络稳态度分布，它只能预测网络的瞬态度分布.进而建立随机增长网络模型，利用随机过程理论得到了这个模型的度分布的解析表达式，结果表明这个网络是无标度网络.     

双复杂网络间的演化博弈

复杂网络的演化博弈是社会结构与稳定的重要模型. 基于单网络演化博弈模型, 提出了一种双复杂动态网络的演化博弈模型, 考虑双复杂网络在两个不同收益矩阵的囚徒困境博弈下增长, 当两个网络没有相互联系时, 发现增长网络中的空间互利性所导致的平均合作水平的突变, 推广了前人的结论. 在两个网络有相互联系时, 平均合作水平可以两者出现高度同步. 在网络的收益系数达到一定时, 才实现较高的合作水平. 增加网络内连接数量时, 自然选择不利于网络的合作, 而公平选择却有利于网络的合作, 说明了更新策略的影响. 当增加网络间连接数量时, 两个网络合作水平都下降. 当保持网络间和网络内的连接比例不变时, 网络的平均度越大, 平均合作水平越小. 本文发现了背叛领袖的存在, 并揭示了双网络模型下背叛领袖对平均合作水平的影响及其与合作领袖的互动机理, 这结果给出社会结构, 稳定和演化的重要信息和启示.     

最优的Newman-Watts网络与遍历网络的同步

在Hindmarsh-Rose神经元动力系统中研究了Newman-Watts （NW）网络的同步,给出了一些最优同步网络的拓扑结构. 数值结果表明：NW网络的同步能力主要由耦合点在耦合空间的分布决定,耦合点分布均匀的NW网络一般具有较强的同步能力;在给定连边数的情况下,可能存在多个结构不同的最优同步网络,最优同步网络具有最强的同步能力、均匀的度分布和较好的对称性,但是其对称性不一定是最好的. 最优同步网络一般是非规则网络,但在少数情况下,规则网络也有可能是最优同步网络. 提出了一种新的网络——遍历网络,该网络具有最优同步网络的特点和很强的同步能力. 关键词： Newman-Watts网络 对称度 耦合空间 同步     

冬季大气遥相关和海温关键区的复杂网络性质

基于大气遥相关指数和海表温度关键区,以各关键区高度场平均值和海表温度关键区平均值之间的相关系数作为连边条件,建立体现大气遥相关和海表温度关键区相互作用的关联网络,进而给出了大气和海洋关键区相互作用的空间图像.同时基于网络的结构特征量,研究了该网络的基本性质,给出了关键区中的网络关键节点,并分析了关键节点对网络性质的影响.研究结果表明:大气遥相关和海温关键区关联网络具有一定的小世界性质,即网络具有小的平均路径长度和较大的集群系数;网络的平均路径长度在阈值为0.1—0.4时系统基本保持稳定,即网络的性质保持不变,进而证明了以信度为0.01下的相关系数0.19作为连边阈值的有效性.对于网络中的单个节点网络特征分析发现,东亚-太平洋遥相关1区和2区以及太平洋-北美遥相关1区和4区在网络中具有较大的节点度,即大气中这4个区域在大气遥相关和海表温度关键区中作用较强;北太平洋涛动区域1,东亚-太平洋遥相关区域3的节点度则相对最小,即这个区域在大气遥相关和海表温度关键区相互作用中的影响较小.通过依次去除网络中度大的节点进一步证明了网络具有一定的鲁棒性.该研究对于重点把握遥相关和海温的一些重要区域具有一定指示意义,也从另一角度提供了研究海气相互作用新方法.     

权重分布对加权局域世界网络动力学同步的影响

加权网络可以更细致地刻画复杂系统中两节点之间的相互作用, 所以加权网络也比无权网络更接近真实的复杂系统. 改变权重分布来调节和改善复杂网络的性质也成为一种新的研究方法. 基于现有无权网络同步的概念, 应用特征值比R来衡量加权局域世界网络的同步能力, 发现权重分布对加权局域世界网络的同步能力有很重要的影响, 权重分布越均匀, 网络的同步能力就越大. 关键词： 权重分布 局域世界 加权网络 同步     

移动Ad Hoc网络动力学同步能力的研究

研究了移动Ad Hoc网络的动力学同步行为.用特征值比R来衡量网络的同步能力,特征值比R越小,同步能力越强.结果表明最初该网络的特征值比R随聚类系数C的增加而增加,继续增大聚类系数,特征值比反而减小.特征值比随聚类系数并不是普遍的正比关系也不是反比关系,而是先增大后减小,明显存在一个极值.     

两层星形网络的特征值谱及同步能力

多层网络是当今网络科学研究的一个前沿方向.本文深入研究了两层星形网络的特征值谱及其同步能力的问题.通过严格导出的两层星形网络特征值的解析表达式,分析了网络的同步能力与节点数、层间耦合强度和层内耦合强度的关系.当同步域无界时,网络的同步能力只与叶子节点之间的层间耦合强度和网络的层内耦合强度有关;当叶子节点之间的层间耦合强度比较弱时,同步能力仅依赖于叶子节点之间的层间耦合强度;而当层内耦合强度比较弱时,同步能力依赖于层内耦合强度;当同步域有界时,节点数、层间耦合强度和层内耦合强度对网络的同步能力都有影响.当叶子节点之间的层间耦合强度比较弱时,增大叶子节点之间的层间耦合强度会增强网络的同步能力,而节点数、中心节点之间的层间耦合强度和层内耦合强度的增大反而会减弱网络的同步能力;而当层内耦合强度比较弱时,增大层内耦合强度会增强网络的同步能力,而节点数、层间耦合强度的增大会减弱网络的同步能力.进一步,在层间和层内耦合强度都相同的基础上,讨论了如何改变耦合强度更有利于同步.最后,对两层BA无标度网络进行数值仿真,得到了与两层星形网络非常类似的结论.