无标度网络中最大传染能力限定的病毒传播问题研究

传统的病毒传播模型在无限大无标度网络上不存在病毒传播阈值,即无论病毒的传播速率多么低,病毒始终能够在网络中传播.但研究发现,这个结论是在网络中存在超级传染者的假设下得到的,然而许多真实的无标度网络中并不存在超级传染者.因此,文章提出了一个最大传染能力限定的病毒传播模型,并从理论上证明了在最大传染能力限定的无限大无标度网络上,病毒传播阈值是存在的;同时,也分析了最大传染能力限定下非零传播阈值与有限规模网络下非零传播阈值的本质区别,并解释了为什么人们总是认为传统病毒传播模型对许多真实网络病毒感染程度估计过高的 关键词： 无标度网络 最大传染能力 传播阈值 感染程度     

复杂网络中考虑不完全免疫的病毒传播研究

复杂网络中不完全免疫包括免疫失败和免疫失效两种情况,本文研究两者同时存在对网络病毒传播行为的影响,基于平均场理论,提出一种新的传播模型.理论分析表明,免疫失败和免疫失效同时存在显著降低了网络的传播临界值,增强了病毒的感染程度.根据传播临界值与免疫节点密度、免疫成功率以及免疫失效率之间的关系,给出有效控制网络病毒传播的策略.通过数值仿真进行验证。     

一种无线传感器网络簇间拓扑演化模型及其免疫研究

基于复杂网络理论, 研究由于节点失效所导致的无线传感器网络性能下降的问题, 提出一种新的簇间拓扑演化模型, 在此基础上讨论病毒的免疫策略, 并给出一种新的免疫机理. 理论分析表明, 该模型演化生成的网络不仅具有较强的容错性, 而且还可以有效避免节点因能量很快耗尽而过早死亡. 研究还发现, 对于网络全局信息未知的情况, 与随机免疫和熟人免疫策略相比, 本文所提免疫策略能够获得较好的免疫效果. 通过数值仿真对理论分析进行验证.     

节点抗攻击存在差异的无尺度网络恶意软件传播研究

在考虑节点抗攻击能力存在差异情形下,研究了恶意软件在无尺度网络中的传播行为.基于元胞自动机理论,建立了节点具有攻击差异的恶意软件传播模型.通过定义脆弱性函数,以描述不同度节点的抗攻击差异,使得模型更具普遍性.研究了不同形式的脆弱性函数对恶意软件在无尺度网络中的传播临界值和时间演化的影响.研究表明,节点抗攻击能力的差异对传播行为会产生重要影响,如导致传播临界值改变、传播速度减缓.研究指出,脆弱性函数是网络选择适合的免疫策略的重要依据.     

移动环境下网络病毒传播模型及其稳定性研究

考虑网络节点的随机移动, 基于平均场理论 提出一个移动环境下网络病毒传播的数学模型, 利用微分动力学系统理论研究了病毒传播行为. 研究表明, 当病毒基本再生数R₀ ≤ 1时, 网络中病毒逐渐消除, 系统的无病毒平衡点全局渐进稳定; 当R₀ > 1时, 网络中病毒持续存在, 系统的地方病平衡点全局渐进稳定.通过仿真验证了所得结论的正确性.     

花簇分形无标度网络中节点影响力的区分度

大量研究表明分形尺度特性广泛存在于真实复杂系统中, 且分形结构显著影响网络上的传播动力学行为. 虽然复杂网络的节点传播影响力吸引了越来越多学者的关注, 但依旧缺乏针对分形网络结构的节点影响力的系统研究. 鉴于此, 本文基于花簇分形网络模型, 研究了分形无标度结构上的节点传播影响力. 首先, 对比了不同分形维数下的节点影响力, 结果表明, 当分形维数很小时, 节点影响力的区分度几乎不随节点度变化, 很难区分不同节点的传播影响力, 而随着分形维数的增大, 从全局和局域角度都能很容易识别网络中的超级传播源. 其次, 通过对原分形网络进行不同程度的随机重连来分析网络噪声对节点影响力区分度的影响, 发现在低维分形网络上, 加入网络噪声之后能够容易区分不同节点的影响力, 而在无穷维超分形网络中, 加入网络噪声之后能够区分中间度节点的影响力, 但从全局和局域角度都很难识别中心节点的影响力. 所得结论进一步补充、深化了基于花簇分形网络的节点影响力研究, 研究结果对实际病毒传播的预警控制提供了一定的理论借鉴.     

一种基于元胞自动机的自适应网络病毒传播模型

自适应网络是节点动力学和网络动力学相互作用和反馈的演化网络. 基于元胞自动机建立自适应网络中易感-感染-易感(susceptible-infected-susceptible)的病毒传播模型,研究节点为了规避病毒传播所采取的多种网络重连规则对病毒传播及网络统计特征的影响. 结果表明:自适应网络中的重连规则可以有效减缓病毒传播速度,降低病毒传播规模;随机重连规则使得网络统计特征趋于随机网络;基于元胞自动机建立的传播模型清晰地表达了病毒在传播过程中的双稳态现象. 关键词： 自适应网络 传播动力学 网络动力学 元胞自动机     

在二部无标度网上的两性疾病传播

利用易感-感染-易感(SIS)传播模型研究人类性接触网上的病毒传播.当仅仅考虑异性性接触时,该网络是一个二部的无标度网.对这个网络上的SIS传播模型,通过率方程的方法分析了男性感染率和女性感染率与传染阈值之间的关系,发现女性感染者与男性感染者之比由网络的拓扑和男女感染率之比所确定.这一结果表明性接触网的拓扑对性传染病传播的重要性.最后给出了支持理论结果的数值模拟. 关键词： 性传染病 两性性接触网 无标度网络 二部图     

在线社交网络中谣言的传播与抑制

根据真实在线社交网络中谣言的传播特点以及有疾病潜伏期的传染病模型,提出一个新的基于在线社交网络的谣言传播SEIR模型.首先建立基于SEIR模型的动力学演化方程组,然后给出一个高效的抑制谣言传播的免疫策略——重要熟人免疫策略.最后在真实在线社交网络Facebook的用户数据集上,结合SEIR模型与动力学演化方程组以及包含重要熟人免疫策略在内的多种免疫策略,对免疫前后谣言传播的演化过程进行计算机仿真.仿真结果表明SEIR模型符合真实在线社交网络的传播特性,且重要熟人免疫策略是解决在线社交网路中谣言抑制问题的最佳方案.     

基于元胞自动机考虑传播延迟的复杂网络病毒传播研究

基于元胞自动机,研究传播延迟对复杂网络病毒传播动力学行为的影响,提出一种新的易染状态-感染状态-易染状态(SIS)传播模型.研究表明,传播延迟的存在显著降低了网络的传播临界值,增强了网络中病毒爆发的危险性.研究还发现,随着传播延迟的增大,病毒的感染程度以及传播速率都明显增大.此外,SIS传播模型不仅能够反映病毒的平均传播趋势,而且可以描述病毒随时间的动态演化过程以及病毒的爆发和消亡等概率事件,从而有效地克服了利用平均场方法构建的微分方程模型只能反映病毒平均传播趋势的局限性.同时,还给出有效控制网络中病毒传 关键词： 复杂网络 病毒传播 元胞自动机 传播延迟     

An Efficient Control Strategy of Epidemic Spreading on Scale-Free Networks

We present a novel and effective method for controlling epidemic spreading on complex networks, especially on scale-free networks. The proposed strategy is performed by deleting edges according to their significances （the significance of an edge is defined as the product of the degrees of two nodes of this edge）. In contrast to other methods, e.g., random immunization, proportional immunization, targeted immunization, acquaintance immunization and so on, which mainly focus on how to delete nodes to realize the control of epidemic spreading on complex networks, our method is more effective in realizing the control of epidemic spreading on complex networks, moreover, such a method can better retain the integrity of complex networks.     

Immunization of susceptible-infected model on scale-free networks

In this paper, we investigate two major immunization strategies, random immunization and targeted immunization, of the susceptible-infected (SI) model on the Barabási-Albert (BA) networks. For the heterogeneous structure, the random strategy is quite ineffective if the vaccinated proportion is small, while the targeted one which prefers to vaccinate the individuals with the largest degree can sharply depress the epidemic spreading even only a tiny fraction of population are vaccinated. The analytical solution is also obtained, which can capture the trend of velocity change vs. the amount of vaccinated population.     

异质自适应网络中的核心-边缘结构及其对疾病传播的抑制作用

节点属性异质自适应网络中疾病传播的研究表明节点属性异质性可以很大程度上增大传播阈值, 并且自组织形成一个更鲁棒的度异质网络结构. 本文从数值模拟方面研究鲁棒的度分布异质结构的自组织形成过程, 分析发现核心-边缘结构的形成才是导致传播阈值增大的根本原因. 鉴于此, 提出一种重连策略, 能够促进核心-边缘结构的形成, 从而达到增大传播阈值的目的. 这不仅有助于深入认识节点属性异质自适应网络中的流行病传播过程, 而且为疾病传播控制策略的提出提供了新思路.     

Magnetic and quantum entanglement properties of the distorted diamond chain model for azurite

On the basis of experimental data on interactions between humans we have investigated the process of epidemic spreading in a social network. We found that the distribution of the number of contacts maintained in one day is exponential. Data on frequency and duration of interpersonal interactions are presented. They allow us to simulate the spread of droplet-/-air-borne infections and to investigate the influence of human dynamics on the epidemic spread. Specifically, we investigated the influence of the distribution of frequency and duration of those contacts on magnitude, epidemic threshold and peak timing of epidemics propagating in respective networks. It turns out that a large increase in the magnitude of an epidemic and a decrease in epidemic threshold are visible if and only if both are taken into account. We have found that correlation between contact frequency and duration strongly influences the effectiveness of control measures like mass immunization campaigns.     

基于节点度信息的自愿免疫模型研究

疾病的广泛传播给人类带来了巨大的损失, 因此抑制疾病的传播非常重要. 本文考虑了个体接种疫苗意愿的差异性, 并结合博弈理论建立了一个基于节点度信息的自愿免疫模型. 理论解析结果证明当感染率超过某个阈值时, 该模型与忽略个体接种意愿差异性的经典模型(Zhang et al 2010 New J. Phys. 12 023015) 传播效果(感染节点数)一样. 继而考虑疫苗永久有效和有效期有限两种情况, 在Barabási-Albert网络中利用SIS传播模型对疾病的传播进程进行了数值模拟, 发现数值模拟结果与理论解析结果非常符合. 实验证明, 当感染耗费和接种疫苗耗费相同时, 该模型比忽略个体接种意愿差异性的经典模型能够更好的抑制疾病的传播, 且感染人数下降比例超过65%, 更重要的是,疫苗有效期越长本文的模型 (与忽略个体接种意愿差异性的经典模型相比)抑制疾病传播效果越好. 关键词： 疾病传播 自愿免疫 接种疫苗倾向 节点度     

Roles of different update strategies in the vaccination behavior on two-layered networks

Epidemic spreading has been widely investigated over the past decades. And voluntary vaccination has been often utilized to explore dynamical process in epidemics where vaccines are available. In this letter, we establish a framework considering conformity motivated update as well as myopic best response motivated update on a family network which is demonstrated by a two-layered network. Extensive numerical simulations are conducted to study the dynamics of epidemic spreading under the aforementioned update rules, from which we discover the oscillation phenomenon under the pure myopic best response condition and the amplitude diversification phenomenon under the mixing of conformity and myopic best response motivated conditions. Moreover, we find that smaller overlapping fraction of links on two-layered network shall promote the epidemic propagation. The current findings can shed some lights on the evolution of epidemic spreading process in the real-world scenarios.     

Epidemic spreading on random surfer networks with infected avoidance strategy

In this paper, we study epidemic spreading on random surfer networks with infected avoidance(IA) strategy. In particular, we consider that susceptible individuals' moving direction angles are affected by the current location information received from infected individuals through a directed information network. The model is mainly analyzed by discrete-time numerical simulations. The results indicate that the IA strategy can restrain epidemic spreading effectively. However,when long-distance jumps of individuals exist, the IA strategy's effectiveness on restraining epidemic spreading is heavily reduced. Finally, it is found that the influence of the noises from information transferring process on epidemic spreading is indistinctive.