增长速度对合作网络参与者节点度分布的影响

采用率方程对合作网络自组织演化模型进行解析,得到参与者节点度分布服从Yule-Simon分布,这种分布可以用漂移幂律分布近似.分析参与者节点增长速度与参与者节点度分布之间的关系,发现随节点增长速度加快,参与者节点度分布远离幂律,表明节点增长速度是除优先连接之外的另一个影响合作网络拓扑性质的重要因素.通过对城市公交网络和科研合作网络的实证研究,验证了度分布解析结果的正确性.结合实证研究,探讨了合作网络中参与者节点增长速度的形成机制及其实际意义.     

基于社团结构的城市地铁网络模型研究

本文运用复杂网络理论, 对我国北京、上海、广州和深圳等城市的地铁网络进行了实证研究. 分别研究了地铁网络的度分布、聚类系数和平均路径长度. 研究表明, 该网络具有高的聚类系数和短的平均路径长度, 显示小世界网络的特征, 其度分布并不严格服从幂律分布或指数分布, 而是呈多段的分布, 显示层次网络的特征. 此外, 它还具有重叠的社团结构特征. 基于实证研究的结果, 提出一种基于社团结构的交通网络模型, 并对该模型进行了模拟分析, 模拟结果表明, 该模型的模拟结果与实证研究结果相符. 此外, 该模型还能解释其他类型的复杂网络(如城市公共汽车交通网络)的网络特性. 关键词： 复杂网络 地铁网络 小世界 社团     

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.     

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     

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.     

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.     

基于复杂网络理论的北京公交网络拓扑性质分析

为分析公交复杂网络的拓扑性质, 本文以北京市为例, 选取截止到2010年7月的北京全市(14区、2县)的1165条公交线路和9618个公交站点为样本数据, 运用复杂网络理论构建起基于邻接站点的有向加权复杂网络模型. 该方法以公交站点作为节点, 相邻站点之间的公交线路作为边, 使得网络既具有复杂网络的拓扑性质同时节点(站点)又具有明确的地理坐标. 对网络中节点度、点强度、强度分布、平均最短路径、聚类系数等性质的分析显示, 公交复杂网络的度和点强度分布极为不均, 网络中前5%和前10%节点的累计强度分布分别达到22.43%和43.02%; 点强度与排列序数、累积强度分布都服从幂律分布, 具有无标度和小世界的网络特点, 少数关键节点在网络中发挥着重要的连接作用. 为分析复杂网络中的关键节点, 本文通过承载压力分析和基于"掠夺" 的区域中心节点提取两种方法, 得到了公交复杂网络中两类不同表现的关键节点. 这些规律也为优化城市公交网络及交通规划发展提供了新的参考建议.     

供应链型网络中双幂律分布模型

考察了供应链网络的基本特征，提出了节点到达过程是更新过程、新增入边和出边数是具有Bernoulli分布随机变量的供应链型有向网络.研究了这类网络节点的瞬态度分布和稳态平均度分布.利用更新过程理论对这类网络进行了分析，获得了网络节点瞬态度分布和网络稳态平均度分布的解析表达式.分析表明, 虽然这类网络节点的稳态度分布不存在，但是网络的稳态平均度分布具有双向幂律性. 关键词： 复杂网络 入度 出度 度分布     

微博双向“关注”网络节点中心性及传播 影响力的分析

根据新浪微博的实际数据, 建立了两个基于双向“关注”的用户关系网络, 通过分析网络拓扑统计特征, 发现二者均具有小世界、无标度特征. 通过对节点度、紧密度、介数和k-core 四个网络中心性指标进行实证分析, 发现节点度服从分段幂率分布; 介数相比其他中心性指标差异性最为显著; 两个网络均具有明显的层次性, 但不是所有度值大的节点核数也大; 全局范围内各中心性指标之间存在着较强的相关性, 但在度值较大的节点群这种相关性明显减弱. 此外, 借助基于传染病动力学的SIR信息传播模型来分析四种指标在刻画节点传播能力方面的差异性, 仿真结果表明, 选择具有不同中心性指标的初始传播节点, 对信息传播速度和范围均具有不同影响; 紧密度和k-core较其他指标可以更加准确地描述节点在信息传播中所处的网络核心位置, 这有助于识别信息传播拓扑网络中的关键节点.     

具有局部结构的增长无标度网络中传染病传播机制研究

为了研究人群中的一些基本的社会关系结构,如家庭、室友、同事等,对传染病传播过程的影响机制,本文建立了一个具有局部结构的增长无标度网络模型.研究表明,局部结构的引入使得该网络模型能够同时再现社会网络的两个重要特征：节点度分布的不均匀性以及节点度之间的相关性.首先,该网络的节点度和局部结构度均服从幂律分布,且度分布指数依赖于局部结构的大小.此外,局部结构的存在还导致网络节点度之间具有正相关特性,而这种正相关正是社会网络所特有的一个重要特性.接着,通过理论分析和数值模拟,我们进一步研究了该网络结构对易感者-感染 关键词： 复杂网络 无标度网络 局部结构 传染病建模     

Network topology and correlation features affiliated with European airline companies

The physics information of four specific airline flight networks in European Continent, namely the Austrian airline, the British airline, the France-Holland airline and the Lufthhansa airline, was quantitatively analyzed by the concepts of a complex network. It displays some features of small-world networks, namely a large clustering coefficient and small average shortest-path length for these specific airline networks. The degree distributions for the small degree branch reveal power law behavior with an exponent value of 2-3 for the Austrian and the British flight networks, and that of 1-2 for the France-Holland and the Lufthhansa airline flight networks. So the studied four airlines are sorted into two classes according to the topology structure. Similarly, the flight weight distributions show two kinds of different decay behavior with the flight weight: one for the Austrian and the British airlines and another for the France-Holland airline and the Lufthhansa airlines. In addition, the degree-degree correlation analysis shows that the network has disassortative behavior for all the value of degree k, and this phenomenon is different from the international airline network and US airline network. Analysis of the clustering coefficient (C(k)) versus k, indicates that the flight networks of the Austrian Airline and the British Airline reveal a hierarchical organization for all airports, however, the France-Holland Airline and the Lufthhansa Airline show a hierarchical organization mostly for larger airports. The correlation of node strength (S(k)) and degree is also analyzed, and a power-law fit S(k)∼k^1.1 can roughly fit all data of these four airline companies. Furthermore, we mention seasonal changes and holidays may cause the flight network to form a different topology. An example of the Austrian Airline during Christmas was studied and analyzed.     

Empirical analysis of the worldwide maritime transportation network

In this paper we present an empirical study of the worldwide maritime transportation network (WMN) in which the nodes are ports and links are container liners connecting the ports. Using the different representations of network topology — the spaces L and P, we study the statistical properties of WMN including degree distribution, degree correlations, weight distribution, strength distribution, average shortest path length, line length distribution and centrality measures. We find that WMN is a small-world network with power law behavior. Important nodes are identified based on different centrality measures. Through analyzing weighted clustering coefficient and weighted average nearest neighbors degree, we reveal the hierarchy structure and rich-club phenomenon in the network.     

基于节点拓扑特征的中国基金公司共持网络持股行为波动相关性

选取2003—2012年期间半年度中国基金公司持上市公司股票份额面板数据为样本数据,以基金公司为节点,以同一时刻共持同一家上市公司股票关系为边,以同一时刻共持的上市公司数量为权重,构建中国基金公司共持关系结构等价加权网络(简称共持网络).结合统计物理学等方法,分析了共持网络的拓扑结构稳定性及具有不同拓扑特征值的节点随时间演变过程中与共持网络中三类节点集合持股行为波动相关性.三类节点集合分别为t-1时刻基于某一股票形成的共持关系完全连通子图节点集合(第一类节点集合)、t-1时刻共持网络中非完全连通子图的节点集合(第二类节点集合)、t时刻新进入共持网络的节点集合(第三类节点集合).分析结果显示:1)节点与第二类节点集合持股行为波动呈正相关,且相关系数随着节点集聚系数的增强而增大;2)只有当节点的度和点强度值较高时,节点与第一类和第二类节点集合的持股行为呈正相关;3)不同拓扑特征条件下的节点与第三类节点集合的持股行为均不存在波动相关性.本文提供了一个研究持股行为相关性的新思路,并为进一步研究股票市场结构等价网络及节点重要性差异提供了基础.     

Analysis of the Chinese air route network as a complex network

The air route network, which supports all the flight activities of the civil aviation, is the most fundamental infrastructure of air traffic management system. In this paper, we study the Chinese air route network (CARN) within the framework of complex networks. We find that CARN is a geographical network possessing exponential degree distribution, low clustering coefficient, large shortest path length and exponential spatial distance distribution that is obviously different from that of the Chinese airport network (CAN). Besides, via investigating the flight data from 2002 to 2010, we demonstrate that the topology structure of CARN is homogeneous, howbeit the distribution of flight flow on CARN is rather heterogeneous. In addition, the traffic on CARN keeps growing in an exponential form and the increasing speed of west China is remarkably larger than that of east China. Our work will be helpful to better understand Chinese air traffic systems.     

开放式复杂航空网络系统的动力学演化

本文首先实证研究了中国航空网(CAN)与外部经济环境,即国民生产总值(GDP)的相关性,进而揭示CAN的演化方式及其拓扑特征的起源.发现自1998年起网络节点的度与其GDP成线性关系,表明了网络拓扑与经济因素有密切的联系,且CAN的度演化服从类似于多重过程(multiplicative process)的模式,而该模式又强烈依赖于GDP的增长率.这种独特的模式暗示了CAN具有类似适应度模型的微观机理.通过对演化方程的研究发现:1)CAN在增长过程中,节点加入的时刻具有经济上的偏好性,即节点加入的时刻与该节 关键词： 国民生产总值(GDP) 中国航空网(CAN) 双段幂率分布 多重过程     

基于预期流优化的空间网络引力模型

从优化预期流的角度提出了一个空间网络模型,其构建目标是使得整个网络的预期流总和最大化.通过改变表征网络对节点适应度和对地理因素依赖程度的两个参数α和γ的取值,网络的拓扑可从异质的星形类网络逐渐演变成同质的类似道路网的网络.利用所提出的引力模型仿真了中国城市航空网,并将其统计特征与实际网络进行了比较.最后,讨论了预期流和实际流（网络中实际的边权）之间的关系. 关键词： 空间网络 预期流 引力 中国城市航空网     

基于复杂网络的电网结构健壮性及Braess悖论现象研究

应用复杂网络理论，建立电力系统的改进导纳模型，结合电网拓扑特性和电气特性对电网的级联故障进行研究。通过随机移除传输线引发电网级联故障，研究网络的节点数、平均度、发电站数量以及发电站的分布状况对系统健壮性的影响，并对小世界电网级联故障过程中的布雷斯(Braess)悖论现象进行分析。研究表明：网络的健壮性与其拓扑结构密切相关，平均度较大时，最近邻耦合网络和小世界网络健壮性曲线存在多个分叉点；在小世界结构电网中，一般平均度和节点数越大，发电站的数量越多，电网健壮性越好；发电站分散分布比发电站集中分布的电网健壮性更好。对网络容量增加导致健壮性降低的布雷斯现象进行解释。     

一种新型电力网络局域世界演化模型

现实世界中的许多系统都可以用复杂网络来描述,电力系统是人类创造的最为复杂的网络系统之一.当前经典的网络模型与实际电力网络存在较大差异.从电力网络本身的演化机理入手,提出并研究了一种可以模拟电力网络演化规律的新型局域世界网络演化模型.理论分析表明该模型的度分布具有幂尾特性,且幂律指数在3—∞之间可调.最后通过对中国北方电网和美国西部电网的仿真以及和无标度网络、随机网络的对比,验证了该模型可以很好地反映电力网络的演化规律,并且进一步证实了电力网络既不是无标度网络,也不是完全的随机网络. 关键词： 电力网络 演化模型 局域世界 幂律分布