复杂网络中节点重要性排序的研究进展

如何用定量分析的方法识别超大规模网络中哪些节点最重要, 或者评价某个节点相对于其他一个或多个节点的重要程度, 这是复杂网络研究中亟待解决的重要问题之一. 本文分别从网络结构和传播动力学的角度, 对现有的复杂网络中节点重要性排序方法进行了系统的回顾,总结了节点重要性排序方法的最新研究进展, 并对不同的节点重要性排序指标的优缺点以及适用环境进行了分析, 最后指出了这一领域中几个有待解决的问题及可能的发展方向. 关键词： 复杂网络 节点重要性 网络结构 传播动力学     

基于传播免疫的复杂网络可控性研究

复杂网络控制反映了人类对复杂系统的认识深度和改造能力. 最新研究成果基于线性系统控制理论建立了复杂网络可控性的理论架构, 能够发现任意拓扑结构的线性时不变复杂网络中控制全部节点状态的最小驱动节点集, 但是该模型未考虑免疫节点或失效节点对控制信号传播的阻断.在继承该模型优点的前提下, 重新构建了基于传播免疫的复杂网络控制模型.在采用分属于随机免疫和目标免疫两种策略的 4个方法确定免疫节点的情况下,分析14个真实网络的可控性.结果表明:如果将网络中度数、 介数和紧密度指标较高的节点作为免疫节点,将极大地提高控制复杂网络的难度. 从而在一定程度上丰富了以往模型的结论.     

叶子节点对于网络同步能力影响的研究

系统考察了叶子节点对于网络同步能力的影响,发现随着叶子节点比例的增加,网络的同步能力下降,同时给出了数值结果以及理论解释. 关键词： 复杂网络 叶子节点 同步能力     

节点中心性对复杂网络传播模式的影响分析

在众多的重要节点评估方法研究中,具有较高中心性的节点一直是关注的焦点,许多传播行为的研究也主要围绕高中心性节点展开,因此在一定程度上忽略了低中心性节点对传播行为的影响.本文从传播异构性角度,通过初始感染最大中心性节点和最小中心性节点揭示网络结构异构性对信息传播的影响.实验结果表明,传播过程中存在"链型"和"扇型"两种传播模式,在初始感染比例不断提升的情况下,两种传播模式的相互转换引发传播速率的变化,进一步促使非线性传播规模交叉现象的产生.这一现象说明,在宏观的信息传播过程中,最小中心性节点的影响力不容忽视,尤其在初始感染比例升高时,最小中心性节点比最大中心性节点更具传播优势.     

利用节点效率评估复杂网络功能鲁棒性

为了克服现有复杂网络鲁棒性研究模型只考虑节点失效的局部影响性和网络拓扑鲁棒性的缺陷, 提出了一种利用节点效率来评估复杂网络功能鲁棒性的方法. 该方法综合考虑节点失效的全局影响性, 利用网络中节点的效率来定义各节点的负载、极限负载和失效模型, 通过打击后网络中最终失效节点的比例来衡量网络的功能鲁棒性, 并给出了其评估优化算法. 实验分析表明该方法对考虑节点负载的复杂网络功能鲁棒性的评定可行有效, 对于大型复杂网络可以获得理想的计算能力.     

模拟复杂网络下子网络节点抗攻击设计

针对复杂网络节点受攻击而出现的安全性问题,提出在模拟复杂网络基础上结合Feistel算法的子网络节点抵抗攻击方法。该方法通过子网络节点定位参数集,建立恶意节点位置模型,并确定定位真实精度;而后利用Feistel算法对节点密文进行加密处理,进而使加密信息恢复成明文信息,完成模拟复杂网络下子网络节点的抗攻击方法改进。结果证明,该方法不仅能够准确的对恶意节点进行定位,而且增强了节点抗攻击性能,提升了网络安全性。     

基于复杂网络的交通拥堵与传播动力学分析

本文运用改进的中观交通流模型,研究了网络拓扑结构对交通拥堵的影响,进而分析复杂网络上的交通传播动力学特征和传播规律.结论有助于提出消除交通拥堵的有效控制策略以及交通规划的合理方案. 关键词： 复杂网络 交通流 交通拥堵 传播特性     

具有随机节点结构的复杂网络同步研究

针对具有随机节点结构的复杂网络, 研究其同步问题. 基于Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式技术给出了复杂网络同步稳定的充分性条件, 该充分性条件不仅与复杂网络的状态时延有关, 还与节点结构的概率分布有关. 数值仿真表明本文方法的有效性. 关键词： 复杂网络 随机节点 同步稳定 时滞     

识别高阶网络传播中最有影响力的节点

识别网络传播中最有影响力的节点是控制传播速度和范围的重要步骤,有助于加速有益信息扩散,抑制流行病、谣言和虚假信息的传播等.已有研究主要基于描述点对交互的低阶复杂网络.然而,现实中个体间的交互不仅发生在点对之间,也发生在3个及以上节点形成的群体中.群体交互可利用高阶网络来刻画,如单纯复形与超图.本文研究单纯复形上最有影响力的传播者识别方法.首先,提出单纯复形上易感-感染-恢复(SIR)微观马尔可夫链方程组,定量刻画单纯复形上的疾病传播动力学.接下来利用微观马尔可夫链方程组计算传播动力学中节点被感染的概率.基于网络结构与传播过程,定义节点的传播中心性,用于排序节点传播影响力.在两类合成单纯复形与4个真实单纯复形上的仿真结果表明,相比于现有高阶网络中心性和复杂网络中最优的中心性指标,本文提出的传播中心性能更准确地识别高阶网络中最有影响力的传播者.     

利用重要度评价矩阵确定复杂网络关键节点

为了对复杂网络节点重要度进行评估,针对节点删除法、节点收缩法和介数法的不足,通过定义节点效率和节点重要度评价矩阵, 提出了一种利用重要度评价矩阵来确定复杂网络关键节点的方法.该方法综合考虑了节点效率、节点度值和相邻节点的重要度贡献,用节点度值和效率值来表征其对相邻节点的重要度贡献,其优化算法的时间复杂度为O(Rn²). 实验分析表明该方法可行有效,对于大型复杂网络可以获得理想的计算能力.     

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     

复杂网络上灾害蔓延动力学研究

针对关键生命线系统，如电网、供水网、供气网、交通网、通信网等的一些共性特征，建立一个普适性的灾害蔓延动力学模型. 这个模型考虑网络结点的自修复功能、灾害蔓延机制和内部随机噪声，并研究自修复因子、延迟时间因子和噪声强度三个重要特征参数对三种网络(随机网络、无标度网络和小世界网络)结点修复率和崩溃结点数的影响. 模拟结果与这些实际生命线系统的特征一致，表明所建立的模型可以有效地模拟生命线系统的灾害演化动力学. 关键词： 复杂网络 生命线系统 灾害蔓延     

Effect of incubation period on epidemic spreading in complex networks

We study the effect of incubation period on epidemic spreading in the Barabasi--Albert scale-free network and the Watts--Strogatz small world network by using a Suspectable-Incubated-Infected-Suspectable model. Our analytical investigations show that the epidemic threshold is independent of incubation period in both networks, which is verified by our large-scale simulation results. We also investigate the effect of incubation period on the epidemic dynamics in a supercritical regime. It is found that with the increase of incubation period Ω , a damped oscillation evolution of ρ_T(the ratio of persons in incubated state) appears and the time needed to reach a saturation value increases. Moreover, the steady value of ρ_T increases and approaches to an asymptotic constant with the value of {\it\Omega} increasing. As a result, the infected ratio ρ_I decreases with the increase of Ω according to a power law.     

一种改进的基于信息传播率的复杂网络影响力评估算法

评价网络中节点的信息传播影响力对于理解网络结构与网络功能具有重要意义.目前,许多基于最短路径的指标,如接近中心性、介数中心性以及半局部(SP)指标等相继用于评价节点传播影响力.最短路径表示节点间信息传播途径始终选择最优方式,然而实际上网络间的信息传播过程更类似于随机游走,信息的传播途径可以是节点间的任一可达路径,在集聚系数高的网络中,节点的局部高聚簇性有利于信息的有效扩散,若只考虑信息按最优传播方式即最短路径传播,则会低估节点信息传播的能力,从而降低节点影响力的排序精度.综合考虑节点与三步内邻居间的有效可达路径以及信息传播率,提出了一种SP指标的改进算法,即ASP算法.在多个经典的实际网络和人工网络上利用SIR模型对传播过程进行仿真,结果表明ASP指标与度指标、核数指标、接近中心性指标、介数中心性指标以及SP指标相比,可以更精确地对节点传播影响力进行排序.     

Ranking the spreading influence of nodes in complex networks: An extended weighted degree centrality based on a remaining minimum degree decomposition

Ranking the spreading influence of nodes is crucial for developing strategies to control the spreading process on complex networks. In this letter, we define, for the first time, a remaining minimum degree (RMD) decomposition by removing the node(s) with the minimum degree iteratively. Based on the RMD decomposition, a weighted degree (WD) is presented by utilizing the RMD indices of the nearest neighbors of a node. WD assigns a weight to each degree of this node, which can distinguish the contribution of each degree to the spreading influence. Further, an extended weighted degree (EWD) centrality is proposed by extending the WD of the nearest neighbors of a node. Assuming that the spreading process on networks follows the Susceptible-Infectious-Recovered (SIR) model, we perform extensive experiments on a series of synthetic and real networks to comprehensively evaluate the performance of EWD and other eleven representative measures. The experimental results show that EWD is a relatively efficient measure in running efficiency, it exposes an advantage in accuracy in the networks with a relatively small degree heterogeneity, as well as exposes a competitive performance in resolution.     

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。     

Epidemic spreading in complex networks

The study of epidemic spreading in complex networks is currently a hot topic and a large body of results have been achieved. In this paper, we briefly review our contributions to this field, which includes the underlying mechanism of rumor propagation, the epidemic spreading in community networks, the influence of varying topology, and the influence of mobility of agents. Also, some future directions are pointed out.      

复杂网络中心性对灾害蔓延的影响

基于一个普适性的灾害蔓延动力学模型,在三种网络拓扑结构(随机网、小世界网和无标度网)下,仿真分析了网络中心性对灾害蔓延速度和扩散趋势的影响.通过改变初始蔓延条件来分析网络初始状态对蔓延效率的影响,并着重讨论了在四种初始崩溃节点选取策略下灾害蔓延最终状态的差异.结果表明:对于四种攻击策略,网络最终状态有着明显的差异,网络对随机攻击具有较强的抵御能力,而对于目标,攻击却显示较强的脆弱性,或许,三种网络表现出不同的脆弱程度.最后,在一个实际网络上对理论分析结果进行了验证.     

Epidemic spreading on weighted complex networks

Nowadays, the emergence of online services provides various multi-relation information to support the comprehensive understanding of the epidemic spreading process. In this Letter, we consider the edge weights to represent such multi-role relations. In addition, we perform detailed analysis of two representative metrics, outbreak threshold and epidemic prevalence, on SIS and SIR models. Both theoretical and simulation results find good agreements with each other. Furthermore, experiments show that, on fully mixed networks, the weight distribution on edges would not affect the epidemic results once the average weight of whole network is fixed. This work may shed some light on the in-depth understanding of epidemic spreading on multi-relation and weighted networks.     

基于移动社交网络的谣言传播动力学研究

本文在CSR传播模型的基础上提出基于移动社交网络的CSR的谣言传播模型. 改进了CSR模型的传播规则和传播动力学方程, 使得更符合移动SNS上用户的使用习惯. 在CSR模型中的接受概率数学模型基础上, 考虑个人接受阈值对接受概率的影响, 更符合人类接受谣言的心理学特点. 本文对该传播模型进行了理论分析. 并在仿真实验中, 利用多agent仿真平台对新模型和CSR模型以及SIR模型 在匀质网络和异质网络中的传播效果进行了对比研究, 从实验的结果来看, 新的谣言传播模型在匀质网络中传播范围更广, 传播速度更快. 新模型具有初值敏感性的特点. 关键词： 复杂网络 移动社交网络 谣言传播