基于时变小世界模型的航空网优化评估

航空网的优化设计对于优化资源配置、改善航运效率、提高航空公司竞争力等具有重要的现实意义.而航线结构与航班计划密不可分.本文首先讨论了航空网的时变特征,揭示了航班频率与航线距离之间的时空耦合关联.通过构建时变空间小世界模型,揭示了时变条件下网络的最优结构指数与时空耦合强度的惟一约束关系.以运行总成本最小化为主要优化目标,提出了一种可以快速评估航线结构优化情况的方法.该方法能根据网络客流分布情况快速推算出航线网络的最优拓扑及相应的航班频率分布.并用2001—2010年中国航空网络数据对此方案进行实证研究,发现预测与实际数据基本符合,并逐渐趋于稳定.这一方法能把复杂问题简单化,对各个航空公司每年的航线航班调整是否合理,现有的航空网络是否在逐步优化做出动态评估.分析航空网络的发展趋势,从而对未来的优化提供建议.     

基于引力约束的复杂网络拥塞问题研究

如何在保证网络传输效率的同时提高网络的吞吐量是目前研究的主要问题. 通过研究节点对数据包传递过程的引力作用,提出了一种具有引力约束的路由算法. 为检验算法的有效性,通过引入一个状态参数H, 利用由稳态到拥塞状态的指标流量相变值来度量网络的吞吐量, 同时利用数据包的最大传输时间〈T_max〉 与平均传输时间 〈T_avg〉来分析网络的传输效率. 针对算法在不同引力约束条件下的路由情况进行了仿真.仿真结果表明, 若数据传递过程只考虑路径长度最短,则会导致网络吞吐量较低且流量分布极不均匀; 若只顾及等待时间最短,会导致传输路径过度迂回且大部分节点都会陷入拥塞状态; 同时考虑路径长度和等待时间的引力作用并选取适当引力的节点进行传递, 可以显著提高网络吞吐量并缓解网络的拥塞程度.     

多股流换热器网络优化的衍生网络法

从换热器网络综合及优化中相互矛盾的投资费用和运行费用分析入手,以多股流换热器代替两股流换热器网络,建立了一种网络优化目标的松弛技术,即在整体网络优化中允许小面积换热器的存在,然后通过多股流换热器对小换热器进行合并处理.结果表明,应用该方法进行换热网络的综合优化,可以充分发挥多股流换热器的优点,获得综合费用更低的换热网络结构.     

超导倒挂模型的引力特性研究

通过不同条件下的悬浮力测量实验,研究冷却条件、场冷距离、轴距对单磁体式超导倒挂模型的引力特性的影响,在确定悬浮力的有限元仿真方法可行的基础上,仿真得到组合磁体式超导倒挂模型中不同磁极组合形式下的超导引力特性。实验和仿真结果表明:场冷的退磁过程能够获得较宽的超导引力区域,且场冷距离越小,轴距越小,组合磁体的磁极数越少,引力极大值越大。     

基于最短路径长度的空间网络路由

以通信网、电力网、交通网为代表的很多复杂网络以传输负载为基本功能.在这些网络中,网络的吞吐量是衡量网络传输性能的重要指标,如何提升网络的吞吐量是研究热点之一.不少研究人员提出了不同的路由算法,通过调节传输路径来提高网络吞吐量.但之前的研究很少考虑网络中节点的空间位置.本文针对空间网络提出了一种高效的路由策略,通过节点位置得到路径长度;采用该算法,负载从源节点沿着最短长度的路径传输到目标节点.为了检验算法的有效性,采用网络从自由流状态转变成拥塞状态的相变点Rc来衡量网络的吞吐量.在匀质和异质空间网络上的仿真表明,与传统的最少跳数路由策略相比,本文提出的基于最短路径长度的路由算法能有效提高空间网络的吞吐量.     

基于网络热力学的热力系统能量流描述

网络热力学起源于热力系统分析,但其广泛应用却是在生命系统等非热系统领域,这是因为网络热力学方法需要从能量的角度分析系统,而热力系统中的热量在输运过程中具有物质属性,因此必须有新的能量形式。若将热量视作流,而将温度视为力,那么流与力的乘积就为(火积)流。(火积)具有能量的内涵,(火积)流就可以被视为热力系统的能量流。并且,在能量输运过程中,其他形式的能量如功量也可以视为一种物质。由此,在(火积)流的统一视角下,各种形式的能量在网络中便可得到有机结合。分析结果表明,对于换热系统以及热力系统,基于网络热力学的能量流法也可以表达系统的物理本质。在(火积)流的视角下,能量流键图可以很好地反映热力系统的拓扑结构。例如对于热机-热泵供热联合循环,热机与热泵之间的功量交换过程即使是可逆过程,也会存在(火积)的损失或产生,这从能量流键图中可以被直观地刻画出来。     

希尔伯特空间中的概率流和概率守恒

实空间中的概率流概念和概率守恒定理被推广到希尔伯特(Hilbert)状态空间,从而得到了概率流算符的通式.应用一般形式的概率流算符公式,还导出了紧束缚模型中单电子和互作用多电子系统的概率流算符,并以异常简单的方式证明了反射-透射流归一化条件 关键词： 希尔伯特空间 概率流算符 紧束缚模型     

一类求解箱式约束优化问题的自适应引力搜索算法

为了改进引力搜索算法求解箱式约束优化问题的性能,提出了一类自适应引力搜索算法,新算法定义了算法停滞系数,当算法陷入停滞时,可以自适应的修改引力参数,帮助算法跳出停滞状态;定义了个体相似系数,当种群陷入局部最优时,通过变异策略改善种群的多样性。数值试验结果表明,新算法有效的平衡了全局开发和局部搜索能力,具有更强的全局寻优能力,适于求解复杂优化问题。     

侧流试纸孔径优化数值模型

纸基微流控芯片由于成本低、比表面积大以及良好的生物兼容性等优势在即时检测领域得到快速发展,但是纸基孔隙结构对于检测性能的影响规律和机制尚不清晰.本文针对侧流试纸这一典型纸基微流控芯片,通过将硝酸纤维素膜多孔结构简化为毛细平板通道,首次建立了耦合毛细流动和反应输运过程的数值模型,研究了样品液滴流速以及硝酸纤维素膜比表面积...     

空间时间、引力和宇宙理论正在经历变革

 2005年是世界物理年,是年11月份,南开大学物理学院“今日物理”邀请中科院理论物理研究所资深研究员郭汉英老师作了题为《空间时间、引力和宇宙理论正在经历变革--大船、水桶、升降机、橡皮膜和暗宇宙》的讲座。讲座之后,“今日物理”活动组的徐光明、苗荣欣等同学对郭老师进行了专访,几经讨论,内容已经超出原来的讲座。现与郭老师一起整理成文,供大家参考。徐光明:郭老师,您好。非常感谢您在百忙之中来到南开物理系所作的精彩讲座,谢谢您对我们“今日物理”活动的支持!您的演讲深入浅出,使同学们受益匪浅。我们想就这个话题的讨论整理成稿,发表出来,作为世界物理年纪念活动的一部分,您看可以吗?     

A spatial weighted network model based on optimal expected traffic

We propose a spatial weighted network model based on the optimal expected traffic. The expected traffic represents the prediction of the flow created by two vertices and is calculated by the improved gravity equation. The model maximizes the total expected traffic of the network. By changing two parameters which control the fitness and the geographical constraints, the model can vary its topology and give rise to a variety of statistical properties observed in the real-world network. Notably, our study shows that a linear and a nonlinear strength-degree correlation can emerge when considering and neglecting the “transport effect”, respectively.     

A novel macroscopic traffic model based on generalized optimal velocity model

In this paper, we adopt the coarse graining method proposed by Lee H K et al. to develop a macroscopic model from the microscopic traffic model-GOVM. The proposed model inherits the parameter p which considers the influence of next-nearest car introduced in the GOVM model. The simulation results show that the new model is strictly consistent with the former microscopic model. Using this macroscopic model, we can avoid considering the details of each traffic on the road, and build more complex models such as road network model easily in the future.     

中国城市航空网络的实证研究与分析

以城市为节点，城市间直航线路为边，实证地研究了中国城市航空网络的拓扑性质.研究表明，中国城市航空网络是一个小世界网络，具有短的平均路径长度和大的簇系数，且其度分布服从双段幂律分布.它的度度相关性质与世界航空网络和北美航空网络都不相同.当度较小时，世界航空网络和北美航空网络都是正相关的，但中国城市航空网络未表现出度度相关性；而对于度较大的节点，世界航空网络中其邻点平均度几乎是一个常值，但中国城市航空网络却呈现出负相关性.以往的实证研究暗示，节点具有明确几何位置的网络，如计算机互联网、电力网络等，不表现层次性.但是中国城市航空网络展现出明显的层次性，表明地理因素对其结构演化的影响并不强烈.进一步地，以城市间直航计划每周提供的座位数为边权，研究了网络的含权性质，发现该网络节点度权之间是幂律相关的，相关指数为1.37.     

基于感知流量算法的复杂网络拥塞问题研究

研究了在具有感知流量的路由策略下,复杂网络的拓扑结构对网络中传输流量的影响.为了描述数据包传输过程的有效性,通过引入一个状态参数,利用由稳态到拥塞的指标流量相变值来刻画网络的吞吐量.基于每个节点的数据包处理能力与该节点的度或介数成比例提出两种模型并进行仿真.仿真结果表明,平均度相同的情况下,模型Ⅰ中,WS小世界网络比ER随机网络和BA无标度网络更容易产生拥塞;模型Ⅱ中,所有网络容量都得到较大的提高,尤其是WS小世界网络.但当网络的基本连接参数改变时,哪种模型更利于网络的流量传输,还要依据网络本身的结构特性 关键词： 复杂网络 无标度网络 感知流量 拥塞     

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     

Small-time scale network traffic prediction based on a local support vector machine regression model

In this paper we apply the nonlinear time series analysis method to small-time scale traffic measurement data. The prediction-based method is used to determine the embedding dimension of the traffic data. Based on the reconstructed phase space, the local support vector machine prediction method is used to predict the traffic measurement data, and the BIC-based neighbouring point selection method is used to choose the number of the nearest neighbouring points for the local support vector machine regression model. The experimental results show that the local support vector machine prediction method whose neighbouring points are optimized can effectively predict the small-time scale traffic measurement data and can reproduce the statistical features of real traffic measurements.     

基于通信序列熵的复杂网络传输容量

网络的传输性能在一定程度上依赖于网络的拓扑结构.本文从结构信息的角度分析复杂网络的传输动力学行为,寻找影响网络传输容量的信息结构测度指标.通信序列熵可以有效地量化网络的整体结构信息,为了表征网络整体传输能力,把通信序列熵引入到复杂网络传输动力学分析中,研究网络的通信序列熵与传输性能之间的关联特性,分析这种相关性存在的内在机理.分别在BA无标度和WS小世界网络模型上进行仿真,结果显示:网络的通信序列熵与其传输容量存在密切关联性,随着通信序列熵的增加,网络拓扑结构的均匀性随之增强,传输容量明显增加.网络的传输容量是通信序列熵的单调递增函数,与通信序列熵成正关联关系.通信序列熵可有效评估网络的传输容量,本结论可为设计高传输容量网络提供理论依据.     

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.     

A dynamic model for traffic network flow

Concerning the link properties in traffic networks, we introduce a dynamic equation of road flow into each link, and thereby propose a dynamic model for network flow. Using this model, we investigate the evolutions of inflow, outflow and flow on each link caused by a small perturbation of the network inflow under different route choice rules. Numerical results show that the dynamic model can reasonably capture the basic characteristics of network flow.