超网络中标度律的涌现

本文构建超网络和复杂网络中统一演化模型,研究超网络无标度特性演化机理和拓扑性质.利用Poisson过程理论和连续化方法对模型进行分析,获得网络稳态平均超度分布的解析表达式.仿真实验和理论分析相符合.结果表明:随着网络规模的增大,这个动态演化网络的超度分布遵循无标度的特性.它不仅将每次增加一个新节点与若干个老节点围成一条超边的超网络模型和每次增加若干个新节点与一个老节点围成一条超边的超网络模型统一在一个模型中,而且将复杂网络中著名的无标度模型也作为我们模型的特例.     

幂律指数在1与3之间的一类无标度网络

借助排队系统中顾客批量到达的概念，提出节点批量到达的Poisson网络模型.节点按照到达率为λ的Poisson过程批量到达系统.模型1，批量按照到达批次的幂律非线性增长，其幂律指数为θ(0≤θ<+∞).BA模型是在θ＝0时的特例.利用Poisson过程理论和连续化方法进行分析，发现这个网络稳态平均度分布是幂律分布，而且幂律指数在1和3之间.模型2，批量按照节点到达批次的对数非线性增长，得出当批量增长较缓慢时，稳态度分布幂律指数为3.因此，节点批量到达的Poisson网络模型不仅是BA模型的推广，也为许多幂律指数在1和2之间的现实网络提供了理论依据.     

基于超图的超网络相继故障分析

分析了快递超网络和电子元件超网络的相继故障扩散方式, 结合超图理论提出了2-section 图分析法和线图分析法, 并仿真分析了无标度超网络耦合映像格子的相继故障进程. 结果表明: 无标度超网络对外部攻击表现出了既鲁棒又脆弱的特性. 针对相继故障的不同扩散方式, 无标度超网络的相继故障行为表现出不同的特点. 超网络的相继故障行为和超网络的超度以及超边度分布有密切的联系, 也和超网络中超边的个数有关. 通过和同规模的Barabasi-Albert (BA)无标度网络对比, 在同一种攻击方式下同规模的无标度超网络都比BA 无标度网络表现出了更强的鲁棒性. 另外, 基于超边扩散的相继故障进程比基于节点扩散的相继故障进程更加缓慢.     

虚拟社区网络的演化过程研究

模拟了虚拟社区网络的演化过程并研究其拓扑结构.发现虚拟社区网络在演化过程中,节点的加入、边的加入、网络中度分布、节点的度与其加入网络时间的关系、平均度随时间的变化等方面与传统的无标度网络有所不符.根据国内某论坛的实际网络数据统计与分析,提出了虚拟社区网络的演化机理——虚拟社区网络构造算法.仿真结果表明,模拟以互联网论坛为代表的虚拟社区网络时,该模型能够得到与真实网络相符的特性. 关键词： 复杂网络 虚拟社区 无标度网络     

度关联无标度网络上的有倾向随机行走

有倾向随机行走是研究网络上数据包路由策略的有效方法. 由于许多真实技术网络包括互联网都具有负的度关联特征, 因此本文研究这种网络上的有倾向随机行走性质. 研究表明: 在负关联网络上粒子可以在连接度较大的节点上均匀分布, 而连接度小的节点上粒子较少; 负关联网络上随机行走的速度比非关联网络更快; 找到了负关联网络上的最佳倾向性系数, 在此情况下负关联网络上随机行走的速度远快于非关联网络. 负关联网络既可以利用度小的节点容纳粒子, 又可以利用度大的节点快速传输, 这是负关联网络上高行走效率产生的机制.     

简易广义合作网络度分布的稳定性

本文对简易广义合作网络的三类特殊情形（择优连接、随机连接、混合连接）进行了研究. 基于马氏链理论, 给出它们度分布稳定性存在的严格证明, 并且得到相应网络度分布和度指数的精确表达式. 特别地, 对于混合连接情况, 说明在连线方式中只要存在择优成分, 网络度分布就服从幂律分布, 即所得网络为无标度网络. 关键词： 简易广义合作网络 无标度网络 马氏链 度分布     

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。     

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     

无标度立体Koch网络的建立及其结构性质研究

根据经典Koch曲线的构造,利用四面体作为迭代基元构造了一种立体Koch网络并对其结构性质做了研究, 给出了该网络的度分布函数,计算了该网络的团簇系数、平均最短路径长度以及度关联函数.结果表明,所构建的网络是无标度网络,度分布临界指数γ≈332;其团簇系数趋向于常数值0870435;平均路径长度与网络尺寸的对数呈正比关系,说明该网络具有小世界网络特性.另外,计算结果表明k_nn(k)随k的变化而变化,说明该Koch网络具有一定的度关联性.     

无标度立体Koch网络的建立及其结构性质研究

根据经典Koch曲线的构造,利用四面体作为迭代基元构造了一种立体Koch网络并对其结构性质做了研究,给出了该网络的度分布函数,计算了该网络的团簇系数、平均最短路径长度以及度关联函数.结果表明,所构建的网络是无标度网络,度分布临界指数γ≈3.32;其团簇系数趋向于常数值0.870435;平均路径长度与网络尺寸的对数呈正比关系,说明该网络具有小世界网络特性.另外,计算结果表明knn(k)随k的变化而变化,说明该Koch网络具有一定的度关联性.     

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     

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.     

基于平均场理论的微博传播网络模型

微博是在通过用户关注机制建立的用户网络上分享实时信息的社交平台,而微博消息主要通过用户的转发行为使消息在用户网络上传播.掌握微博消息的传播机制,对研究微博上舆论谣言的传播、产品推广等具有指导作用.本文通过对微博传播网络的结构分析来探索微博传播过程,利用新浪微博数据,建立微博传播网络,分析该网络的生成机制,使用平均场论的方法,推导微博传播网络的度分布模型.实验结果表明:微博传播网络的度分布是时间相依的,在特定时间下网络的度分布服从幂律分布.     

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     

节点数加速增长的复杂网络生长模型

受某些实际网络节点数按几何级数增长现象的启发，构造了每个时间步中按当前网络规模成比例地同时加入多个节点的节点数加速增长的网络模型.研究表明，在增长率不是很大的情况下网络度分布仍然是幂律的，但在不同的增长率r下幂律指数是不同的.得到了幂律指数介于2到3之间可调的无标度网络模型，并解析地给出了幂律指数随增长率变化的函数关系.数值模拟还显示，网络的平均最短距离随r减小而簇系数随r增大. 关键词： 复杂网络 无标度网络 生长网络模型 节点数加速增长网络模型     

一个复杂网络家族的结构与同步能力研究

研究了一个介于BA无标度网络和ER随机网络之间的复杂网络家族的结构与同步能力。结果表明,在平均度保持不变的情况下,随着随机连接概率的增大,该网络家族的度分布趋于均匀,平均最短距离缓慢增大,簇系数缓慢减小,对于同步稳定区域无界的动力学系统,网络家族的同步能力基本保持不变,而对于同步稳定区域有界的动力学系统,网络家族的同步能力则逐步提高,并与度分布的标准差成线性关系。有助于理解网络结构对同步能力的影响,且对如何提高网络的同步能力有一定的指导意义。     

增长及非增长无标度网络的成因解析

分析两类无标度网络的形成原因,提出一个无标度网络演化模型并进行一系列数值实验.基于分析和实验得到推论:只要保持足够低的网络密度,通过基于度的偏好连接就可形成长期稳定的无标度网络.规模增长和点边增删既是客观存在,又起到了控制网络密度的作用,足够低的网络密度和基于度的偏好连接是所有无标度网络共同的必要条件.推论可同时解释增长和非增长无标度网络的形成原因.研究结果有助于理解各种真实无标度网络和建立相应的模型.     

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.     

一门崭新的交叉科学:网络科学(下篇)

在上篇综述里,我们评述了网络科学的发展简史,基本概念和网络分类,以及国内外迄今提出的复杂网络的主要理论模型及其拓扑特性。着重总结了我们"一院二校"开展的国家自然科学基金重点项目的研究进展,上篇的研究成果主要涉及加权网络模型、和谐统一的混合模型和量子信息网络模型及其纳米网络,简单说,我们探索了从宏观网络到微观网络的不同层次的若干特点和结果。在下篇综述里,我们将系统概述5个重要课题的研究进展,从第7章到第11章,课题内容包括:复杂网络的动力学完全同步与网络的拓扑结构之间的关系;网络拓扑结构的对称性破缺导致动力学部分同步;给出判断给定网络部分同步斑图稳定性的方法和一般判据,讨论了由网络的多种拓扑对称导致的部分同步斑图的竞争和选择问题以及李指数谱的简并性质。进一步,分别以具有小世界和无标度拓扑结构的束流输运网络为典型的"混沌复杂网络",提出了实现束晕-混沌的同步和控制的若干方法,特别是实现分区网络的多目标的同步控制问题。同时,基于Vicsek模型和Boid模型,研究了生物体集群动态网络的拓扑结构和动力学方程,提出复杂多智能体网络的协调控制策略。另外,从复杂网络的不同拓扑结构对合作涌现和资源分配的作用角度,评述了三个主要的博弈模型—少数者博弈、囚徒困境和雪堆博弈,研究了复杂网络的群聚系数和网络异质性等结构特性对个体的博弈行为的重要影响。最后第12章,我们简介其它课题的进展,讨论了网络科学面临的挑战,并展望了其应用与发展前景。     

一门崭新的交叉科学:网络科学(下篇)

在上篇综述里,我们评述了网络科学的发展简史,基本概念和网络分类,以及国内外迄今提出的复杂网络的主要理论模型及其拓扑特性。着重总结了我们"一院二校"开展的国家自然科学基金重点项目的研究进展,上篇的研究成果主要涉及加权网络模型、和谐统一的混合模型和量子信息网络模型及其纳米网络,简单说,我们探索了从宏观网络到微观网络的不同层次的若干特点和结果。在下篇综述里,我们将系统概述5个重要课题的研究进展,从第7章到第11章,课题内容包括:复杂网络的动力学完全同步与网络的拓扑结构之间的关系;网络拓扑结构的对称性破缺导致动力学部分同步;给出判断给定网络部分同步斑图稳定性的方法和一般判据,讨论了由网络的多种拓扑对称导致的部分同步斑图的竞争和选择问题以及李指数谱的简并性质。进一步,分别以具有小世界和无标度拓扑结构的束流输运网络为典型的"混沌复杂网络",提出了实现束晕-混沌的同步和控制的若干方法,特别是实现分区网络的多目标的同步控制问题。同时,基于Vicsek模型和Boid模型,研究了生物体集群动态网络的拓扑结构和动力学方程,提出复杂多智能体网络的协调控制策略。另外,从复杂网络的不同拓扑结构对合作涌现和资源分配的作用角度,评述了三个主要的博弈模型—少数者博弈、囚徒困境和雪堆博弈,研究了复杂网络的群聚系数和网络异质性等结构特性对个体的博弈行为的重要影响。最后第12章,我们简介其它课题的进展,讨论了网络科学面临的挑战,并展望了其应用与发展前景。