1. 研究目的与意义(文献综述)
上世纪末,因特网迅猛发展,人们迈入了网络时代。贸易网,交通网络,社交网络,电力网络等等复杂多样的网络相继出现[1],人们就置身于这一张张无形的大网中,这些网络把人和人联系起来,把人和物联系起来,给人们的生活带来了极大的便利,但任何事物都是一把双刃剑,在给我们便利的同时也会给我们带来危害,比如计算机病毒的疯狂传播,大范围的停电等等[2]。因此,想要更好地让各种复杂网络为人们服务,我们必须更加深入的了解复杂网络的工作机制[3]。因特网,神经网络,电力网络,贸易网络这些看起来互不相关的网络却有着相似之处。我们研究复杂网络就是要研究它们的共性和处理他们的大体办法。从定量和定性这两发面来研究复杂网络是网络时代中的一个重要课题。光明的发展前途使得复杂网络成为学者的关注对象,复杂网络同时也是复杂性研究的强大的理论工具,他注重系统的拓扑结构,不管什么样的复杂系统都可以用复杂网络理论进行抽象总结,我们对各个学科的知识融合越完善,复杂网络理论的研究就会更深入。
自watts和strogatz引入 名的小世界网络模型,barabasi和albert提出ba无标度网络模型[4],复杂网络进入了一个更为科学,更趋同于现实网络的新纪元时代,之后,大量的网络拓展模型相继提出,如适应度模型、加权网络模型、随机和择优混合模型、幂律增长模型等。学者李翔和陈关荣对世界贸易网进行研究[5],发现全局的优先连接机制并不适用于那些只与少数国家有贸易往来关系的国家,针对这个现象,他们提出了局域世界演化网络模型。这相当于是对ba无标度网络模型的一种改进模型,相当于从已有的网络中选取节点作为新加入节点的局域世界来进行优先连接,而不是像ba无标度网络模型那样从整个网络里面进行优先连接,这里只考虑随机选择的简单情形。
对于局域世界演化网络模型,部分学者在这个基础之上研究了它的病毒传播[6],鲁棒性等动力学[7]过程,还有学者提出了局域演化网络模型的改进模型[8],因此,国内外对于局域世界演化网络模型已经有一定的研究,并且在不断地深化和提高之中,刘锐,严宝杰,黄志鹏提出了公共交通的局域世界演化网络模型[9],田生文,杨洪勇,钟丽,王伊蕾提出了合作网络局域世界演化模型[10],张燕平,李超,赵姝,郑尧军提出了局域世界删除演化网络模型[11],李超对于复杂网络中的局域世界提出了自己的观点[12],李伟伟,王红,仇娜则是对有向加权网络的局域世界演化模型进行了研究[13],还有诸如基于无线传感器网络的局域世界动态演化模型[14-15],疾病传播机制[16-17],级联故障[18]。本文主要是在这些研究的基础上,对局域世界演化网络模型进行建模以及仿真设计。
2. 研究的基本内容与方案
1) 1) 本设计研究的基本内容包括:
a)a) 复杂网络的学习
复杂网络虽然种类繁多,但也不是让人感觉无从下手,人们在刻画复杂网络结构的统计特性上提出了许多概念和方法,其中有三个基本概念:平均路径长度,聚类系数和度分布,同时经过对图论的学习,能够让我们对复杂网络能够有一个清晰的认识,这也是对整个设计大体上的把握。
b)b) 局域世界演化网络的学习
局域世界演化网络模型相当于是对于BA无标度网络模型在某些情况下的改进模型,它实际上还是一种无标度模型,因此,在学习局域世界演化网络模型的同时也要学习BA无标度网络模型,把握它们之间的异同点,这对于学习局域世界模型是很有帮助的,他们的主要区别还是在于优先连接的时候选取节点和计算的概率不同,本质上两者大同小异。
c)MATLAB基础知识与编程方法的学习
MATLAB是一个包含大量计算算法的集合,它的功能十分强大。新版本的matlab语言可移植性好,可拓展性极强。经过对于matlab的学习,为局域世界演化网络模型的仿真打下坚实的基础。
2) 本设计研究的技术方案包括:
a) 选取典型的局域世界演化网络。
在我们身边存在着许多的局域世界,比如路由器网络,人们的社团网络等等,可以选择其中一个具体的网络。
b) 建立模型并分析。
对选取的网络模型进行建模,对建立的模型的参数进行分析,并且找出可以改进的地方。
c) 在MATLAB中编程实现
在MATLAB软件环境下,编写程序,局域世界演化网络仿真。
1)3) 本设计的技术路线如下图所示:
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3. 研究计划与安排
第1-3周:查阅相关文献资料,明确研究内容,了解研究所需的相关知识。确定方案,完成开题报告。
第4-10周:完成英语论文翻译;参考相关文献研究局域世界演化网络理论,编写matlab程序,收集相关的文档和资料,完成局域世界演化网络的建模与仿真设计工作。
第11-15周:进行调试、仿真、资料整理,完成论文撰写工作。
4. 参考文献(12篇以上)
[1] strogatz s h. exploring complex networks[j]. nature, 2001, 410(6825): 268-276.
[2] li xiang, chen guanrong. a local-world evolving network model[j]. physica a: statistical mechanics and its applications, 2003, 328(1): 274-286.
[3] newman m e j. the structure and function of complex networks[j]. siam review, 2003, 45(2): 167-256.
