复杂网络控制交错联通分支转换方法研究

作     者：栾晗 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张锡哲

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：复杂网络 网络控制 交错连通分支 类型转换 合并拆分 

摘      要：控制复杂系统是很多领域所共同面临的问题之一。现实世界中存在的很多复杂系统,可以用复杂网络加以描述,如计算机网络、电力与交通网络、生物网络、经济与金融网络、社会关系网络。要保证这些系统的正常运作,就必须对整个网络进行控制。向网络中驱动节点输入信号就可以对网络进行控制。高平均度网络中所有可能的驱动节点数量很多或者很少,分别对应网络分散和集中控制模式。网络出现控制模式的原因是网络出现了极大交错连通分支,本文以此为基础进一步研究了复杂网络中交错连通分支的转换方法,包括类型转换与大小转换,主要完成了以下两个方面的研究工作:首先,根据控制模式出现原因,将模式转换问题归纳为交错连通分支类型转换问题。通过分析三种交错联通分支结构特点和分支上节点属性区别,发现分支类型转换关键在于改变分支上某些节点的属性。并提出加边、删边、反向边三种方法,利用最大匹配的性质改变这些节点的属性,从而实现分支类型间转换。将以上三种转换方法应用到BA模型网络和实际网络中,通过反转代价、反转效果等参数来比较各种方法的区别,并分析原因。实验发现,改变网络中极少部分边就可以改变网络中大量节点的属性,比原有方法更为有效。其次,针对低平均度网络没有控制模式的问题,本文提出了一种合并方法,通过加边将网络中小范围的交错连通分支合并成极大交错连通分支,使网络具有控制模式。合并只需要加入少量边就可以达到目标效果,通过与BA网络的对比证明合并方法的高效性。对于出现控制模式的网络,本文还提出一种拆分方法,通过删边将极大交错连通分支进行拆分,从而使网络不再具有控制模式。拆分方法需要删除非常多的边,对原网络平均度改变比较大,本文分析了造成这种现象的原因,为下一步工作提供了方向。