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基于单纯复形的几类高阶网络的鲁棒性研究

基于单纯复形的几类高阶网络的鲁棒性研究

作者：余文倩青海师范大学

学位级别：硕士

现实世界中广泛存在着许多复杂系统,这些复杂系统都可以用复杂网络进行表示,因此复杂网络的相关研究引起了众多学者的广泛关注。复杂网络作为现代社会中各种系统的抽象表达,其鲁棒性对于保障系统的正常运行至关重要。然而,复杂网络往往... 详细信息

现实世界中广泛存在着许多复杂系统,这些复杂系统都可以用复杂网络进行表示,因此复杂网络的相关研究引起了众多学者的广泛关注。复杂网络作为现代社会中各种系统的抽象表达,其鲁棒性对于保障系统的正常运行至关重要。然而,复杂网络往往受到外部攻击或内部扰动的威胁,可能导致级联故障的发生,从而影响其抵抗攻击的鲁棒性。研究复杂系统的鲁棒性,对优化现实系统鲁棒性具有一定的科学指导意义。目前,对网络鲁棒性的研究大多集中于基于图的复杂网络、超网络上,还缺乏对基于单纯形的高阶网络的研究。而基于单纯形的高阶网络是表征复杂系统的有力工具,但由于高阶网络结构的复杂性,目前对高阶网络的研究刚刚起步。针对这一问题,本文重点研究了高阶网络结构对高阶网络鲁棒性的影响,主要研究工作及成果如下:(1)根据经典无标度网络、随机网络和小世界网络的演化思想,研究了只包含一种高阶结构的高阶网络的鲁棒性。根据不同的高阶结构及演化思想,构建了两类六种高阶网络模型,并考虑不同的高阶结构,提出了不同的负载重分配策略,利用已有的容量-负载模型模拟了六种合成高阶网络的级联故障过程,从而获得了其鲁棒性。实验结果表明不同的高阶结构及负载重分配方式对高阶网络的鲁棒性具有一定的影响。(2)研究了高阶网络同时包含1-单纯形和2-单纯形结构时的鲁棒性。通过给1-单纯形和2-单纯形结构分别赋予不同的结构系数,模拟其对高阶网络鲁棒性的不同影响,同时提出一种新的容量-负载模型,用于描述两种不同高阶结构下的级联故障过程,从而获得其鲁棒性。(3)结合真实的公交数据集,根据高阶网络模型的构建算法,建立了两个公交实证高阶网络,并将容量-负载模型应用到两个公交高阶网络上。通过仿真实验分析了这两个公交高阶网络的鲁棒性,最后依据仿真结果,提出了优化现实公交高阶网络鲁棒性的策略。本文的研究结果对进一步理解结构对高阶网络鲁棒性的影响具有重要的参考价值及现实意义。同时,本文的研究结果也为提出高阶网络鲁棒性的优化策略提供了理论依据和数据支撑。

关键词：高阶网络级联故障鲁棒性容量-负载模型

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超边内部结构对无标度超网络鲁棒性的影响

复杂系统与复杂性科学 2023年

作者：周斌马福祥高淑洁马秀娟李明杰藏语智能信息处理及应用国家重点实验室青海师范大学计算机学院

现有对超网络鲁棒性的研究中，并未考虑超边内部结构对超网络鲁棒性的影响。针对这一问题，提出一种能描述超边内部结构与超网络鲁棒性关系的容量-负载模型，并通过仿真实验获得了超边内节点在优先连接、随机连接、全连接三种方式下，k... 详细信息

现有对超网络鲁棒性的研究中，并未考虑超边内部结构对超网络鲁棒性的影响。针对这一问题，提出一种能描述超边内部结构与超网络鲁棒性关系的容量-负载模型，并通过仿真实验获得了超边内节点在优先连接、随机连接、全连接三种方式下，k均匀无标度超网络的鲁棒性。通过对比分析发现，无标度超网络的鲁棒性与其超边内节点的连接方式密切相关，同时也与超边内节点的规模k以及超边内部普通边的数量mk有关。研究结果表明，超边内部结构对无标度超网络整体的鲁棒性有较大的影响。

关键词：无标度超网络超边内部结构容量-负载模型级联故障鲁棒性

基于异构复杂网络的铁路运营事故分析方法研究

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基于异构复杂网络的铁路运营事故分析方法研究

作者：齐彧北京交通大学

学位级别：硕士

作为人们广泛采用的出行和运输方式之一,铁路运输系统在我国的交通运输过程中起着举足轻重的作用。因此,如何保障铁路运营过程中的安全性,一直是饱受关注的话题。任何铁路系统相关人员的微小失误或相关设备的轻微问题有可能随着各种因... 详细信息

作为人们广泛采用的出行和运输方式之一,铁路运输系统在我国的交通运输过程中起着举足轻重的作用。因此,如何保障铁路运营过程中的安全性,一直是饱受关注的话题。任何铁路系统相关人员的微小失误或相关设备的轻微问题有可能随着各种因素的相互关联作用而导致铁路运营事故,影响人身安全和财产安全。事故作为铁路系统中各因素相互影响的结果,可以通过大量的事故数据来探索各因素之间的相互作用关系。对过往的大量事故进行学习和总结,能够获取到事故发生的相关规律,可以对铁路系统安全性的提升提供充分的指导方向,具有重要的研究意义。在此背景下,本文提出了一种基于异构复杂网络的铁路运营事故致因分析方法,论文的主要工作如下:(1)针对铁路运营事故致因的复杂性和多样性,提出了基于异构复杂网络的铁路事故致因网络建模方法,定义不同类型的节点和体现不同节点间关系的边,采用结构矩阵的方式对大量铁路运营事故中不同危险因素的相互作用进行描述,直观地展示了危险的性质和危险之间的关系,为事故发生规律的探索提供了基础。(2)针对所构建的异构网络,依照传统的网络理论中的拓扑分析指标,对分析指标进行优化与改进,提出更适用于异构网络、符合铁路运营过程的拓扑分析指标。进一步,结合拓扑指标提出关键事故致因分析方法,便于分析导致事故发生的关键危险因素,有助于从控制事故致因发生的角度形成事故防控建议。(3)从铁路运营事故致因网络的动力学特征出发,结合级联失效理论和所提出的拓扑分析指标,提出面向铁路运营事故致因网络的容量-负载模型构建方法,以便分析危险因素在事故致因中的传播影响。同时,为满足铁路系统运营过程风险管理的需求,分析网络容量参数和负载参数的取值范围。结合容量-负载模型和拓扑指标提出事故致因传播过程分析方法,便于分析影响事故传播过程的关键因素,有助于从控制事故致因传播的角度形成控制建议。(4)收集真实的铁路运营数据,利用上述所提方法进行事故致因网络的构建、关键致因的辨识以及危险传播过程的分析,验证了方法的有效性。同时,基于Django框架开发事故致因分析系统,对收集到的具体的事故案例进行事故致因分析,为所提方法提供必要的工具。本文共有图69幅,表11个,其中2张表附于附录,参考文献78篇。

关键词：铁路运营事故异构复杂网络拓扑分析级联失效理论容量-负载模型

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基于级联失效的城市交通拥堵扩散研究

基于级联失效的城市交通拥堵扩散研究

作者：冯洋洋大连交通大学

学位级别：硕士

级联失效是“连锁反应”,由于复杂网络中某个节点或节点间连接关系的失效,导致其它节点(节点间连接关系)也受到波及,对整个网络产生负面影响。在城市道路交通网络中,经常出现由于某条路段维修、发生自然灾害或交通事故等情况进而导致周... 详细信息

级联失效是“连锁反应”,由于复杂网络中某个节点或节点间连接关系的失效,导致其它节点(节点间连接关系)也受到波及,对整个网络产生负面影响。在城市道路交通网络中,经常出现由于某条路段维修、发生自然灾害或交通事故等情况进而导致周围路段拥堵甚至整个城市道路交通网络的崩溃的情况,这便是城市道路交通网络下的级联失效现象。研究城市道路交通网络下的级联失效能够明确失效传播机理、识别路网中的“关键处”,再此基础上可以进行级联失效的预防研究,降低级联失效危害程度。本文所做的主要研究工作如下:(1)对容量-负载模型中经典的ML模型、CLM模型以及城市道路交通网络特性进行剖析。分析ML模型、CLM模型应用于城市道路交通网络下的不足。包括初始负载确定、初始容量确定、需考虑拥堵特性以及路段容量更新等方面。(2)基于城市道路交通网络的特性对容量—负载模型提出改进思路,包括初始负荷及初始容量确定规则改进、基于时效性确定负载重分配规则、构建路段容量更新模型等。(3)基于时效性构建了“局部城市道路交通网络容量-负载模型”“宏观城市道路交通网络容量-负载模型”。以大连市局部城市道路交通网络为研究对象进行算例分析,并对路网内的各路段进行了重要度排序。“局部城市道路交通网络容量-负载模型”和“宏观城市道路交通网络容量-负载模型”最主要的区别是负载重分配规则的不同。前者立足于路段被攻击后短时间局部角度。根据被攻击路段邻接路段的分类确定负载重分配规则,进而确定各路段流量。后者立足于宏观角度。基于出行者明确路段被攻击信息后,根据用户均衡配流模型对OD重分配,确定各路段负载。

关键词：城市道路交通网络级联失效容量-负载模型

面向PBN运行的空管保障系统复杂网络模型研究

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面向PBN运行的空管保障系统复杂网络模型研究

作者：冉斌中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

随着现代导航方式已经步入基于性能的导航时代（PBN-Performance Based Navigation）,航空运输业规模的日益壮大,航线网络呈现集群化,复杂化特征。空管保障系统作为保障民航安全高效运行的重要支撑,其整体的稳定性和业务持续性对航空运... 详细信息

随着现代导航方式已经步入基于性能的导航时代（PBN-Performance Based Navigation）,航空运输业规模的日益壮大,航线网络呈现集群化,复杂化特征。空管保障系统作为保障民航安全高效运行的重要支撑,其整体的稳定性和业务持续性对航空运行起着至关重要的作用。随着空管保障系统内部业务和外部环境的复杂程度日益增加,空管保障系统出现失效的风险也在不断增大。为了增强民航飞行的安全性,有效抵御突发事件对空管保障系统产生的影响,本文在PBN运行背景下,对通信、导航、监视设备的运行原理和协同运行机制展开分析,基于复杂网络理论,将空管保障系统拆分为导航网络、监视网络和通信网络三个网络层。网络以航路为边,飞行流量为权重,以DME、雷达和甚高频存在的覆盖重数为虚拟边,提出了面向PBN运行的空管保障系统加权多层网络模型。利用单层和多层复杂网络多种指标对网络重要节点进行识别,为预防网络级联失效提供了有力支撑。然后考虑到基于PBN运行的现代导航网络中,航路由多个DME对保障,存在冗余保护机制,运用带有节点崩溃概率的容量-负载模型分析在随机攻击和蓄意攻击模式下网络抵御级联失效的鲁棒性,并运用MATLAB进行试验仿真,研究影响网络鲁棒性的因素,控制级联失效的蔓延。最后,基于容量-负载模型构建了导航子网络和监视子网络构成的相似耦合相依网络。考虑网络负载特性,对耦合情况下网络级联失效的机理进行研究,用MATLAB进行试验仿真,探究影响相依网络抵御级联失效鲁棒性的影响因素。

关键词： PBN 复杂网络容量-负载模型级联失效鲁棒性