現(xiàn)實(shí)世界系統(tǒng)和自然界系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)大部分都可以使用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來表示,例如電力系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、社交網(wǎng)絡(luò)以及通信網(wǎng)絡(luò)等等,這些系統(tǒng)大部分可以認(rèn)為是一個(gè)單層的無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)隨著當(dāng)今科技的不斷發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)之間的相依關(guān)系越發(fā)顯著,多個(gè)單層網(wǎng)絡(luò)之間相互依存構(gòu)成了相互依存網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)魯棒性是目前網(wǎng)絡(luò)研究中的一個(gè)非常熱門的方向,網(wǎng)絡(luò)魯棒性即網(wǎng)絡(luò)在遭受攻擊或者故障時(shí),網(wǎng)絡(luò)保持自身系統(tǒng)完整性的能力。目前已經(jīng)有很多文章證明無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)在遭受蓄意攻擊時(shí)非常脆弱,在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)被攻擊后網(wǎng)絡(luò)就會(huì)迅速崩潰,同時(shí)對于相互依存網(wǎng)絡(luò)因?yàn)楣?jié)點(diǎn)的相依關(guān)系將會(huì)導(dǎo)致其他網(wǎng)絡(luò)的崩潰,導(dǎo)致嚴(yán)重后果。所以如何優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的魯棒性是解決網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的一個(gè)關(guān)鍵問題。首先本文介紹了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的背景以及研究網(wǎng)絡(luò)魯棒性的意義,然后分單層網(wǎng)絡(luò)和多層網(wǎng)絡(luò)介紹了國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀,并介紹了常用的一些啟發(fā)式算法。然后針對目前主流的網(wǎng)絡(luò)模型和攻擊策略進(jìn)行了介紹,包括4種單層網(wǎng)絡(luò),以及根據(jù)這4個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相互依存構(gòu)成的相互依存網(wǎng)絡(luò),攻擊策略包含基于節(jié)點(diǎn)度分布的和基于節(jié)點(diǎn)介數(shù)的兩種攻擊方式,同時(shí)給出了網(wǎng)絡(luò)魯棒性的計(jì)算方法。接著在考慮到目前基于度分布不變的前提下,大部分提升網(wǎng)絡(luò)魯棒性的方法本質(zhì)上是隨機(jī)進(jìn)行邊交換,沒有考慮到網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成,提升網(wǎng)絡(luò)的魯棒性效果有限,本文提出了一種劃分網(wǎng)絡(luò)邊的方式,在此基礎(chǔ)上提出了一個(gè)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)魯棒性的啟發(fā)式算法,并在人工合成網(wǎng)絡(luò)以及真實(shí)世界網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行了驗(yàn)證,相較其他算法表現(xiàn)出了更好的效果。接著針對多層相互依存網(wǎng)絡(luò),本文根據(jù)多層網(wǎng)絡(luò)在遭受蓄意攻擊下被攻擊層和其他層所展現(xiàn)的不同特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種包含兩個(gè)局部搜索算子的文化基因算法,算法在7種不同類型的相互依存網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行了驗(yàn)證,對比傳統(tǒng)算法獲得了更好的效果,然后介紹了基于k鄰近節(jié)點(diǎn)的度分布理論,并基于此分析了多層網(wǎng)絡(luò)在優(yōu)化前后其結(jié)構(gòu)變化特點(diǎn),其被攻擊層和其他層在優(yōu)化后的鄰近節(jié)點(diǎn)度表現(xiàn)出了相反分布。最后針對電力運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò),設(shè)計(jì)了基于梯度下降算法的電力運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法,算法通過為每一個(gè)節(jié)點(diǎn)對之間設(shè)計(jì)一個(gè)最優(yōu)連接率來表示該節(jié)點(diǎn)間連接對網(wǎng)絡(luò)魯棒性的影響,然后使用梯度下降算法更新最優(yōu)連接率,然后基于最優(yōu)連接率設(shè)計(jì)了一個(gè)搜索算子,并結(jié)合使用一個(gè)傳統(tǒng)的貪婪算子前期進(jìn)行快速搜索,算法最后在真實(shí)世界網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行了仿真。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O157.5

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本文編號：2765650