【摘要】：復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究關(guān)注個(gè)體之間的微觀相互作用所導(dǎo)致的宏觀現(xiàn)象,特別是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)上各種動(dòng)力學(xué)研究。流行病傳播動(dòng)力學(xué)是其中的研究熱點(diǎn)之一,其目標(biāo)是將理論研究應(yīng)用于真實(shí)流行病傳播建模、仿真和預(yù)測(cè),最終用于流行病控制措施和群體激勵(lì)機(jī)制的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)流行病傳播主要研究靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)流行病傳播的影響。當(dāng)前研究雖然可以很好地解釋一些現(xiàn)象,但考慮的因素單一,過(guò)于理想化。為了能更好地重現(xiàn)真實(shí)流行病傳播過(guò)程,必須將更多實(shí)際因素融入流行病傳播建模中。真實(shí)流行病傳播研究表明個(gè)體行為反應(yīng)對(duì)流行病傳播的影響很大,如艾滋病和埃博拉等。個(gè)體行為反應(yīng)是指?jìng)�(gè)體會(huì)根據(jù)流行病狀態(tài)改變自己的行為,這在一定程度上能改變其連接關(guān)系,而連接結(jié)構(gòu)的變化反過(guò)來(lái)又影響流行病傳播,從而使得流行病傳播的網(wǎng)絡(luò)是共演化網(wǎng)絡(luò)而不是靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)。針對(duì)當(dāng)前建模過(guò)于簡(jiǎn)化的問(wèn)題,本論文重點(diǎn)關(guān)注共演化網(wǎng)絡(luò)中傳播動(dòng)力學(xué)及其控制應(yīng)用研究,主要包括如下三方面的工作:(1)研究了所有個(gè)體屬性均相同的同質(zhì)共演化網(wǎng)絡(luò)中的流行病傳播及控制。針對(duì)當(dāng)前同質(zhì)共演化網(wǎng)絡(luò)中流行病傳播研究只關(guān)注穩(wěn)態(tài)特性,忽略了暫態(tài)特性的問(wèn)題,本文首先分析了同質(zhì)共演化網(wǎng)絡(luò)中流行病的暫態(tài)傳播過(guò)程,發(fā)現(xiàn)傳播過(guò)程中網(wǎng)絡(luò)會(huì)演化形成社區(qū)結(jié)構(gòu);然后,分別提出了基于社區(qū)結(jié)構(gòu)的免疫和隔離控制策略,對(duì)比發(fā)現(xiàn)這兩種策略均比相應(yīng)的隨機(jī)控制策略高效。更重要的是,兩種策略都表明流行病控制的時(shí)機(jī)很重要,且關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)就是強(qiáng)社區(qū)結(jié)構(gòu)形成的時(shí)候。這些結(jié)果深化了對(duì)流行病傳播的理解,為流行病的預(yù)測(cè)和控制提供了新視角。(2)深入研究了個(gè)體屬性存在差異的異質(zhì)共演化網(wǎng)絡(luò)中的流行病傳播及控制�？紤]到個(gè)體易感性存在差異,本文首次提出了異質(zhì)共演化傳播模型。首先,分析了傳播閾值和穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)特征,發(fā)現(xiàn)個(gè)體易感性的異質(zhì)性能使傳播閾值增大,并且在逐步適應(yīng)流行病的過(guò)程中網(wǎng)絡(luò)會(huì)自組織成連邊異質(zhì)但更魯棒的結(jié)構(gòu)。然后,研究了傳播閾值增大現(xiàn)象的相變點(diǎn),發(fā)現(xiàn)閾值增大的原因是模型中存在同質(zhì)共演化網(wǎng)絡(luò)中不存在的傳播行為,且此行為所在區(qū)域的分界點(diǎn)分別是局域跨臨界分岔點(diǎn)和全局異宿分岔點(diǎn)。最后,通過(guò)暫態(tài)傳播過(guò)程分析,本文繼續(xù)研究了魯棒結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程及結(jié)構(gòu)特性,發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)自組織成核心-邊緣結(jié)構(gòu)來(lái)抵御流行病的傳播。據(jù)此,本文提出了偏好重連邊策略,此策略可以通過(guò)促進(jìn)核心-邊緣結(jié)構(gòu)的形成來(lái)更有效地抑制流行病傳播,從而也驗(yàn)證了暫態(tài)分析的正確性。這些結(jié)果體現(xiàn)了多因素共同研究的重要性,同時(shí)也為流行病控制措施的設(shè)計(jì)提供了參考。(3)研究了信息-流行病的耦合傳播。鑒于行為反應(yīng)依賴于個(gè)體獲取的信息,而當(dāng)前信息傳播網(wǎng)絡(luò)與流行病傳播網(wǎng)絡(luò)完全不同,本文研究了耦合共演化網(wǎng)絡(luò)中信息和流行病傳播的相互作用。一方面,本文研究了靜態(tài)耦合網(wǎng)絡(luò)中信息-流行病傳播,其中收到信息的個(gè)體會(huì)以一定概率接種疫苗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)流行病傳播能觸發(fā)信息傳播,同時(shí)信息傳播可以促進(jìn)免疫措施的采納和抑制流行病的傳播。另一方面,鑒于真實(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有時(shí)變特性,本文繼續(xù)研究了時(shí)變耦合網(wǎng)絡(luò)中信息和流行病傳播的相互影響,其中收到信息的個(gè)體會(huì)采取措施以避免被感染。我們發(fā)現(xiàn)了與靜態(tài)耦合網(wǎng)絡(luò)類似的相互影響模式,并且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征對(duì)流行病傳播和信息傳播對(duì)流行病的抑制作用有很大的影響。最后據(jù)此提出了能有效抑制流行病傳播的個(gè)體活躍度自適應(yīng)變化策略。這些研究為有效地利用信息傳播激勵(lì)人們采取自我保護(hù)措施提供了依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O157.5

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本文編號(hào)：2528142