本文選題：復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)　切入點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)可控性　出處：《浙江大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的可控性是網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究的熱門課題,也是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究的終極目標(biāo)。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的可控性關(guān)注如何在網(wǎng)絡(luò)中選擇合適的節(jié)點(diǎn)以驅(qū)使網(wǎng)絡(luò)從任意初始狀態(tài)到達(dá)期望的最終狀態(tài)。2011年世界著名的控制論專家Liu Yang-Yu和著名的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)專家Barabasi聯(lián)手在Nature上發(fā)表了題為《復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可控性》的論文,首次將控制論與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論結(jié)合,解決了大規(guī)模有向網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)可控性問題,引發(fā)了廣泛關(guān)注。隨后,嚴(yán)格可控性理論的提出進(jìn)一步解決了任意結(jié)構(gòu)與權(quán)重網(wǎng)絡(luò)的可控性問題。以此為基礎(chǔ),有關(guān)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可控性的研究如雨后春筍般涌現(xiàn)出來,并取得了許多重要的研究成果。本文以結(jié)構(gòu)可控性理論和嚴(yán)格可控性理論為基礎(chǔ),在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論、控制理論、優(yōu)化理論等指導(dǎo)下,重點(diǎn)研究了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可控性的三個(gè)基礎(chǔ)理論問題:確定性模型網(wǎng)絡(luò)以及電力網(wǎng)絡(luò)的可控性、同時(shí)包含狀態(tài)節(jié)點(diǎn)與控制節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)可控性優(yōu)化、以及復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的控制魯棒性,其主要貢獻(xiàn)概括如下:(1)利用嚴(yán)格可控性理論研究了確定性模型網(wǎng)絡(luò)的可控性。本文通過對(duì)6種典型的確定性模型網(wǎng)絡(luò)的可控性進(jìn)行數(shù)值仿真和理論分析(僅針對(duì)阿波羅網(wǎng)絡(luò)),首次發(fā)現(xiàn):確定性模型網(wǎng)絡(luò)的驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)ND隨網(wǎng)絡(luò)規(guī)模N呈線性增長(zhǎng);當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模足夠大時(shí),網(wǎng)絡(luò)的可控性nD趨近于一個(gè)常數(shù),且該常數(shù)小于37種真實(shí)網(wǎng)絡(luò)可控性的平均值0.3905,表明確定性模型網(wǎng)絡(luò)是相對(duì)容易控制的。此外,本文還研究了確定性模型網(wǎng)絡(luò)中驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)的度與集聚系數(shù)特性,發(fā)現(xiàn)確定性模型網(wǎng)絡(luò)的驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)傾向于高集聚性節(jié)點(diǎn)同時(shí)避免Hub節(jié)點(diǎn)。(2)利用嚴(yán)格可控性理論研究了電力網(wǎng)絡(luò)的可控性。本文利用嚴(yán)格可控性理論研究了 6種IEEE電力網(wǎng)絡(luò)、我國(guó)華中電力網(wǎng)絡(luò)、以及我國(guó)東北電力網(wǎng)絡(luò)的可控性,發(fā)現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)的度分布基本服從冪律分布,表現(xiàn)出無標(biāo)度特性。電力網(wǎng)絡(luò)IEEE118、IEEE145以及我國(guó)東北電力網(wǎng)絡(luò)的可控性數(shù)值nD遠(yuǎn)高于對(duì)應(yīng)的ER隨機(jī)網(wǎng)絡(luò),因此較難控制;而其它的IEEE網(wǎng)絡(luò)以及我國(guó)的華中電力網(wǎng)絡(luò)則較容易控制。此外,本文還研究了電力網(wǎng)絡(luò)中驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)的度、介數(shù)、接近度等特性,發(fā)現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)的驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)傾向于低度節(jié)點(diǎn)而避免Hub節(jié)點(diǎn);傾向于低介數(shù)節(jié)點(diǎn)而避免瓶頸節(jié)點(diǎn);接近度則被證明與網(wǎng)絡(luò)的可控性基本無關(guān)。有趣的是,盡管驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)本身傾向于避免Hub節(jié)點(diǎn),驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)卻多數(shù)是Hub節(jié)點(diǎn)。最后,本文還發(fā)現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)的可控性主要取決于網(wǎng)絡(luò)的度分布和異質(zhì)性,稀疏異質(zhì)的電力網(wǎng)絡(luò)最難控制。(3)提出了基于遺傳算法的網(wǎng)絡(luò)可控性優(yōu)化框架以解決同時(shí)包含狀態(tài)節(jié)點(diǎn)和控制節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)可控性優(yōu)化問題。本文提出的算法具有以下幾個(gè)顯著優(yōu)勢(shì):a)該算法適用于任意結(jié)構(gòu)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)沒有任何限制,而之前最好的算法僅適用于有向網(wǎng)絡(luò);b)該算法比之前最好的算法時(shí)間效率上提升約40%;c)與之前最好的算法相比,該算法能收斂到更少的控制節(jié)點(diǎn)數(shù);d)盡管是啟發(fā)式算法,該算法在多數(shù)情況下能找到全局最優(yōu)解;e)該算法的主要參數(shù)如交叉概率、變異概率等可以根據(jù)種群的進(jìn)化信息自適應(yīng)調(diào)節(jié),不需要人工干預(yù)。大量的仿真實(shí)驗(yàn)證明了該算法的有效性,同時(shí)網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)拓?fù)涞难莼^程也得以可視化給出。利用該算法本文還考察了平均度和異質(zhì)性(冪指數(shù))對(duì)網(wǎng)絡(luò)可控性的影響,發(fā)現(xiàn)對(duì)于同時(shí)包含狀態(tài)節(jié)點(diǎn)和控制節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò),稀疏異質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)通常是最難控制的。(4)系統(tǒng)而全面地研究了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)在遭受隨機(jī)攻擊和蓄意攻擊時(shí)的控制魯棒性。本文研究了各種經(jīng)典的模型網(wǎng)絡(luò)與真實(shí)網(wǎng)絡(luò)的可控性在面臨隨機(jī)攻擊和蓄意攻擊時(shí)的魯棒性,其中蓄意攻擊分為基于節(jié)點(diǎn)的攻擊和基于邊的攻擊兩種方式,每種方式包含四種不同的攻擊策略:初始度攻擊ID、重新計(jì)算度攻擊RD、初始介數(shù)攻擊IB、重新計(jì)算介數(shù)攻擊RB。研究發(fā)現(xiàn),基于節(jié)點(diǎn)的攻擊通常比基于邊的攻擊更能損害網(wǎng)絡(luò)的可控性;基于重新計(jì)算的攻擊通常比基于初始計(jì)算的攻擊更能損害網(wǎng)絡(luò)的可控性。ER隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)基于節(jié)點(diǎn)度的攻擊(RD和ID)表現(xiàn)出較差的控制魯棒性;而小世界網(wǎng)絡(luò)(WS和NW)對(duì)基于節(jié)點(diǎn)介數(shù)的攻擊(RB)表現(xiàn)出較差的控制魯棒性;由于Hub節(jié)點(diǎn)的存在,BA無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)被證明是節(jié)點(diǎn)攻擊下控制魯棒性最差的網(wǎng)絡(luò);然而出人意料的是,BA無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)對(duì)于蓄意邊攻擊(RB,IB,RD,ID)卻表現(xiàn)出了很強(qiáng)的控制魯棒性。真實(shí)網(wǎng)絡(luò)的控制魯棒性行為與模型網(wǎng)絡(luò)有很大不同,大多數(shù)真實(shí)網(wǎng)絡(luò)對(duì)于隨機(jī)節(jié)點(diǎn)攻擊具有很強(qiáng)的控制魯棒性,而對(duì)于隨機(jī)邊攻擊卻表現(xiàn)出脆弱性。調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和組織網(wǎng)絡(luò)被證明是節(jié)點(diǎn)攻擊下控制魯棒性最強(qiáng)的真實(shí)網(wǎng)絡(luò);組織網(wǎng)絡(luò)還對(duì)隨機(jī)邊攻擊具有很強(qiáng)的控制魯棒性。最后,重新計(jì)算介數(shù)攻擊RB被證明(通常情況下)是損害真實(shí)網(wǎng)絡(luò)可控性的最佳策略;而基于邊度的攻擊(ID和RD)則被證明幾乎不能損害任何網(wǎng)絡(luò)的可控性。
[Abstract]:The controllability of complex networks is a hot topic of network science research , and it is the ultimate goal of complex network research . ( 2 ) The controllability of power network is studied by means of strict controllability theory . In this paper , we have studied six kinds of IEEE power networks , China ' s China electric power network and the controllability of Northeast electric power network in China . In this paper , the robustness of complex networks in random attacks and intentional attacks is studied in a systematic and comprehensive way . In this paper , we study the robustness of the controllability of classical networks and real networks in the attack of random attacks and intentional attacks .

【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O157.5

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 盛國(guó)榮;陳凡;;解讀技術(shù)可控性的條件性[J];科學(xué)技術(shù)與辯證法;2006年05期

2 谷娟;賈麗麗;;技術(shù)可控性探析[J];網(wǎng)絡(luò)財(cái)富;2010年15期

3 王紅雁;;一類梁方程的精確可控性[J];山西大同大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年01期

4 周暢,陳綿云,朱德森;一般系統(tǒng)的可控性條件[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2002年08期

5 肖延?xùn)|;老松楊;侯綠林;白亮;;基于節(jié)點(diǎn)負(fù)荷失效的網(wǎng)絡(luò)可控性研究[J];物理學(xué)報(bào);2013年18期

6 劉保倉,呼青英,劉若慧;一類延滯方程的可控性[J];信陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1999年04期

7 曹志遠(yuǎn),朱紅武;復(fù)雜構(gòu)造系統(tǒng)的可控性設(shè)計(jì)計(jì)算方法[J];上海力學(xué);1999年04期

8 溫瑞麗;張連平;;一類二階非線性微分方程的可控性[J];山西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2009年01期

9 張維_";變系數(shù)波方程的精確控制及其近似[J];控制理論與應(yīng)用;2000年05期

10 王泉,王大鈞;結(jié)構(gòu)波動(dòng)控制中的波動(dòng)區(qū)域可控性和可控度[J];科學(xué)通報(bào);1994年04期

相關(guān)會(huì)議論文 前2條

1 郭仲偉;崔德光;李征;;復(fù)合信息空間上可控性問題的概念研究[A];1994年中國(guó)控制會(huì)議論文集[C];1994年

2 李成鳳;洪偉;劉宗春;田彥濤;;基于局部交互的群集行為動(dòng)態(tài)可控性[A];2011年中國(guó)智能自動(dòng)化學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第一分冊(cè)）[C];2011年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前7條

1 記者 蘭宜謙　實(shí)習(xí)生 冉唯思;優(yōu)化方案 讓施工具有可控性[N];廣元日?qǐng)?bào);2013年

2 傅春榮;體現(xiàn)可控性漸進(jìn)性[N];中華工商時(shí)報(bào);2005年

3 中央財(cái)經(jīng)大學(xué)教授 袁東;貨幣“可控性”的困擾[N];上海證券報(bào);2009年

4 ;友訊全面提升網(wǎng)絡(luò)可控性與安全性[N];人民郵電;2007年

5 萬方 顧海鷹;可控性排尿裝置研制成功[N];中國(guó)中醫(yī)藥報(bào);2001年

6 文可;接入設(shè)備增加更多可控性[N];通信產(chǎn)業(yè)報(bào);2003年

7 萬方;可控性排尿裝置研成[N];醫(yī)藥經(jīng)濟(jì)報(bào);2001年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 徐明;復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)與可控性研究[D];云南大學(xué);2016年

2 侯綠林;分布式作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)可控性分析與優(yōu)化方法研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

3 李新鋒;復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可控性基礎(chǔ)理論研究[D];浙江大學(xué);2017年

4 聶森;復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可控性研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 許云飛;復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可控性及可控魯棒性研究[D];華東交通大學(xué);2016年

2 晁永翠;幾類基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的可控性研究[D];青島大學(xué);2016年

3 李鵬鵬;基于拓?fù)淦钸吂舻膹?fù)雜網(wǎng)絡(luò)可控性研究[D];西安電子科技大學(xué);2015年

4 王碧英;計(jì)算機(jī)指點(diǎn)裝置的操作可控性和穩(wěn)定性分析[D];浙江大學(xué);2005年

5 王紅雁;一類梁方程的精確可控性[D];山西大學(xué);2007年

6 趙新星;離散化的一類波方程的可觀性與可控性[D];山西大學(xué);2013年

7 孫小平;分部業(yè)績(jī)?cè)u(píng)價(jià)可控性原則影響因素的實(shí)證研究[D];新疆財(cái)經(jīng)大學(xué);2009年

8 白福梅;具有旋度控制的方程的精確可控性[D];山西大學(xué);2007年

9 洪裕祥;偏微分方程精確可控性的若干研究[D];浙江大學(xué);2006年

10 楊欣;弦振動(dòng)時(shí)滯阻尼系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析及精確可控性研究[D];鄭州大學(xué);2012年

，

本文編號(hào)：1668019