【摘要】：大腦通常依靠各個(gè)區(qū)域的協(xié)調(diào)交互,形成網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成簡(jiǎn)單或復(fù)雜的任務(wù)。其中,節(jié)點(diǎn)重要性和網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性是腦網(wǎng)絡(luò)研究的重要組成部分。分析腦網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的重要性將有助于局部病灶的定位和腦功能中樞的識(shí)別,而網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性則可被用來(lái)探索不同腦網(wǎng)絡(luò)類型之間的差異。為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法的不足,本文提出了一種新的適用于無(wú)向網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)重要性和網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性評(píng)價(jià)方法,即K-階結(jié)構(gòu)熵法。該方法基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)疾病傳播過(guò)程進(jìn)行了抽象,最終可同時(shí)得到節(jié)點(diǎn)重要性和網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性結(jié)果。為了驗(yàn)證K-階結(jié)構(gòu)熵法能否有效地評(píng)價(jià)節(jié)點(diǎn)重要性和網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性,本文對(duì)若干經(jīng)典的網(wǎng)絡(luò)模型和公開(kāi)的真實(shí)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析。在節(jié)點(diǎn)重要性方面,對(duì)Watts-Strogatz(WS)小世界網(wǎng)絡(luò)、海豚網(wǎng)絡(luò)和美國(guó)西部電網(wǎng)進(jìn)行了探索。與傳統(tǒng)方法相比,K-階結(jié)構(gòu)熵法對(duì)節(jié)點(diǎn)重要性的評(píng)估更為合理,能夠細(xì)致地刻畫(huà)WS小世界網(wǎng)絡(luò)中長(zhǎng)程連接節(jié)點(diǎn)對(duì)信息傳輸?shù)挠绊?提高了海豚網(wǎng)絡(luò)中對(duì)社區(qū)交流起到關(guān)鍵作用的節(jié)點(diǎn)的重視程度;此外,本文還依照節(jié)點(diǎn)重要性由高到低的排序?qū)γ绹?guó)西部電網(wǎng)進(jìn)行了蓄意攻擊。結(jié)果表明,相較于其他方法,依據(jù)K-階結(jié)構(gòu)熵法僅需移除少量的重要節(jié)點(diǎn),便可實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的充分破壞。在網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性方面,本文對(duì)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)、Erd?s-Rényi隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)、WS小世界網(wǎng)絡(luò)、Barabási-Albert無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)以及星型網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明,上述網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性依次增強(qiáng),符合公認(rèn)事實(shí)。其中,K-階結(jié)構(gòu)熵法還能夠較好地依據(jù)小世界屬性來(lái)刻畫(huà)WS小世界網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性,且對(duì)星型網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性隨其規(guī)模變化的解釋也更為合理;此外,本文還基于K-階結(jié)構(gòu)熵法初步探索了孤立節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性的影響,并對(duì)美國(guó)西部電網(wǎng)的異構(gòu)性進(jìn)行了研究。在充分證明了K-階結(jié)構(gòu)熵法的有效性后,本文基于癲癇患者和健康對(duì)照者的腦電信號(hào)構(gòu)建了癲癇和健康互樣本熵?zé)o向腦網(wǎng)絡(luò),并分析了二者的節(jié)點(diǎn)重要性和網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性差異。對(duì)節(jié)點(diǎn)重要性的研究表明,在各個(gè)節(jié)律下,癲癇和健康網(wǎng)絡(luò)的重要節(jié)點(diǎn)位置均具有明顯差異,尤其是在Beta節(jié)律下的右前額和左枕區(qū)、Alpha節(jié)律下的左頂區(qū)和左顳區(qū)、Theta節(jié)律下的左后顳以及Delta節(jié)律下的左前額可觀察到重要性反轉(zhuǎn);此外,癲癇網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)半球可能較健康網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了改變。對(duì)網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性的研究表明,癲癇和健康網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性隨網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建閾值的變化規(guī)律具有明顯差異。若不考慮網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建閾值的影響,可認(rèn)為在Beta、Alpha以及Theta節(jié)律下,癲癇網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性是強(qiáng)于健康網(wǎng)絡(luò)的,而在Delta節(jié)律下,健康網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性則相對(duì)更強(qiáng)。此外,癲癇網(wǎng)絡(luò)各節(jié)律之間的異構(gòu)性差異不如健康網(wǎng)絡(luò)明顯。最后,本文還分別利用節(jié)點(diǎn)重要性和網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性設(shè)計(jì)了若干癲癇識(shí)別模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,基于節(jié)點(diǎn)重要性和基于網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性的癲癇識(shí)別模型均表現(xiàn)出了良好的性能。值得注意的是,本文提出的K-階結(jié)構(gòu)熵法不僅適用于無(wú)向腦網(wǎng)絡(luò)的研究,還能為探索其它無(wú)向網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)重要性和網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性提供新的思路。
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O157.5;R338
【圖文】：

圖 1.1 不同網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)熵分布規(guī)律[58].研究現(xiàn)狀重要性研究現(xiàn)狀要性可以從網(wǎng)絡(luò)局部特性、網(wǎng)絡(luò)全局特性、網(wǎng)絡(luò)位置以及網(wǎng)絡(luò)傳播。下面將對(duì)節(jié)點(diǎn)重要性的研究現(xiàn)狀進(jìn)行介紹。型的基于網(wǎng)絡(luò)局部特性的節(jié)點(diǎn)重要性度量方法是度中心性[59]。該方越多，其直接影響力便越強(qiáng)。對(duì)食物鏈網(wǎng)絡(luò)[60]、P2P 網(wǎng)絡(luò)[61]、電子絡(luò)[63]的研究指出，當(dāng)度值較大的節(jié)點(diǎn)被移除后，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將變得更加計(jì)算較為簡(jiǎn)便，其時(shí)間復(fù)雜度為 O(N)，適用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大的情況慮非鄰居節(jié)點(diǎn)的影響，利用的信息較為有限，不能充分地反映網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建案例. (a) 大尺度結(jié)構(gòu)性腦網(wǎng)絡(luò)[93]；(b) 大尺度功能性腦因效性腦網(wǎng)絡(luò)[95].、MEG 等生物電信號(hào)也可被用于構(gòu)建功能性或因效性腦網(wǎng)人體頭皮表面 32 個(gè)不同位置的 EEG 信號(hào)，并基于每?jī)尚阅X網(wǎng)絡(luò)，其過(guò)程如圖 2.2 所示。

腦網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建案例. (a) 大尺度結(jié)構(gòu)性腦網(wǎng)絡(luò)[93]；(b) 大尺度功能性腦網(wǎng)因效性腦網(wǎng)絡(luò)[95].、MEG 等生物電信號(hào)也可被用于構(gòu)建功能性或因效性腦網(wǎng)在人體頭皮表面 32 個(gè)不同位置的 EEG 信號(hào)，并基于每?jī)陕纺苄阅X網(wǎng)絡(luò)，其過(guò)程如圖 2.2 所示。

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本文編號(hào)：2753358