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《电子科技大学》 2015年
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时序网络传播及免疫策略研究

朱义鑫  
【摘要】:在时序网络中,传播规律的研究是社团发现、网页搜索、病毒传播、网络鲁棒性等研究的基础,同时也是网络免疫策略研究的先决条件。因此,传播规律的研究是时序网络研究的关键和核心内容。现实网络大多是随时间变化的,网络节点间的连接是断断续续、反复出现并呈现出典型的阵发性。时间维度的加入使网络节点间的路径、可达性、连通性等基本关系复杂化,原有的研究方法和传播规律面临新的问题和挑战。同时,现代网络的规模巨大性、结构多变性使得现有免疫策略在收集、处理所需要的信息上面临诸多困难,难以被快速、有效地实施。本文在对现有时序网络阵发性研究分析的基础上,针对已有工作的不足,围绕时序网络传播和免疫策略展开研究,首次提出了研究网络演化快慢对传播的影响,研究了个体活动阵发性对传播的影响,并设计了新的、适用于时序网络的免疫策略。本文在时序网络传播规律及免疫策略的研究方面取得了以下创新成果:1.提出了一个演化速度可控的时序网络演化模型,并证实了演化速度快的时序网络有利于传播。针对时序网络演化快慢对传播过程的影响问题,对已有的时序相关系数定义进行改进,使之能够真正适用于时序网络,并利用改进后的时序相关系数来定义网络演化速度指标。同时,提出了一个具有非马尔科夫性质的时序网络演化模型,在每个时间步,每个激活节点以概率r在网络中随机选择一个节点,以概率1?r在该节点的上一快照的邻居中随机选择一个节点,并与所选节点连边。通过参数r,可以控制所生成的时序网络演化速度。实验表明,演化速度快的时序网络有利于网络传播。2.建立了异步交互模式下的病毒传播模型,并证实了个体活动阵发性抑制病毒传播。针对个体活动阵发性对传播过程的影响问题,建立了异步交互模式下的病毒传播模型。对该模型的节点激活间隔时间服从幂律分布的情形,利用更新理论推导出模型的传播阈值。传播阈值解析结果和实验结果都表明,节点激活间隔时间的异质性越强,传播阈值越大。同时实验结果还表明,节点激活间隔时间的异质性越强,传播的规模和速度越小。以上研究证实了一个共同结论,节点激活间隔时间的异质性(即个体活动阵发性)抑制病毒传播。3.建立了基于传播机制的免疫传播模型,该免疫模型对病毒传播的传播阈值和病毒感染密度有显著影响。为解决传统免疫模型在时序网络中所面临的难以搜集、分析网络拓扑信息的困境,提出了基于传播机制的免疫策略,免疫体可以在网络中传播(类似病毒程序的传播机制),被免疫的节点以某种概率免于被病毒感染,同时又可以将免疫体传播给它的邻居节点。基于这种策略,建立了基本免疫传播模型和质量守恒免疫传播模型,这两种免疫模型的优势是无需搜集、分析网络拓扑信息,就可以快速部署实施。理论解析和实验结果都表明,免疫传播对病毒传播的传播阈值和稳态时的病毒感染密度有显著影响,可以有效地抑制或消除病毒传播。4.建立了基于随机游走机制的免疫模型,该免疫模型具有低免疫粒子密度临界值和高免疫效果。针对传播免疫体所带来的网络开销问题,提出了基于随机游走机制的免疫策略,并根据随机游走者之间在转移时是否相互影响,分别建立了非独立随机游走免疫模型和P_独立随机游走免疫模型。在这两种免疫模型中,免疫粒子传播所需的网络开销受到事先给定的免疫粒子密度的限制。实验表明,本文所建立的非独立随机游走免疫模型和P_独立随机游走免疫模型只需要较低的免疫粒子密度和网络额外开销,就可以获得比熟人免疫模型更好的免疫效果,而与目标免疫模型的比较结果取决于网络拓扑结构的异质性程度。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:O157.5

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