收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于多头绒泡菌仿生算法的复杂网络节点中心度研究

章雅娟  
【摘要】:近年来,图论和复杂网络的相关研究受到了越来越多领域学者的广泛关注,包括物理、化学、计算机科学、数学、生物学、经济学等,而相关研究也逐渐从单学科向多学科交叉转变。与此同时,网络分析作为映射和度量网络实体及其连接关系的关键工具,也得到了充分的研究,为复杂网络提供了一个可视化的和数学抽象上的视角。由于复杂网络自身的复杂性,研究如何根据节点在网络中的拓扑结构和相关信息,确定其在网络中的地位,从而识别出哪些表现突出、处于中心地位的节点,对社会、医药、信息技术、经济管理等领域都具有十分重要的应用价值。由于对节点中心度的理解以及偏重不同,到目前为止还没有一种统一的方法对其进行评估。而且,对现有网络节点中心度的研究成果进行检索的结果显示,目前国内外对复杂网络节点中心度评估的研究中尚没有一种仿生智能的解决方案。根据最近的研究发现,一种名为多头绒泡菌(Physarum polycephalum)的单细胞生物在网络设计、分析与优化方面展现出了惊人的智能特性。在生物实验中,它所设计出的连接各食物源的觅食管道网络在成本、效率和容错性等方面都堪比实际的东京铁路网络。因此,本文提出了基于智能仿生对象——多头绒泡菌的网络优化机理,构造复杂网络节点中心度评估算法的新思路。 本文首先研究了多头绒泡菌在其自身觅食网络中所展现的智能行为,重现了已有的路径寻优模型,并在实验验证过程中发现了现有模型的不足,提出了改进方案;然后,结合复杂网络节点中心度评估的应用背景,基于改进的仿生算法提出了三种不同的评估算法。 本文的主要工作包括以下几个方面: 1.研究快速优化机制 基于现有多头绒泡菌路径寻优模型存在冗余计算问题,本文通过观察模型运行过程,总结并抽象出了快速优化的启发式规则,提出了快速多头绒泡菌算法,一定程度上减少了冗余的计算过程,提高了算法运行效率。 2.扩展有向网络应用 针对原模型在有向网络中不适用的问题,本文考虑到原模型与电路系统在理论基础上的相似性,以及电路系统中二极管处理有向问题的能力,借鉴了模拟电路中二极管控制电流流向的方法,在原模型中加入模拟电路分析模块,提出了有向多头绒泡菌扩展算法,使其能够应用于有向网络中。 3.提出完整的多头绒泡菌最短路径算法 由于有向多头绒泡菌算法中借助了模拟电路分析模块,使得整体算法流程较为复杂,本文在进一步分析该模块内在机理的基础上,提出了有效的替代机制,并进一步完善算法流程,提出了完整的多头绒泡菌最短路径算法,使其在有向和无向网络中都适用。 4.提出基于PASP的初步评估算法 在建立复杂网络与多头绒泡菌管道网络对应关系的基础上,结合节点中心度评估的应用背景,提出了初步的多头绒泡菌中心度评估指标CP,该指标不仅考虑了最短路径对节点中心度的影响,同时还包括了次短路径在节点中心度评估中的贡献。 5.提出基于PASP的改进评估算法 由于初步评估算法的计算复杂度较高,随着问题规模的扩大,该算法将不再适用。为此,本文借鉴了LeaderRank算法中地节点的思想对其进行改进,提出了改进的评估指标CIP,将外层循环的复杂度从O(n2)降低至O(n),大大提高了算法性能。 6.提出PhysarumSpreader算法 基于针对非加权网络的LeaderRank算法,本文结合了仿生对象多头绒泡菌的网络优化机理,提出了扩展的PhysarumSpreader算法,使其能够有效地应用于加权网络。在此基础上,本文还引入加权传染病传播模型,验证了PhysarumSpreader算法所给出的中心度值较高的节点在信息传播方面具备较好的性能。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 沈继忠,陈偕雄,胡昌兴;开关函数加权网络综合算法的改进[J];浙江大学学报(理学版);1994年03期
2 苏俊燕;孔令江;刘慕仁;;加权网络上的舆论演化模型研究[J];广西师范大学学报(自然科学版);2006年02期
3 潘灶烽;汪小帆;;一种可大范围调节聚类系数的加权无标度网络模型[J];物理学报;2006年08期
4 李先红;陈小平;;电路原理图的加权网络分析[J];复杂系统与复杂性科学;2008年01期
5 苏俊燕;孔令江;刘慕仁;张海民;;加权网络上Sznajd舆论模型研究[J];广西科学;2008年01期
6 陈盛辉;蔡清波;;基于择优随机游动的加权网络模型[J];泉州师范学院学报;2009年04期
7 韩华;王娟;王慧;;改进的CNM算法对加权网络社团结构的划分[J];计算机工程与应用;2010年35期
8 李稳国;邓曙光;崔治;肖卫初;;可调路径长度和簇系数的加权无标度网络模型研究[J];湖南城市学院学报(自然科学版);2011年02期
9 王翠君;王红;;一个加权网络模型在科研合作网络中的应用研究[J];信息技术与信息化;2008年03期
10 王科;胡海波;汪小帆;;中国高校电子邮件网络实证研究[J];复杂系统与复杂性科学;2008年04期
11 于海生;赵林度;来向红;;基于交易量的供应链网络演化模型研究[J];管理学报;2009年02期
12 胡一竑;朱道立;李阳;粟斌;朱冰心;;成本驱动的加权网络演变模型[J];复杂系统与复杂性科学;2009年02期
13 李楠楠;张宁;;图书馆借阅网的二分图研究[J];复杂系统与复杂性科学;2009年02期
14 李岩;吕翎;栾玲;;环形加权网络的时空混沌延迟同步[J];物理学报;2009年07期
15 陈盛辉;陈庆华;;具有高集群系数的层次加权网络[J];福建师范大学学报(自然科学版);2009年04期
16 苏俊燕;孔令江;刘慕仁;张海民;;加权网络上舆论传播的演化研究[J];广西科学;2009年04期
17 路兰;杨洪勇;;基于节点度和边权值比率的网络搜索算法[J];复杂系统与复杂性科学;2009年04期
18 杨秋英;周正龙;;简单加权神经元模型在攻击下的自组织临界行为[J];常熟理工学院学报;2010年02期
19 沈毅;徐焕良;;加权网络权重自相似评判函数及其社团结构检测[J];物理学报;2010年09期
20 李天华;邹艳丽;唐贤健;陈超;欧启标;;加权无标度网络的免疫策略研究[J];计算机工程;2010年22期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 卢新彪;方锦清;汪小帆;李翔;;加权复杂网络中的完全同步(英文)[A];第二届全国复杂动态网络学术论坛论文集[C];2005年
2 王天骄;汪小帆;;加权网络的搜索性研究[A];第三届全国复杂动态网络学术论坛论文集[C];2006年
3 樊瑛;李梦辉;张鹏;吴金闪;狄增如;;权重对网络结构和性质的影响——社团结构中权重的作用[A];2006全国复杂网络学术会议论文集[C];2006年
4 陈盛辉;陈庆华;许力;;基于依权重随机游动的高集群加权网络[A];2006全国复杂网络学术会议论文集[C];2006年
5 王仲君;刘珊;;武汉市公交停靠站点加权网络的搜索策略[A];2006全国复杂网络学术会议论文集[C];2006年
6 章忠志;周水庚;方锦清;;复杂网络确定性模型研究的最新进展[A];第四届全国网络科学学术论坛暨研究生暑期学校论文集[C];2008年
7 焦青;杨洪勇;吕海航;;基于加权网络的Internet流量模型[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
8 陈鹏辉;陈庆华;;具有多种随机权重的无标度加权网络[A];第五届全国复杂网络学术会议论文(摘要)汇集[C];2009年
9 温睿;王峥;王飞;马亚平;;一种作战体系边权拓扑演化生长模型[A];第五届全国复杂网络学术会议论文(摘要)汇集[C];2009年
10 张毅超;章忠志;周石;周水庚;关佶红;;加权网络交通流的波动[A];第五届全国复杂网络学术会议论文(摘要)汇集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴安彩;无标度网络和加权网络上的动力学[D];兰州大学;2009年
2 孙雪莲;加权网络演化机制及若干动力学行为研究[D];大连理工大学;2007年
3 史进;基于复杂网络理论的电力系统网络模型及网络性能分析的研究[D];华中科技大学;2008年
4 方爱丽;基于复杂网络理论的投入产出关联分析[D];青岛大学;2008年
5 熊文海;世界航运网络的结构特性及其动力学行为研究[D];青岛大学;2009年
6 吴亮;有限信息背景下的网络结构和行为[D];苏州大学;2009年
7 王莉;基于群集智能的复杂动态网络协同控制研究[D];南开大学;2009年
8 王立夫;复杂网络同步问题的研究[D];东北大学;2010年
9 王磊;复杂动态网络系统的同步控制研究[D];浙江大学;2009年
10 刘建国;复杂网络模型构建及其在知识系统中的应用[D];大连理工大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王娟;一种加权网络社团结构划分算法[D];武汉理工大学;2010年
2 孙兵;加权网络演化模型的研究[D];大连海事大学;2009年
3 苏俊燕;用元胞自动机研究舆论传播的复杂性[D];广西师范大学;2006年
4 肖乂工;复杂网络同步研究[D];电子科技大学;2007年
5 李先红;加权复杂网络及其在电子电路中的应用研究[D];苏州大学;2008年
6 李艳萍;加权复杂网络中传播问题的研究[D];西安理工大学;2008年
7 王翠君;社会网络中的犯罪行为研究[D];山东师范大学;2009年
8 王天骄;无标度和加权网络的搜索问题研究[D];上海交通大学;2007年
9 黄伟;复杂网络的级联崩溃和病毒传播研究[D];电子科技大学;2007年
10 刘珊;复杂加权网络模型及搜索策略研究[D];武汉理工大学;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978