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在自然界和人类社会中,复杂网络的影响无处不在。正是由于复杂网络的这种实际背景和进行研究所具有的现实意义,这类研究得以广泛展开。本文利用非线性动力学中的混沌理论和统计物理学等理论,采用计算机数值模拟的方法对复杂网络的破坏进行了深入的探索。
本文所研究的对复杂网络的破坏是指采用直接攻击的方式,这种攻击方法直接切断网络中被攻击的节点与其他节点相连的边,使其变成完全孤立的节点,进而研究网络的破坏程度。但是,之前的研究都是在完全了解网络拓扑结构的基础上进行的。应用混沌理论,减少了以往进行复杂网络破坏所依赖的前提条件。通过在已有的网络模型上进行模拟计算,与理想情况对比后发现,该方法在没有预先了解网络结构的情况下,仍然能够取得非常好的破坏效果。
本论文主要分为三部分内容。首先,介绍复杂网络的一些基本概念,如网络中度、平均最短路径的概念以及聚集系数等。引出三种重要的网络模型,如随机网络,小世界网络和无标度网络。这些网络模型都为接下来的研究作了理论铺垫。
其次,在介绍了基本的复杂网络理论知识之后,本文进一步介绍了复杂网络上动力学行为研究的一个分支,复杂网络的破坏。介绍了进行破坏的主要方式,一是直接攻击;二是利用级联效应。并且给出了评估复杂网络破坏程度的两个参数:平均最短路径和最大子网络的相对大小。
最后,在无标度网络上,分别选取三种攻击方式进行对比:(1)随机故障,即被去除的节点是随机选择的;(2)蓄意攻击,即在完全了解网络拓扑结构的情况下,去除最大程度影响网络结构的那些节点;(3)攻击方法,即在没有预先掌握网络拓扑结构的情况下,应用方法去除部分节点。进行计算机模拟后发现,该方法对复杂网络攻击后的结果非常接近蓄意攻击的结果,而且进行深入的研究后,该方法对干扰具有很强的鲁棒性。