复杂网络的可控性与度平衡性及优化策略研究

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复杂网络的可控性是近年来网络科学领域的研究热点。2011年,分析任意复杂有向网络的结构可控性的理论框架被提出,开拓性地解决了经典控制理论不适用于大型网络的问题,为研究复杂网络上的控制问题开辟了一条全新的道路。随后,多种网络结构特征对网络可控性的影响被逐步揭示出来。然而,复杂网络的可控性方面仍有许多问题需要进一步深入研究。本文从单个节点的度出发,在考察各节点出度与入度之差的基础上,引入了整个网络的度平衡性指标。通过调节网络的度平衡性,观察到其对网络可控性的影响。数值仿真实验结果表明,在保持网络的规模和平均度不变的前提下,节点的出入度越平衡的网络,其可控性往往越好,反之则可控性越差。本文还计算了度平衡性变化过程中的网络度相关性,发现二者存在着一定的关联。这些结果可以在网络的构造和优化中发挥积极作用,有助于完善复杂网络上的控制理论。通过调节度平衡性,可以在一定程度上提高复杂网络的可控性,但这种方法的效率较低,且调节范围十分有限。为了能够更高效地提高复杂网络的可控性并使之达到最优结果,本文根据网络的最大匹配算法,通过加边的办法将网络中的匹配路径和独立节点改造成闭环。数值仿真实验结果表明,本文的优化策略具有更好的鲁棒性,能够有效提高复杂网络的可控性,并且在某些条件下也更易于实现。因此,这可以为现实中的网络设计和优化提供一种新的思路。
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