代理模型辅助的复杂网络能控性鲁棒性优化方法

近年来,复杂网络的鲁棒性优化问题引起人们广泛关注.复杂网络暴露在外会受到各种各样的攻击,因此如何设计抗击能力较好的网络结构成为了研究热点.虽然现有的方法在小规模复杂网络的鲁棒性方面已经取得了显著成果,但大规模复杂网络的能控性鲁棒性优化的计算成本非常大.而代理模型可以以较低的计算成本来代替优化过程中对复杂网络能控性鲁棒性的评估,但一个代理模型不可能适用于评估所有类型的复杂网络能控性鲁棒性.文中将Dempster-Shafer理论应用于代理模型选择及其混合,并把选择出的代理模型用来辅助进化算法搜索能控性鲁棒性更优的网络结构.此方法在SF、ER、SW、RR、RT和QS 6种合成网络上的实验结果表明：在不同类型的复杂网络中选择合适的代理模型能更好的辅助进化算法找到能控性鲁棒性更优的网络结构.     

复杂网络能控性鲁棒性最优攻击序列研究

复杂网络的能控性在不同的攻击方式下会呈现不同的鲁棒性,寻找网络的最优攻击序列对复杂网络的能控性鲁棒性的保护和提升具有重要意义.本文使用遗传算法搜索针对复杂网络能控性的最优攻击序列,分析了在不同平均度情况下,遗传算法所求得的攻击序列和其他方法得到的攻击序列的特征.实验发现即使在不同类型和度分布的网络中,遗传算法生成的攻击序列都能取得比传统蓄意攻击方法更好的攻击效果.在所用网络上,相比于其他蓄意攻击方法,遗传算法得到的最优攻击序列的节点度数排名更靠后,破坏性排名靠前;在不同类型的网络上,不同特征对最优攻击序列的重要程度不一样.     

基于复杂网络理论的城市公交网络鲁棒性分析与优化

以往对城市公交网络的研究多集中在网络拓扑结构的性质上,关于优化网络鲁棒性的研究较少。从公交路线网站上获取某市实时公交路线后,基于Python软件构建了该市公交网络拓扑结构模型。采用连通度、最大连通子图的相对大小、网络效率作为公交网络鲁棒性评价指标,以节点度攻击与随机攻击模式对网络进行攻击,结果表明随机攻击模式下该市公交网络鲁棒性较好,节点度攻击模式下该市公交网络鲁棒性较差。在采用高度数加边、高介数加边、低度数加边、低介数加边和随机加边策略对网络进行鲁棒优化后对比得出,低度数和低介数加边策略对网络鲁棒性提升效果好,高介数和高度数加边策略不能提升网络鲁棒性。     

基于复杂网络理论的铁路换乘系统鲁棒性分析

基于赋权二部图和复杂网络理论,构建铁路换乘系统的铁路线路网络模型和铁路站点网络模型,定义了站点节点和线路节点的权重计算方法,并结合节点度和节点权重,设计了铁路换乘网络针对异常攻击的鲁棒性分析方法.最后,分别对铁路线路网络模型和铁路站点网络在随机攻击和蓄意攻击下的可靠性进行了实验分析.实验结果表明,铁路换乘系统对于随机攻击具有较强的鲁棒性,而对于蓄意攻击则表现出极强的脆弱性.     

概率布尔控制网络的弱能控性

本文研究了概率布尔控制网络的弱能控性,系统的弱能控性是概率布尔网络精确能控的一个推广.首先利用矩阵的半张量积和逻辑变量的向量表示,概率布尔控制网络被表示为离散时间动态系统.接着给出概率布尔控制网络弱能控的定义,从离散时间系统的结构矩阵出发,构造了最大概率转移矩阵,矩阵中的元素表示相应状态之间可能发生转移的最大概率,在此基础上研究了概率布尔控制网络的弱能控的条件,同时给出了两个状态弱能达时控制序列的设计算法.最后通过例子进一步解释了弱能控的概念和控制序列设计算法的有效性.     

基于节点蓄意攻击的因特网鲁棒性研究

现实网络遭受蓄意攻击的鲁棒性一直是网络科学研究中的重要问题。本文通过考虑实际的因特网,采用节点度的幂函数来定义节点的初始负载,构建局域负载重分配下的级联模型,比较2种不同攻击策略对网络鲁棒性的影响,并研究蓄意攻击条件下重要网络参数对网络鲁棒性的影响。通过数值仿真实验,得出以下结论：1)当初始负载参数大于某一个阈值时,攻击高负载节点的确比攻击低负载节点对网络的危害更大,但当初始负载参数小于该阈值时,攻击低负载节点反而能更有效地破坏网络;2)节点的初始负载参数越小,容量参数越大,网络的鲁棒性越强。本文研究结果可为因特网中级联故障的控制和防御提供参考。     

小世界网络抗毁性及介-度相关性研究

日常生活中,复杂网络主要面临随机攻击和选择性攻击,网络模型的结构特性使复杂网络在不同攻击方式下的抗毁性有很大的差异.综合考虑复杂网络的抗毁性参数和网络模型的结构特性差异,文章以节点的最大度值、平均度值、最大介数和平均介数为度量参数,通过5种不同攻击方式对WS小世界网络的抗毁性进行了测试,得到了介度关系曲线,随着节点的移除,动态分析了WS小世界网络的抗毁性和攻击下小世界网络的介 度相关性.实验结果表明,WS小世界网络在RD攻击下表现出一定的脆弱性,在其他攻击方式下有很强的鲁棒性,而其介度关系在某些区域呈线性关系,但大部分区域呈现无规律性,其动态相关性需要进一步研究.小世界网络较强的抗毁性对组建网络有重要的影响,鉴于小世界网络的结构特性,组建网络时应尽量不要把网络的功能集中在少数Hub节点上.针对WS小世界网络较强的鲁棒性,结合小世界网络的结构特性,将做进一步研究,以便提出更高效的攻击策略.     

Internet鲁棒性与HOT模型初探

文中从Internet拓扑结构的Power-Law分布特性出发，根据当前复杂网络的研究成果，分别从随机扰动和恶意攻击两方面探讨了Internet复杂系统的鲁棒性。随后从高优化容忍模型(HOT模型)入手，初步探讨了Internet鲁棒性背后的动力学机理，有助于进一步对Internet安全问题的复杂系统特性进行研究，同时也为解释其他人工设计的复杂系统的特性提供了一定的参考。     

网络攻击图生成算法研究

攻击模型能够对攻击过程进行结构化描述和有效分析,攻击图可以清楚地分析攻击者可能采取的攻击路径,两者对网络安全策略的制定具有重要的指导意义.设计了一种基于状态转移的网络攻击模型,并基于该模型设计了攻击图生成系统的架构和相应的攻击图生成算法,在攻击图生成算法中引入了代价分析机制和规模控制机制.仿真实验结果表明,利用所设计的模型和算法不仅能有效地预测攻击者可能采用的各种攻击路径和最佳攻击路径,而且能有效地控制攻击图的规模.     

一种基于信任协商机制的云服务资源信任验证方法

为了分析突发事件对供应链网络整体功能的影响,基于复杂网络理论,考虑节点失效性能的传递性,提出了传递攻击策略,用其模拟供应链系统中的供求失效,进而分析供应链网络在受到攻击时的 脆弱性和鲁棒性。实验结果表明,传递攻击能够很好地模拟供应链网络中的供求失效,且供应链网络面对传递攻击时,网络结构表现得比较脆弱;同时也说明了该攻击策略是可行的,具有一定的现实意义。     

Structural robustness of city road networks based on community

Road network robustness is the ability of a road network to operate correctly under a wide range of attacks. A structural robustness analysis can describe the survivability of a city road network that is under attack and can help improve functions such as urban planning and emergency response. In this paper, a novel approach is presented to quantitatively evaluate road network robustness based on the community structure derived from a city road network, in which communities refer to those densely connected subsets of nodes that are sparsely linked to the remaining network. First, a road network is reconstructed into a set of connected communities. Then, successive simulated attacks are conducted on the reconstructed road networks to test the performance of the networks under attack. The performance of the networks is represented by efficiency and the occurrence of fragmentation. Three attack strategies, including a random attack and two intentional attacks, are performed to evaluate the survivability of the road network under different situations. Contrary to the traditional road segment-based approach, the community-based robustness analysis on a city road network shows distinct structural diversity between communities, providing greater insight into network vulnerability under intentional attacks. Six typical city road networks on three different continents are used to demonstrate the proposed approach. The evaluation results reveal an important feature of the structure of city road networks from a community-based perspective, i.e., that the structure is robust under random failure but fragile under intentional attack. This result is highly consistent in different city road network forms.     

灰色信息下复杂负载网络的鲁棒性研究

针对复杂负载网络遭遇攻击引发的相继故障问题,考虑攻击信息的不完全准确性,建立了一个基于灰色信息的相继故障模型。灰色信息的准确度可以通过参数调节控制,随机攻击和蓄意攻击是该模型的两个特例。探讨了灰色信息下,无标度网络和随机网络遭遇边攻击而引发的节点过载故障的级联现象,对比了灰色信息对两类网络鲁棒性的影响。仿真结果表明,信息准确度的降低能明显增强无标度网络的鲁棒性,但对随机网络的影响并不明显。此外,信息准确度对网络鲁棒性的影响存在临界现象。这些结论为相继故障的防御、网络结构的设计以及现实网络的有效保护提供了理论依据。     

图对抗攻击研究综述

将深度学习用于图数据建模已经在包括节点分类、链路预测和图分类等在内的复杂任务中表现出优异的性能,但是图神经网络同样继承了深度神经网络模型容易在微小扰动下导致错误输出的脆弱性,引发了将图神经网络应用于金融、交通等安全关键领域的担忧。研究图对抗攻击的原理和实现,可以提高对图神经网络脆弱性和鲁棒性的理解,从而促进图神经网络更广泛的应用,图对抗攻击已经成为亟待深入研究的领域。介绍了图对抗攻击相关概念,将对抗攻击算法按照攻击策略分为拓扑攻击、特征攻击和混合攻击三类;进而,归纳每类算法的核心思想和策略,并比较典型攻击的具体实现方法及优缺点。通过分析现有研究成果,总结图对抗攻击存在的问题及其发展方向,为图对抗攻击领域进一步的研究和发展提供帮助。     

基于复杂网络的应急物流网络抗毁性研究*

基于复杂网络理论,引入平均最短路径距离和极大连通子图,研究应急物流网络的抗毁性测度模型,在最大度和介数等不同的攻击策略下分析了单点应急物流网络的抗毁性能。理论分析和实验结果表明,随机攻击的网络易毁性小于选择性攻击;在攻击较多顶点时,度攻击的抗毁性能较弱。     

割点失效对复杂网络可控性的影响

信息物理系统个体间的相互作用能够应用复杂网络描述,复杂网络中的某些节点遭到攻击或破坏会造成网络故障,导致整个网络系统不受控.割点是网络中的一类关键节点,受攻击或故障后将导致网络连接断开,在保证网络连通性方面发挥着重要作用,但割点失效对网络可控性的影响尚不清楚.鉴于此,给出复杂网络中割点失效的可控性模型,研究割点失效对可控性的影响,同时选取节点的随机失效和以度为依据的蓄意攻击作为对比.研究发现:随机失效对可控性的影响较小,割点失效和蓄意攻击对可控性的影响较大;平均度较低时割点失效和蓄意攻击对可控性影响基本相同,但平均度增大后,割点失效比蓄意攻击对可控性的影响更大;另外,平均度的增加能够提高网络对割点失效的控制鲁棒性.     

城市轨道交通网络特性与级联失效鲁棒性分析

为探讨城市轨道交通网络(U RT N)的网络特性及面对突发事件时的鲁棒性,提升运营效率,基于复杂网络理论,采用Space-L方法构建URTN拓扑结构,提出URTN站点重要性综合评价指标.建立URTN级联失效模型,设计级联失效仿真算法,通过网络效率和最大连通子图比例两项鲁棒性评价指标,定量分析不同攻击策略下U RT N级...     

带恢复策略的复杂网络级联失效机理及鲁棒性研究

为研究复杂网络在遭遇随机故障或蓄意攻击时的鲁棒性,考虑节点具有恢复和重复失效等特征,构建故障节点概率传播模式下的级联失效模型.构建节点故障概率随故障次数增加而逐渐降低的故障概率函数,设计概率恢复(R)和阶段恢复(T)两种故障节点恢复策略,并针对ER、WS、NC和BA四类网络研究其恢复鲁棒性.仿真实验考虑模型中相关参数变化,揭示其对复杂网络级联失效过程中的鲁棒性影响,综合分析边鲁棒性和节点鲁棒性的性能权衡.仿真结果表明,在概率恢复策略下,随着恢复率的增大,4类网络级联失效的规模均能够实现有效降低;而在阶段恢复策略下,随着参数T值增加到不同阈值,4类网络鲁棒性指标在级联失效过程中均能够呈现出突变现象.     

考虑节点负载的多社团网络级联失效问题研究

为研究多社团网络级联失效问题,设计一种社团规模和结构可调的网络模型.在经典的线性负载-容量模型基础上,提出一种初始负载、容忍负载、临界负载三个阶段节点失效模型.采取蓄意攻击和随机攻击方式对网络进行攻击,通过评估指标的变化分析网络的鲁棒性.仿真结果表明:随机攻击时多社团网络鲁棒,蓄意攻击时多社团网络脆弱;节点初始负载越低...