复杂网络可控性研究现状综述

控制复杂系统是人们对复杂系统模型结构及相关动力学进行研究的最终目标, 反映人们对复杂系统的认识能力. 近年来, 通过控制理论和复杂性科学相结合,复杂网络可控性的研究引起了人们的广泛关注. 在过去的几年内, 来自国内外不同领域的研究人员从不同的角度对复杂网络可控性进行了深入的分析研究, 取得了丰硕的成果. 本文重点讨论了复杂网络的结构可控性研究进展, 详细介绍了基于最大匹配方法的复杂网络结构可控性分析框架, 综述了自2011年以来复杂网络可控性的相关研究成果, 具体论述了不同类型的可控性、可控性与网络拓扑结构统计特征的关联、基于可控性的网络及节点度量、控制的鲁棒性和可控性的相关优化方法. 最后, 对网络可控性未来的研究动态进行了展望, 有助于国内同行开展网络可控性的相关研究.     

一种基于网络最大可控子图的导航搜索模型

基于网络可控性模型提出了最大可控子图的概念,在此基础上提出了一种基于最大可控子图的导航搜索模型. 模型中基于最大可控子图的加边策略用最小的代价解决了有向网络搜索中存在的粒子因“无路可走”而终止搜索的问题;基于最大可控子图部署导航节点,仅用节点总数2%左右的导航点,就使全网搜索时间接近导航网络的平均最短路径. 通过在ER和SF 网络上的实验表明,全网搜索时间与网络的可控性有关,可控性越好,添加的边数量越少,同时会使网络中导航节点分布越多,越能提高网络的搜索效率. 关键词： 导航搜索 有向网 网络可控性     

Optimization of robustness of network controllability against malicious attacks

As the controllability of complex networks has attracted much attention recently, how to design and optimize the robustness of network controllability has become a common and urgent problem in the engineering field. In this work, we propose a method that modifies any given network with strict structural perturbation to effectively enhance its robustness against malicious attacks, called dynamic optimization of controllability. Unlike other structural perturbations, the strict perturbation only swaps the links and keeps the in- and out-degree unchanged. A series of extensive experiments show that the robustness of controllability and connectivity can be improved dramatically. Furthermore, the effectiveness of our method is explained from the views of underlying structure. The analysis results indicate that the optimization algorithm makes networks more homogenous and assortative.     

基于节点负荷失效的网络可控性研究

Liu和Barabasi将现代控制理论应用到线性系统的网络可控性问题上, 提出了最小驱动节点集的计算方法, 解决了复杂网络控制的可计算问题. 针对现实网络中存在的节点因负荷过载而失效的问题, 本文提出了基于节点负荷失效的网络可控性模型. 通过对网络采用介数和Weibull失效模型, 在随机和目标失效机制下进行仿真, 研究结果表明: 维持无标度网络可控性的难度要明显大于随机网络; 在目标节点失效机制下, 即使对网络输入极少的失效信号, 也能极大地破坏网络的可控性; 使高介数节点失效要比使度高节点失效更能破坏网络的可控性, 说明高介数节点在维持网络可控性上发挥着重要作用; 对不同的负荷失效模型, 要合理采取措施, 防止网络发生阶跃性全不可控现象. 关键词： 网络可控性 结构可控性 节点失效