基于图论的节点分析
基于图计算的配电网建模与分析
4特别策划基于图计算的配电网建模与分析谭俊1，张国芳2，刘广一1，魏龙飞1，刘克文3，戴仁昶1（1．全球能源互联网美国研究院，加利福尼亚州 圣何塞 95134；2．国网四川省电力公司，四川 成都 610041；3．全球能源互联网研究院有限公司，北京 100031）摘 要： 随着电力系统的快速发展，其规模和复杂度正在急剧增加。
电力系统需要更加高效的数据管理和更快的分析计算工具。
这些挑战可以通过图数据模型和图计算技术得到很好的解决。
图数据模型可以为电力系统提供高效的数据管理手段，同时图计算可以通过并行计算提高分析计算速度。
文章提出了一种基于图数据模型的配电网建模方法，并在此基础上开发了基于图计算的并行潮流算法和基于图数据库的配电网分析软件。
所提出的并行潮流算法可以有效地提高计算效率，减少潮流计算时间。
同时，开发的配电网分析软件可以提供灵活的可视化功能和强大的数据分析及管理功能。
关键词：图数据库；图计算；图数据模型；配电网分析；并行计算中图分类号：TM 72 文献标志码：A DOI：10.19421/ki.1006-6357.2019.11.004基金项目：国家电网有限公司科技项目（5455HJ180018）。
Supported by State Grid Corporation of China（5455HJ180018）．［引文信息］谭俊，张国芳，刘广一，等．基于图计算的配电网建模与分析［J］．供用电，2019，36（11）：28-34，54．TAN Jun,ZHANG Guofang，LIU Guangyi，et al．Graph computing based power distribution system modeling and analysis［J］．Distribution & Utilization，2019,36（11）：28-34，54．0 引言随着太阳能和风力发电等可再生能源的快速增长，配电网变得越来越复杂，因此需要更高效的数据管理方法和更高效的网络分析手段［1-4］。
节点计算法
节点计算法摘要：1.节点计算法的定义和原理2.节点计算法的应用领域3.节点计算法的优缺点4.节点计算法的发展前景正文：1.节点计算法的定义和原理节点计算法是一种基于图论的计算方法，它以图的节点（顶点）为基本单位，通过对节点进行度（即节点的连接边数）的计算和分析，来研究图的结构和性质。
节点计算法主要依赖于图论的基本概念，如节点、边、度、路径、聚类系数等。
其原理在于，通过对节点的度数进行计算，可以得到图的拓扑结构，从而分析出图的功能、稳定性、可靠性等特性。
2.节点计算法的应用领域节点计算法在很多领域都有广泛的应用，主要包括：（1）网络科学：在网络科学中，节点计算法可以用来研究网络的拓扑结构、节点的重要性、社区结构等，从而帮助人们理解和分析复杂的网络系统。
（2）社会网络分析：在社会网络分析中，节点计算法可以用来研究社会网络的结构特征、群体划分、个体地位等，从而为社会管理和决策提供依据。
（3）生物信息学：在生物信息学中，节点计算法可以用来研究基因网络、蛋白质相互作用网络等生物系统的结构和功能，从而为生物学研究提供理论支持。
（4）复杂系统研究：在复杂系统研究中，节点计算法可以用来研究系统的稳定性、可靠性、鲁棒性等特性，从而为复杂系统的设计和管理提供理论依据。
3.节点计算法的优缺点节点计算法作为一种基于图论的计算方法，具有以下优缺点：优点：（1）适用范围广泛：节点计算法可以应用于各种类型的网络，无论是静态网络还是动态网络，都可以使用节点计算法进行研究。
（2）计算简便：节点计算法的计算过程相对简单，一般只需要对图的节点进行度数计算和分析即可。
（3）结果直观：节点计算法的研究结果通常以图的形式展示，直观易懂。
缺点：（1）分析深度有限：节点计算法主要关注节点的度数，对于网络中的其他结构和特征分析能力较弱。
（2）不适用于所有网络：对于某些具有特殊结构或特征的网络，节点计算法可能无法准确反映其特性。
4.节点计算法的发展前景随着科学技术的发展，节点计算法在各个领域的应用将越来越广泛，其理论和方法也将不断完善和发展。
基于图论的社交网络分析研究
基于图论的社交网络分析研究社交网络已经成为了现代社会中的一种重要社交媒介，它们为人们建立起了一种新的互动方式，改变了人们的相互联系和交往方式。
社交网络不仅是人们日常生活中的必要工具，还被广泛应用于商业、政治、教育等领域。
在社交网络的背后，图论是一种强有力的数学工具，可以用来分析和了解社交网络的结构和性质。
本文将介绍基于图论的社交网络分析方法，并探讨在社交网络分析中的应用。
一、社交网络的基础社交网络是由人们之间的互动所构成，这些互动包括消息、评论、分享、点赞等等。
社交网络将这些互动又通过图形结构联系起来，形成了一个有机的整体。
社交网络中的节点通常代表个人或实体，边则代表两个节点之间的联系。
在简单的社交网络中，节点可以只代表人，边则代表人与人之间的直接联系。
而在更加复杂的社交网络中，节点还可以代表组织、事件、物品等实体，边则代表这些实体之间的联系。
通过对社交网络的节点和边的分析，我们可以更好地理解社交网络的结构和特点。
二、图论的基础图论是一种研究图形结构的数学分支，它广泛应用于物理、化学、计算机科学、工程学等领域。
在图论中，图被表示为一组节点和一组边组成的结构，其中节点表示对象，边表示连接对象间的关系。
在图中，我们可以通过节点和边的属性来描述节点和边的特征，例如节点的度、中心性、介数等。
三、社交网络的分析方法社交网络的分析通常包括以下几个方面：1. 社交网络的结构分析社交网络的结构分析主要是研究社交网络的基本属性，包括节点数、边数、网络密度、平均度、直径等。
通过对社交网络的结构分析，我们可以了解社交网络的规模和复杂程度，并推测一些社交网络特性，例如中心性、群聚现象等。
2. 社交网络的节点分析社交网络的节点分析主要是研究社交网络中节点的度、介数、中心性、聚集系数等属性，并通过这些属性来判断节点的重要性和社交影响力。
例如，度数较高的节点可能具有更广泛的社交影响力，而介数较高的节点则可能在不同社交群体中发挥着重要的桥梁作用。
一种基于代数图论的有限元模型节点排序方法
矩 阵是大 型 的稀疏 矩阵 ， 为节 省存 储 空 间 ， 般 采用 一
关键词 ： 限元 ； 数图论 ； 有 代 节点排序 ； 矩阵半带宽和外形
中 图分 类 号 ： ４ ．１ ０ ２ ２ ２ 文献标识码 ： Ａ
１ 变带宽 数组存 储结 构 刚度矩 阵 ， 维 刚度 矩 阵的半带 宽 和外 形 决 定 着计 算 时 间 和 １维数 组 的存储 空 间 ． 尤 其在非 线 性 问题 和施 工 仿 真 等 问题 的 结 构 分 析 中， 需要 多次迭 代计算 ， 刚度矩 阵 的半 带宽 对 结构 分 析 的整 体 计 算 时 间 的影 响更 为 明显 ． 元 网格 中节 单
点 编号 的顺 序决 定 着 刚 度矩 阵 的半 带宽 ， 运 算 分 在
Ａ ｉ ｉ ｌｍｅ ｔ ｏ ａ ｒ ｅｉ ｇｗｉ ｇ ｂ ａｃ Ｆ ｎ ｔ Ｅ ｅ ｎ ｄ ｌ ｄ ｒｎ ｔ Ａｌｅ ｒ ｉ ｅ Ｎ Ｏ ｈ
Ｇｒ ｐ ｅ ｒ ａ ｈ Ｔｈ ｏ ｙ
ＪＮＧ ｕ ｑａ ，Ｃ／ Ｄｅ ｅ Ｉ ｅ ｏ ｉ￣ ／￣ ｗｉ
是有效的 ．
ｅｆ ｉｎ ． ｆｉ ｅ ｔ ｃ
Ｋｅ ｒ ｓ ｆ ｉ ｌｍｅ ｔ ａｇ ｂ ａ ｃ ｒ ｐ ｔｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄ ： ｉ ｔ ｅ ｅ ｎ ； ｌｅ ｒ ｉ ｎ ｅ ｇ ａ ｈ ｈ ｏ ｙ； ｎ ａ ｄ ｏ ｌ ｏ ｄ ｒｎ ；ｂ ｎ ｗｉ ｔ ｎ ｒ ｆ ｅ ｏ ｔｉ ｒ ｅ ｉ ｇ ａ ｄ ｄ ａ ｄ ｐ ｏ ｉ ｍａ ｒｘ ｈ ｌ ｆ
ｐ ｅ ｎ ｔ ｏ ｓｎ ｔｏ ｌ ｕ ｔｂ ｅ ｆ ｒｃ ｍｍｏ ｎ ｔ ｌ ｍｅ ｔ ｒｓ ｔ ｅ ｍｅ ｈ ｉ ｏ ｎ ｙ ｓ ｉ ｌ ｏ ｄ ａ ｏ ｎ ｆ ｉ ｅｅ ｎ ｉ ｅ
第一类方法是直接利用图的相关参数或者这些
图论在网络分析中的应用
图论在网络分析中的应用随着互联网的快速发展，人们对网络的研究也越来越深入。
网络分析作为一种重要的研究方法，可以帮助我们理解网络结构、发现网络中的模式和规律。
而图论作为网络分析的基础理论，被广泛应用于网络分析中。
本文将探讨图论在网络分析中的应用，并介绍一些相关的研究成果。
一、网络结构的建模图论可以帮助我们将网络结构进行建模，以便更好地理解和分析网络。
在网络分析中，常用的网络模型有无向图和有向图。
无向图表示节点之间的关系是双向的，而有向图则表示节点之间的关系是单向的。
通过使用图论的方法，我们可以将网络中的节点和边进行抽象和表示，从而更好地分析网络的结构和特征。
二、网络中的关键节点分析关键节点分析是网络分析中的一个重要任务，它可以帮助我们识别网络中最重要的节点。
在图论中，有很多指标可以用来评估节点的重要性，如度中心性、介数中心性和接近中心性等。
度中心性表示节点的度数，即与该节点相连的边的数量。
介数中心性表示节点在网络中的重要性程度，即节点在最短路径中的出现次数。
接近中心性表示节点与其他节点之间的距离，即节点与其他节点之间的最短路径长度。
通过使用这些指标，我们可以找到网络中的关键节点，进而了解网络的结构和功能。
三、社区发现社区发现是网络分析中的另一个重要任务，它可以帮助我们识别网络中的子群体。
在图论中，社区可以被定义为网络中的一组节点，这些节点之间有着更多的内部连接而与外部节点的连接较少。
社区发现算法可以通过分析节点之间的连接模式，将网络划分为多个社区。
常用的社区发现算法包括Louvain算法、谱聚类算法等。
通过使用这些算法，我们可以发现网络中的社区结构，了解节点之间的关系和相互作用。
四、信息传播分析信息传播是网络中的一个重要现象，它可以帮助我们理解信息在网络中的传播过程。
图论可以被用来模拟和分析信息传播过程。
在图论中，我们可以将节点看作是信息的传播者，边表示节点之间的传播关系。
通过模拟节点之间的信息传播过程，我们可以研究信息在网络中的传播速度、路径和影响力等。
fundamentals_of_brain_network_analysis_概述及解释说明
fundamentals of brain network analysis 概述及解释说明1. 引言1.1 概述脑网络分析是研究大脑功能和结构之间相互关系的重要方法。
通过对连接不同区域的神经元或脑区进行分析，可以揭示脑网络在认知、行为以及疾病发展中的作用。
近年来，随着计算能力的增强和数据采集技术的改进，脑网络分析已成为神经科学领域的热门研究方向。
1.2 文章结构本文将围绕脑网络分析展开详细介绍和解释。
首先介绍基础概念，包括什么是脑网络以及相关术语的定义和解释。
然后探讨构成脑网络的要素，涵盖不同类型的连接方式和其在信息传递中的作用。
接下来介绍脑网络分析所使用的方法与工具，包括图论、机器学习等技术，并说明它们在研究中的应用情况和优势。
1.3 目的本文旨在全面了解和解释脑网络分析领域中涉及到的基本概念、要素以及方法与工具，并回顾这些知识对于理解大脑功能和疾病机制的重要性。
此外，我们也将探讨脑网络分析在未来的发展趋势与挑战，以期为该领域的研究者提供参考和启示。
请确保文章内容的流畅性，并尽量使用清晰易懂的语言解释相关概念。
2. 正文:2.1 脑网络分析的基础概念脑网络分析是一种研究大脑连接模式和功能的方法。
它基于图论原理，将大脑视为一个复杂网络，通过分析节点（代表大脑区域）之间的连接以及连接强度来揭示大脑活动的本质。
脑网络分析被广泛应用于神经科学领域，对理解大脑的结构和功能具有重要意义。
2.2 脑网络的构成要素大脑网络主要由两个构成要素组成：节点和边。
在这里，节点代表特定的大脑区域或神经元群落，而边则表示这些节点之间存在的连接关系。
网络中的每个节点都具有一定的功能或特性，并且节点之间的连接可以根据不同的标准进行定义，如结构连接、功能连接等。
2.3 脑网络分析方法与工具在进行脑网络分析时，常用的方法包括静态方法和动态方法。
静态方法侧重于揭示大脑静息状态下的结构和功能连接模式，如静态脑网络分析、全局效能指数等；而动态方法则关注于研究大脑在时间和空间上的变化，如时序网络分析、突触可塑性等。
用gephi层次聚类
用gephi层次聚类Gephi层次聚类是一种基于图论的数据分析方法，可以帮助我们发现数据集中的层次结构和聚类模式。
本文将介绍Gephi层次聚类的基本概念、应用场景以及操作步骤，并通过实例解释其原理和优势。
一、Gephi层次聚类的基本概念Gephi是一款开源的网络分析软件，提供了丰富的功能和工具，其中之一就是层次聚类。
层次聚类是一种将数据集按照层次结构进行分组的方法，通过计算相似性指标和聚类算法，将相似的节点聚合到同一层次下的簇中。
二、Gephi层次聚类的应用场景Gephi层次聚类在各个领域都有广泛的应用，特别是在社交网络分析、生物信息学、金融风险管理等领域。
例如，在社交网络分析中，可以利用Gephi层次聚类来发现社交网络中的社群结构，从而了解不同社群之间的关系和成员的特征。
三、Gephi层次聚类的操作步骤1. 数据准备：将需要分析的数据导入Gephi软件，数据可以是节点和边的关系表格或者网络数据集。
2. 数据预处理：对数据进行清洗和筛选，剔除异常值和无关节点，保留需要分析的核心节点。
3. 相似性计算：根据节点之间的特征和关系，计算节点之间的相似性指标，常用的指标有欧氏距离、相关系数等。
4. 聚类算法选择：根据问题的需求和数据的特点选择合适的聚类算法，常用的算法有K-means、层次聚类等。
5. 聚类结果可视化：通过Gephi软件提供的可视化工具，将聚类结果以图形的形式展示出来，便于对结果的观察和分析。
6. 结果解释和评估：根据聚类结果，对簇的特征进行解释和评估，可以利用统计方法和可视化工具进行进一步分析。
四、Gephi层次聚类的优势1. 层次结构展示：Gephi层次聚类可以将数据集的层次结构以图形的形式呈现出来，便于对数据的理解和分析。
2. 聚类结果可视化：通过Gephi软件提供的可视化工具，可以直观地展示聚类结果，帮助用户更好地理解和解释聚类结果。
3. 灵活性和扩展性：Gephi软件提供了丰富的插件和扩展功能，用户可以根据自己的需求进行功能扩展和定制，满足不同领域的数据分析需求。
基于图论的交通网络优化方法探究
基于图论的交通网络优化方法探究交通网络的优化一直是城市规划和交通管理领域的重要课题。
基于图论的交通网络优化方法是一种研究交通网络结构和优化的重要手段。
本文将探究基于图论的交通网络优化方法，旨在提供一种有效的交通网络优化方案，以提高交通系统的效率和可持续性。
首先，我们将介绍图论在交通网络中的应用。
图论是一个数学分支，研究表示对象之间关系的图结构。
在交通网络中，节点可以表示道路交叉口或车站，边表示道路或路径。
通过分析交通网络的拓扑结构，我们可以获得各节点之间的连接关系、路径长度等关键信息。
基于图论的交通网络优化方法通常包括以下几个方面：路径选择、流量分配、网络设计、信号控制和交通管理。
路径选择是交通网络优化的基本问题之一。
在传统的最短路径算法中，我们可以使用Dijkstra算法或Floyd-Warshall算法等来寻找从起点到终点的最短路径。
然而，在实际的交通网络中，最短路径并不一定是最优路径。
因此，研究者们提出了更加复杂的路径选择算法，如最小路径问题和最小延误问题，以考虑交通网络中的拥堵情况和道路负载。
流量分配是指将交通需求在交通网络中分配到各个路径或道路上的过程。
常见的流量分配算法有静态分配和动态分配。
静态分配算法通过解决线性规划问题将交通需求分配到网络上，并在路径上分配均匀的交通量。
动态分配算法考虑到交通网络中的时空变化，通过动态调整交通流动以优化交通网络。
网络设计是指根据交通需求和网络性能评估来设计交通网络的过程。
利用图论的方法，可以分析交通网络的拓扑结构、节点和边的配置等，以优化交通网络的性能。
例如，基于图论的拓扑结构分析可以帮助确定最佳路网结构，减少拥堵和冗余。
信号控制是交通网络优化的关键环节之一。
基于图论的信号控制方法主要通过建立信号控制优化模型来确定交通信号的配时方案，以最大程度地提高交通网络的流动性。
例如，根据交通网络的拓扑结构和道路流量状况，可以利用最大流算法或最短路算法确定最优的信号配时方案。
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2011年第2期 青海师范大学学报(自然科学版)Journal of Qinghai Norm al U niversity(Natural Science) 2011No.2收稿日期:2010-11-12作者简介:黄湘宁(1964-),男(汉族),湖南邵阳人,副教授.祝延波(1967-),男(汉族),河南洛阳人,副教授.基于图论的节点分析黄湘宁1,祝延波2(1.青海师范大学实验设备管理中心,青海西宁 810008;2.青海民族大学物理与电子信息工程学院,青海西宁 810007)摘 要:针对网络节点抗漏洞攻击能力弱造成网络鲁棒性差的情况,分析了基于图论的节点鲁棒性、节点重要性和节点多样性研究现状,提出了一些能够较好满足节点鲁棒性和多样性要求的方法;对节点鲁棒性测量的3个方法作了定义;对四种典型的测试网络用这些测量方法进行了对比分析,结果表明考虑了节点多样性的网络其节点连接鲁棒性、节点恢复鲁棒性和抗攻击性有了明显提高.这样的网络能有效增强节点的抗漏洞攻击能力,阻断各种可能的漏洞攻击在节点之间的渗透和传播,具有较强的鲁棒性.关键词:图论;网络;节点;多样性;漏洞中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1001-7542(2011)02-0017-041 引言节点是构成网络的主要部分,节点安全性对网络安全有很大影响.随着网络规模的扩大和网络应用的扩展,针对各种节点特别是核心节点的漏洞攻击日趋频繁,这给网络管理和维护工作带来极大压力.针对节点漏洞攻击的鲁棒性研究显得尤为迫切和必要.近年来图论在各种复杂网络如交通网、社会经济网、物流网络、传感器网络、因特网等领域得到了广泛应用.一些学者利用图论对节点鲁棒性、节点重要性和节点多样性进行研究取得了较好的效果.本文通过图论对节点鲁棒性、节点重要性以及节点多样性进行分析研究,并提出了一些提高节点鲁棒性、节点重要性以及节点多样性的方法,这些方法能够有效隔离节点漏洞攻击、阻止其渗透和传播,从而有效提高重要节点和网络的鲁棒性和安全性.2 节点鲁棒性网络的鲁棒性通常指当网络中的部分节点或者链路被破坏,网络能够继续维持其功能的能力.毫无疑问,节点鲁棒性是网络鲁棒性的基础和重点.复杂网络研究表明,因特网是一个既有鲁棒性又有脆弱性(ro -bust y et frag ile)的无标度网络[1].研究表明,去掉1%的 核心节点 ,网络的性能将下降一半;若去掉4%的 核心节点 ,网络将不能保证任意节点的连通性.因此保证网络中这些重要节点的鲁棒性、当这些节点被攻击时隔离并阻断其传播是保证网络鲁棒性的关键.文献[2]提出了基于全网平均等效最短路径数的网络抗毁评估模型,该模型反映了待评价网络和全连通网络的拓扑结构差异,导致了网络抗毁能力下降,能准确评价网络的抗毁性能.文献[3]提出了R.C.H 策略,这种针对协同攻击(coo rdinated attack)的策略考虑移除部分崩溃的核心节点来提高网络鲁棒性.文献[4]指出降低相邻节点的相关度可以有效提高节点的抗漏洞攻击能力和阻止攻击的扩散,并提出了一种基于图论的节点鲁棒性增强算法,采用这种算法构建网络来提高节点的抗漏洞攻击能力和鲁棒性.由于网络安全事件的不确定性,一些人为设计瑕疵和设置问题使得网络节点会有较多漏洞,这些漏洞引起的攻击会大大降低网络的鲁棒性.由于网络的内部结构和动态相关性,一个节点遇到攻击或内部错误时会将攻击或失效服务向其他节点传递.影响节点鲁棒性的主要因素有:节点的软件漏洞(包括操作系统和应用软件)、节点设置问题、冗余节点青海师范大学学报(自然科学版)2011年和节点接连失效.节点失效可能是各种随机故障引起的,也可能是人为恶意攻击导致的.3 节点重要性常用网络中每个节点的重要程度是不同的,就像每个人在一个机构或部门中的重要性是不同的一样.要提高网络的安全性和可靠性,首先应提高重要节点的安全性和可靠性.文献[5]给出了重要节点的定义和判断方法.认为重要节点就是那些失效或恶意行为会断开网络或降低网络服务性能的节点.可以通过图论中的点割或边割查找算法来确定重要节点,重要节点一旦确定,可以通过对其流量、吞吐量、性能等指标的测量来对网络进行有效的诊断和管理.文献[6]提出了一种对通信网节点进行重要性评价的方法.通过比较生成树的数目,判断图中任意数目的两组节点的相对重要性.文献[7]总结分析了在复杂网络环境下几个领域中发掘重要性节点的方法,并对其中重要的方法进行了讨论和分析.重要节点在网络中的重要性不言而喻,毫无疑问重要节点也是被攻击的重点,如果将网络节点的重要性平摊,让攻击者无法确定重要节点或要花费很大代价才能确定重要节点,也是保护重要节点的重要方法.此外可以考虑降低重要节点的度数或构建均匀网络,均匀网络对于恶意节点攻击具有较强的鲁棒性,能有效减少相继故障,避免雪崩效应.图1中的Netw ork3、5、8就是典型的均匀网络(图1是从文献[8]提供的网络测试图中挑选的几种较典型的网络).图2是对图1中四种网络的节点连接鲁棒性性对比分析.图1 几种常见的网络测试图 图2 针对两种不同情况的节点连接鲁棒性对比图4 节点多样性文献[9]指出要保证失效节点的独立性,就必须引进足够的多样性.这些多样性包括服务模型多样性、路由机制和协议多样性.软件多样性是指软件开发平台的多样性和应用多样性.文献[10]中作者利用图论中的着色理论针对路由架构中的软件多样性问题进行了深入分析,提出当遇到节点颜色失效时如何使用节点连结度、能捕获节点颜色失效及对网络鲁棒性测量的方法.文献[11]指出按照网络拓扑图分发软件包可以增加软件多样性的固有效率以阻挡蠕虫和黑客的攻击.随着Internet 技术的兴起,Web 应用呈现快速增长的趋势,针对各种Web 应用漏洞的攻击也日趋猖獗,如常见的SQL 注入攻击、缓冲区溢出攻击、跨网站脚本攻击等.因此迫切需要考虑节点软件多样性来增强网络的鲁棒性,根据文献[10,11,12]的介绍,软件多样性可明显提高节点和网络的鲁棒性.如果构建包含多样性操作系统和应用软件的网络,针对特定操作系统或应用软件的节点漏洞攻击就很难在整个网络传播.硬件多样性包括节点多样性和节点连接方式的多样性.以前增强网络鲁棒性的主要方法就是节点冗余,这种方法可以在一定程度上提高网络的鲁棒性,但却面临着极大的安全隐患,因为这些节点通常配置完全相同而且直接相连,一旦某个节点被恶意漏洞攻击,这种攻击可以很快渗透到其他的节点,在网络中考虑冗余节点的多样性非常必要.18第2期黄湘宁,等:基于图论的节点分析5 基于图论的节点鲁棒性和多样性研究图论在各种复杂网络如交通网、社会经济网、通讯网、物流网络、传感器网络、因特网等领域得到了广泛应用.一个具体网络可抽象为一个由点集V 和边集E 组成的图G=(V,E).V 中的每一个点可表示一个具体的网络设备,如路由器、交换机、服务器、传感器等,也可以表示一个抽象的城市、一个物流中心、一个交通枢纽、一个人.E 中的每一条边可以表示两个网络设备之间的连接链路,也可以表示两个城市或两个交通枢纽之间的距离、两个物流中心之间的关系、两个人之间的关系、两个网页之间的链接等,这样就可以将网络问题转变为图来进行研究.下面给出几个关于节点鲁棒性的定义.定义1 节点连接鲁棒性:R =CN -N r (1)式(1)中N 表示初始图的节点数量,Nr 表示从图中去除的节点数量,C 表示从图中去除节点后最大连通子图中的节点数量.定义2 节点恢复鲁棒性: D =(C +aN r )N (2)式(2)中a 表示N r 个节点被恢复的概率.0<a 1.定义3 抗攻击性:指某些节点失效后,能够继续工作的边数占图中全部边数的比例.图2是针对图1中的四种网络根据定义1进行的节点连接鲁棒性分析.(根据生成的随机数的大小决定是否去除节点,A 曲线不考虑节点多样性,B 曲线考虑节点多样性,下同).图2、3、4中节点数14、16、20、25分别对应图1中的Netw ork4、3、5、8.图3是针对图1中的四种网络根据定义2进行的节点恢复鲁棒性对比分析(a 取经验值0.4).图4是针对图1中的四种网络根据定义3进行的抗攻击性对比分析.图3 针对两种不同情况的节点恢复鲁棒对比图 图4 针对两种不同情况的抗攻击性对比图由图2、3、4可以明显看出考虑了节点多样性后四种网络的节点连接鲁棒性、节点恢复鲁棒性和抗攻击性都有了非常明显的提高,由此也可看出节点多样性对节点鲁棒性和网络鲁棒性的重要作用.6 结论本文通过对节点重要性、节点多样性和节点鲁棒性的分析,提出了一些能够较好满足节点鲁棒性和多样性要求的方法.定义了几个针对节点鲁棒性测量的方法,对几种典型的测试用这些方法进行了对比分析,结果表明考虑了节点多样性的网络其鲁棒性有了明显提高.这些实例同样表明对于现有网络考虑在部分重要节点采用这些方法来增加多样性、降低这些节点的关联度,也可以阻断各种漏洞攻击在节点之间的渗透,明显提高网络鲁棒性.总之,在不同类型的复杂网络中考虑增强重要节点的多样性和鲁棒性,可以有效阻止针对这些重要节点的漏洞攻击,防止这些节点出现的故障向其他节点扩散,从而提高各种复杂网络的鲁棒性.19青海师范大学学报(自然科学版)2011年20参考文献:[1] 汪小帆,李翔,陈关容.复杂网络理论及其应用[M].北京:清华大学出版社,2006.[2] 饶育萍,林竞羽,周东方.网络抗毁度和节点重要性评价方法[J].计算机工程,2009,35(6):14-16.[3] Yue Zhu o,Yunfeng Peng and Keping Long.Im provin g Robustness agains t the Coordinated Attack by Removing Crashed H ub Nodes inC om plex Netw ork.SPIE-OSA-IEEE/Vol.7633,2009,pp.1-7.[4] Yanbo Zhu,J ianm ing Fu.A Node Robus t En han cing Algorithm Based on Graph T heory.BM EI10,Yantai,Octob er2010,pp.2820-2823.[5] A.Karygiannis,E.Antonakakis,and A.Apostolopoulos.Detectin g Critical Nodes for M ANET In tru sion Detection Systems.S econd In-ternational Work shop on S ecu 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bust,recover robust and anti-attack of no des ar e increased m arkedly w hich considered the no de div ersity.Such netw or k can enhance the nodes a-bility o f anti-vulnerable attacks,interdicting the ex plo it and propagatio n o f v ar io us possible vulner able attacks betw een nodes,cutting dow n the possibility of netwo rk cascading failure,such netw ork has stron-g er ro bustness.Key words:graph theory;netw o rk;node;diversity;v ulnerability。