复杂网络的构建方法研究与实现 【分析代码+开题报告+毕业论文】.docx

1、开 题 报 告源代码：请联系本人。论文题目：复杂网络的构建方法研究与实现院系： 信息工程学院专业：遥感科学与技术姓名：学号： 指导老师：一、研究的目的和意义自然界中存在的大量复杂系统都可以通过形形色色的网络加以描述. 一个典型的网络是由许多节点与连接两个节点之间的一些边组成的,其中节点用来代表真实系统中不同的个体,而边则用来表示个体之间的关系,通常是当两个节点之间具有某种特定的关系时连一条边,反之则不连边。 有边相连的两个节点在网络中被看作是相邻的。 例如,神经系统可以看作是大量神经细胞通过神经纤维相互连接形成的网络;计算机网络可以看作是自主工作的计算机通过通信介质如光缆、双绞线、同轴电缆等相

2、许连接形成的网络. 类似的还有电力网络、社会关系网络、交通网络等等从细菌和蛋白质系统到人类各种关系都是复杂网络，因此，对复杂网络的研究具有重要的意义。目前而言,科学家们还没有给出复杂网络精确严格的定义,从这几年的研究来看,之所以称其为复杂网络,大致上包含以下几层意思: 首先,它是大量真实复杂系统的拓扑抽象;其次,它至少在感觉上比规则网络和随机网络复杂。复杂网络具有很多与规则网络和随机网络不同的统计特征：（1）平均路径长度：网络的平均路径长度l 则是所有节点对之间距离的平均值, 它描述了网络中节点间的分离程度, 即网络有多小。（2）聚集系数：用来描述网络中节点的聚集情况, 簇系数就是整个网络中所

3、有节点的聚集系数的平均。（3）度分布：图论中节点i 的度 Ki 为节点i 连接的0边的总数目, 所有节点i 的度 Ki的平均值称为网络的平均度。其中最重要的是小世界效应(small-world effect )和无标度特性( scale-free property)。在网络中,簇系数(clustering coefficient)专门用来衡量网络节点聚类的情况。规则网络具有大的簇系数和大的平均距离,随机网络具有小的簇系数和小的平均距离。Newman和Watts给出了一种新的网络的构造方法,在他们的网络(NW 网络) 中,原有的连边并不会被破坏,平均距离的缩短源于以一个很小的概率在原来的规则网络

4、上添加新的连边。后来物理学家把大的簇系数和小的平均距离两个统计特征合在一起称为小世界效应,具有这种效应的网络就是小世界网络。真实网络几乎都具有小世界效应,同时科学家还发现大量真实网络的节点度服从幂率分布,这里某节点的度是指该节点拥有相邻节点的数目,或者说与该节点关联的边的数目。 节点度服从幂律分布就是说,具有某个特定度的节点数目与这个特定的度之间的关系可以用一个幂函数近似地表示。幂函数曲线是一条下降相对缓慢的曲线,这使得度很大的节点可以在网络中存在。 对于随机网络和规则网络,度分布区间非常狭窄,几乎找不到偏离节点度均值较大的点,故其平均度可以被看作是其节点度的一个特征标度. 在这个意义上,我们

5、把节点度服从幂律分布的网络叫做无标度网络( scale-free networks) ,并称这种节点度的幂律分布为网络的无标度特性。复杂网络研究的内容主要包括：网络的几何性质，网络的形成机制，网络演化的统计规律，网络上的模型性质，以及网络的结构稳定性，网络的演化动力学机制等问题。其中在自然科学领域，网络研究的基本测度包括：度及其分布特征，度的相关性，集聚程度及分布特征，最短距离及其分布特征，介数及其分布特征，连通集团的规模分布等等。基于以上的一些特点，以我国气象台站数据为例，以气象台站为网络节点，通过构造小规模的复杂网络，从新视角，新方法分析研究复杂网络的各种特性。二、国内外研究现状自从199

6、8 年Watts 和Strogatz 提出小世界网络模型以来, 复杂网络的研究在过去几年得到了迅速发展。复杂网络研究为探讨复杂系统的性质提供了一个新的视角。原因有以下几个方面: (1) 计算机技术的迅猛发展使我们有可能获得各种大规模网络的统计性质; (2) 实证分析表明, 从万维网到新陈代谢网, 许多领域的各种复杂网络展现了某些共同的统计性质, 如幂律度分布, 表明其中存在一些普适性的概念和规律; (3) 理论研究也有了突破。Watts 和Strogatz 给出了小世界网络的构造方式, Barabasi和Albert 则指出, 增长和偏好连接是形成无标度网络的根本原因, 统计物理学的研究方法在

7、复杂网络研究中得到广泛应用。理论研究和实证分析的相互促进在复杂网络的研究中得到了充分体现。目前,复杂网络的研究工作集中在以下几个方面: (1) 复杂网络拓扑结构的静 态统计分析, 包括更广泛的实证研究和更深入的理论刻画, 如给定度分布基础之上的匹配模式, 各种相关关系, 加权网络的统计性质和描述方式, 网络的聚类等; (2) 复杂网络的演化和机制模型, 实证上可以研究实际网络演化的统计规律, 检验BA模型的偏好连接假设; 理论上则可以发展完善的具有形成特定几何性质的网络机制模型; (3) 复杂网络上的动力学研究, 包括网络容错性和攻击鲁棒性, 以及网络上的传播、同步与共振等各种动力学过程。近年

8、来复杂网络研究的一个重要的推动力,是网络安全问题。从“九一一”事3件到非典,从计算机病毒到电网故障,使人们认识到,网络安全并非只是具体的技术问题,系统和网络的拓扑结构从根本上影响和决定着系统的一系列基本性质,包括鲁棒性、抗毁性。正因为这样,鲁棒性、稳定性、脆弱性、抗毁性等概念已经越来越频繁地出现在各种文献和课题中。吴俊等的“复杂网络抗毁性测度研究”针对复杂网络面临的两种不同损伤,给出了复杂网络抗毁性的两个新测度容错度和抗攻击度,并以世界贸易网为例进行了分析,并对复杂网络抗毁性研究的思路进行了探讨, 指出从网络拓扑结构出发,研究拓扑结构的各种属性对网络抗毁性的影响,这将是复杂网络抗毁性研究的一个

9、有效而新颖的思路。关于复杂网络的研究目前正在进一步深入。三、研究内容和技术路线1） 研究内容：1. 总结分析国内外学者关于复杂网络的理论研究，并根据开发设计构建一个小规模的复杂网络。2. 以图论，空间分析，网络分析等有关理论原理，以我国气象台站数据为例， 以数据台站为网络节点，利用 VC 实现一个能够分析各种复杂网络特性的小规模复杂网络，尽可能多的实现各种网络分析的功能，以实现分析复杂网络的平均距离， 度，最短距离，最优路径，集聚程度等。理解理论知识，提高编程水平。2） 技术路线如下：确定复杂网络的功能体系各种功能完善并通过检验不满意采用 VC 编程实现各种分析功能应用软件工程思想整体设计满意

10、各种功能完善并通过检验，成型四、研究的主要阶段和进度安排第一阶段（第 1 周第 4 周）：广泛查阅国内外文献，完成开题报告； 第二阶段（第 5 周第 12 周）：完成程序编写；第三阶段（第 13 周第 14 周）：撰写论文； 第四阶段（第 15 周第 16 周）：论文答辩。五、主要参考文献1 孙惠泉 图论及其应用科学出版社；2 复杂网络系统结构研究文集；3 2005 全国复杂网络学术会议文集；4 郑金连狄增如 复杂网络研究与复杂现象北京师范大学5 吴彤 复杂网络研究及其意义哲学研究2004 年第 8 期6 周涛 柏文洁等 复杂网络研究概述中国科学技术大学7人类对于复杂网络的认识系统工程学报8

11、韦洛霞 复杂网络模型和方法东莞理工学院学报9 浦争艳 李明禄李治洪 复杂网络环境下一种面向对象的最优路径算法研究 上海交通大学信息安全学院10 姜璐刘琼慧 系统科学与复杂网络研究北京师范大学11 王林 复杂网络中的社区发现理论与应用西北工业大学12 李泉林复杂网络的拓扑结构、算法和挑战清华大学工业工程系13 刘丽华 复杂网络简单管理神州数码网络公司14 覃森戴冠中王林节点数固定的复杂网络模型初探西北工业大学自动化学院15 刘涛陈忠陈晓荣复杂网络理论及其应用研究概述上海交通大学目录内容摘要Abstract第一章绪论11.1 本文的研究目的和意义11.2 研究进展概述21.3 本文主要研究内容2第

12、二章复杂网络基本理论的分析与研究42.1 复杂网络的现实状况42.2 复杂网络的基本特征42.3 复杂网络的统计特征62.4 复杂网络的其它性质8第三章复杂网络模型研究与分析103.1 复杂网络的分类103.2 复杂网络的网络特征参数与性能指标及拓扑结构143.3 复杂网络的几何性质14第四章复杂网络的物理特性分析164.1 复杂网络的动力学研究164.2 混沌同步164.3 沙堆模型与自组织临界性17第五章复杂网络的应用分析185.1 复杂网络的社会研究意义185.2 复杂网络的科学研究作用18第六章用 VC 实现复杂网络206.1 气象数据 e00 格式数据的读入与显示206.2 气象站点

13、复杂网络的构建226.3 气象站点复杂网络特性的分析236.4 实验系统的设计与开发25第七章总结与展望287.1 本文的主要研究工作287.2 存在的问题与今后的研究方向28参考文献致谢内容摘要近年来,学界关于复杂网络的研究正方兴未艾,特别是小世界网络和无标度网络的提出更是吸引了很多国内外一流的科学家来研究复杂网络。本文谈论了复杂网络研究的意义、内容、复杂网络的统计特征、几何性质、拓扑结构、物理特性等相关的内容,并谈论了复杂网络研究对于社会、科学的巨大作用。最后结合我国 194 个气象台站的 GIS 数据,采用 VC 编程方法构造了一个小规模的复杂网络,并计算该复杂网络的三个统计特征:度分布

14、、聚集系数和最短路径,还讨论了将其它气象参数作为权值加入网络计算的用途。关键词:复杂网络、度、聚集系数、最短路径、小世界网络、无标度网络、E00 数据AbstractLately,the study of complex network is in the ascendant,especially the advance of Small-World and Scale-Free attract lots of excellence scientists nationally and overseas.the text talk about the meaning,the content,th

15、e statistic character,the geometry character,the topology construct and the phystics character of complex network,then also talk about the great societal and scientific effects of the study of complex network.Lastly,I combined the 973 data of weather,adopted the programme method of Visual C+ 6.0, constructed a small complex network,and accounted the three statistic characters:the degree,the coefficient of as