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基于多层复杂网络理论的交通网络脆弱性研究
| 论文题名： | 基于多层复杂网络理论的交通网络脆弱性研究 |
| 关键词： | 复杂网络;交通网络;网络拓扑;脆弱性分析 |
| 摘要： | 随着社会的发展，交通网络在社会生活中担任的角色越来越重要。然而在交通网络的规模不断壮大的同时，由于某些突发性或随机性事件的影响，导致其原有的交通功能受到破坏，交通网络的脆弱性问题也呈现出来。近年来，随着对复杂网络理论研究和应用的深入，通过复杂网络理论的视角来研究交通网络变得更加科学。交通网络是典型的复杂网络，是由多个站点(节点)和多条路段(边)组成的。利用复杂网络理论来研究交通网络，能很好的呈现出交通网络的结构特性，从交通网络拓扑结构方面对其脆弱性进行分析。 目前国内外学者在交通网络的脆弱性研究中已经取得了很多成果，也有一些学者应用复杂网络理论进行研究，但是仍然存在不足之处。其中大部分研究者只关注了某一个交通子网络的脆弱性，并没有将交通网络中关联的子网络统一起来进行研究。 本文构建了一个多层复杂网络模型，重点分析了多层交通网络在不同攻击策略下的节点和边的脆弱性，并识别出了交通网络中的关键组件。主要研究内容如下： 首先，多层网络建模。基于已有的复杂网络理论基础，结合铁路和航空两个交通子网络的数据，将路网与站点抽象成为复杂网络的边和点，构建了交通多层复杂网络模型，包括铁路和航空两个子网络，设定了交通多层复杂网络的一些概念和统计指标，并将多层网络效率作为衡量交通网络脆弱性相对变化的重要指标。 其次，多层网络拓扑性质分析。在建立了铁路航空交通网络的多层模型之后，对铁路层、航空层和交通多层网络的节点平均度、平均路径长度、聚类系数和效率等拓扑性质进行了分析和比较，得出交通各网络与同等规模的随机网络相比呈现出聚集效应；航空层网络效率明显优于铁路层和交通多层网络，交通多层网络的连通性和效率在铁路层和航空层网络之间。 再次，多层网络脆弱性分析。利用多层网络的效率指标，从节点脆弱性和边脆弱性两个角度分析铁路层、航空层和交通多层网络在随机或蓄意攻击下的效率变化，即交通网络的脆弱性变化。比较了不同网络间的节点或边的脆弱性，得出多层网络在抵抗脆弱性方面要优于单层网络。 最后，提出了识别交通网络关键组件的方法。该方法基于两个标准：一是基于网络拓扑结构的结构关键组件，二是基于网络性能变化的性能关键组件。识别了铁路、航空单层网络关键组件以及交通多层网络的关键组件。对于现有的交通网络，提出了降低其脆弱性的保护策略。 |
| 作者： | 毕京浩 |
| 专业： | 管理科学与工程 |
| 导师： | 蔡永明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 济南大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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