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原文传递群落结构的复杂网络及其交通行为的研究

论文题名：	群落结构的复杂网络及其交通行为的研究
关键词：	复杂网络;无标度网络;小世界网络;群落结构;级联失效;均衡配流;交通行为
摘要：	近几年，复杂网络的研究受到国内外学者的广泛关注。复杂网络的研究方法为研究系统的复杂性提供了新视角和新方法。小世界效应与无标度特性的科学发现掀起了对复杂网络结构及其动力学特性的研究热潮，提高了人们对现实世界的科学认识。随着研究的深入，对于复杂网络的探讨已经渗透到社会学、生物学、物理学、经济学、计算机科学以及交通运输等各研究领域中。很多大型的复杂网络都呈现出一种特性——群落结构。也就是说：整个网络由若干个群落结构所组成，每个群落结构内部节点之间的连接相对比较紧密，但各个群落结构之间连接相对比较稀疏。研究这些网络不仅对人们的工作和生活具有重要的现实意义，而且对人类了解自然界和生物系统具有深远的科学意义。应用复杂网络中的群落结构模型，从理论上分析带有卫星城的大城市群的交通网络的拓扑结构复杂性，同时也是研究带有卫星城的大城市群的基础理论问题之一。由于卫星城结构的出现而如何导致大城市的城际间的交通潮汐现象的出现说明了大城市的交通网络拓扑结构对于交通拥堵现象的出现有一定的内在的联系。由于城市交通系统是一个复杂的巨系统，特别是带有卫星城的大城市群的交通运行规律及其复杂。在大城市飞速发展的今天，缓解大城市的交通问题，构筑和谐的交通体系是实现大城市交通的可持续发展的至关重要的问题。从宏观的角度来研究带有卫星城的大城市的交通拥堵机制和这种大城市交通网络的内在拓扑结构之间的关系具有重大的科学理论意义和实际应用价值。论文回顾及总结了交通网络复杂特性和其研究现状，说明了研究交通网络复杂特性的重要意义。简要介绍了研究网络复杂特性所常用的统计量，如度分布、平均最短距离和聚类系数等统计量。简要介绍了三种网络均衡配流模型，并概括其求解算法。本论文主要研究了带有群落结构的复杂网络上的级联失效行为和流量特性，研究工作和创新点主要有如下几个方面：（1）基于耦合映象格子方法研究带有群落结构的小世界网络和无标度网络上的节点的级联失效行为。先后研究了群落结构的平均度、群落结构的重连概率对于级联失效过程中失效节点数的影响。重点研究基于四种不同的攻击策略下，外部干扰、失效的节点数以及群落结构的模块度对级联失效行为的影响。最后考虑了外部干扰服从正态分布的情况下，通过正态分布的均值和方差分别表示外部干扰的强弱和波动，从而研究外部干扰对复杂网络中的边的级联失效行为所产生的影响。（2）基于网络均衡配流模型研究带有群落结构的复杂网络中的流量特性。基于三种网络均衡配流模型研究带有群落结构的复杂网络上的拥挤程度和效率，分析和研究了OD需求和群落结构的模块度的影响。（3）提出并研究了一个带有群落结构的非对称演化网络模型。应用平均场理论进行近似分析，并通过数值模拟进行验证，发现该模型的效用分布具有一定的幂律特性，而度分布在连接概率较小时，具有指数衰减的特性；而在连接概率较大时，具有幂律分布的特性。
作者：	崔迪
专业：	系统分析与集成
导师：	高自友
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文