[發(fā)明專(zhuān)利]利用一步相位迭代數(shù)據(jù)精確匹配實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710577599.9
• 申請(qǐng)日: 2017-07-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107391832A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳建設(shè);黨妮;焦李成;申星;李曉杰;王超民;焦楊;武曉敏;田小林
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 分類(lèi)號(hào): G06F17/50;G06Q50/00
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專(zhuān)利中心61205
• 代理人: 程曉霞,王品華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，涉及網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)行為和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，具體是一種利用一步相位迭代數(shù)據(jù)精確匹配實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的方法。用于現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)。

背景技術(shù)

現(xiàn)實(shí)生活中網(wǎng)絡(luò)無(wú)處不在，如人際關(guān)系網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、電力網(wǎng)、交通網(wǎng)、基因調(diào)控網(wǎng)、萬(wàn)維網(wǎng)等，這些網(wǎng)絡(luò)多和我們的生活息息相關(guān)。電力網(wǎng)癱瘓、交通擁堵、計(jì)算機(jī)病毒入侵等或大或小的網(wǎng)絡(luò)事故也時(shí)有發(fā)生。人類(lèi)只有對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性質(zhì)和行為有更多更深入的認(rèn)識(shí)，才能更有效的預(yù)防甚至杜絕各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)事故的發(fā)生。網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的功能和行為往往起著決定性的作用，然而有時(shí)網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)單元之間是否存在連接并不能直接測(cè)得或者測(cè)量起來(lái)需要耗費(fèi)巨大的成本，這時(shí)就需要通過(guò)間接測(cè)得網(wǎng)絡(luò)的一些信號(hào)來(lái)推測(cè)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。

網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域一個(gè)分支，重構(gòu)方法推測(cè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，一般情況下，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的功能起決定作用，因此得到網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有助于更深入的研究網(wǎng)絡(luò)的功能。近年來(lái)已有大量的科研工作者提出利用響應(yīng)動(dòng)力學(xué)、能量譜分析、貝葉斯估計(jì)、噪音驅(qū)動(dòng)動(dòng)力學(xué)等方法來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。

通常，網(wǎng)絡(luò)中耦合節(jié)點(diǎn)的動(dòng)力學(xué)信息(如，相位信息)可以被觀測(cè)到，但是網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是未知的。目前科學(xué)家已經(jīng)提出了很多網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)需要測(cè)量大量的時(shí)間序列數(shù)據(jù)信息，在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)上這一需求更甚。然而，很多時(shí)候，可以測(cè)得的數(shù)據(jù)量是有限的，現(xiàn)有的內(nèi)部構(gòu)成校準(zhǔn)技術(shù)可以利用少量的時(shí)間序列數(shù)據(jù)信息來(lái)近似重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，但是重構(gòu)的正確率還是不夠理想。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種利用一步相位迭代數(shù)據(jù)精確匹配實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的方法。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的相位關(guān)聯(lián)關(guān)系，推測(cè)出網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

本發(fā)明是一種利用一步相位迭代數(shù)據(jù)精確匹配實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)輸入原始待重建網(wǎng)絡(luò)的相位信息：輸入原始待重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)任意連續(xù)兩次迭代的相位信息，第k*次迭代的相位信息為Θ₀(k^*)＝(θ₁(k^*),θ₂(k^*),...,θ_N(k^*))^T，第k^*+1次迭代的相位信息為Θ₀(k^*+1)＝(θ₁(k^*+1),θ₂(k^*+1),...,θ_N(k^*+1))^T，(*)^T為轉(zhuǎn)置計(jì)算，N為原始待重建網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)；

(2)初始化變量：令d＝1，d為假定的待重構(gòu)節(jié)點(diǎn)的度，令Θ(k^*+1)＝Θ₀(k^*+1)，Θ(k^*+1)為相位向量，令T為N階全零方陣，T為已重建網(wǎng)絡(luò)的鄰接矩陣；

(3)利用相位關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重建：在利用網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的相位關(guān)聯(lián)關(guān)系重建網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)時(shí)，每輪重建都只重建待重建網(wǎng)絡(luò)中度最小的節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)度未知)，每輪重建后都從待重建網(wǎng)絡(luò)中移除已完成重建的節(jié)點(diǎn)，即更新待重建網(wǎng)絡(luò)，如此反復(fù)，直到待重建網(wǎng)絡(luò)為空，此時(shí)原始網(wǎng)絡(luò)已被完全重建；

(4)輸出重建結(jié)果：待重建網(wǎng)絡(luò)為空時(shí)重建結(jié)束，輸出當(dāng)前已重建網(wǎng)絡(luò)的鄰接矩陣T。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明利用一步迭代數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，利用現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)有稀疏性這一特點(diǎn)，現(xiàn)有的技術(shù)可以利用少量的時(shí)間序列數(shù)據(jù)信息來(lái)近似重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，但利用一步迭代時(shí)間序列數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)還沒(méi)有，本發(fā)明中的方法比現(xiàn)有的方法所需的數(shù)據(jù)量少得多。

2.本發(fā)明用精確匹配的方法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，重構(gòu)準(zhǔn)確率高，小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)基本可以實(shí)現(xiàn)完全正確重建。

3.本發(fā)明在重建無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)時(shí)具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，重構(gòu)相同規(guī)模的無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)和隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的耗時(shí)更少。

4.本發(fā)明僅利用一步迭代數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，現(xiàn)實(shí)中對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行測(cè)量往往需要耗費(fèi)巨大的人力物力成本，本發(fā)明僅利用極少的數(shù)據(jù)量進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，大大節(jié)省了測(cè)量數(shù)據(jù)所需的人力物力成本，易于工程化實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1是用本發(fā)明重建一個(gè)5節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程示意圖。