[發明專利]基于超邊內部結構的隨機超網絡魯棒性研究方法和系統

有效

• 申請號: 202210996634.1
• 申請日: 2022-08-19
• 公開（公告）號: CN115391963B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 周斌;馬秀娟;馬福祥
• 申請（專利權）人: 青海師范大學
• 主分類號: G06F30/18
• 分類號: G06F30/18;G06F30/20;G06F111/08;G06F119/02
• 代理公司: 北京細軟智谷知識產權代理有限責任公司 11471
• 代理人: 葛鐘

本發明涉及復雜系統魯棒性的評估技術領域，具體涉及一種基于超邊內部結構的隨機超網絡魯棒性研究方法和系統，本發明通過構建均勻隨機超網絡模型，并改變超網絡模型中超邊內節點的連接方式，重新構建超邊內部不同結構的均勻隨機超網絡，基于容量?負載模型，得到更適用于超網絡結構的新容量?負載模型，并應用到隨機超網絡中，得到不同超邊內部結構下隨機超網絡的魯棒性，本發明的新容量?負載模型考慮了超邊內部結構與超邊間的負載分配關系對超網絡魯棒性的影響，對于魯棒性的評估結果更加準確，更加適于表示超網絡的級聯故障過程，為優化超網絡魯棒性提供了參考。

技術領域

本發明涉及復雜系統魯棒性的評估技術領域，具體涉及一種基于超邊內部結構的隨機超網絡魯棒性研究方法和系統。

背景技術

隨著信息技術的發展，復雜網絡已經成為建模各類負載系統的有效工具，例如：在電力網絡、通信網絡、交通網絡和金融網絡等。建模復雜系統的最終目標是分析系統的性能，并達到改善系統性能的目的。對于很多復雜系統來說，魯棒性是其最重要、最基本的系統性能判定方法之一。魯棒性能夠反映系統在異常和危險情況下的生存能力。所謂“魯棒性”，也是指控制系統在一定(結構，大小)的參數攝動下，維持其它某些性能的特性。例如：計算機軟件在輸入錯誤、磁盤故障、網絡過載或有意攻擊情況下，能否不死機、不崩潰，就是該軟件的魯棒性。

近年來，研究者也依據復雜網絡理論成功研究了各類復雜系統的魯棒性，并獲得了很多評估復雜系統魯棒性的方法，主要從事前防御、事中恢復和事后優化三個方面對系統的魯棒性進行評估優化。但隨著人類社會的不斷發展，與人類生活息息相關的各類系統也越來越復雜。很多復雜系統已不能單純的抽象為任意兩個節點之間的關系，而是多個節點間存在更加復雜的聯系。因此，需要用基于超圖的方法將更加復雜的系統建模為超網絡，并研究其結構特性和動力學性能。

目前，對超網絡魯棒性的研究主要是考慮超網絡中的節點魯棒性和超邊魯棒性。對超網絡魯棒性的評估方法主要是采用將超網絡轉成普通網絡進行。在現實世界的復雜系統中，其超邊內部結構的改變往往也會帶來整個系統性能的變化。例如：在一個公交系統中，可以把公交站點抽象為節點，將公交線路抽象為超邊，若公交線路內的各個站點間相互可達，則會提高公交系統的魯棒性；反之，則會降低公交線路的魯棒性。

請參閱圖1至圖3，圖1為包含12個節點7條超邊的一個非均勻超圖，其中ei表示超邊，vi表示節點。在現有技術中，超網絡魯棒性的評估往往是將模型套用在超網絡之上，通過仿真實驗獲得其魯棒性，主要包括以下兩種：

(1)2-section圖研究法：設H＝(V，E)是一個包含N個節點，M條超邊的超圖，其中，H表示一個超圖，V表示節點集，E表示超邊集，H的2-section圖是一個含有普通邊的超圖，記為[H]₂。[H]₂的頂點集等于H的頂點集，若H中的兩個節點包含在一條超邊中，則這兩個節點在[H]₂中用一條普通邊連接，因此超圖的2-section圖的超邊中的節點間是全連接的，請參閱圖2，圖2是圖1中H的2-section圖。

(2)線圖研究法：設H＝(V，E)是一個包含N個節點，M條超邊的超圖。超圖H的線圖是一個普通圖，記為L(H)，L(H)＝(V',E')，其中，L(H)表示超圖的H的線圖，V’表示點集，E’表示邊集，當H沒有重復超邊時，V':＝E；線圖L(H)中的兩個頂點e_i和e_j相鄰，當且僅當在超圖H中請參閱圖3，圖3是圖1中H的線圖。