耦合多片段網路的結構及其上的傳染與合作動力學研究

《耦合多片段網路的結構及其上的傳染與合作動力學研究》是依託天津理工大學，由夏承遺擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：耦合多片段網路的結構及其上的傳染與合作動力學研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：夏承遺
• 依託單位：天津理工大學

項目摘要

對大型複雜系統進行建模和分析，探索系統的統計規律和演化特性是近年來複雜系統與複雜網路領域研究的一個熱點問題。本項目擬通過耦合多片段網路的方法建模真實複雜系統的結構演化，研究發生在該網路模型上的傳播動力學和演化合作動力學，揭示其統計特徵和動力學演化機制。內容包括：（1）提出具有有向或加權連線的耦合多片段複雜網路模型和度量指標，並對模型的演化規律進行統計分析；（2）開發基於該網路模型的社團發現算法，並開展實證分析；（3）將經典的SIS傳播模型與耦合多片段網路相結合，分析網路動態演化以及多種疾病共存對傳播動力學的影響，探討該網路模型上有效的免疫和控制策略；（4）研究耦合多片段網路結構在群體合作動力學中的作用，探索策略與耦合網路共演化的合作機制，尋找支持群體合作的拓撲演化模式。項目的研究對於揭示大型複雜系統的演化機制，深刻理解網路拓撲結構與動力學行為之間定性、定量的關係等具有重要的理論價值和實踐意義。

結題摘要

對大型複雜系統進行建模和分析，探索系統的統計規律和演化特性是近年來複雜系統與網路領域研究的一個熱點問題。本項目將統計物理、現代圖論、傳染病動力學與演化博弈論結合起來，通過耦合多片段網路的方法建模真實複雜系統，研究發生在該網路上的演化動力學特性，揭示其統計特徵和動力學演化機制。主要研究內容包括：（1）基於耦合多片段網路結構，提出有向或加權特性的複雜網路模型，對其演化特性進行統計分析；開發相應的社團發現算法，並將其套用到多相流特徵分析中；研究了相互依賴複雜網路的結構特徵對系統魯棒性與抗攻擊性，以及結構可控性等影響。（2）將經典的SIS和SIR傳播模型與耦合多片段網路相結合，分析多種疾病共存時耦合網路結構對傳播動力學的影響，給出了兩種疾病共存情況下的傳染閾值和時間演化特性；討論節點或個體異質性在流行病與意識耦合傳播中的作用，解析計算出流行病傳播的臨界值；探討結構化群體中有效的免疫和控制策略，分析個體行為反饋和人群異質的接觸模式對疫苗接種行為的影響。（3）利用演化博弈論的方法，系統研究了多層耦合結構化群體上的合作動力學行為，討論了雙層耦合網路的之間耦合強度、效用耦合方式、耦合對稱性、群體密度與移動性、個體異質性與聲譽機制等群體合作行為的影響，以及博弈行為策略與耦合網路結構共演化所產生的自組織形式，發現中等強度的耦合方式能夠支持最優的合作模式。（4）將複雜網路建模的方法與思想套用到網路信息資源有效管理、分配與推薦中，開展雲計算中資源分配與服務推薦的相關算法研究，從多目標最佳化的角度，提出兩個新的服務推薦算法；開發了大規模複雜系統數據挖掘與分析的仿真計算平台，集成了耦合多片段網路的結構特徵分析、常用度量指標計算、演化動力學分析等功能模組。項目研究成果對於揭示大型複雜系統的演化機制，深刻理解網路拓撲結構與動力學行為之間定性、定量的關係，進而預測、調控系統運行等具有重要的理論價值和實踐意義。