基于拓扑偏差边攻击的复杂网络可控性研究

发布时间：2017-08-04 07:35

  本文关键词：基于拓扑偏差边攻击的复杂网络可控性研究

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【摘要】：复杂网络的广泛研究源于它对很多复杂系统的结构提供的灵活抽象能力,从社会系统到计算机系统再到生物系统。2011年,Liu在《Nature》上发表的先驱性成果,掀起了探索复杂网络控制机理的研究浪潮。复杂网络结构可控性是指通过决定外部输入信号使得网络在有限时间内从任意初始状态抵达任意终止状态。另一方面,实际网络和系统经常会遭受来自环境的各种各样的入侵和攻击,网络的安全性和鲁棒性一直是网络的一大研究焦点。对于一些较为容易控制的网络,它们在面临攻击的时候可能显得较为鲁棒,但对于其他网络,结论也许是相反的。比如对于异质性网络,它们较难控制,但同时在面临攻击时却更加鲁棒。因此研究网络在各种攻击下的控制鲁棒性是非常有必要的。大量已有的攻击方式主要可分为随机攻击和蓄意攻击两大类。本文提出了一种介于这两种攻击方式之间的第三种攻击方式——拓扑偏差攻击,并通过实验研究揭示了复杂网络在这种新的攻击模型下的控制鲁棒性。需要指出的是:这种攻击方式既不是完全随机攻击,也不是完全蓄意攻击,而是具有拓扑倾向性的攻击模型;同时,这种攻击模型在现实中也具有广泛的适用性和实际意义。实验结果表明:边的失效数目和攻击参数以及网络拓扑密切相关,较大规模的边失效并不意味着较多的驱动节点增加;PB策略(参见正文)比CB策略在破坏网络可控性方面更高效;密集、弱异质性的网络对拓扑偏差边攻击具有更高的控制鲁棒性。这些发现对理解复杂网络的脆弱性、更好地保护网络以及设计鲁棒的网络具有重要的意义。
【关键词】：网络可控性 鲁棒性 偏差边失效 攻击
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP393.08;O157.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 符号对照表10-11
• 缩略语对照表11-14
• 第一章 绪论14-18
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 国内外研究现状15-16
• 1.2.1 拓扑结构鲁棒性15
• 1.2.2 复杂网络可控性15-16
• 1.3 本文主要工作及文章结构16-18
• 第二章 复杂网络相关理论与研究概述18-36
• 2.1 复杂网络概述18-20
• 2.1.1 图论角度18-19
• 2.1.2 矩阵角度19-20
• 2.2 复杂网络分类20-23
• 2.2.1 随机网络20-21
• 2.2.2 小世界网络21-22
• 2.2.3 无标度网络22-23
• 2.3 结构可控性理论23-25
• 2.4 复杂网络鲁棒性25
• 2.5 复杂网络控制鲁棒性25-34
• 2.5.1 基于节点的级联失效模型26-29
• 2.5.2 基于连边的级联失效模型29-32
• 2.5.3 其他相关研究32-34
• 2.6 本章小结34-36
• 第三章 基于拓扑偏差的边攻击模型36-44
• 3.1 拓扑偏差渗流模型36-39
• 3.1.1 序列模型36-38
• 3.1.2 并行模型38-39
• 3.2 提出的边攻击模型39-42
• 3.2.1 模型理论分析39-40
• 3.2.2 模型实现算法40-41
• 3.2.3 push-relabel匹配算法41-42
• 3.3 本章小结42-44
• 第四章 基于拓扑偏差边攻击的可控性实验与研究44-52
• 4.1 实验数据44-46
• 4.1.1 无标度网络模型的建立44-45
• 4.1.2 随机网络模型的建立45-46
• 4.2 实验过程与统计分析46-51
• 4.2.1 攻击参数对控制鲁棒性的影响研究46-48
• 4.2.2 不同攻击参数的边失效数目对控制鲁棒性的影响研究48-49
• 4.2.3 网络密度对控制鲁棒性的影响研究49-50
• 4.2.4 不同网络密度下边失效数目对控制鲁棒性的影响研究50-51
• 4.3 本章小结51-52
• 第五章 总结与展望52-54
• 5.1 工作总结52-53
• 5.2 下一步的研究工作53-54
• 参考文献54-58
• 致谢58-60
• 作者简介60-61

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本文编号：618364