城市公交复杂网络的节点重要性及稳定性研究

发布时间：2020-11-05 10:34

　　 随着我国经济的发展,城市化进程的加快,城市的交通拥堵问题已成为公众关注的焦点问题,而解决城市拥堵问题的措施之一就是大力发展城市公交。为了给城市公交线网设计与优化提供一些参考依据,本文以商洛市公交网络为研究对象,引入复杂网络作为基本理论,应用Adobe illustrator软件绘制公交线路图,通过Space L法构建公交站点网络模型来研究网络的节点重要性及稳定性。本文首先通过了复杂网络的特征度量值(节点的度和度分布、最短距离和平均最短距离、聚类系数)验证了商洛市公交网络具有复杂网络的小世界效应和无标度特征,同时也证实了论文可以利用复杂网络理论的知识来研究商洛市公交网络的拓扑结构。其次为了准确区分节点的重要性,提出了一种基于节点连边重要性的节点重要度算法,通过节点移除后网络效率的变化来判断节点的重要性。此算法和其它两种基于局部信息计算节点重要性的算法相比,更具有普遍适用性,能准确地判断节点的重要程度,尤其能判断出网络中度值很小的桥节点的重要程度。依据本文算法对商洛市公交网络节点的重要性进行由高到低的排序,为下文的蓄意攻击提供准确的攻击顺序。最后分析了公交网络的稳定性,商洛市公交网络在随机攻击和蓄意攻击两种模式下,随着节点被攻击,网络的效率变化程度有明显的区别。随机攻击模式下,网络效率下降的很平缓,而蓄意攻击模式下,网络的效率下降却很快,这说明公交站点网络面对随机攻击具有较强的鲁棒性,面对蓄意攻击比较脆弱,验证了商洛市公交站点网络具有复杂网络的无标度特征,同时也说明了商洛市公交站点网络中关键节点很少。基于公交车在运行过程中遇到道路施工等特殊情况无法正常通行,论文提出了公交的绕行方案。通过商洛市的公交网络实证研究,结果表明,绕行后的公交网络不论是节点间的平均最短距离还是网络效率都得到一定的改善,证明了此绕行方案是可行的。本文的研究能很好的识别网络中的关键节点,可以为以后的公交站点布局和优化提供思路。如合理的布设关键节点,加强对关键节点的保护,提出有针对性的节点分类管理启示,提前规划公交运营中应对特殊情况的绕行方法,进而提高公交网络的稳定性。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O157.5;U491.17
【部分图文】：

商洛市居民出行结构图

规则网络是网络模型中最简单的网络，典型的规则网络模型主要有三种，分别是：全局耦合网络模型、星形耦合网络模型和最近邻耦合网络模型。三种模型如图 2.2 所示：图2.2 规则网络：全局耦合网络、星形耦合网络、最近邻耦合网络（树型网）全局耦合网络模型：任意的两个节点之间都有边直接相连，由此可知，全局耦合网络具有最小的平均最短距离和最大的聚类系数。全局耦合网络模型反映了现实中实际网络的小世界特性，然而现实中大多数的实际网络却是很稀疏的，节点之间的边数都是小于理想边数的。星形耦合网络模型：此模型有一个中心节点，其余的 N-1 个节点都与中心节点直接相连接，而这 N-1 个节点彼此之间不连接，星形耦合网络模型的平均最短距离为： = ( ▕) ( ▕) ( ) ( )星形耦合网络模型的聚类系数为： =( ▕) ▕ ( ) ( )

长安大学硕士学位论文14图2.4 简单的无向网络示意图由上图可以简单的计算出每个节点的对应的度值，在这种规则的网络中，不同的节点对应的度值有可能是相同的。实际上现实世界的网络中节点度值大多都是不相同的，但是它们都有一定的分布规律，其分布情况可以直接用来反映网络基本的拓扑特性。度分布就是节点的度在整个网络中的概率分布函数P( )，函数P( )是网络中度为 的节点数与网络中节点总数之比。有如下公式表示：P( ) = ( )◥ ( ) ( ▕ )除度分布外还有累计度分布，它表示网络模型中大于某一个度值的节点占整个网络节点总数的比值。累计度分布的计算公式如下：P ( ) = ∑ ( ，) ， ( ▕ )（2）最短距离（shortestpathlength）和平均最短距离（averageshortestpathlength）在日常生活中
【参考文献】

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本文编号：2871514