基于元胞自动机和临时删边优化的病毒传播控制研究

发布时间：2020-05-25 19:43

【摘要】：病毒在人群中流行以及在网络上传播会给人们的社会生活带来巨大的影响,而在对抗病毒的过程中往往需要花费大量的人力和物力,因此,研究病毒传播机理,进而采取有效措施控制病毒传播具有重要的现实意义,特别是基于有限资源的网络病毒传播控制策略研究具有更大的实用价值。复杂网络理论的蓬勃发展为人们研究病毒传播行为和网络结构对病毒传播影响提供了新的思路,网络结构动态演化对病毒传播控制有着重要作用。影响病毒传播的因素包括网络结构因素和传播机制因素,本文关注网络结构演化对病毒传播的影响。考虑到有限资源约束,为及时有效地控制病毒传播,本文提出了一种与初始感染源无关的病毒传播控制策略一—有限临时删边(limited temporary links removed,LTLR)策略。该策略在保证网络系统基本功能不受影响的前提下,通过临时删除或管制网络中病毒传播最短路径上重要的边资源,使得病毒绕道或被阻断,从而有效地延缓病毒的传播速度和控制病毒的传播范围。本文主要的研究工作有:1.基于元胞自动机建立SIS(susceptible-infected-susceptible)病毒传播模型。现有大多数有关复杂系统及其动力学的研究都是基于平均场方法,然而基于平均场理论建立微分方程在病毒传播的过程中很难体现网络中节点状态及网络拓扑在每个时刻的演化情况,而元胞自动机能够有效克服平均场理论建立病毒传播模型的不足,所以本文采用元胞自动机建立病毒传播模型。2.考虑了有限资源的约束,基于边介数提出了有限临时删边的LTLR策略。该策略通过利用边介数特性优化网络结构进而有效控制病毒传播。当选择边介数较大的边进行删除或管制时,意味着暂时切断病毒传播过程中所经过的最短路径,增加了网络的平均路径长度,使病毒在传播过程中绕行其他路径,从而能够更有效地延缓病毒的传播速度和控制病毒的感染规模。该策略不仅在有限删边情况下能保证网络系统基本功能不受影响,而且与一般策略相比,具有实现方便、花费代价小的优势。3.仿真实验结果表明,在具有小世界特性的网络中,本文所提的LTLR策略能显著延缓病毒的传播速度和控制病毒的传播范围且效果优于随机删边策略和节点度删边策略。此外,该策略是一种与初始感染源无关的病毒传播控制策略,即无论初始感染源是单个还是多个,是集中出现还是分散出现等都对LTLR策略的控制效果不产生影响。
【图文】：

CA模型,二维,摩尔,元胞

逦第２章元胞自动机及复杂网络基本理论逦逡逑相邻的四个元胞视为其邻居；在摩尔（Ｍｏｏｒｅ）型中元胞的邻居则是在Ｖｏｎ邋Ｎｅｕｍａｎｎ逡逑的基础上再加上对角线上与其相邻的四个元胞；此外，还可以将摩尔（Ｍｏｏｒｅ）型进逡逑行扩展，从而得到扩展摩尔型，在扩展摩尔型中元胞邻域是将摩尔（Ｍｏｏｒｅ）型中的逡逑元胞邻域半径扩展为其原来的倍数。如图２－３所示依次为：冯诺依曼（Ｖｏｎ邋Ｎｅｕｍａｎｎ）逡逑型、摩尔（Ｍｏｏｒｅ）型和扩展摩尔型（这里邻域半径为原来的２倍）。逡逑

周期型,边界条件,元胞

陕西师范大学硕士学位论文论意义上是可以不断延伸的，但是这在现实应用中边界位置的元胞无法利用中心元胞的状态转换规则，胞在模拟的过程中会失真从而导致结果出现误差。需要对边界采取一定的约束，通常使用的边界条件机型这四种［２６］。逡逑界条件逡逑条件是指将其对应的边界进行链接而构成的元胞空间空间是由处于边界位置的元胞的上下、左右邻居相可以沿着平面区域不断地延伸，从而使得到的元胞，，该边界条件是目前最常使用的。逡逑ｓ逡逑
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP309.5;TP23

【参考文献】