复杂系统与复杂性科学

2022年, 第19卷, 第3期　刊出日期：2022-09-15

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复杂网络瓦解问题研究进展与展望收藏

吴俊, 邓烨, 王志刚, 谭索怡, 李亚鹏

复杂系统与复杂性科学. 2022, (3): 1-13. DOI: 10.13306/j.1672-3813.2022.03.001

摘要 ( 2571 )

PDF (1087KB) ( 1911 )

一般情况下, 我们面对的网络都是有益的, 但是有时候我们面对的网络也可能是有害的, 例如恐怖组织网络、疾病传播网络等。如何通过阻断、干扰、免疫、封锁、隔离等手段有效瓦解这些有害网络成为一个亟待解决的挑战性问题, 其核心是找到网络系统的关键节点(边)。首先给出了网络瓦解问题的数学描述, 在此基础上从基于数学规划、基于中心性指标、基于启发式算法、基于进化计算、基于机器学习等几个方面系统总结了运筹学、网络科学、计算机科学等领域关于复杂网络瓦解问题的研究进展, 最后分别从目标网络维度、瓦解模型维度、瓦解算法维度对复杂网络瓦解问题未来发展进行了展望。

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协同对社会传播的影响收藏

卢炯, 许新建

复杂系统与复杂性科学. 2022, (3): 14-19. DOI: 10.13306/j.1672-3813.2022.03.002

摘要 ( 805 )

PDF (1764KB) ( 982 )

协同是复杂网络上的传播过程的普遍现象,鉴于已有研究主要聚焦于连续模型,关于离散模型的研究相对较少,研究了两态(活跃或者怠惰)阈值模型,利用母函数方法重点考察了怠惰态个体之间协同对传播结果以及系统鲁棒性的影响。与不考虑协同相比,正的协同作用会促进传播,从而降低系统的鲁棒性;反之,负的协同作用会抑制传播,从而提高系统的鲁棒性。与均匀网络相比,非均匀网络上的传播受到协同的影响更大。

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FPGA芯片产业链及知识转移网络特征分析收藏

肖瑶, 李守伟, 王怡涵

复杂系统与复杂性科学. 2022, (3): 20-26. DOI: 10.13306/j.1672-3813.2022.03.003

摘要 ( 709 )

PDF (1628KB) ( 589 )

为厘清集成电路细分领域现场可编程门阵列(英文简称“FPGA”)国产化过程中产业链定位,优化该产业知识转移网络,提出产业链分析模型,用复杂网络分析法构建知识转移网络,分析网络结构特征。结果表明:中国在产业链中占据份额低,发展不平衡。知识转移网络围绕核心企业展开,具有小世界特征并服从幂律分布,核心节点对产业进化有重大影响。基于网络优化视角提出建立现代化知识转移网络发展体系,形成覆盖全产业链的国际竞争新优势等政策建议。

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基于Conformable分数阶导数的COVID-19模型及其数值解收藏

王宇, 冯育强

复杂系统与复杂性科学. 2022, (3): 27-32. DOI: 10.13306/j.1672-3813.2022.03.004

摘要 ( 868 )

PDF (1163KB) ( 859 )

为掌握新冠疫情传播规律、预测其发展趋势以及提供相应的防控依据,找到合适的COVID-19传染病动力学模型,采用SEIRV仓室模型,结合Conformable分数阶导数建立传染病动力学模型。利用数值方法来离散Conformable分数阶导数微分方程,求其数值解。对武汉市2020年1月23号到2020年2月11号的确诊数据进行数值仿真。考虑武汉市政府在2020年2月12号对疫情数据进行了修订,新增数据将近14 000人。通过对SEIRV模型的阶数值进行修正,再对修订后的数据进行仿真。两次仿真结果与公布数据基本吻合。结果表明,相比于传统的整数阶模型,分数阶模型可以对修正后的数据进行仿真。这体现了分数阶传染病动力学模型的优势,并且能对COVID-19模型的预测提供一定的参考价值。

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基于复杂网络的通用航空安全监管演化博弈研究收藏

肖琴, 罗帆

复杂系统与复杂性科学. 2022, (3): 33-43. DOI: 10.13306/j.1672-3813.2022.03.005

摘要 ( 811 )

PDF (1231KB) ( 592 )

为探究通用航空企业安全监管合作行为的演化机制,基于复杂网络的视角,构建通用航空安全监管演化博弈模型;分析了网络规模、网络平均度、累计收益权重参数、成本收益比、监管机构的奖励及惩罚对合作行为的影响;提出通用航空安全监管的策略。研究结果表明:网络规模和网络平均度的增加均会促进合作者均衡密度的增加;累计收益权重参数的增加能够促进网络中合作行为的产生;成本收益比对网络中的博弈合作行为具有抑制作用;政府的奖励和惩罚均能促进合作行为的产生,且惩罚比奖励效果更明显;加大政府支持力度、构建网络沟通平台、降低企业运营成本、构建行业奖惩机制是通用航空安全的监管策略。

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演化博弈视角下的医患关系分析及对策研究收藏

李超然, 刘举胜, 宋美, 韩景倜, 于长锐

复杂系统与复杂性科学. 2022, (3): 44-54. DOI: 10.13306/j.1672-3813.2022.03.006

摘要 ( 774 )

PDF (1301KB) ( 553 )

医患关系不协调和冲突化正成为医疗行业及整个社会不得不面对的一个现实窘境,针对此问题,从信息不对称程度、信任程度、道德风险、仲裁机构奖惩等多个维度出发,利用演化博弈理论和复制动态方程,通过构建医患双方合作策略选择的演化博弈模型,对医患关系路径演化情况进行了探究,最后利用数值仿真方法对医患双方策略演化路径进行了仿真和相关分析。研究表明:医患关系最终会稳定于合作与冲突两种状态;医患双方的信任程度,信息不对称程度,道德风险,仲裁机构奖惩是影响医患双方合作路径演化的重要因素,其中,增大医患双方信任程度及仲裁机构的奖励和惩罚,减小医患双方的信息不对称程度和道德风险将会正向促使医患双方策略由冲突向合作演化。

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复杂动态网络容错同步控制研究收藏

陈佳音, 刘国军

复杂系统与复杂性科学. 2022, (3): 55-65. DOI: 10.13306/j.1672-3813.2022.03.007

摘要 ( 696 )

PDF (1382KB) ( 630 )

为研究马尔可夫复杂系统的同步控制问题,根据李雅普诺夫稳定性定理和线性矩阵不等式方法,构造了一种新的增广闭环泛函,这种泛函同时考虑当前采样与上一采样的状态信息。从而获得了马尔可夫复杂系统更低保守性的稳定性判据,还给出了一个数据采样控制器的设计方法。最后,建立了数值与仿真实例,仿真结果证明了本文所提出的方法较其他方法的优越性明显。

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基于节点重要性的建筑群火灾蔓延高危建筑的确定方法收藏

张健, 宋志刚, 张雨

复杂系统与复杂性科学. 2022, (3): 66-73. DOI: 10.13306/j.1672-3813.2022.03.008

摘要 ( 723 )

PDF (1635KB) ( 624 )

为识别对建筑群火灾蔓延影响大的重要单体建筑,获得低干预的火灾防控策略,结合多场景建筑群火灾蔓延模拟结果确定蔓延有向图模型;引入适宜的复杂网络节点重要度评价方法分析其重要节点,给出建筑群重要节点改造序列的搜索算法,并以火灾损失期望为评价指标确定改造节点数量;最后,将上述方法应用于某村落建筑群的火灾蔓延防控问题。结果表明:所述方法均能有效确定建筑群火灾蔓延网络节点的重要度排序及重要节点的改造序列,但其效果存在一定差异;仅对少数高危建筑进行改造可大幅降低火灾蔓延风险。

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“货到人”拣选系统订单分批优化收藏

王姗姗, 张纪会

复杂系统与复杂性科学. 2022, (3): 74-80. DOI: 10.13306/j.1672-3813.2022.03.009

摘要 ( 921 )

PDF (1687KB) ( 979 )

基于穿梭车仓储系统的“货到人”拣选系统中,料箱的出入库频率是影响作业效率的关键因素之一。当料箱中的货物充足时,同一批订单所需要的某一品项的料箱只需出库一次,尽量将相似程度高的订单分配到一个批次,可以降低料箱的出入库次数。为此,以料箱总出库次数最少为目标函数,建立了订单分批优化模型。针对模型特点,对遗传算法进行改进,设计了一种混合交叉策略,在精英保留的基础上,以一定的概率对每代的部分精英染色体进行局部搜索,以提高算法的收敛速度和求解精度。利用改进的遗传算法对模型进行求解,仿真结果显示,经过优化后,料箱的总出库次数得到减少,系统的拣选效率得到了提高,验证了所提方法的有效性。

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脉冲控制下半马尔可夫随机MAS的均方一致性收藏

冯万典, 彭世国, 曾梓贤

复杂系统与复杂性科学. 2022, (3): 81-87. DOI: 10.13306/j.1672-3813.2022.03.010

摘要 ( 710 )

PDF (1481KB) ( 465 )

针对多智能体系统会受到外部干扰而使系统结构随机发生改变的问题,提出了当切换信号服从半马尔可夫过程时,领导跟随随机多智能体系统实现均方一致的控制算法。运用代数图论、半马尔可夫过程的转移速率与驻留时间分布函数相关性质和Lyapunov稳定性理论等理论工具,对控制算法进行了稳定性分析。通过设计合适的脉冲控制协议,给出了系统实现均方一致性的充分条件。条件表明,若脉冲间隔具有某一上界,均方一致性仍可实现。最后,数值仿真验证了结果的有效性。

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无人驾驶系统中执行器攻击检测算法设计收藏

韩笑, 张梦真, 吴易, 崔孝凯, 邱长滨, 王庆芝, 刘其朋

复杂系统与复杂性科学. 2022, (3): 88-93. DOI: 10.13306/j.1672-3813.2022.03.011

摘要 ( 690 )

PDF (1784KB) ( 617 )

为保证执行器的安全,提出了一种检测执行器攻击并确定攻击类型的方法。根据车载传感器的测量数据,采用最大似然估计的方法计算执行器所执行的实际控制指令,然后与车载计算机发送的上游指令对比,判断执行器是否执行了预期指令。仿真平台上的实验结果表明,该执行器攻击检测算法能够有效、及时地检测出攻击,并准确识别出具体攻击类型。

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一个新三维切换混沌系统的研究与同步应用收藏

闫少辉, 施万林, 王棋羽, 任钰

复杂系统与复杂性科学. 2022, (3): 94-103. DOI: 10.13306/j.1672-3813.2022.03.012

摘要 ( 781 )

PDF (5024KB) ( 569 )

为提高混沌系统的随机性,提出两个互为反结构的混沌系统,并设计切换函数,将其组合成一个新的自动切换混沌系统。通过研究系统的平衡点稳定性、混沌吸引子相图、Lyapunov指数谱、分岔图以Poincaré截面和功率谱,分析该切换混沌系统的基本动力学行为与混沌特性;通过计算谱熵复杂度和C0复杂度证实切换混沌系统的复杂度明显高于子混沌系统;基于Multisim软件设计系统的模拟电路仿真实验证实该切换系统是可行的;通过耦合同步方法实现两系统的同步,并应用到混沌掩盖保密通信中。实验结果表明此方法的可行性与有效性。

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基于概率优化的神经网络模型组合算法收藏

李炎, 李宪, 杨明业, 孙国庆

复杂系统与复杂性科学. 2022, (3): 104-110. DOI: 10.13306/j.1672-3813.2022.03.013

摘要 ( 710 )

PDF (2189KB) ( 568 )

高额的存储与计算成本限制了神经网络模型在低算力平台的应用,为提高神经网络模型的实用性,提出了两种组合优化算法,通过对多个轻型并行神经网络在连续时间窗口内的概率优化,在保证识别准确率的前提下显著降低了计算成本。为验证算法的可行性,以痛苦表情识别为对象,展开了系列对比实验。实验表明在保持相似准确率的前提下,其计算量相比传统深度学习算法极大降低,提高了神经网络的实用性,并极大降低了存储与计算成本。

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