个体多样性对网络演化及流行病传播的影响

来源 :上海大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:liongliong472
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
真实世界中的许多复杂系统,如生物系统、社会以及通讯系统等,都是由大量的相互作用的个体单元组成,而这些个体之间往往具有一定的差异性或多样性。自上世纪末以来,通过由节点(个体)和连边(个体之间的相互作用)构成的复杂网络模型已成为了描述和研究复杂系统的拓扑结构及其动力学性质的有效工具,并在很多领域都有着广泛的应用。本文在复杂网络这一平台上研究个体多样性对网络演化以及流行病传播的影响,具体内容分为以下三个方面:1.鉴于网络中节点的适应度的多样性,在“适者更富”的基础上我们提出了适应度驱动的两类网络演化模型:双向选择网络模型和钝化网络模型。对于第一个模型,节点之间的连接完全依赖于它们各自的适应度,而与连接度无关。我们发现网络度分布由网络节点的适应度的概率分布决定:当适应度是均匀分布时,网络度分布遵从指数衰减行为;当适应度是非均匀分布时,网络度分布是幂律衰减的。此外,数值模拟结果表明,生成网络的聚类系数是网络尺寸的幂律衰减函数,平均最短路径长度与网络尺寸的对数成正比,所以该网络模型符合“小世界”特性。第二个模型是考虑到真实网络在增长后往往会伴随着节点的衰老或老化现象而建立的。在该模型中,网络中的活性节点被钝化的概率取决于它的适应度,我们发现当节点适应度是一致随机分布、高斯分布等均匀分布时,网络的度分布呈指数衰减;当适应度呈指数或幂律等非均匀分布时,生成网络的度分布是幂律衰减的。另外,该模型再现了其它老化网络模型中的聚类系数的标度律性质,即网络中的聚类系数与节点的连接度以及活性节点的个数均成幂律关系,而与适应度的分布函数无关。这些结果与现实世界中的很多经验数据相符合,这两个适应度驱动的演化网络模型对深入理解服从“适者生存”的进化规则的真实复杂系统具有重要的借鉴和指导意义。2.在研究了演化网络的拓扑性质后,我们通过研究复杂网络上的流行病动力学来分析网络节点连接度及度分布的多样性对传播动力学的影响。我们分别在Watts-Strogatz (WS)小世界网络、Barabasi-Albert (BA)无标度网络、以及随机无标度网络上建立了SIV(带有免疫接种的SIS)流行病传播模型,重点考察了疾病的传播阈值和平均感染密度。在WS小世界网络模型中,我们给出了有效的免疫策略,并分析了接种对传播阂值和感染密度的影响。在无标度网络中,传播阈值依赖于有效接种概率和网络度分布。此外,我们发现有效的接种策略可以线性地减少小世界网络中的平均感染密度,而指数地降低无标度网络中的感染密度。这些结果有助于我们针对真实社会接触网络的具体结构来制定有效的疾病防治和干预措施。3.在社团网络中,不同社团的拓扑结构之间往往具有明显的差异性。我们进一步研究社团网络中的SIS流行病模型,考察由不同连边稠密程度的社团构成的网络中疾病的传播规律。这里考虑网络中只有两个社团,其中在稠密社团中疾病形成地方病,而在稀疏社团中存在疾病爆发和灭亡的循环更替,即时而零星爆发,时而无病。我们对稀疏社团中疾病传播的时间尺度及其分布规律进行了详细的分析。为此,我们具体研究了稀疏社团中疾病的平均持续时间,平均无病时间,和相邻两次跨社团传播的平均等候时间,以及它们各自的概率分布。通过平均场近似方法,我们确定了这些时间标量与两个社团的平均连接度,传播参数,以及社团间的连边数的关系。这项研究有助于我们更清晰地理解疾病在局域社团内的突发式特点和时间分布规律,为设计有效的随时间变化的防控策略提供了新思路。
其他文献
无网格方法是继有限元法之后发展起来的一种新型数值方法,因其形函数构造仅需要问题所在区域或边界的节点信息,不需要形成区域或边界网格,因而具有前处理简单、计算精度高、可消除体积闭锁现象等特点,是目前科学和工程计算的重要数值方法之一.移动最小二乘法是无网格方法中构造形函数的最重要方法之一,很多重要的无网格方法都是基于移动最小二乘法建立的.但是移动最小二乘法的形函数不满足Kronecker函数的性质,使得
本文使用非线性流固耦合偏微分方程组:Cauchy守恒方程和P-T/T方程,描述复杂接触表面的形变和应力分布变化,其中方程的初边值条件根据实验数据分析结果而设置。该方程组采用有限元和有限差分相结合的方法求解,即,使用有限元方法对问题的空间变量进行离散,得到常微分方程组的初值问题后,进一步使用有限差分方法对问题的时间变量进行离散,从而得到原问题的全离散格式。空间变量的离散格式取决于所使用的有限元形函数
期刊
在自然科学和工程技术的实际计算中,最基本的方法是用函数的Taylor展开的部分和作为该函数的近似,而Pade逼近则是一种特殊的有理逼近,它是Taylor多项式逼近的延伸.Pade逼近的研究和发展与数学中的解析函数论,逼近论,矩量理论,连分式以及差分方程等分支有着紧密的联系,并且它在数值分析,量子场论,临界现象和控制论等自然科学领域中已有若干功效卓著的应用.本文主要给出了基于广义逆多元Newton-
声波照射到水中目标会产生散射,不同方向的散射波声压分布与入射波性质以及目标的大小、形状、声学参数密切相关。已知入射声波、目标几何形状和周围介质的声学参数,计算散射声场分布特性是声学正问题。求解散射问题可采用解析法或数值法,但仅有少数形状规则的物体可用解析法获得场的精确解。不规则形状以及复杂材料目标的散射声场可用时域有限差分法(finite difference timedomain, FDTD)、
离散Boussinesq型系统以三元的形式可以视为定义在四方格上满足多维相容性的离散可积系统.本文主要利用双线性化方法,研究离散Boussinesq型系统的双线性结构,并给出其Casorati行列式解.本文的结构安排如下:首先我们回顾所有已知的离散的Boussinesq型方程.这些都可视为由Hi-etarinta所分类的离散Boussinesq型方程[A-2],[B-2]和[c-3]方程或其特殊情
半无限规戈(Semi-Infinite Programming,简写为SIP)不仅在工程设计、最优控制、信息技术、经济均衡等领域有着广泛而直接的应用,而且对Chebyshev逼近理论、数学物理、模糊集、鲁棒优化等学术方面起着重要作用.因此,研究半无限规划的有效数值算法具有很强的应用价值,在国际上已引起学者们极大的关注和研究.许多学者利用光滑非线性规划的技术提出了求解半无限规划的各种算法,其中很多是
有限群的共轭类长以及共轭类的个数都与有限群的结构有着非常紧密的联系,众多群论工作者都参与到这一领域的研究,获得了许多重要的研究成果.近年来,人们在如何应用有限群G的真正规子群所包含的G-共轭类的个数来确定有限群G的结构方面进行了许多有益的尝试.本学位论文中的一部分就是研究有限群G的全部非平凡正规子群所包含的G-共轭类个数恰为三个连续整数时G的结构.实际上,在第三章,我们研究了有限群G的全部真正规子
早期的单区域谱方法主要是研究正方形区域、圆域等规则区域的问题,这里我们引入一个新的区域:方圆域,该区域是由B(x,y)≡x2v+y2c-1=0定义的方圆形曲线为边界的区域.这个区域的边界随着v的变化,而平滑的由圆域(v=1)变为正方形域(v=∞).这个区域有很多好的性质,值得我们深入研究.本文考虑了在八元的D4对称群下不变的区域,即这个区域是关于x轴和y轴以及对角线x=y做映射不变的.本文避免了对
复杂网络的研究正从数学和物理学不断渗透到生物学、信息科学、工程技术科学、以及社会科学等不同学科中,具备多学科交叉和融合的特征。对复杂网络上系统的动态性质即网络上的动力学行为进行深入探索,也是网络时代复杂性科学研究中的热点方向。本文综合利用概率统计、随机过程及微分方程等知识,重点研究了一类由活性驱使的特定动态网络上的偏好随机游动的动力学行为及不同网络结构下长程作用对线性量子系统和非线性量子系统的影响